超声波辅助提取金针菇、香菇菇柄中氨基酸的研究

崔文甲，曹世宁，王文亮，弓志青，王延圣，贾凤娟

(1.山东省农业科学院农产品研究所，山东省农产品精深加工技术重点实验室，农业部新食品资源加工重点实验室，济南 250100；2.山东农业大学 食品科学与工程学院，山东 泰安 271018)

金针菇和香菇是我国的大宗食用菌品种，含有丰富的蛋白质、人体必需氨基酸、维生素、矿物元素和风味物质。金针菇和香菇含有丰富的呈味物质，使其具有浓郁的鲜香风味，成为天然调味料开发的热点[1]。食用菌的呈味物质主要是其含有的不易挥发的水溶性成分，包括可溶性糖、呈味氨基酸、呈味核苷酸和有机酸等[2]。食用菌类最显著特征的滋味是鲜味，主要是由氨基酸决定的，而核苷酸也起到非常重要的作用。可溶性糖醇是食用菌产生甜味的主要成分，有机酸的种类和含量则对独特风味的形成有着重要的影响[3]。食用菌呈味物质的提取有多种方法，通常采取食用菌水解液的形式提取，传统的方法有热水浸提法、酸水解法、自溶法等。随着技术的进步，逐渐出现了一些新的提取方法，包括生物酶辅助提取法、微波辅助提取法以及超声波辅助提取法等[4]。超声波辅助提取法是利用超声波产生的高频强烈振动、高加速度、搅拌作用以及强烈的空化效应等使食用菌中呈味成分更快地进入溶剂，大大提高提取得率[5]。沈健等[6]以香菇为原料，对比了加热、均质、超声波、微波4种不同破壁方法对呈味物质的释放程度，结果表明超声波提取效果最好。郝春喜等[7]采用超声波辅助萃取法从蟹味菇子实体中提取呈味氨基酸，研究了最佳工艺条件。

金针菇、香菇菇柄是在加工、食用过程中产生的下脚料，大部分当作饲料、肥料或被直接废弃，造成了极大的资源浪费[8]。本文以金针菇、香菇菇柄为主要原料，通过超声波辅助的方法提取其呈味物质，并分析其呈味物质的组成，为其深加工提供理论依据，对促进食用菌资源的深度开发和金针菇、香菇副产物的综合利用具有一定意义。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

鲜金针菇、香菇：均采购自超市；水合茚三酮、亮氨酸、乙二醇、正丙醇、正丁醇、磷酸二氢钾、磷酸二氢铵：均为分析纯，天津市富宇精细化工有限公司。

1.2 仪器与设备

GZX-9240MBE电热鼓风干燥箱 上海博迅实业有限公司医疗设备厂；XO-SM100超声微波组合反应系统 南京先欧仪器制造有限公司；LXJ-IIB低速大容量多管离心机 上海安亭科学仪器厂；UV-6100紫外可见分光光度计 上海元析仪器有限公司；L-8900全自动氨基酸分析仪 日本日立公司；Waters515型高效液相色谱仪 美国Waters公司；ICS2500型离子色谱仪 美国Dionex公司。

1.3 方法

1.3.1 超声波辅助提取

鲜金针菇、香菇洗净，取菇柄部分干燥、粉碎。取处理后的2种食用菌干粉各1.00 g，加水混匀，放入XO-SM100超声微波组合反应系统中，在不同条件下进行提取。分别考察超声功率、料液比、提取时间对提取金针菇、香菇菇柄中游离氨基酸的影响。

1.3.2 正交实验

以超声功率，料液比和提取时间3个因素的单因素实验为基础，考察3个因素对游离氨基酸提取率的影响。正交实验设计分别见表1和表2。

表1 超声波辅助提取金针菇中游离氨基酸的正交实验因素水平表Table 1 Factors and levels of ultrasound-assisted extraction of free amino acids from Flammulina velutipes

表2 超声波辅助提取香菇中游离氨基酸的正交实验因素水平表Table 2 Factors and levels of ultrasound-assisted extraction of free amino acids from Lentinula edodes

1.3.3 游离氨基酸的测定

称取1 mg样品粉末，加入50 mL 0.1 mol/L的盐酸，震荡45 min后过滤，滤液加8%的5-磺基水杨酸后充分混匀，10000 r/min转速下离心15 min取上清液，经0.22 μm微孔滤膜过滤，采用日立L-8900型全自动氨基酸分析仪进行测定[9]。

2 结果与分析

2.1 超声波功率对提取金针菇、香菇菇柄中游离氨基酸的影响

超声波功率对金针菇、香菇菇柄中游离氨基酸提取的影响分别见图1和图2。

图1 超声波功率对于金针菇中游离氨基酸提取的影响Fig.1 The effect of ultrasonic power on extraction of the free amino acid from Flammulina velutipes

图2 超声波功率对于香菇中游离氨基酸提取的影响Fig.2 The effect of ultrasonic power on extraction of the free amino acid from Lentinula edodes

由单因素实验结果可以看出超声功率对提取金针菇、香菇柄中游离氨基酸的影响较为显著，由图1的变化趋势我们可知，随着超声功率的增大，金针菇中游离氨基酸的提取率在350 W时达到最大值8.07 mg/g，之后呈现下降的趋势。在图2中，这一峰值出现在450 W的功率下，最大值为3.11 mg/g。 随着超声功率的不断加强，超声波对金针菇、香菇细胞的破碎作用增强，游离氨基酸更多地释放出来；但是随着超声波功率的继续增大，提取液中的游离氨基酸含量反而下降，主要原因在于超声功率过大会加速提取液的流动，从而减少了物料在超声场中的停留时间，破壁作用也随之减弱，导致提取率下降[10]。

2.2 料液比对提取金针菇、香菇菇柄中游离氨基酸的影响

料液比对金针菇、香菇菇柄中游离氨基酸提取的影响分别见图3和图4。

图3 料液比对于金针菇中游离氨基酸提取的影响Fig.3 The effect of ratio of material to liquid on extraction of the free amino acid form Flammulina velutipes

2种样品的超声辅助提取均在1∶30的料液比条件下显示出最优的提取效果，游离氨基酸的提取率分别可达9.37，3.81 mg/g。继续增大料液比，提取效果明显下降，这是由于溶剂的增多导致样品浓度的降低，影响了提取效率。

2.3 超声时间对提取金针菇、香菇菇柄中游离氨基酸的影响

料液比对金针菇、香菇菇柄中游离氨基酸提取的影响分别见图5和图6。

图5 超声时间对于金针菇中游离氨基酸提取的影响Fig.5 The effect of ultrasonic time on extraction of the free amino acid from Flammulina velutipes

图6 超声时间对于香菇中游离氨基酸提取的影响Fig.6 The effect of ultrasonic time on extraction of the free amino acid from Lentinula edodes

结果显示：随着超声时间的延长，可有效提高游离氨基酸的提取效果。2种原料均在超声处理3 min时达到最佳提取效果，可溶性氮提取率分别达到6.99，3.84 mg/g。继续延长超声时间，提取率则开始下降。其原因可能是随超声时间的延长，金针菇、香菇细胞的破裂越来越完全，因而游离氨基酸的含量也随之增大；继续延长时间，2种食用菌组织中大量细胞破裂，导致细胞内大量不溶物及较多黏液质等混入提取液中，使溶液中杂质增多，黏度增大，从而增大了传质阻力，影响了有效成分的溶出。

2.4 超声波辅助提取金针菇、香菇菇柄中游离氨基酸的正交实验结果

超声波辅助提取金针菇、香菇菇柄中游离氨基酸的正交实验结果分别见表3和表4。

表3 超声波辅助提取金针菇中游离氨基酸的正交实验结果Table 3 Ultrasonic-assisted extraction of free amino acids from Flammulina velutipes by orthogonal experiments

表4 超声波辅助提取香菇中游离氨基酸的正交实验结果Table 4 Ultrasonic-assisted extraction of free amino acids from Lentinula edodes by orthogonal experiments

从结果可以看出，各因素对提取金针菇中游离氨基酸的影响大小依次为料液比>超声时间>超声功率，最佳提取组合为：A2B1C2，即超声功率350 W、料液比1∶20、处理时间3 min。经实验验证，在此条件下提取金针菇菇柄中游离氨基酸为7.42 mg/g。对提取液香菇柄中游离氨基酸的影响大小依次为料液比>超声功率>超声时间。最佳提取组合为：A2B3C2，即超声功率450 W、料液比1∶40、处理时间3 min。经实验验证，在此条件下提取香菇菇柄中游离氨基酸为4.15 mg/g。

3 结论

以金针菇、香菇菇柄为原料，采用超声波辅助的方式提取其游离氨基酸，研究了超声功率、料液比、超声时间等单因素对提取游离氨基酸的影响，通过正交实验研究了超声波辅助提取金针菇、香菇菇柄中游离氨基酸的最佳条件。结果表明：各因素对提取金针菇菇柄中游离氨基酸的影响大小依次为料液比>超声时间>超声功率，最佳提取条件为超声功率350 W、料液比1∶20、超声时间3 min，在此条件下提取金针菇菇柄中游离氨基酸含量为7.42 mg/g；对提取香菇菇柄中游离氨基酸的影响大小依次为料液比>超声功率>超声时间。最佳提取条件为超声功率450 W、料液比1∶40、超声时间3 min，在此条件下提取香菇菇柄中游离氨基酸含量为4.15 mg/g。

参考文献：

[1]沈文凤,王文亮,崔文甲,等.食用菌调味料开发现状与发展趋势[J].中国食物与营养,2016,22(10):35-38.

[2]曹世宁,陈相艳,崔文甲,等.食用菌中呈味物质的研究进展[J].食品工业,2016,37(3):231-234.

[3]李晓贝,杨焱,周峰,等.杏鲍菇子实体及其下脚料的营养成分和呈味物质研究[J].现代食品科技,2015,31(6):272-278.

[4]王文亮,宋莎莎,宋康,等.食用菌呈鲜呈味物质提取工艺研究进展[J].食品工业,2015,36(7):237-240.

[5]张圣杰,陈相艳,李文香,等.超声联合超微粉碎法提取金针菇多糖新探究[J].食品工业,2014,35(4):83-86.

[6]沈健,顾宗珠,王瑶.超声法提取香菇呈味物质的工艺研究[J].食品工业科技,2013,34(19):188-190，195.

[7]郝春喜,文连奎.超声波辅助萃取蟹味菇子实体呈鲜味物质氨基酸的工艺优化[J].中国林副特产,2012(3):6-8.

[8]陈义勇,邱梦鸽,华丽君,等.金针菇下脚料多糖超声-微波协同辅助提取工艺及其抑菌活性[J].食品与发酵工业,2015,41(10):113-118.

[9]张璐,弓志青,王文亮,等.7种大宗食用菌的呈味物质分析及鲜味评价[J].食品科技,2017,42(3):274-278，283.

[10]沈春燕.超声波法提取香菇含氮物质最佳工艺条件及其营养成分研究[J].中国调味品,2016,41(4):130-135,152.