超聲波輔助提取金針菇、香菇菇柄中氨基酸的研究

崔文甲，曹世寧，王文亮，弓志青，王延圣，賈鳳娟

(1.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品研究所，山東省農(nóng)產(chǎn)品精深加工技術(shù)重點實驗室，農(nóng)業(yè)部新食品資源加工重點實驗室，濟南 250100；2.山東農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，山東 泰安 271018)

金針菇和香菇是我國的大宗食用菌品種，含有豐富的蛋白質(zhì)、人體必需氨基酸、維生素、礦物元素和風(fēng)味物質(zhì)。金針菇和香菇含有豐富的呈味物質(zhì)，使其具有濃郁的鮮香風(fēng)味，成為天然調(diào)味料開發(fā)的熱點[1]。食用菌的呈味物質(zhì)主要是其含有的不易揮發(fā)的水溶性成分，包括可溶性糖、呈味氨基酸、呈味核苷酸和有機酸等[2]。食用菌類最顯著特征的滋味是鮮味，主要是由氨基酸決定的，而核苷酸也起到非常重要的作用?？扇苄蕴谴际鞘秤镁a(chǎn)生甜味的主要成分，有機酸的種類和含量則對獨特風(fēng)味的形成有著重要的影響[3]。食用菌呈味物質(zhì)的提取有多種方法，通常采取食用菌水解液的形式提取，傳統(tǒng)的方法有熱水浸提法、酸水解法、自溶法等。隨著技術(shù)的進(jìn)步，逐漸出現(xiàn)了一些新的提取方法，包括生物酶輔助提取法、微波輔助提取法以及超聲波輔助提取法等[4]。超聲波輔助提取法是利用超聲波產(chǎn)生的高頻強烈振動、高加速度、攪拌作用以及強烈的空化效應(yīng)等使食用菌中呈味成分更快地進(jìn)入溶劑，大大提高提取得率[5]。沈健等[6]以香菇為原料，對比了加熱、均質(zhì)、超聲波、微波4種不同破壁方法對呈味物質(zhì)的釋放程度，結(jié)果表明超聲波提取效果最好。郝春喜等[7]采用超聲波輔助萃取法從蟹味菇子實體中提取呈味氨基酸，研究了最佳工藝條件。

金針菇、香菇菇柄是在加工、食用過程中產(chǎn)生的下腳料，大部分當(dāng)作飼料、肥料或被直接廢棄，造成了極大的資源浪費[8]。本文以金針菇、香菇菇柄為主要原料，通過超聲波輔助的方法提取其呈味物質(zhì)，并分析其呈味物質(zhì)的組成，為其深加工提供理論依據(jù)，對促進(jìn)食用菌資源的深度開發(fā)和金針菇、香菇副產(chǎn)物的綜合利用具有一定意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

鮮金針菇、香菇：均采購自超市；水合茚三酮、亮氨酸、乙二醇、正丙醇、正丁醇、磷酸二氫鉀、磷酸二氫銨：均為分析純，天津市富宇精細(xì)化工有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

GZX-9240MBE電熱鼓風(fēng)干燥箱 上海博迅實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；XO-SM100超聲微波組合反應(yīng)系統(tǒng) 南京先歐儀器制造有限公司；LXJ-IIB低速大容量多管離心機 上海安亭科學(xué)儀器廠；UV-6100紫外可見分光光度計 上海元析儀器有限公司；L-8900全自動氨基酸分析儀 日本日立公司；Waters515型高效液相色譜儀 美國Waters公司；ICS2500型離子色譜儀 美國Dionex公司。

1.3 方法

1.3.1 超聲波輔助提取

鮮金針菇、香菇洗凈，取菇柄部分干燥、粉碎。取處理后的2種食用菌干粉各1.00 g，加水混勻，放入XO-SM100超聲微波組合反應(yīng)系統(tǒng)中，在不同條件下進(jìn)行提取。分別考察超聲功率、料液比、提取時間對提取金針菇、香菇菇柄中游離氨基酸的影響。

1.3.2 正交實驗

以超聲功率，料液比和提取時間3個因素的單因素實驗為基礎(chǔ)，考察3個因素對游離氨基酸提取率的影響。正交實驗設(shè)計分別見表1和表2。

表1 超聲波輔助提取金針菇中游離氨基酸的正交實驗因素水平表Table 1 Factors and levels of ultrasound-assisted extraction of free amino acids from Flammulina velutipes

表2 超聲波輔助提取香菇中游離氨基酸的正交實驗因素水平表Table 2 Factors and levels of ultrasound-assisted extraction of free amino acids from Lentinula edodes

1.3.3 游離氨基酸的測定

稱取1 mg樣品粉末，加入50 mL 0.1 mol/L的鹽酸，震蕩45 min后過濾，濾液加8%的5-磺基水楊酸后充分混勻，10000 r/min轉(zhuǎn)速下離心15 min取上清液，經(jīng)0.22 μm微孔濾膜過濾，采用日立L-8900型全自動氨基酸分析儀進(jìn)行測定[9]。

2 結(jié)果與分析

2.1 超聲波功率對提取金針菇、香菇菇柄中游離氨基酸的影響

超聲波功率對金針菇、香菇菇柄中游離氨基酸提取的影響分別見圖1和圖2。

圖1 超聲波功率對于金針菇中游離氨基酸提取的影響Fig.1 The effect of ultrasonic power on extraction of the free amino acid from Flammulina velutipes

圖2 超聲波功率對于香菇中游離氨基酸提取的影響Fig.2 The effect of ultrasonic power on extraction of the free amino acid from Lentinula edodes

由單因素實驗結(jié)果可以看出超聲功率對提取金針菇、香菇柄中游離氨基酸的影響較為顯著，由圖1的變化趨勢我們可知，隨著超聲功率的增大，金針菇中游離氨基酸的提取率在350 W時達(dá)到最大值8.07 mg/g，之后呈現(xiàn)下降的趨勢。在圖2中，這一峰值出現(xiàn)在450 W的功率下，最大值為3.11 mg/g。 隨著超聲功率的不斷加強，超聲波對金針菇、香菇細(xì)胞的破碎作用增強，游離氨基酸更多地釋放出來；但是隨著超聲波功率的繼續(xù)增大，提取液中的游離氨基酸含量反而下降，主要原因在于超聲功率過大會加速提取液的流動，從而減少了物料在超聲場中的停留時間，破壁作用也隨之減弱，導(dǎo)致提取率下降[10]。

2.2 料液比對提取金針菇、香菇菇柄中游離氨基酸的影響

料液比對金針菇、香菇菇柄中游離氨基酸提取的影響分別見圖3和圖4。

圖3 料液比對于金針菇中游離氨基酸提取的影響Fig.3 The effect of ratio of material to liquid on extraction of the free amino acid form Flammulina velutipes

2種樣品的超聲輔助提取均在1∶30的料液比條件下顯示出最優(yōu)的提取效果，游離氨基酸的提取率分別可達(dá)9.37，3.81 mg/g。繼續(xù)增大料液比，提取效果明顯下降，這是由于溶劑的增多導(dǎo)致樣品濃度的降低，影響了提取效率。

2.3 超聲時間對提取金針菇、香菇菇柄中游離氨基酸的影響

料液比對金針菇、香菇菇柄中游離氨基酸提取的影響分別見圖5和圖6。

圖5 超聲時間對于金針菇中游離氨基酸提取的影響Fig.5 The effect of ultrasonic time on extraction of the free amino acid from Flammulina velutipes

圖6 超聲時間對于香菇中游離氨基酸提取的影響Fig.6 The effect of ultrasonic time on extraction of the free amino acid from Lentinula edodes

結(jié)果顯示：隨著超聲時間的延長，可有效提高游離氨基酸的提取效果。2種原料均在超聲處理3 min時達(dá)到最佳提取效果，可溶性氮提取率分別達(dá)到6.99，3.84 mg/g。繼續(xù)延長超聲時間，提取率則開始下降。其原因可能是隨超聲時間的延長，金針菇、香菇細(xì)胞的破裂越來越完全，因而游離氨基酸的含量也隨之增大；繼續(xù)延長時間，2種食用菌組織中大量細(xì)胞破裂，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)大量不溶物及較多黏液質(zhì)等混入提取液中，使溶液中雜質(zhì)增多，黏度增大，從而增大了傳質(zhì)阻力，影響了有效成分的溶出。

2.4 超聲波輔助提取金針菇、香菇菇柄中游離氨基酸的正交實驗結(jié)果

超聲波輔助提取金針菇、香菇菇柄中游離氨基酸的正交實驗結(jié)果分別見表3和表4。

表3 超聲波輔助提取金針菇中游離氨基酸的正交實驗結(jié)果Table 3 Ultrasonic-assisted extraction of free amino acids from Flammulina velutipes by orthogonal experiments

表4 超聲波輔助提取香菇中游離氨基酸的正交實驗結(jié)果Table 4 Ultrasonic-assisted extraction of free amino acids from Lentinula edodes by orthogonal experiments

從結(jié)果可以看出，各因素對提取金針菇中游離氨基酸的影響大小依次為料液比>超聲時間>超聲功率，最佳提取組合為：A2B1C2，即超聲功率350 W、料液比1∶20、處理時間3 min。經(jīng)實驗驗證，在此條件下提取金針菇菇柄中游離氨基酸為7.42 mg/g。對提取液香菇柄中游離氨基酸的影響大小依次為料液比>超聲功率>超聲時間。最佳提取組合為：A2B3C2，即超聲功率450 W、料液比1∶40、處理時間3 min。經(jīng)實驗驗證，在此條件下提取香菇菇柄中游離氨基酸為4.15 mg/g。

3 結(jié)論

以金針菇、香菇菇柄為原料，采用超聲波輔助的方式提取其游離氨基酸，研究了超聲功率、料液比、超聲時間等單因素對提取游離氨基酸的影響，通過正交實驗研究了超聲波輔助提取金針菇、香菇菇柄中游離氨基酸的最佳條件。結(jié)果表明：各因素對提取金針菇菇柄中游離氨基酸的影響大小依次為料液比>超聲時間>超聲功率，最佳提取條件為超聲功率350 W、料液比1∶20、超聲時間3 min，在此條件下提取金針菇菇柄中游離氨基酸含量為7.42 mg/g；對提取香菇菇柄中游離氨基酸的影響大小依次為料液比>超聲功率>超聲時間。最佳提取條件為超聲功率450 W、料液比1∶40、超聲時間3 min，在此條件下提取香菇菇柄中游離氨基酸含量為4.15 mg/g。

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