循环农业模式下双孢菇营养品质与安全评估

张娜英，王 娜，程 燕，祁 奇，陈 琪*

（1安徽农业大学茶与食品科技学院，合肥230036；2安徽省合肥市环境监测站，合肥230036）

中国作为农业大国，农业循环一直是一个热门话题。循环农业是实现生态良性循环与农村建设和谐发展的必由之路，也是农业公司提高经济效益、生态效益和社会效益的客观选择［1］。选择合适的循环农业模式并对其品质和安全和经济价值进行评估是推广循环农业经济的必须手段。食用菌是一类种植方式简便，利于广泛推广，种类繁多，经济价值高且特别适合作为循环农业中间环节的食品原料。近年来我国蘑菇栽培发展迅速，产量和出口量超越美国跃居世界第一［2］。双孢蘑菇［Agaricus bisporus（J.E.Lange）Imbach］又名白蘑菇、洋蘑菇、栽培起源于法国，至今已有460多年历史［3］，是世界上栽培最广、产量最多、消费最普遍的一种食用菌。其营养价值极其丰富，肉质肥嫩，味道鲜美，既是一种高档的菌类蔬菜又是一种有保健作用的营养食品，还具有一定的医疗效果，有“植物肉”美称［4］。双孢菇的营养价值在于含有丰富的氨基酸、维生素、矿物质和蘑菇多糖，粗蛋白质含量为23.9%—34.8%，且富含人体必需氨基酸，赖氨酸和亮氨酸含量丰富，有助于提高免疫力，为机体和大脑提供能源［4-5］。然而，近年来双孢菇培养环境的污染和基质来源的复杂性，使得双孢菇中不只含有维持健康所需的铁、锌等必需微量元素，还可能含有影响人体健康的有害重金属。雷敬敷等［6］利用培养基中外源添加重金属的方式研究食用菌对金属的富集作用，结果表明，在培养基严重污染时，双孢蘑菇对Pb的累积量可达30 mg/kg，说明培养基中重金属Pb的含量将显著影响食用菌产品中的Pb含量。徐丽红等［7］利用培养基中外源添加重金属的方式研究食用菌对金属的富集作用，发现食用菌对Cd、Hg、Pb、As、Cu等重金属均有不同程度的富集作用，其中对Hg和Cd的富集是极为显著［8］。因而有必要将重金属含量作为循环农业质量安全控制的重点。

本试验针对在循环农业模式中综合利用蛋鸡养殖产生的鸡粪和农田回收废料麦秸秆等农业资源废弃物进行合理配比生产基质，并对以此培养的双孢菇进行氨基酸和重金属含量的测定，以期对其营养成分和安全特性进行评估，为该种循环经济模式的开展与推广提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

双孢菇来自循环农业示范公司，采集后用食品袋密封带回实验室处理。

1.2 试剂与仪器设备

试剂：二水合5-磺基水扬酸，国产分析纯，检测时所用的盐酸、氢氟酸、硫酸、硝酸、高氯酸、硫脲等化试用品均为优级纯；标准溶液及样品制备用水为符合实验室一级用水。

仪器设备：L8900氨基酸分析仪，日立高新技术公司；NOVAWAVE SA全自动微波消解仪，加拿大SCP公司；DV2100电感耦合等离子体发射光谱仪，美国PE公司；万分之一电子天平，瑞士梅特勒-托利多公司。

1.3 试验方法

1.3.1 氨基酸含量测定

食用菌中氨基酸按照DÍEZ等［9］的方法测定并微调，分析仪器为日立L8900氨基酸分析仪；样品前处理：将双孢菇洗净擦干后使子实体和菌根分离。操作步骤：待测子实体和菌根的鲜样加入铝盒，充分烘干，称取蘑菇子实体和菌根样品各0.2 g放入对应的离心管，加入20 mL 4%的磺基水杨酸超声浸提40 min，离心取1 mL上清液进行检测。每处理3次重复。

1.3.2 重金属检测

参照GB 5009.268—2016第二法进行前处理及检验。

消解方法：称取0.5 g（精确到0.1 mg）试样，置于微波消解罐中，向微波消解罐中加入10.0 mL HNO3加盖放置1 h，旋紧密封，置于微波消解仪中。按标准的微波消解程序进行消解。消解完毕，待温度降至室温后取出消解罐，置于控温电加热器中，在140℃条件下，加热硝酸至约0.5 mL。将试样溶液转移至50 mL比色管中，用超纯水冲洗消解罐3—4次，清洗液一并转移至容量瓶中，然后用1%硝酸定容至50 mL。

分别吸取1 000 mg/L的标准溶液配置成0.00 mg/L、0.10 mg/L、1.00 mg/L、2.00 mg/L、10.0 mg/L的标准系列。将稀释好的待测液按照表1进行测定，同时测定试剂空白中的含量。按照国标确定不同元素的分析波长。每样本3个生物学重复。

表1 电感耦合等离子体发射光谱仪仪器条件Table 1 The operation parameters of ICP-OES

2 结果与分析

2.1 双孢菇中氨基酸含量分析

该循环农业模式下种植的双孢菇中含有丰富的氨基酸（表2），该批双孢菇与其他市售双孢菇相比，其子实体中必需氨基酸含量较丰富，赖氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苏氨酸含量均高于市售双孢菇，其总氨基酸含量高出市售双孢菇近30%。必需氨基酸占氨基酸总量的34.7%，EAA/NEAA的值为53.2%，与FAO/WTO标准规定的40%和60%很接近。同时，本研究对该批双孢菇剪除子实体和菌柄后一般作为下脚料的菇脚部分氨基酸含量进行了检测，发现每100 g菇脚中苏氨酸（0.107 g）、谷氨酸（0.019 g）、丙氨酸（0.079 g）含量相对较高，尽管菇脚中氨基酸残留量较少，但是其含量比例与子实体中分布规律几乎一致，仍有较高的利用价值。

表2 每100 g双孢菇中氨基酸含量Table 2 The Am ino acid content of the Agaricus bisporus g

2.2 氨基酸比值系数法的评价结果

根据氨基酸平衡理论［11］，利用WHO/FAO的必需氨基酸参考模式，计算样品中EAA的氨基酸比值，氨基酸比值系数（RC）和比值系数分（SRC），如果双孢菇子实体中必需氨基酸齐全，比例得当，接近或符合WHO/FAO氨基酸模式要求，则这种食用菌适宜人体生理作用需要，营养价值大［12］。从表3可以看出，双孢菇子实体中，亮氨酸Leu、赖氨酸Lys、蛋氨酸+胱氨酸Met+Cys的RC值小于1，异亮氨酸Ile、苯丙氨酸+络氨酸Phe+Tyr、苏氨酸Thr、缬氨酸Val的RC值大于1，即亮氨酸Leu、赖氨酸Lys、蛋氨酸+胱氨酸Met+Cys含量相对不足，而异亮氨酸Ile、苯丙氨酸+络氨酸Phe+Tyr、苏氨酸Thr、缬氨酸Val含量相对过剩，其中蛋氨酸+胱氨酸Met+Cys的RC值最小，仅为0.333，是该批双孢菇的第一限制性氨基酸。SRC值越接近100，必需氨基酸分布越均衡，营养价值越高。该双孢菇子实体中必需氨基酸SRC值为61.29，其必需氨基酸分布相对均衡，具有较高的蛋白质价值。通过测定子实体必需氨基酸含量并计算其RC值、SRC值，了解该批双孢菇子实体中必需氨基酸的分布规律，对于其中含量相对不足的氨基酸，可以尝试在培养双孢菇的基质中添加适当的含硫物质。根据蛋白质互补理论，在日常膳食中，将该批双孢菇与其他富含蛋氨酸、胱氨酸食物按一定比例混合，以提高双孢菇的综合营养价值。

表3 双孢菇子实体的RAA、RC及SRC的计算结果Table 3 Calculation results of the RAA，RC and SRC of fruiting body

2.3 双孢菇中重金属含量测定

依据GB 2763—2012《食品安全国家标准食品中污染物限量》的规定中的评价标准对双孢菇样品及其培养基质和原料中汞、砷、铅、镉进行检测和安全性评价。从表4可以看出，循环农业模式下所使用的培养原料、发酵基质和生产的双孢菇中相关成分均符合国家标准。其中砷、镉、汞含量均未检出，铅元素主要存在于鸡粪中，随着发酵过程，基质中残留量减少，但未见向菌菇中迁移。同时对可能含有的铁、锰、铜、锌、铬、镍、硒等人体所需的微量元素也进行了检测，其中铁、锰、铜、锌在子实体中含量分别为11.11 mg/kg、0.45 mg/kg、6.76 mg/kg和2.28 mg/kg，含量较为丰富，有利于给人体提供必需的矿物质，对双孢菇的风味形成也有一定的作用；此类元素在菇脚中残留量分别为618.2 mg/kg、12.16 mg/kg、5.35 mg/kg和4.09 mg/kg，有助于菇脚进一步开发利用。此外，铬、镍、硒等元素有的虽在培养基质中测出，但在子实体和菇脚中均未检出，表明其从基质中向菌体的迁移富集作用较微弱。该数据表明循环农业模式下培养出来的双孢菇微量元素含量丰富，利于人体吸收，对维护人体健康极为有益。该结果中未检出有害金属从基质迁移到双孢菇的现象，说明基质本身无污染且营养丰富，同时也表明了该循环农业生产模式下生产的双孢菇是安全、绿色食品。

表4 各样品重金属含量检测结果Table 4 Test results of heavy metals in each samp le mg·kg-1

3 结论与讨论

本研究以农业公司提供的循环农业模式下生产的双孢菇为对象，通过氨基酸分析仪、电感耦合等离子体发射光谱仪，对生产原材料中重金属含量和双孢菇中的氨基酸含量进行了检测，并且通过氨基酸比值系数法对其营养价值进行评估，结果表明：相对于传统双孢菇，循环农业模式下的双孢菇原料可靠、质量安全、营养更为丰富，其蛋白质价值较高。综合来看，一方面循环农业模式下培养出来的双孢菇子实体含有丰富的氨基酸，具有较高的蛋白质营养价值，另一方面该模式为未来双孢菇的生产加工提供了基础数据和理论依据。

氨基酸是维系生命活动的重要物质，它不仅具有各种生理功能，还在食品的呈味方面扮演着十分重要的角色。食品的风味是由酸甜苦咸鲜等味道组成的，通过刺激味蕾，经过味觉神经纤维送到大脑的味觉中枢，再经过大脑的分析而产生味觉［13］。根据氨基酸呈味特点，利用循环农业模式生产的双孢菇氨基酸含量丰富，其中呈鲜味的谷氨酸Glu含量与他人检测的市售双孢菇［10］相比高约1.3倍，故鲜味有所提升，呈甜味的苏氨酸Thr、丝氨酸Ser和的总含量较市售双孢菇提升了2.4倍，尤其是丙氨酸Ala含量远远大于市售双孢菇，因而甜味大大增加。此外，苯丙氨酸Phe和蛋氨酸Met呈苦味和硫磺味，其含量较参考样本低。事实上，该循环农业模式下生产的双孢菇呈味口感更为鲜甜，售价较高，销量较好。从营养价值考虑，该批双孢菇子实体中总氨基酸含量和人体必需氨基酸均含量大于参考样本，尤其是赖氨酸Lys含量较为突出，能够补充我国膳食模式由于以粮谷类食品为主而造成的赖氨酸匮乏现象［11-13］。从氨基酸比值系数法的计算结果可以看出，尽管大部分必需氨基酸分布比较均衡，在一定程度上可以满足人体所需的营养，但是含硫氨基酸（Met+Cys）相对不足，后续也可以尝试在双孢菇培养基质中，适当加入富含硫化合物的培养料以促进蛋氨酸Met和胱氨酸Cys的合成，达到提高双孢菇营养价值的目的。菇脚废料中检测的氨基酸含量较林忠宁等［14］检测结果偏低，可能与采收时期以及剪取菇脚的程度有一定关系。另外，为了排除基质对菇脚成分含量测定的影响，本试验过程中尽可能去除了菇脚表面残留的基质。

重金属在食用菌中的迁移和富集问题是目前食用菌栽培中的质量安全控制重点，伴随城市化和工业化的飞速发展，环境重金属污染水平日渐提高，食用菌中重金属主要来源是栽培食用菌的培养料。培养料一般由木屑、秸秆、农作物副产品等组成，对重金属有一定的吸收、积累和转化作用，可在培养过程中向食用菌中迁移，通过食物链对人体造成危害［15］。此外，食用菌本身的生物学特性决定其生长过程中对重金属的吸收和富集能力远远高于普通作物［16-17］，这就导致环境重金属污染往往会在食用菌中被放大和凸显出来。因而，本试验不仅对循环农业模式下生产的双孢菇进行重金属检测还对其生产原料和发酵基质进行了检测，以期对其原始含量和迁移率进行分析。从重金属检测结果可以看出，汞、砷、铅、镉等国标要求检测的有害重金属在样品中均未检出，表明该培养模式和生产过程的安全性。而铁、锰、铜、锌等人体必需微量元素在双孢菇子实体与菌根中含量分布规律几乎一致，从原材料、基质、菇脚、子实体中矿物质含量依次递减，表明双孢菇中重金属是由基质、菌脚、子实体自下而上进行迁移［18］。其中铜和锌的迁移率较高，尤其是铜元素在子实体中含量高于菇脚，说明双孢菇子实体对铜元素的富集能力较强。适量的铜则有利于人体健康，有助于保护血管弹性，维持人体正常胺氧化酶功能和胆固醇的代谢，而过量的铜可导致体内免疫功能降低及代谢障碍，引起铁的吸收减少，血红蛋白合成障碍，智力发育不良等许多疾病［19］，因此该试验对进一步深入探究双孢菇子实体中铜迁移现象具有重要意义。

在循环农业经济模式中，生产双孢菇只是其中的“一环”，本试验除对栽培的双孢菇营养价值和食用安全进行分析与评估，对其之前环节所提供的原料（鸡粪、秸秆）和生产过程产生的新废料（菇脚、废渣）亦进行了相应的检测，有助于对该种循环经济进行生产技术、食用安全和经济价值的综合评估和进一步的开发利用，推动农业生产新模式的推广与利用。