物理方法提取香菇可溶性氮的研究*

2012-11-21 03:37:42柴向華唐忠盛吳克剛王勝利潘顯宗

中國食用菌 2012年2期

柴向華，唐忠盛**，吳克剛，羅輯，王勝利，潘顯宗

（1.廣東工業大學輕工化工學院，廣東廣州 510006；2.東莞市百味佳食品有限公司，廣東東莞 523416）

香菇作為幾種最常見的食用菌之一，除了本身所含有的氨基酸、核苷酸等多種鮮味物質和香菇精、香菇油、香菇醇等香氣物質共同賦予香菇獨特的風味外[1，2]，還是一種食藥同源的食物，具有很高的營養、藥用和保健價值。據分析，每100 g香菇干品中含蛋白質18.6 g、脂肪2.9 g、碳水化合物59.3 g，此外還含有多種維生素和礦物質[3]。將香菇細胞破壁釋放菌體有效成分已成為香菇以及其他食用菌深度加工利用的首要任務和必要手段[4]。濕法超細粉碎和均質過程是借助于流體所具有的流動性，使被加工物料尺寸減小到微米級并均勻分散、充分混合的過程[5]。在均質機中，劇烈的處理條件，如高壓、剪切力、空穴爆炸力和溫度會導致蛋白質特性的變化[6]。如使物料超細粉碎的原因是間隙內強大的液力剪切力、空化作用和撞擊作用[7]。物料經均質后，平均粒徑一般可以達到1 μm以下[8]。本文研究比較了組織搗碎、膠體磨和均質三種機械物理破壁作用對香菇可溶性氮提取的影響，重點研究了均質壓力、均質溫度、均質物料的料液比及均質次數的影響，并優化均質破壁工藝。

1 材料與方法

1.1 材料

新鮮香菇，購自農貿市場；氫氧化鈉、硫酸鉀、濃硫酸、硼酸、硫酸銅等均為分析純。

1.2 儀器與設備

DS－1高速組織搗碎機，上海標本模型廠；XMT－DA數顯恒溫水浴鍋，余姚市亞星儀器儀表有限公司；HYP－1020消化爐，上海纖檢儀器有限公司；KDN－F自動定氮儀，上海纖檢儀器有限公司；KDC－40低速離心機，科大創新股份有限公司中佳公司；JB－3型定時恒溫磁力攪拌器，上海雷磁新經儀器有限公司；SRH60－70高壓均質機，上海申鹿均質機有限公司；DJM－50L膠體磨，上海東華高壓均質機廠。

1.3 方法

1.3.1 組織搗碎破壁

祛除新鮮香菇雜質，切碎并加入一定比例的水，于高速組織搗碎機中打漿破壁，之后進行離心，取離心后全部上清液進行可溶性氮測定。

1.3.2 膠體磨破壁

祛除新鮮香菇雜質，切碎并加入一定比例的水打漿，之后過膠體磨，離心并取全部上清液進行可溶性氮測定。

1.3.3 高壓均質破壁

祛除新鮮香菇雜質，切碎并加入一定比例的水打漿，過高壓均質，然后離心并取全部上清液進行可溶性氮測定。

1.3.4 可溶性氮含量及可溶性氮釋放率的測定

參考 “GBT 5009.5－2003食品中蛋白質的測定”和“GBT 15673－2009食用菌中粗蛋白含量的測定”，采用微量凱氏定氮法進行測定，結果以可溶性氮含量表示。公式如下：

式中：X 為試樣中可溶性氮含量（mg·100－1·g－1）； V1為試樣消耗鹽酸標準滴定液的體積（mL）；V2為試樣空白消耗鹽酸標準滴定液的體積（mL）；C為鹽酸標準滴定液濃度（mol·L－1）； 0.0140 為 1.0 mL 鹽酸（濃度為 1.000 mol·L－1）標準滴定溶液相當的氮的質量（g）；m為離心后上清液對應的鮮菇質量（g）；計算結果保留3位有效數字。

可溶性氮釋放率（P）表示，公式如下：

式中：m1為可溶性氮含量；m2為原料總氮。

2 結果與分析

2.1 3種物理破壁方法提取香菇可溶性氮的比較

將3份新鮮香菇按1.3方法處理，研究比較3種機械物理破壁方法提取香菇可溶性氮，結果見圖1。

圖1 不同物理方法對香菇可溶性氮提取的影響

實驗可見，高壓均質破壁的可溶性氮釋放率最高，達到52.86%，比膠體磨破壁高7.27%，比組織搗碎破壁高10%。可溶性氮釋放率高說明破壁效果好，所以選取高壓均質作為提取香菇可溶性氮的物理破壁方法。

2.2 高壓均質破壁提取香菇可溶性氮的工藝研究

2.2.1 均質壓力對香菇可溶性氮提取的影響

將處理好的料液比為1∶5的漿液在初始溫度30℃、均質壓力分別為15 MPa、30 MPa、45 MPa條件下均質1次，其結果如下表1。

表1 均質壓力對香菇可溶性氮提取的影響

漿液在15 MPa、30 MPa、45 MPa條件下均質對香菇可溶性氮釋放率的影響三者沒有顯著差異，但在30 MPa時可溶性氮釋放最高，而在45 MPa時沒有增加反而有所降低。這可能是一方面均質壓力的增加，使香菇漿液受到越來越強烈的撞擊作用和空穴作用，漿液中的顆粒變得越來越小，香菇菌體細胞被破壞的幾率越來越大，從而大量可溶性氮得以釋放；另一方面，均質壓力上升的同時，溫度和剪切力的上升導致可溶蛋白變性，水溶性下降，從而降低了可溶性氮含量。故均質壓力選擇30 MPa較為適宜。

2.2.2 均質初始溫度對香菇可溶性氮提取的影響

以料液比1∶5的漿液分別在30℃、50℃、70℃下以30 MPa均質壓力下均質1次，其結果見表2。

表2 均質初始溫度對香菇可溶性氮提取的影響

由表2可知，提高溫度并沒有促進香菇可溶性氮釋放，均質初始溫度30℃的可溶性氮含量最高，隨著溫度的升高，可溶性氮釋放率有所下降。由于均質過程中漿液的溫度也會隨均質撞擊作用和空穴作用而升高，使維持蛋白空間構象的次級鍵被破壞，引起天然構象解體，把原來的分子內部的一些疏水基團暴露到分子表面，促使蛋白質分子間的相互結合而絮凝沉淀，使蛋白的溶解度減小[9]，可溶性氮含量降低。

2.2.3 料液比對香菇可溶性氮提取的影響

香菇漿液在均質初始溫度30℃、均質壓力30 MPa下以料液比 1∶3、1∶5、1∶7、1∶9 分別均質 1 次，結果見圖 2。

由圖2可知，隨著料液比比例的增加，香菇可溶性氮含量和可溶性氮釋放率逐漸升高，尤其以1∶3～1∶5區間最明顯，1∶5以后雖有升高但增加緩慢；再者，過多的增加水分比例，會使漿液中固形物含量降低，故選擇料液比1∶5為適宜。

2.2.4 均質次數對香菇可溶性氮提取的影響

在均質溫度30℃、均質壓力30 MPa、均質料液比1∶5的條件下，分別均質處理0次、1次、2次、3次、4次、5次，考察均質次數對香菇可溶性氮提取的影響，結果見圖3。

可以看出隨著均質次數的增加，可溶性氮含量和可溶性氮釋放率均逐漸升高，均質3次后再繼續均質時可溶性氮含量增加緩慢，故高壓均質最佳均質次數應為3次。

2.3 高壓均質破壁提取香菇可溶性氮的工藝正交實驗

圖2 料液比對香菇可溶性氮提取的影響

圖3 均質次數對香菇可溶性氮提取的影響

在單因素實驗的基礎上，以均質料液比、均質次數、均質壓力和均質初始溫度為四因素進行L9（34）正交實驗設計，選取最優均質工藝參數。以可溶性釋放率為指標，因素水平表見表3，結果分析見表4和表5。

表4和表5的結果表明，均質料液比、均質次數、均質壓力及均質初始溫度均對樣品的可溶性氮含量產生影響，影響主次：A＞B＞C＞D即均質料液比＞均質次數＞均質壓力＞均質初始溫度，其中均質料液比的影響達到了極顯著水平。最優水平組合為 A3B1C3D2，即均質料液比 1∶7、均質次數2次、均質壓力40 MPa和均質初始溫度50℃。由于正交實驗結果最優組合與分析最優組合均為A3B1C3D2，故最終確定A3B1C3D2為最優組合，樣品的可溶性氮含量和可溶性氮釋放率分別為 340.17 mg·100－1·g－1和 78.84%。