物理方法提取香菇可溶性氮的研究*

柴向華，唐忠盛**，吳克剛，羅 輯，王勝利，潘顯宗

（1.廣東工業(yè)大學(xué)輕工化工學(xué)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(zhì)和香菇精、香菇油、香菇醇等香氣物質(zhì)共同賦予香菇獨(dú)特的風(fēng)味外[1，2]，還是一種食藥同源的食物，具有很高的營養(yǎng)、藥用和保健價(jià)值。據(jù)分析，每100 g香菇干品中含蛋白質(zhì)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(zhì)[3]。將香菇細(xì)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(wù)和必要手段[4]。濕法超細(xì)粉碎和均質(zhì)過程是借助于流體所具有的流動(dòng)性，使被加工物料尺寸減小到微米級(jí)并均勻分散、充分混合的過程[5]。在均質(zhì)機(jī)中，劇烈的處理?xiàng)l件，如高壓、剪切力、空穴爆炸力和溫度會(huì)導(dǎo)致蛋白質(zhì)特性的變化[6]。如使物料超細(xì)粉碎的原因是間隙內(nèi)強(qiáng)大的液力剪切力、空化作用和撞擊作用[7]。物料經(jīng)均質(zhì)后，平均粒徑一般可以達(dá)到1 μm以下[8]。本文研究比較了組織搗碎、膠體磨和均質(zhì)三種機(jī)械物理破壁作用對(duì)香菇可溶性氮提取的影響，重點(diǎn)研究了均質(zhì)壓力、均質(zhì)溫度、均質(zhì)物料的料液比及均質(zhì)次數(shù)的影響，并優(yōu)化均質(zhì)破壁工藝。

1 材料與方法

1.1 材料

新鮮香菇，購自農(nóng)貿(mào)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(shè)備

DS－1高速組織搗碎機(jī)，上海標(biāo)本模型廠；XMT－DA數(shù)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(dòng)定氮儀，上海纖檢儀器有限公司；KDC－40低速離心機(jī)，科大創(chuàng)新股份有限公司中佳公司；JB－3型定時(shí)恒溫磁力攪拌器，上海雷磁新經(jīng)儀器有限公司；SRH60－70高壓均質(zhì)機(jī)，上海申鹿均質(zhì)機(jī)有限公司；DJM－50L膠體磨，上海東華高壓均質(zhì)機(jī)廠。

1.3 方法

1.3.1 組織搗碎破壁

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

1.3.2 膠體磨破壁

祛除新鮮香菇雜質(zhì)，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(jìn)行可溶性氮測定。

1.3.3 高壓均質(zhì)破壁

祛除新鮮香菇雜質(zhì)，切碎并加入一定比例的水打漿，過高壓均質(zhì)，然后離心并取全部上清液進(jìn)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(zhì)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(jìn)行測定，結(jié)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(biāo)準(zhǔn)滴定液的體積（mL）；V2為試樣空白消耗鹽酸標(biāo)準(zhǔn)滴定液的體積（mL）；C為鹽酸標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)滴定溶液相當(dāng)?shù)牡馁|(zhì)量（g）；m為離心后上清液對(duì)應(yīng)的鮮菇質(zhì)量（g）；計(jì)算結(jié)果保留3位有效數(shù)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(jié)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(jī)械物理破壁方法提取香菇可溶性氮，結(jié)果見圖1。

圖1 不同物理方法對(duì)香菇可溶性氮提取的影響

實(shí)驗(yàn)可見，高壓均質(zhì)破壁的可溶性氮釋放率最高，達(dá)到52.86%，比膠體磨破壁高7.27%，比組織搗碎破壁高10%?？扇苄缘尫怕矢哒f明破壁效果好，所以選取高壓均質(zhì)作為提取香菇可溶性氮的物理破壁方法。

2.2 高壓均質(zhì)破壁提取香菇可溶性氮的工藝研究

2.2.1 均質(zhì)壓力對(duì)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(zhì)壓力分別為15 MPa、30 MPa、45 MPa條件下均質(zhì)1次，其結(jié)果如下表1。

表1 均質(zhì)壓力對(duì)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(zhì)對(duì)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(shí)可溶性氮釋放最高，而在45 MPa時(shí)沒有增加反而有所降低。這可能是一方面均質(zhì)壓力的增加，使香菇漿液受到越來越強(qiáng)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(xì)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(zhì)壓力上升的同時(shí)，溫度和剪切力的上升導(dǎo)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(zhì)壓力選擇30 MPa較為適宜。

2.2.2 均質(zhì)初始溫度對(duì)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(zhì)壓力下均質(zhì)1次，其結(jié)果見表2。

表2 均質(zhì)初始溫度對(duì)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(jìn)香菇可溶性氮釋放，均質(zhì)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(zhì)過程中漿液的溫度也會(huì)隨均質(zhì)撞擊作用和空穴作用而升高，使維持蛋白空間構(gòu)象的次級(jí)鍵被破壞，引起天然構(gòu)象解體，把原來的分子內(nèi)部的一些疏水基團(tuán)暴露到分子表面，促使蛋白質(zhì)分子間的相互結(jié)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(duì)香菇可溶性氮提取的影響

香菇漿液在均質(zhì)初始溫度30℃、均質(zhì)壓力30 MPa下以料液比 1∶3、1∶5、1∶7、1∶9 分別均質(zhì) 1 次，結(jié)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(qū)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(huì)使?jié){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(zhì)次數(shù)對(duì)香菇可溶性氮提取的影響

在均質(zhì)溫度30℃、均質(zhì)壓力30 MPa、均質(zhì)料液比1∶5的條件下，分別均質(zhì)處理0次、1次、2次、3次、4次、5次，考察均質(zhì)次數(shù)對(duì)香菇可溶性氮提取的影響，結(jié)果見圖3。

可以看出隨著均質(zhì)次數(shù)的增加，可溶性氮含量和可溶性氮釋放率均逐漸升高，均質(zhì)3次后再繼續(xù)均質(zhì)時(shí)可溶性氮含量增加緩慢，故高壓均質(zhì)最佳均質(zhì)次數(shù)應(yīng)為3次。

2.3 高壓均質(zhì)破壁提取香菇可溶性氮的工藝正交實(shí)驗(yàn)

圖2 料液比對(duì)香菇可溶性氮提取的影響

圖3 均質(zhì)次數(shù)對(duì)香菇可溶性氮提取的影響

在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以均質(zhì)料液比、均質(zhì)次數(shù)、均質(zhì)壓力和均質(zhì)初始溫度為四因素進(jìn)行L9（34）正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，選取最優(yōu)均質(zhì)工藝參數(shù)。以可溶性釋放率為指標(biāo)，因素水平表見表3，結(jié)果分析見表4和表5。

表4和表5的結(jié)果表明，均質(zhì)料液比、均質(zhì)次數(shù)、均質(zhì)壓力及均質(zhì)初始溫度均對(duì)樣品的可溶性氮含量產(chǎn)生影響，影響主次：A＞B＞C＞D即均質(zhì)料液比＞均質(zhì)次數(shù)＞均質(zhì)壓力＞均質(zhì)初始溫度，其中均質(zhì)料液比的影響達(dá)到了極顯著水平。最優(yōu)水平組合為 A3B1C3D2，即均質(zhì)料液比 1∶7、均質(zhì)次數(shù)2次、均質(zhì)壓力40 MPa和均質(zhì)初始溫度50℃。由于正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果最優(yōu)組合與分析最優(yōu)組合均為A3B1C3D2，故最終確定A3B1C3D2為最優(yōu)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%。

3 結(jié)論

3種機(jī)械物理破壁方法提取香菇可溶性氮以高壓均質(zhì)處理效果最佳，其次是膠體磨破壁，高速組織搗碎破壁較差。最適均質(zhì)破壁工藝條件為均質(zhì)壓力40 MPa、均質(zhì)溫度50℃、均質(zhì)料液比1∶7、均質(zhì)次數(shù)2次，可溶性氮釋放率可達(dá)到78.84%。

表3 正交實(shí)驗(yàn)因素水平表

表4 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析表

表5 方差分析表（F=0.01）

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