物理方法提取香菇可溶性氮的研究*

时间：2024-05-28

柴向华，唐忠盛**，吴克刚，罗辑，王胜利，潘显宗

（1.广东工业大学轻工化工学院，广东广州 510006；2.东莞市百味佳食品有限公司，广东东莞 523416）

香菇作为几种最常见的食用菌之一，除了本身所含有的氨基酸、核苷酸等多种鲜味物质和香菇精、香菇油、香菇醇等香气物质共同赋予香菇独特的风味外[1，2]，还是一种食药同源的食物，具有很高的营养、药用和保健价值。据分析，每100 g香菇干品中含蛋白质18.6 g、脂肪2.9 g、碳水化合物59.3 g，此外还含有多种维生素和矿物质[3]。将香菇细胞破壁释放菌体有效成分已成为香菇以及其他食用菌深度加工利用的首要任务和必要手段[4]。湿法超细粉碎和均质过程是借助于流体所具有的流动性，使被加工物料尺寸减小到微米级并均匀分散、充分混合的过程[5]。在均质机中，剧烈的处理条件，如高压、剪切力、空穴爆炸力和温度会导致蛋白质特性的变化[6]。如使物料超细粉碎的原因是间隙内强大的液力剪切力、空化作用和撞击作用[7]。物料经均质后，平均粒径一般可以达到1 μm以下[8]。本文研究比较了组织捣碎、胶体磨和均质三种机械物理破壁作用对香菇可溶性氮提取的影响，重点研究了均质压力、均质温度、均质物料的料液比及均质次数的影响，并优化均质破壁工艺。

1 材料与方法

1.1 材料

新鲜香菇，购自农贸市场；氢氧化钠、硫酸钾、浓硫酸、硼酸、硫酸铜等均为分析纯。

1.2 仪器与设备

DS－1高速组织捣碎机，上海标本模型厂；XMT－DA数显恒温水浴锅，余姚市亚星仪器仪表有限公司；HYP－1020消化炉，上海纤检仪器有限公司；KDN－F自动定氮仪，上海纤检仪器有限公司；KDC－40低速离心机，科大创新股份有限公司中佳公司；JB－3型定时恒温磁力搅拌器，上海雷磁新经仪器有限公司；SRH60－70高压均质机，上海申鹿均质机有限公司；DJM－50L胶体磨，上海东华高压均质机厂。

1.3 方法

1.3.1 组织捣碎破壁

祛除新鲜香菇杂质，切碎并加入一定比例的水，于高速组织捣碎机中打浆破壁，之后进行离心，取离心后全部上清液进行可溶性氮测定。

1.3.2 胶体磨破壁

祛除新鲜香菇杂质，切碎并加入一定比例的水打浆，之后过胶体磨，离心并取全部上清液进行可溶性氮测定。

1.3.3 高压均质破壁

祛除新鲜香菇杂质，切碎并加入一定比例的水打浆，过高压均质，然后离心并取全部上清液进行可溶性氮测定。

1.3.4 可溶性氮含量及可溶性氮释放率的测定

参考 “GBT 5009.5－2003食品中蛋白质的测定”和“GBT 15673－2009食用菌中粗蛋白含量的测定”，采用微量凯氏定氮法进行测定，结果以可溶性氮含量表示。公式如下：

式中：X 为试样中可溶性氮含量（mg·100－1·g－1）； V1为试样消耗盐酸标准滴定液的体积（mL）；V2为试样空白消耗盐酸标准滴定液的体积（mL）；C为盐酸标准滴定液浓度（mol·L－1）； 0.0140 为 1.0 mL 盐酸（浓度为 1.000 mol·L－1）标准滴定溶液相当的氮的质量（g）；m为离心后上清液对应的鲜菇质量（g）；计算结果保留3位有效数字。

可溶性氮释放率（P）表示，公式如下：

式中：m1为可溶性氮含量；m2为原料总氮。

2 结果与分析

2.1 3种物理破壁方法提取香菇可溶性氮的比较

将3份新鲜香菇按1.3方法处理，研究比较3种机械物理破壁方法提取香菇可溶性氮，结果见图1。

图1 不同物理方法对香菇可溶性氮提取的影响

实验可见，高压均质破壁的可溶性氮释放率最高，达到52.86%，比胶体磨破壁高7.27%，比组织捣碎破壁高10%。可溶性氮释放率高说明破壁效果好，所以选取高压均质作为提取香菇可溶性氮的物理破壁方法。

2.2 高压均质破壁提取香菇可溶性氮的工艺研究

2.2.1 均质压力对香菇可溶性氮提取的影响

将处理好的料液比为1∶5的浆液在初始温度30℃、均质压力分别为15 MPa、30 MPa、45 MPa条件下均质1次，其结果如下表1。

表1 均质压力对香菇可溶性氮提取的影响

浆液在15 MPa、30 MPa、45 MPa条件下均质对香菇可溶性氮释放率的影响三者没有显著差异，但在30 MPa时可溶性氮释放最高，而在45 MPa时没有增加反而有所降低。这可能是一方面均质压力的增加，使香菇浆液受到越来越强烈的撞击作用和空穴作用，浆液中的颗粒变得越来越小，香菇菌体细胞被破坏的几率越来越大，从而大量可溶性氮得以释放；另一方面，均质压力上升的同时，温度和剪切力的上升导致可溶蛋白变性，水溶性下降，从而降低了可溶性氮含量。故均质压力选择30 MPa较为适宜。

2.2.2 均质初始温度对香菇可溶性氮提取的影响

以料液比1∶5的浆液分别在30℃、50℃、70℃下以30 MPa均质压力下均质1次，其结果见表2。

表2 均质初始温度对香菇可溶性氮提取的影响

由表2可知，提高温度并没有促进香菇可溶性氮释放，均质初始温度30℃的可溶性氮含量最高，随着温度的升高，可溶性氮释放率有所下降。由于均质过程中浆液的温度也会随均质撞击作用和空穴作用而升高，使维持蛋白空间构象的次级键被破坏，引起天然构象解体，把原来的分子内部的一些疏水基团暴露到分子表面，促使蛋白质分子间的相互结合而絮凝沉淀，使蛋白的溶解度减小[9]，可溶性氮含量降低。

2.2.3 料液比对香菇可溶性氮提取的影响

香菇浆液在均质初始温度30℃、均质压力30 MPa下以料液比 1∶3、1∶5、1∶7、1∶9 分别均质 1 次，结果见图 2。

由图2可知，随着料液比比例的增加，香菇可溶性氮含量和可溶性氮释放率逐渐升高，尤其以1∶3～1∶5区间最明显，1∶5以后虽有升高但增加缓慢；再者，过多的增加水分比例，会使浆液中固形物含量降低，故选择料液比1∶5为适宜。

2.2.4 均质次数对香菇可溶性氮提取的影响

在均质温度30℃、均质压力30 MPa、均质料液比1∶5的条件下，分别均质处理0次、1次、2次、3次、4次、5次，考察均质次数对香菇可溶性氮提取的影响，结果见图3。

可以看出随着均质次数的增加，可溶性氮含量和可溶性氮释放率均逐渐升高，均质3次后再继续均质时可溶性氮含量增加缓慢，故高压均质最佳均质次数应为3次。

2.3 高压均质破壁提取香菇可溶性氮的工艺正交实验

图2 料液比对香菇可溶性氮提取的影响

图3 均质次数对香菇可溶性氮提取的影响

在单因素实验的基础上，以均质料液比、均质次数、均质压力和均质初始温度为四因素进行L9（34）正交实验设计，选取最优均质工艺参数。以可溶性释放率为指标，因素水平表见表3，结果分析见表4和表5。

表4和表5的结果表明，均质料液比、均质次数、均质压力及均质初始温度均对样品的可溶性氮含量产生影响，影响主次：A＞B＞C＞D即均质料液比＞均质次数＞均质压力＞均质初始温度，其中均质料液比的影响达到了极显著水平。最优水平组合为 A3B1C3D2，即均质料液比 1∶7、均质次数2次、均质压力40 MPa和均质初始温度50℃。由于正交实验结果最优组合与分析最优组合均为A3B1C3D2，故最终确定A3B1C3D2为最优组合，样品的可溶性氮含量和可溶性氮释放率分别为 340.17 mg·100－1·g－1和 78.84%。