脈沖強光處理對香菇中 維生素D2含量的影響

曹少謙,陳麒宇,程 亮

(1.浙江萬里學院生物與環境學院,浙江寧波 315000; 2.浙江省鎮海中學,浙江寧波 315000)

香菇(Lentinusedodes),又名花菇、香蕈、香信等,性平味甘,味道鮮美,香氣沁人,營養豐富,素有“山珍之王”之稱,是高蛋白、低脂肪的營養保健食品[1]。香菇是我國重點研究的資源食用菌之一,具有預防骨骼疾病,降低心血管疾病、提高人體免疫力及抗癌防癌等生理功能[2]。

維生素D是人體必需的脂溶性類固醇衍生物,除調節鈣磷代謝的營養功能外,還具有抗腫瘤、預防心血管病、自身免疫性疾病及糖尿病等作用。與健康密切相關的形式有維生素D2(麥角鈣化醇)和維生素D3(膽鈣化醇)。維生素D3可通過人體表皮細胞的7-脫氫膽固醇(維生素D原)經日光照射后異構化獲得[3],而維生素D2人體自身無法合成。我國兒童軟骨病、佝僂病和老年骨質疏松癥的發病率較高[4],因此,有必要尋求多種膳食途徑補充機體維生素D水平。

香菇中含有一般果蔬所缺乏的麥角固醇,當麥角固醇受到陽光或紫外線(UV)的照射,可轉化為維生素D2,是維生素D2的前體物質[5]。天然種植的香菇中維生素D的含量較低,但麥角固醇含量較高,故可視為提高膳食中維生素D含量的重要原料。有研究表明，UV或陽光照射可提高食用菌中維生素D2的含量。白晨等[6]從香菇中提取麥角固醇,經UV照射1 h后，測得麥角固醇轉化成維生素D2的收率為4.5%;淼景赟等[5]和樊曉飛[7]研究了紫外光使麥角固醇轉化為維生素D2的新工藝;Guan等[8]研究表明，UV-C處理會使雙孢蘑菇中維生素D2含量增加,但對麥角固醇的含量無顯著影響。然而,也有研究表明,盡管紫外照射可有效提高食用菌中維生素D2水平,但由于紫外照射時間較長,使子實體的外觀性狀發生變化,造成子實體褐變程度增加,維生素C含量降低,產品的品質和商品性大大降低[9]。因此,有必要選用更為安全有效的加工處理技術。

脈沖強光(intense pulsed light,IPL)是近年來興起的非熱物理殺菌技術之一,利用無汞惰性氣體光源，以脈沖的形式，發射波長從100～1100 nm的電磁波輻射,其強度相當于太陽光到達海平面的20000倍,可對固態食品、包裝材料表面和透明液態食品等進行殺菌,從而達到延長食品貨架期的目的,具有操控簡單、省時、無殘留、環境污染及應用范圍廣等優點[10]。脈沖強光照射在殺滅香菇表面微生物,延長新鮮鮮菇的貨架期的同時,能否有效地促使香菇中的麥角固醇轉化為維生素D2,以增加其營養功效,目前該方面的研究還未見有關報道。因此,以新鮮香菇為原料,研究不同的IPL能量照射、原料預處理方式以及干燥條件，對香菇中維生素D2含量以及其它主要成分的影響,以探索一種簡便、快速、安全的提高香菇中維生素D2含量的方法,為IPL處理在食用菌中的應用，以及提高食用菌營養品質提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

香菇(品種為地菇-139) 寧波市蔬菜副食品批發交易市場,選取朵形完整、菇肉肥厚、蓋面平滑、色澤正常、個體大小一致、無破損、無畸形、無病蟲害的菇體,進行去根去泥處理;聚乙烯食品封口袋 沃爾瑪超市。維生素D2標準品(純度為HPLC≥98%) 上海晶純試劑有限公司;無水甲醇(色譜純) 天津四友生物醫學技術有限公司;乙腈(色譜純) 國藥集團化學試劑有限公司;3,5-二硝基水楊酸(DNS)、蒽酮、無水乙醇(分析純)、抗壞血酸、石油醚(沸程30～60 ℃)等 均為分析純。

C400(8(6.5-18型脈沖強光儀器設備:燈管總長170 mm,極距140 mm,直徑6 mm;紫外區能量占總能量約20%,其中C波段(220～280 nm)占8%,B波段(380～320 nm)占4%,A波段(320～400 nm)占8%;脈沖頻率3 次/s。紫外燈設備:燈管總長170 mm,直徑6 mm;照射強度0.08 mJ/cm2;最大吸收波長254 nm。

Agilent 1100型高效液相色譜儀 美國Agilent科技公司;Alpha 1-2 LDplus型真空冷凍干燥儀 北京五洲東方科技發展有限公司;TQ-2型渦旋混合器 上海琪特分析儀器有限公司;centrifuge 5804R型高速冷凍離心機 德國Eppendorf股份公司;RE-2000型旋轉蒸發器 上海亞榮生化儀器廠;UGC-12C型氮吹儀 北京優晟聯合科技有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 照射方式對香菇中維生素D2含量的影響 取完整的新鮮香菇150 g,隨機平均分成3組,用聚乙烯食品袋裝袋。紫外處理組(UV處理組),照射總時間為25 min,雙面照射,每面照射12.5 min;脈沖處理組(IPL處理組),單次脈沖能量為2.2 mJ/cm2,總照射時間為50 s,雙面照射;同時設置空白對照組。將處理后的樣品經真空冷凍干燥后研碎,并置于-18 ℃儲藏備用。

1.2.2 預處理方式對IPL照射香菇中維生素D2含量的影響 取完整的新鮮香菇150 g,隨機平均分成3組。第1組為對照組,即將完整香菇直接用聚乙烯食品袋裝袋;第2組用切片器將香菇切成3 mm的薄片,用聚乙烯食品袋裝袋;第3組用切片器將香菇切成1 mm的薄片,用聚乙烯食品袋裝袋。將這3組樣品進行IPL處理,單次脈沖能量為2.2 mJ/cm2,總照射時間為50s,雙面照射。將處理后的樣品經真空冷凍干燥后研碎,并置于-18 ℃儲藏備用。

1.2.3 IPL照射能量對香菇中維生素D2含量的影響 取完整的新鮮香菇150 g,切成3 mm的薄片,混勻后隨機平均分成3組,用聚乙烯食品袋裝袋。將這3組樣品進行IPL處理,單次脈沖能量分別為2.2、3.2、4.4 mJ/cm2,總照射時間為50 s,雙面照射。將對照組及處理后的樣品經真空冷凍干燥后研碎,并置于-18 ℃儲藏備用。

1.2.4 IPL照射時間對香菇中維生素D2含量的影響 取完整的新鮮香菇150 g,切成3 mm的薄片,混勻后隨機平均分成3組,用聚乙烯食品袋裝袋。將這3組樣品進行IPL處理,單次脈沖能量為2.2 mJ/cm2,總照射時間分別為10、50、100 s,雙面照射。將處理后的樣品經真空冷凍干燥后研碎,并置于-18 ℃儲藏備用。

1.2.5 IPL照射后干燥方式對香菇中維生素D2含量的影響 取完整的新鮮香菇200 g,切成3 mm的薄片,混勻后隨機平均分成4組,用聚乙烯食品袋裝袋。將這4組樣品進行IPL處理,單次脈沖能量為2.2 mJ/cm2,總照射時間50 s,雙面照射。將處理后的樣品分別采用真空冷凍干燥、60 ℃真空干燥(真空度-0.08 MPa)、60 ℃熱風干燥和80 ℃熱風干燥,干燥結束后研碎,并置于-18 ℃儲藏備用。

1.2.6 維生素D2含量測定 測定方法依照參考文獻[11]。樣品處理:準確稱取樣品粉末3 g左右,于50 mL塑料離心管中,加入15 mL 70%的乙醇溶液,混勻后超聲提取10 min。在室溫下于渦旋混合器渦旋10 min,加入20 mL石油醚渦旋30 min,將混合液于4 ℃以8000 r/min的條件下離心10 min,取出上清液,在相同條件下重復萃取2次,合并2次提取液。用旋轉蒸發儀(帶棕色茄型燒瓶)濃縮至少量,用石油醚少量多次洗下殘留液,用氮吹儀將石油醚吹干后加3 mL無水乙醇溶解,再用0.22 μm有機濾膜過濾后待測。

維生素D2標準溶液的配制:準確稱取一定量的維生素D2標準品于5 mL容量瓶,用少量無水乙醇溶解后定容至刻度線,標準儲備液的濃度為2100 μg/mL。取適量標準儲備液用無水乙醇稀釋成系列標準溶液,用0.22 μm有機濾膜過濾后待測。

HPLC分析法:色譜柱:Hypersil ODS C-18柱(Agilent,250 mm×4.6 mm×5μm);流動相:甲醇與乙腈的體積比為10∶90;流速:1.2 mL/min;進樣量:20 μL;柱溫:30 ℃;檢測波長:265 nm。在該色譜條件下,以保留時間進行定性,峰面積進行定量。維生素D2的標準曲線為:y=13.85183x+9.88318,(R2=0.998)。

1.2.7 IPL處理和UV處理對香菇中其他成分的影響 香菇參照1.2.1方法處理,分析照射方式對香菇中水分、總糖、還原糖、蛋白質、脂肪、維生素C以及甲醛的影響。

1.2.7.1 水分含量的測定 干燥法[12]

1.2.7.2 總糖的測定 蒽酮比色法測定[13]

1.2.7.3 還原糖的測定 3,5-二硝基水楊酸(DNS)比色法測定[14]

1.2.7.4 蛋白質的測定 凱氏定氮法測定[12]

1.2.7.5 脂肪的測定 索氏抽提法測定[12]

1.2.7.6 維生素C的測定 紫外分光光度法測定[15]

1.2.7.7 甲醛的測定 乙酰丙酮法測定[16]

1.3 數據處理

各組數據用實驗結果的平均值±標準差表示,用SAS專用軟件進行單因素方差分析,觀察其顯著性。當p<0.05為差異顯著,當p>0.05為差異不顯著。

2 結果與分析

2.1 照射方式對香菇中維生素D2含量的影響

圖1 照射方式對香菇中維生素D2含量的影響Fig.1 The effect of irradiation method on VD2 content in Lentinus edodes注:不同小寫字母之間有顯著性差異,p<0.05;圖2～圖5同。

2.2 香菇預處理方式對IPL照射后維生素D2含量的影響

由圖2可知,不同厚度的香菇切片經IPL處理后，維生素D2含量相差較大,不切片的香菇經IPL處理后，維生素D2含量為34.30 μg/g,切成3 mm厚度的香菇片后,維生素D2含量升至124.16 μg/g,而1 mm厚度的香菇片維生素D2為150.27 μg/g。由此可見,香菇切片后,IPL處理可使麥角固醇向維生素D2轉化的效率增大,且切片越薄,轉化效率越高。這是由于香菇的菌褶比菌蓋形態精細且有更大的表面積,切片后菌褶曝光面積增大,且切片越薄,菌褶曝光面積也越大,使其麥角固醇轉化為維生素D2的效率顯著提高。

圖2 預處理方式對IPL照射香菇后維生素D2含量的影響Fig.2 The effect of pretreatment on VD2 content in Lentinus edodes irradiated by IPL

2.3 IPL單次照射能量對香菇中維生素D2含量的影響

由圖3可知,在所測定的單次脈沖能量范圍內,隨著脈沖能量的增大,香菇中維生素D2含量不斷增加,表明麥角固醇向維生素D2轉化的效率與脈沖能量呈正相關。

圖3 IPL單次照射能量對香菇中維生素D2含量的影響Fig.3 The effect of IPL energy on VD2 content in Lentinus edodes

2.4 IPL照射時間對香菇中維生素D2含量的影響

由圖4可知,未經IPL照射的香菇維生素D2含量為2.03 μg/g;經過10 s的短暫閃照,其維生素D2含量迅速增加至45.44μg/g,增加了21.38倍;閃照100 s后,增加至151.83μg/g,增加了73.79倍。表明隨著閃照時間的延長,香菇中維生素D2含量不斷增加。

圖4 IPL照射時間對香菇中維生素D2含量的影響Fig.4 The effect of IPL time on VD2 content in Lentinus edodes

2.5 IPL照射后干燥方式對香菇中維生素D2含量的影響

由圖5可知,IPL處理后的香菇經不同的干燥方式處理,其維生素D2含量變化較少,但60 ℃熱風干燥樣品其維生素D2含量比同溫下真空干燥的低6.93%,與真空冷凍干燥和60 ℃真空干燥樣品相比有顯著差異(p<0.05),而與80 ℃熱風干燥樣品相比無顯著差異(p>0.05)。表明IPL處理后的香菇，在后續熱加工處理中，維生素D2損失較少,但盡量在低溫隔氧條件下進行。

圖5 IPL照射后干燥方式對香菇中維生素D2含量的影響Fig.5 The effect of drying method on VD2 content in Lentinus edodes irradiated by IPL

2.6 不同處理對香菇中其它成分的影響

由表1可知,脈沖強光以及紫外光處理對香菇中水分、蛋白質和脂肪的含量無顯著性影響(p>0.05),但可增加香菇中總糖、還原糖和維生素C的含量(p<0.05)。這可能是由于脈沖強光以及紫外光處理減低氧化酶以及呼吸強度,延緩菇體衰老,因而降低了還原糖和維生素C等營養物質的損耗[19-20]。

表1 照射方式對香菇中其它成分的影響Table 1 The effect of irradiation method on other components of Lentinus edodes

香菇中的甲醛是香菇生長發育過程中逐步形成的,是香菇特有正常生理代謝產物。由表1可知,對照組香菇中甲醛的含量為8.22 mg/kg,經過紫外照射和脈沖強光照射后,甲醛含量有所變化,但與空白組均無顯著性差異(p>0.05)，且樣品中含量均遠遠低于我國質檢總局與日方暫定的香菇中甲醛含量的新標準[21](鮮香菇為63 mg/kg,干香菇為300 mg/kg)。

3 結論

UV和IPL處理均可大幅增加香菇麥角固醇向維生素D2轉化的效率,提高香菇維生素D2含量,且IPL處理效果優于UV處理;香菇切片后菌褶曝光面積增大,使其麥角固醇轉化為維生素D2的效率快速提高;隨著單次脈沖能量的增加及脈沖時間的延長,香菇中的維生素D2含量不斷增加;香菇中維生素D2比較穩定,不同干燥方式對其含量影響相對較小,真空干燥方式略好于熱風干燥。此外,UV和IPL處理可增加糖和維生素C的含量,對食品中蛋白質和脂肪無顯著性影響,尤其是沒有引起香菇中甲醛含量的增加,表明該方法安全高效,可有效提高食用菌營養品質,具有很好的發展應用前景。