超聲法提取香菇呈味物質(zhì)的工藝研究

沈 健，顧宗珠，王 瑤

( 廣東輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東高校特色調(diào)味品工程技術(shù)開(kāi)發(fā)中心，廣東廣州510300)

香菇屬擔(dān)子菌綱、傘菌目、口蘑科、香菇屬，又名香菌、花菇，俗稱中國(guó)菇，是一種重要的食藥用栽培真菌，在我國(guó)有著悠久的栽培歷史［1］。香菇味道鮮美，營(yíng)養(yǎng)豐富，素有“菇中之王”的美譽(yù)，其子實(shí)體含有豐富的天冬氨酸、谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸等呈鮮味氨基酸，以及鳥(niǎo)苷酸、腺苷酸、胞苷酸、尿苷酸等呈味核苷酸，其中含有的葡萄糖、果糖、半乳糖等碳水化合物，以及不飽和脂肪酸、維生素、無(wú)機(jī)離子等與呈鮮味物質(zhì)相互作用，形成香菇獨(dú)特的鮮美滋味［2］，是生產(chǎn)食用菌類調(diào)味品的首選原料。因香菇的細(xì)胞壁由蛋白質(zhì)、幾丁質(zhì)、纖維素組成，較堅(jiān)固［3-4］，使得用香菇加工的調(diào)味料鮮味物質(zhì)很難被充分釋放出來(lái)，其特征性風(fēng)味不顯著，這在一定程度上影響了呈味物質(zhì)的有效利用和產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。通過(guò)選擇有效的香菇細(xì)胞破壁提取技術(shù)，能明顯提高香菇呈味物質(zhì)的提取率，為進(jìn)一步利用香菇提取的呈味物質(zhì)生產(chǎn)天然調(diào)味料提供有利條件。由于香菇中的呈味氨基酸、核苷酸等是構(gòu)成香菇鮮美滋味的主要來(lái)源，因此，本文以干香菇作為原料，擬從測(cè)定氨基酸態(tài)氮含量入手，以香菇液蛋白水解度為指標(biāo)，比較加熱、均質(zhì)、超聲波、微波四種不同提取方法對(duì)呈味物質(zhì)的釋放程度的影響，并重點(diǎn)研究了超聲波功率、超聲作用時(shí)間、料水比、香菇粉末粒徑等因素對(duì)香菇呈味物質(zhì)提取的影響，且進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)研究，獲得了較好的結(jié)果。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

干香菇 市售，經(jīng)低溫干燥(60℃，3h)、粉碎、100 目過(guò)篩處理;其他試劑 分析純，市售;實(shí)驗(yàn)用水 去離子水。

超聲波細(xì)胞破碎儀 LD-650DN，20～25kHz，頻率自動(dòng)跟蹤，云南樂(lè)德科技有限公司;低速離心機(jī)中佳-SC-3614，安徽中科中佳科學(xué)儀器有限公司;電子分析天平 BSA-224S-CW，北京塞多利斯天平有限公司;電熱恒溫水浴鍋 DK-S26 型，上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司;雷磁酸度計(jì) PHS-3C，上海雷磁儀器廠;消化爐 HYP-1020，上海纖檢儀器有限公司;凱氏定氮蒸餾儀 2100KJELTEC，瑞典;微波爐KD23BC，美的日用家電集團(tuán);搖擺式高速中藥粉碎機(jī) DMF-10A 型，廣州市旭朗機(jī)械設(shè)備有限公司;數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱 G2X-9240MBE，上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠;高壓均質(zhì)機(jī) SRH 60-70，上海申鹿均質(zhì)機(jī)有限公司;磁力攪拌器 79-1，江蘇省金壇市榮華儀器制造有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 原料預(yù)處理 取一定量市售香菇經(jīng)60℃、3h低溫干燥，粉碎、過(guò)100 目篩制得香菇粉。

稱取一定量香菇粉按1∶20 比例加水，攪拌均勻，備用。

1.2.2 香菇提取呈味物質(zhì)方法篩選 實(shí)驗(yàn)研究了以下4 種提取方式:加熱處理:取1.2.1 所得溶液，在60℃下浸提2h 后，以6000r/min 離心，取上清液測(cè)香菇蛋白水解度;均質(zhì)處理:取1.2.1 所得溶液，以20MPa 均質(zhì)處理1 次，以6000r/min 離心，取上清液測(cè)香菇蛋白水解度;微波處理:取1.2.1 所得溶液，以600W 微波處理10min，以6000r/min 離心，取上清液測(cè)香菇蛋白水解度;超聲波處理:取1.2.1 所得溶液，以400W 超聲波處理20min，以6000r/min 離心，取上清液測(cè)香菇蛋白水解度。

1.2.3 超聲波技術(shù)提取香菇呈味物質(zhì)的工藝研究

1.2.3.1 料水比對(duì)香菇浸提效果的影響 定量稱取5.00g 香菇粉樣品，過(guò)100 目標(biāo)準(zhǔn)篩，分別按料水比1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶40、1∶50，在超聲波功率400W，超聲溫度50℃，超聲時(shí)間20min 的條件下水解，后經(jīng)過(guò)濾、離心分離得上清液，測(cè)定其蛋白水解度，選擇最優(yōu)物料比。

1.2.3.2 香菇粉末粒徑對(duì)浸提效果的影響 定量稱取5.00g 香菇粉樣品，分別過(guò)60、80、100、150、200 目標(biāo)準(zhǔn)篩，在料水比1∶20，超聲波功率400W，超聲溫度50℃，超聲時(shí)間20min 的條件下水解，后經(jīng)過(guò)濾、離心分離得上清液，測(cè)定其蛋白水解度，確定最優(yōu)的香菇粉末粒徑。

1.2.3.3 超聲波功率對(duì)香菇浸提效果的影響 定量稱取5.00g 香菇粉樣品，過(guò)100 目標(biāo)準(zhǔn)篩，在料水比1∶20，超聲波功率分別為100、200、300、400、500、600W，超聲溫度50℃，超聲時(shí)間20min 的條件下水解，后經(jīng)過(guò)濾、離心分離得上清液，測(cè)定其蛋白水解度，確定最優(yōu)的超聲波功率。

1.2.3.4 超聲時(shí)間對(duì)香菇浸提效果的影響 定量稱取5.00g 香菇粉樣品，過(guò)100 目標(biāo)準(zhǔn)篩，在料水比1∶20，超聲波功率為400W，超聲溫度50℃，超聲時(shí)間分別為5、10、15、20、25、30、40min 的條件下水解，后經(jīng)過(guò)濾、離心分離得上清液，測(cè)定其蛋白水解度，確定最優(yōu)的超聲作用時(shí)間。

1.2.4 正交實(shí)驗(yàn) 在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上優(yōu)化香菇呈味物質(zhì)的提取工藝，以料水比、粒徑、超聲波功率和超聲時(shí)間為主要因素，每個(gè)因素三個(gè)水平，設(shè)計(jì)四因素三水平正交實(shí)驗(yàn)L9(34)，如表1。

1.2.5 測(cè)定方法

1.2.5.1 總氮量的測(cè)定 采用GB 5009.5-85 中的凱氏定氮法。

1.2.5.2 游離氨基酸態(tài)氮含量的測(cè)定 采用中性甲醛電位滴定法［5］。

1.2.5.3 香菇蛋白水解度的計(jì)算

表1 正交實(shí)驗(yàn)因素水平表Table 1 Factors and levels graph of orthogonal test

2 結(jié)果與分析

2.1 不同物理手段處理對(duì)香菇浸提效果的影響

從圖1 所示結(jié)果可以看出，與未經(jīng)處理的樣品相比，加熱、均質(zhì)、微波和超聲處理均可不同程度地提高香菇蛋白水解度，蛋白水解度高說(shuō)明水解液中釋放出的香菇呈味物質(zhì)量多，其中超聲波處理效果最好，蛋白水解度達(dá)到24.56%，較未處理樣增加了13.35%，熱水浸提法效果最差。因此選擇超聲波法作為提取香菇呈味物質(zhì)的有效的物理手段進(jìn)行研究。

圖1 不同處理方式的香菇蛋白水解度的比較Fig.1 Comparison of different treatment methods on the degree of hydrolysis from lentinus edodes protein

2.2 超聲波技術(shù)提取香菇呈味物質(zhì)的工藝研究

2.2.1 料水比對(duì)香菇呈味物質(zhì)提取效果的影響 從圖2 所示結(jié)果可以看出，隨著料水比的增大，香菇蛋白水解度上升較快，主要是因?yàn)樗c香菇粉末充分接觸，在相同時(shí)間內(nèi)呈味氨基酸、核苷酸等溶出量增加，故水解度逐漸增大。當(dāng)料水比大于1∶20 時(shí)，水解度增加趨于平緩，而且隨著料水比的增加，曲線有下降的趨勢(shì)，說(shuō)明呈味氨基酸、核苷酸等溶解趨于飽和。考慮到料液比過(guò)大會(huì)增加濃縮的時(shí)間，同時(shí)也會(huì)減小超聲波破碎細(xì)胞的能力，使細(xì)胞破碎程度下降，從而降低呈味物質(zhì)的提取率［6］，所以初步將料水比定為1∶20 較為適宜。

2.2.2 香菇粉末粒徑對(duì)呈味物質(zhì)提取效果的影響 從圖3 所示結(jié)果可以看出，香菇粉末粒徑對(duì)香菇蛋白水解度有一定的影響，隨著粒徑的逐漸減小，香菇蛋白水解度逐步增加，其原因可能是原料粒徑越小，比表面積越大，孔隙率和溶解性相應(yīng)增強(qiáng)，同時(shí)細(xì)胞壁破裂程度越大，呈味物質(zhì)溶出率越高［7］。粒徑為100 目時(shí)水解度較大，之后略有上升，但上升的幅度不是很大，其原因可能是超聲法使細(xì)胞破碎完全，因此100 目的破碎力度已經(jīng)能將香菇細(xì)胞中的呈味氨基酸、核苷酸等很好溶出，所以從生產(chǎn)成本角度考慮，選取香菇粒度為100 目。

圖2 料水比對(duì)香菇呈味物質(zhì)提取效果的影響Fig.2 Effect of ratio of material to water on flavor substances extraction from lentinus edodes

圖3 粒徑對(duì)呈味物質(zhì)提取效果的影響Fig.3 Effect of particle size on flavor substances extraction

2.2.3 超聲波功率對(duì)香菇呈味物質(zhì)提取效果的影響 從圖4 所示結(jié)果可以看出，超聲波功率對(duì)香菇浸提效果影響顯著，當(dāng)超聲波功率在100～400W 之間時(shí)，香菇蛋白水解度顯著提高，這與超聲波的機(jī)械振動(dòng)作用和空化作用有關(guān)。高強(qiáng)度的超聲波振動(dòng)時(shí)能產(chǎn)生并傳遞強(qiáng)大的能量，使香菇顆粒在溶液中以大的速度和加速度進(jìn)入振動(dòng)狀態(tài)，同時(shí)在有相當(dāng)大的破壞力的作用下，液體內(nèi)形成空化泡的現(xiàn)象，并通過(guò)機(jī)械性斷鍵作用使大分子物質(zhì)的性能和狀態(tài)發(fā)生改變，蛋白質(zhì)顆粒發(fā)生破裂，粒徑變小，表面積增大，這可能有利于使維持原來(lái)有序螺旋結(jié)構(gòu)的次級(jí)鍵斷開(kāi)，分子結(jié)構(gòu)變得疏松，使原來(lái)轉(zhuǎn)入分子內(nèi)部的親水基團(tuán)轉(zhuǎn)移至分子表面，從而恢復(fù)表面親水基團(tuán)的水化層，提高呈味氨基酸、核苷酸等的溶解性［8-9］。但是當(dāng)超聲功率大于400W 以后，香菇蛋白水解度增幅較小，因此最適宜的超聲功率為400W。

圖4 超聲波功率對(duì)香菇呈味物質(zhì)提取效果的影響Fig.4 Effect of ultrasonic power on flavor substances extraction from lentinus edodes

2.2.4 超聲時(shí)間對(duì)香菇呈味物質(zhì)提取效果的影響從圖5 所示結(jié)果可以看出，隨著超聲時(shí)間的延長(zhǎng)，香菇蛋白水解度呈先上升后下降的趨勢(shì)，20min 時(shí)達(dá)到最大值，水解度為26.27%，可能是由于在一定范圍內(nèi)，提取時(shí)間越長(zhǎng)，提取液與被提取物質(zhì)相互作用的時(shí)間越長(zhǎng)，呈味氨基酸、核苷酸等的溶出率就越高，但是氨基酸等呈味物質(zhì)的溶出是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，當(dāng)它達(dá)到一定時(shí)間后，基本呈動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)［10］，故提取率及水解度將不再增加。為減小能量消耗，選擇20min 為最佳超聲波時(shí)間。

圖5 超聲時(shí)間對(duì)香菇呈味物質(zhì)提取效果的影響Fig.5 Effect of ultrasonic time on flavor substances extraction from lentinus edodes

2.3 超聲波法提取香菇呈味物質(zhì)的工藝優(yōu)化

正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2 所示，經(jīng)極差分析，各因素對(duì)香菇蛋白水解度產(chǎn)生影響的重要性依次為C ＞A＞D ＞B;經(jīng)表3 方差分析，因素C、A、D 對(duì)蛋白水解度影響顯著。根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果，最終確定超聲波法提取香菇呈味物質(zhì)(以氨基酸態(tài)氮計(jì))的最優(yōu)工藝參數(shù)為C2A2D2B1，即超聲波功率為400W，料水比為1∶20，超聲時(shí)間為20min，香菇粒徑為80 目。在最佳條件下進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，由驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)得出香菇蛋白水解度為27.48%。

表2 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果表Table 2 Results of orthogonal test

表3 蛋白水解度方差分析結(jié)果Table 3 Variance analysis of the degree of hydrolysis of protein

3 結(jié)論

通過(guò)加熱、均質(zhì)、超聲波、微波四種不同方法對(duì)香菇呈味物質(zhì)(以氨基酸態(tài)氮計(jì))的提取實(shí)驗(yàn)比較可知，采用超聲波法提取效果最好，蛋白水解度最高，其次為微波處理，加熱浸提和均質(zhì)處理效果較差。研究表明，超聲波功率、料水比、超聲時(shí)間、香菇粉末粒徑對(duì)提取效果均有影響，各影響因素對(duì)香菇蛋白水解度的顯著性影響順序?yàn)槌暡üβ剩玖纤龋境晻r(shí)間＞香菇粉末粒徑。通過(guò)單因素和正交實(shí)驗(yàn)，確定了超聲波法提取香菇中呈味物質(zhì)的最佳工藝條件為:在超聲波功率為400W，料水比為1∶20，超聲時(shí)間為20min，香菇粉末粒徑為80 目的條件下進(jìn)行提取，香菇蛋白水解度可達(dá)到27.48%。

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