羊肚菌中Ca、Fe、Zn 的体外消化吸收及与其存在形态的相关性

薛淑静，杨德，卢琪，史德芳，姚芬，陈健，李露

（湖北省农业科学院农产品加工与核农技术研究所，国家食用菌加工技术研发分中心，湖北省农业科技创新中心农产品加工分中心，湖北武汉 430064）

羊肚菌，别名：蜂窝蘑、狼肚菜[1]，为子囊菌亚门（Ascomycotina）盘菌纲（Pezizomycetes）盘菌目（Pezizales）羊肚菌科（Morchellaceae）羊肚菌属（Morchella）[2]，是享誉世界的美味食用菌，具有较大的科学和经济价值[3]。羊肚菌不仅可以作为食物，还可以用作药物治疗多种疾病[4]，它具有抑菌[5]、抗氧化[6]、抗炎[7]、提高免疫[8]的作用，在中医上可以用于治疗消化不良、痰多、气短[9]等症。人工栽培羊肚菌的技术日趋成熟[10]，其中我国大田栽培技术处于世界领先地位，并得以广泛发展[11]。

羊肚菌作为食用菌的一种，同样具有矿物质元素的富集能力[12]，刘敏莉等[13]检测了羊肚菌中无机元素含量，得出羊肚菌含有20 种以上的无机元素，其中锌含量远高于一般蔬菜，为国际市场畅销的蔬菜蕨菜（干）含锌量的1.6 倍，芦笋（干）的2.6 倍。然而只是关注矿物质元素总含量是不够的[14]。Malgorzata 等[15]报道在食物质地、营养成分、硒总量和形态等诸多因素的影响下，食物中Se 被摄食后只有部分能通过小肠黏膜，进入机体循环系统，被机体各组织器官进一步利用。食物经过消化后，元素从食物中释放到消化液中，是其吸收利用的前提条件[16]。生物可及率（BA）是指食物经过消化后，释放到消化液中的元素含量占食物中此元素含量的比率，反映了此元素能够吸收利用的最大量[17]。元素要达到细胞，需要透过多层细胞膜，正辛醇的结构与人体中的碳水化合物和脂肪类似，以正辛醇模拟细胞膜，用分配系数Kow值来反应元素的体外吸收，Kow值越大，说明亲脂性越好，越利于人体吸收[18]。元素的消化、吸收、活性与元素的形态密切相关[14]。元素形态包括元素的同位素组成、电荷或氧化态、无机和有机态及生物大分子的结合态等[19]。食用菌中有害重金属通过生物可及率，形态分析等来进行风险评估[16]，然而Ca、Fe、Zn 等对人体健康有益的矿物质元素的消化吸收利很少有涉及。Menezes 等[20]对比了牛肉、鸡肉、猪肉中Ca、Cu、Fe、Mg、Zn 的生物可及率；本课题组研究了香菇中Ca、Fe、Zn 的消化吸收利用[21]，然而不同于香菇的袋装栽培，羊肚菌多采用大田栽培。食用菌中矿物质元素的累积受环境和品种不同影响显著[22]。因此本文通过体外消化模型和正辛醇吸收模型，评估了羊肚菌不同部位（羊肚菌盖、羊肚菌柄）、不同状态（粗粉、超微粉）的Ca、Fe、Zn 消化吸收，与元素的形态进行了相关性分析，以期为羊肚菌的矿物质元素吸收利用提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

羊肚菌，襄阳大山健康食品股份有限公司提供；D-101 大孔吸附树脂，安徽三星树脂科技有限公司；Fe、Ca、Zn（1000 μg/mL）标准储备液，国家标准物质中心；α-淀粉酶（50 U/g）、胃蛋白酶（30000 U/g）、胰蛋白酶（4000 U/g）、脂肪酶（30000 U/g）、猪胆粉、氨基葡萄糖盐酸盐、尿素、尿酸、粘蛋白、牛血清白蛋白、葡萄糖醛酸，上海源叶生物科技有限公司。

1.2 仪器与设备

SQW-100DF-超微粉碎机，济南易辰超微粉碎技术有限公司；TAS-990-原子吸收仪，广东天瑞仪器有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 原料处理

分别将干燥的羊肚菌样品进行粉碎，过60 目筛，取部分60 目筛下物，得到羊肚菌盖粗粉（CC）、羊肚菌柄粗粉（SC）；分别将粗粉进行超微粉碎10 min，得到羊肚菌盖超微粉（CU）、羊肚菌柄超微粉（SU）。

1.3.2 生物可及性

参照SUN 等[16]的仿生体外消化模型并适当调整。体外模拟唾液、胃液、十二指肠液、胆汁成分见表1。消化过程和工艺参数见图1。体外胃消化液（G）是口腔和胃消化后经0.45 μm 的过滤液，体外胃肠消化液（GI）是口腔、胃、肠消化后经0.45 μm 的过滤液。按照1.3.5 测定Ca、Fe、Zn 含量，并通过下式计算生物可及率。

表1 唾液、胃液、十二指肠液、胆汁组成成分表Table 1 The components of the artificial saliva,gastric juice,duodenal juice,and bile

式中：

BA——Ca、Fe、Zn 的生物可及率，%；

TK——G 或GI 中Ca、Fe、Zn 的质量，μg；

TZ——羊肚菌Ca、Fe、Zn 的总质量，μg。

1.3.3 体外吸收模拟

参照LI 等[23]的方法并适当调整。分别取不同样品的G、GI 1 mL，加入5 mL 的正辛醇，震荡5 h，分为水相和醇相，分别测Ca、Fe、Zn 含量，并通过下式计算其分配系数Kow：

式中：

Kow——Ca、Fe、Zn 的分配系数；

To——G、GI 分别通过体外吸收模拟，醇相中Ca、Fe、Zn 质量浓度，μg/mL；

Tw——G、GI 分别通过体外吸收模拟，水相中Ca、Fe、Zn 质量浓度，μg/mL。

1.3.4 Ca、Fe、Zn 不同形态溶出量的测定

1.3.4.1 可溶态溶出量测定

按照陈安徽等[24]的方法，并适当调整。分别取样品5.0 g，以1:60 比例加入超纯水，90 ℃水浴3 h，离心（6000 r/min，15 min），取上清液，0.45 μm 微孔滤膜过滤上清液，按照1.3.5 测定即为可溶态溶出量。

1.3.4.2 有机态溶出量测定

按照陈安徽等[24]的方法，并适当调整。1.3.4.1 获得的可溶态溶液5.0 g，过大孔树脂，先后用1% HNO3（V/V）和无水丙酮进行洗涤，各洗涤2 h，收集丙酮洗出液，真空旋转蒸发浓缩后，按照1.3.5 测定即为有机态溶出量。

1.3.4.3 多糖态溶出量测定

参考Karadjova 等[25]的方法，并适当调整。将1.3.4.1获得的可溶态溶液5.0 g，加入25 mL 无水乙醇混合均匀，离心（6000 r/min，15 min），所得沉淀用5 mL 超纯水溶解后，按照1.3.5 进行测定即为多糖态出容量。

1.3.4.4 蛋白态溶出量测定

同1.3.4.3，将无水乙醇换成丙酮。

1.3.5 Ca、Fe、Zn 含量测定

参考薛淑静等[21]方法，采用火焰原子吸收光谱法测定，样品5.0 g 加15 mL 硝酸和3 mL 过氧化氢消化。消化条件为80 ℃、0.5 h，180 ℃、1 h，250 ℃、2 h，280 ℃、0.5 h，待其溶液澄清透明则为消化完全。用1%的硝酸定容至25 mL，Ca、Fe 和Zn 的测定波长分别为422.7、248.3 和213.9 nm。

1.4 统计分析

采用SPSS Statistics 20 和Origin 2021 软件进行数据分析，所有试验数据均重复三次，结果以平均值±标准偏差（SD）表示；采用单因素方差分析，并以Duncan 进行样本差异性分析，p＜0.05 为显著性差异。相关分析采用Pearson 法。

2 结果与分析

2.1 Ca、Fe 和Zn 生物可及率

由图2 可知，与体外胃液消化后的BA 相比，经过体外胃肠消化后，羊肚菌Ca、Fe、Zn 的BA 均有显著性提高（p＜0.05）。例如CU 经过体外胃肠消化后，Ca 的BA 比经过体外胃消化后的BA 提高了5.67%，Fe 提高了30.89%，Zn 提高了18.92%。超微粉碎显著提高了Ca、Fe、Zn 的BA（p＜0.05），特别是羊肚菌柄粉Fe 的BA，超微粉碎使其粗粉的BA 提高了36%。Ca、Fe、Zn 的BA 差异较明显，Ca 的BA 最高，其次是Fe 和Zn；就Ca、Zn 来说，羊肚菌柄的BA 高于盖，而Fe，是羊肚菌盖大于柄。

食品基质中的膳食纤维、蛋白质、多酚等含量均会影响矿物质元素的生物可及率[26]。不同食用菌矿物质元素的生物可及率不同，和香菇对比，羊肚菌、香菇中Fe 的BA 均偏低[21]；香菇中Ca 的BA 在50%左右，低于羊肚菌；香菇中Zn 的BA 在Ca、Fe、Zn 三元素中最高，在70%以上，而羊肚菌中Zn 的BA 为35.59%～42.83%。和其他种类的食品基质相比，水果干中Ca的BA为12.20%～52%，香蕉干平均为12.20%，苹果干平均为52%[27]，牛肉中Fe、Zn 的BA 分别为20%～30%，10%～15%[20]，从这点看，羊肚菌是很好的Ca、Fe 和Zn 食物来源。

2.2 Ca、Fe 和Zn 的体外吸收评价

体外消化胃液和肠液中Ca、Fe 和Zn 的Kow如图3 所示。LI 等[23]认为体外胃、肠消化阶段，pH 值会影响配位元素络合物的电荷性质和数量，因此不同的消化部位，其Kow有很大的不同。体外胃、肠消化液中Ca、Fe 和Zn 的Kow有显著不同，总体来看，体外肠均大于体外胃。超微粉的体外胃消化液、体外肠消化液中的Kow均显著大于粗粉，例如差异最大的是，CU体外胃消化液中Ca 的Kow是CC 的2.95 倍；差异最小的是，SU 体外胃消化液中Fe 的Kow是SC 的1.17倍，这说明羊肚菌超微粉碎后的Ca、Fe、Zn 亲脂度更高，更利于人体的吸收。超微粉碎更利于Ca 的吸收。对于粗粉来说，Fe 的Kow最大，说明Fe 的吸收优于Ca、Zn，但对于超微粉来说，Ca 的Kow最大，Ca 的吸收优于Fe、Zn。另外羊肚菌柄的Kow值均大于羊肚菌盖的Kow，说明羊肚菌柄Ca、Fe、Zn 的吸收好于羊肚菌盖。

2.3 Ca、Fe 和Zn 的元素形态分析

元素的形态影响其吸收[28]。为了进一步明确羊肚菌Ca、Fe 和Zn 的消化吸收特性，对羊肚菌中Ca、Fe 和Zn 的元素形态进行了分析，结果如表2。从表中可以看出，羊肚菌盖和柄中Ca、Fe 和Zn 的总量是不一样的。Ca、Fe 总量是菌柄大于菌盖，而Zn 总量是菌盖大于菌柄。矿物质元素在食用菌不同生长部位和生长时期含量是不相同的[29]。Rudawska 等[30]报道了波兰8 种食用菌，Ca 含量菌柄大于菌盖，这和本研究结果是一致的；Fe 含量菌盖大于菌柄[30]，这和本研究结果不同。本研究采用的羊肚菌为大田栽培，环境的pH 值，土壤中金属的浓度，子实体的生长时间以及不同的食用菌品种、不同区域等因素都会影响食用菌中矿物质元素的含量[31]。可溶态的Ca、Fe 和Zn 溶出量占其总量的比例差异很大，分别为56.35%～65.76%、15.88%～41.48%、21.06%～28.05%，有机态Ca、Fe 和Zn 占可溶态比分别为27.77%～45.87%、40.83%～51.48%、28.98%～55.36%，多糖态和蛋白态Ca、Fe 和Zn 占有机态比分别为68.55%～92.70%、78.83%～92.33%、75.41%～88.07%，这说明有机态中多以蛋白态和多糖态形式存在，这和陈琛等[32]研究灰树花中铁的存在形态结论一致。除了Zn 可溶态溶出量，超微粉碎对Ca、Fe、Zn 不同形态的溶出量均有显著提升（p＜0.05）。矿物质元素主要集中食用菌的细胞壁，当细胞壁上的结合点达到饱和时，会进入细胞质和金属硫蛋白结合，减轻金属离子对细胞的毒害作用[16]。超微粉碎进一步破坏了细胞壁结构[33]，可能促进了可溶性氨基酸、细胞壁多糖和金属硫蛋白等结合态金属离子的溶出。然而Zn 可溶态溶出量的异常还需要进一步的研究。另外，矿物质元素的存在状态与其药理作用有着密切联系。进一步对羊肚菌转化吸收矿物质元素的机理、矿物质元素与多糖、蛋白等功能因子之间的效应等的研究，可为羊肚菌资源的利用提供更多的理论支持。

表2 羊肚菌粉中Ca、Fe、Zn 不同形态溶出量(μg/g)Table 2 The dissolution contents of Ca,Fe and Zn in various species of Morchella esculenta powders

2.4 Ca、Fe 和Zn 的消化吸收和不同形态溶出量的相关性分析

羊肚菌粉中Ca、Fe 和Zn 的体外消化吸收和不同形态溶出量的相关性如图4，Ca 总量与体外胃、肠的BA、Kow低度相关，与可溶态、有机态、多糖态、蛋白态显著相关；Fe 总量、可溶态、有机态与体外胃、肠的BA、Kow显著相关，与多糖态、蛋白态没有相关性。而Zn 的体外消化、吸收和不同形态溶出量均不相关。矿物质元素总量高，并不代表着其生物可及性及生物利用度高[34]，羊肚菌粉中Fe、Zn 总量大于Ca，但BA 却低于Ca，从相关性来看，Ca、Fe、Zn 的BA、Kow与总量的相关性各不相同。

3 结论

3.1 羊肚菌盖粉中Ca、Fe、Zn 平均总量分别为268.77、467.71、757.84 μg/g，BA 分别为66.44%～75.09%、38.33%～46.17%、35.51%～40.53%；羊肚菌柄粉中Ca、Fe、Zn 平均总量分别为290.25、1234.31、727.59 μg/g，BA 分别为68.81%～75.62%、27.70%～37.86%、37.25%～42.96%，羊肚菌是很好的Ca、Fe和Zn 食物来源。

3.2 超微粉碎显著提高了羊肚菌盖粉、粗粉的BA、Kow（p＜0.05），除了Zn 可溶态溶出量，对不同形态的溶出量均有显著提升（p＜0.05）。

3.3 Ca 可溶态、有机态、多糖态、蛋白态与体外胃、肠的BA、Kow显著相关。Fe 总量、可溶态、有机态与体外胃、肠的BA、Kow显著相关。而Zn 的体外消化、吸收和不同形态溶出量相关性不大。本研究仍存在不足之处，如Ca、Fe 和Zn 的消化吸收采用的是体外评价法，还需要对其进行进一步的动物、人体试验验证，元素形态只是对水浸体液进行了分析，没有对经过体外胃、肠消化后形态的转变进行分析。总之，研究结果为羊肚菌产品的开发和微量元素摄入提供了一定的理论支撑。