野生与栽培中国美味蘑菇子实体营养成分比对分析与评价

曲明清,杨双双,李贺贺,邓春英,陈明杰,李传华**

(1上海市农业科学院农药安全评价研究中心,上海市农业科学院农产品质量标准与检测技术研究所,上海 201106;2农业部南方食用菌资源利用重点实验室,国家食用菌工程技术研究中心,上海市农业遗传育种重点开放实验室,上海市农业科学院食用菌研究所,上海 201403;3上海海洋大学食品学院,上海 201306;4北京工商大学食品质量与安全北京实验室,北京 100048;5贵州科学院,贵阳 550009)

我国饮食文化“山珍海味”中的山珍包括具有滋补作用的野生银耳等食用菌,传统上人们对野生猴头菇、松茸、冬虫夏草等野生珍稀食用菌十分喜爱,采摘销售这些食用菌更是当地百姓重要的经济收入来源,导致这些珍稀野生食用菌被滥采滥挖,造成这些珍稀资源枯竭甚至濒临灭绝。人们之所以对这些野生珍稀食用菌如此喜爱,很大程度上源于认为野生食用菌营养丰富、口感好,因此揭示野生与栽培食用菌之间营养成分或营养价值的差异可以让人们更好地认识和了解两者的差别。

在众多野生食用菌中,蘑菇属(Agaricus)种类多样,分布广泛[1-2],全世界至少有400余种[3],我国蘑菇属可食用种类有40种[4],其中很多种类具有重要的经济价值,如双孢蘑菇[A.bisporus(J.E.Lange)Imbach]在我国食用菌产业中具有重要地位[5],也是世界性栽培和消费的菇类,具有“世界菇”之称[6]。蘑菇属中多数物种不仅营养丰富、美味可口,很多种类还具有降血脂、抗肿瘤、抗氧化、抗衰老、预防贫血和免疫调节等保健或药用功效[7-11]。除了双孢蘑菇,中国美味蘑菇[Agaricus sinodeliciosus Zhuo R.Wang &R.L.Zhao]是近年来驯化成功且可不覆土栽培的蘑菇属种类[12],该菇味道鲜美、口感脆嫩,且具有很强的抗氧化抗肿瘤活性[13],在产地深受欢迎。虽然有栽培中国美味蘑菇子实体营养成分的报道[12,14],但并不详细,更没有野生子实体营养以及野生与栽培子实体之间营养差异的报道。该种蘑菇栽培子实体与野生子实体营养价值是否有差异,或者两者营养上存在哪些差异?目前还是未知领域。通过比较野生与栽培蘑菇之间的营养差异,可以在一定程度上澄清对野生与栽培蘑菇的一些认识误区,避免对野生蘑菇资源涸泽而渔式的采集和破坏,保护环境和生物多样性。

本研究拟比较野生与栽培中国美味蘑菇子实体营养成分、氨基酸、维生素和矿物质等的差异,并采用多个参数指标对野生与栽培子实体中蛋白质的质量进行分析评价,以期为中国美味蘑菇的进一步开发利用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

1.1.1 材料

野生中国美味蘑菇采集于中国新疆维吾尔自治区巴音郭楞蒙古自治州,散生于芦苇丛沙土下,栽培中国美味蘑菇为稻草不覆土袋料栽培(图1)。

图1 中国美味蘑菇子实体Fig.1 Fruit bodies of A.sinodeliciosus

1.1.2 主要试剂

蛋白酶液(CAS9014-01-1,IUB3.2.21.14,300—400 U∕mL,不含丙三醇稳定剂)、淀粉葡萄糖苷酶液(CAS9032-08-0,IUB3.2.1.3,2 000—3 300 U∕mL,不含丙三醇稳定剂)、混合指示液(甲基红乙醇溶液∶溴甲酚绿乙醇溶液=1∶5);所有有机溶剂均为国产分析纯。

维生素A、维生素B1、维生素B2、维生素B6、维生素E标准品和17种氨基酸酸混合标准品均为美国Sigma公司产品,维生素D为上海安谱生物科技有限公司产品。

1.2 仪器与设备

BSXT-02索氏提取器(上海比朗仪器有限公司);DHG-9246A电热鼓风干燥箱(上海白塞生物技术股份有限公司);Kjeltec 8400全自动凯氏定氮仪(丹麦Foss公司);DigiPREP HT高温消解炉(广州泰通实业有限公司);Alpha-1900紫外可见分光光度计(上海谱元仪器有限公司);Optima 8000电感耦合等离子体发射光谱仪(美国Perkin Elmer公司);WX-8000专家型微波消解仪(上海屹尧仪器科技发展有限公司)。

1.3 方法

1.3.1 取样

野生中国美味蘑菇子实体采集于野外,带回实验室40℃烘箱中烘干备用。栽培中国美味蘑菇子实体采摘后,40℃烘箱中烘干备用。

1.3.2 样品处理

将所取样品放在40℃烘箱内烘干4 h后,用多功能粉碎机粉碎后过40目(孔径0.425 mm)筛备用。

1.3.3 主要营养成分的测定

粗多糖含量按照NY∕T 1676—2008《食用菌中粗多糖含量的测定》[15]测定,粗蛋白含量按照GB 5009.5—2016《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》[16]测定,粗脂肪含量按照GB 5009.6—2016《食品安全国家标准 食品中粗脂肪的测定》[17]测定,碳水化合物含量由科创质量检测有限公司测定,总膳食纤维含量按照GB 5009.88—2014《食品安全国家标准 食品中膳食纤维的测定》[18]测定,灰分含量按照GB 5009.4—2010《食品安全国家标准 食品中灰分的测定》[19]测定。

1.3.4 氨基酸的测定及评价

氨基酸含量按照GB 5009.124—2016《食品安全国家标准 食品中氨基酸的测定》[20]测定。氨基酸评分(Amino acid score,AAS)按照联合国粮农组织(Food and Agriculture Organization,FAO)和世界卫生组织(World Health Organization,WHO)提出的方法计算[21]。化学评分(Chemical score,CS)采用FAO[22]和SELIGSON等[23]推荐的方法计算。基于氨基酸平衡理论提出的氨基酸比值系数(Ratio coefficient of amino acid,RC)和氨基酸比值系数分(Score of RC,SRC)根据朱圣陶等[24]的模型计算。必需氨基酸指数(Essential amino acid index,EAAI)按照Oser等[25-26]提出的方法计算。计算上述参数时,由于蛋氨酸和苯丙氨酸可分别由半胱氨酸和酪氨酸转变而成,所以分别将蛋氨酸和半胱氨酸、苯丙氨酸和酪氨酸合并计算。

1.3.5 维生素的测定

维生素A和D含量按照GB 5009.82—2016《食品安全国家标准 食品中维生素A、D、E的测定》[27]测定,维生素C含量按照GB 5009.86—2016《食品安全国家标准 食品中抗坏血酸的测定》[28]测定,维生素B1含量按照GB 5009.84—2016《食品安全国家标准 食品中维生素B1的测定》[29]测定,维生素B2含量按参照GB 5009.85—2016《食品安全国家标准食品中维生素B2的测定》[30]测定,维生素B3含量按照GB 5009.89—2016《食品安全国家标准食品中烟酸和烟酰胺的测定》[31]测定,维生素B6含量按照GB 5009.154—2016《食品安全国家标准 食品中维生素B6的测定》[32]测定。

1.3.6 矿质元素的测定

钾元素按照GB 5009.91—2017《食品安全国家标准食品中钾、钠的测定》[33]测定,钙元素按照GB 5009.92—2016《食品安全国家标准 食品中钙的测定》[34]测定,铁元素按照GB 5009.90—2016《食品安全国家标准 食品中铁的测定》[35]测定,锌元素按照GB 5009.14—2017《食品安全国家标准 食品中锌的测定》[36]测定,硒元素按照GB 5009.93—2017《食品安全国家标准 食品中硒的测定》[37]测定。

1.4 统计学处理

采用SPSS 21.0软件处理数据,t检验法进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 主要营养成分分析

由表1可知,中国美味蘑菇富含多种营养成分,且不同营养成分在野生与栽培中国美味蘑菇子实体中的含量有较大差异。野生中国美味蘑菇子实体中碳水化合物含量最高,然后依次为粗蛋白、总膳食纤维、灰分、粗多糖和粗脂肪含量;而栽培中国美味蘑菇子实体中粗蛋白含量最高,然后依次为碳水化合物、总膳食纤维、灰分、粗多糖和粗脂肪含量。野生中国美味蘑菇子实体中粗多糖、粗脂肪和碳水化合物含量的平均值分别高出栽培中国美味蘑菇子实体208.00%、64.86%和37.55%;栽培中国美味蘑菇子实体中粗蛋白、灰分和总膳食纤维含量的平均值分别高出野生中国美味蘑菇子实体36.67%、39.30%和12.37%。

表1 野生与栽培中国美味蘑菇子实体(干品)的主要营养成分含量Table 1 Main nutritional components in fruit bodies(dried products)of wild and cultivated A.sinodeliciosus g·(100 g)-1

2.2 氨基酸组成分析

由表2可知,中国美味蘑菇子实体中含有17种氨基酸,包括7种人体必需氨基酸。在氨基酸总量(Total amino acids,TAA)方面,栽培中国美味蘑菇子实体中氨基酸总量的平均值比野生中国美味蘑菇子实体含量高30.28 g∕kg。在单一氨基酸方面,除蛋氨酸外,野生与栽培中国美味蘑菇子实体中其他16种氨基酸含量均有一定差异。野生中国美味蘑菇子实体中精氨酸含量最高,占氨基酸总量的40.73%,比栽培中国美味蘑菇子实体中精氨酸含量高4.08倍;栽培中国美味蘑菇子实体中谷氨酸含量最高,占氨基酸总量的18.25%,是野生中国美味蘑菇子实体中谷氨酸含量的3.21倍。野生与栽培中国美味蘑菇子实体中氨基酸含量最低的均为半胱氨酸。除了甘氨酸、丙氨酸、精氨酸、赖氨酸和蛋氨酸5种氨基酸外,栽培中国美味蘑菇子实体中其他氨基酸含量均高于野生中国美味蘑菇子实体。

表2 野生与栽培中国美味蘑菇子实体(干品)的氨基酸组成Table 2 Amino acid components in fruit bodies(dried products)of wild and cultivated A.sinodeliciosus g·kg-1

野生与栽培中国美味蘑菇子实体中必需氨基酸(Essential amino acids,EAA)含量的平均值占各自氨基酸总量的比值分别为25.36%和29.60%。各必需氨基酸含量在两种子实体中也存在差异,野生中国美味蘑菇子实体中亮氨酸含量最高,占必需氨基酸总含量的20.69%,而栽培中国美味蘑菇子实体中苏氨酸含量最高,占必需氨基酸总含量的22.10%;除了赖氨酸和蛋氨酸外,栽培中国美味蘑菇子实体中其他必需氨基酸含量均高于野生中国美味蘑菇子实体。

中国美味蘑菇子实体中非必需氨基酸(Non-essential amino acids,NEAA)含量的平均值占氨基酸总量的比值较大,野生与栽培中国美味蘑菇子实体中非必需氨基酸总含量分别为147.68 g∕kg和169.55 g∕kg,占各自氨基酸总量的74.65%和74.33%。

氨基酸不仅是重要的营养物质,同时还赋予食物鲜、甜等风味[38]。鲜味氨基酸(Umami amino acids,UAA)中的天冬氨酸和谷氨酸是决定食物鲜味最重要的两种,这两种氨基酸在栽培中国美味蘑菇子实体中大量存在,占氨基酸总量的32.80%;其在野生中国美味蘑菇子实体中含量相对较少,仅占氨基酸总量的8.83%。甜味氨基酸(Sweet amino acids,SAA)包括甘氨酸、丙氨酸、脯氨酸和丝氨酸[39],野生与栽培中国美味蘑菇子实体中甜味氨基酸分别占氨基酸总量的21.16%和28.14%。栽培中国美味蘑菇子实体中由于含有较多的鲜味和甜味氨基酸,是其食用口感比野生中国美味蘑菇子实体更加鲜甜的原因。药用氨基酸(Medicinal amino acids,MAA)包括谷氨酸、天冬氨酸、蛋氨酸、精氨酸、甘氨酸、苯丙氨酸、酪氨酸、亮氨酸和赖氨酸,野生与栽培中国美味蘑菇子实体中药用氨基酸含量分别占各自氨基酸总量的71.53%和61.08%,野生中国美味蘑菇子实体中药用氨基酸含量平均比栽培中国美味蘑菇子实体高2.17 g∕kg,药用价值优于栽培中国美味蘑菇子实体。

除药用氨基酸外,栽培中国美味蘑菇子实体中的总氨基酸、人体必需氨基酸、非必需氨基酸、鲜味氨基酸和甜味氨基酸含量都比野生中国美味蘑菇子实体的含量高(图2),因此栽培中国美味蘑菇子实体的营养价值并不比野生中国美味蘑菇子实体差。

图2 野生与栽培中国美味蘑菇子实体(干品)中各类氨基酸含量Fig.2 Content of various amino acids in fruit bodies(dried products)of wild and cultivated A.sinodeliciosus

2.3 蛋白质的营养评估

2.3.1 必需氨基酸组成分析

食物中必需氨基酸的含量和构成比例是决定其蛋白质营养价值的重要因素[40],因此分析野生与栽培中国美味蘑菇子实体必需氨基酸的含量和构成比例可以判断野生与栽培中国美味蘑菇子实体营养的优良。如表3所示,野生与栽培中国美味蘑菇子实体蛋白的必需氨基酸总含量均高于WHO∕FAO∕UNU联合发布的模式谱(256 mg∕g)和IOM提出的模式谱(262 mg∕g),但稍低于FAO改良鸡蛋蛋白模式谱(350 mg∕g)。因此,中国美味蘑菇子实体蛋白的营养价值较高,且栽培中国美味蘑菇子实体蛋白含量更高,相对性价比也较高。

表3 野生与栽培中国美味蘑菇子实体(干品)蛋白的必需氨基酸营养特征分析Table 3 Analysis of essential amino acid nutritional characteristics of protein in fruit bodies(dried products)of wild and cultivated A.sinodeliciosus mg·(g pro)-1

2.3.2 必需氨基酸评分

采用氨基酸评分(AAS)、蛋白完全性分析(IOM)和化学评分(CS)3种常用评价蛋白质营养价值的计算方法,可从不同角度反映中国美味蘑菇子实体中蛋白质构成和利用率关系。如表4所示,AAS分析中,野生与栽培中国美味蘑菇子实体蛋白中含量最高的都是苏氨酸,最低的都是蛋氨酸+半胱氨酸,因此两者的第一限制氨基酸都是蛋氨酸+半胱氨酸;IOM模式中,最高分别是异亮氨酸和苏氨酸,最低均为蛋氨酸+半胱氨酸;CS分析中,最高分别是苯丙氨酸+酪氨酸和苏氨酸,最低均为蛋氨酸+半胱氨酸。综合AAS分析、IOM分析和CS分析,栽培中国美味蘑菇子实体蛋白的营养价值总体高于野生子实体。

表4 野生与栽培中国美味蘑菇子实体(干品)蛋白的必需氨基酸分析及评价Table 4 Analysis and evaluation of essential amino acids of protein in fruit bodies(dried products)of wild and cultivated A.sinodeliciosus

2.3.3 必需氨基酸平衡性分析

基于氨基酸平衡理论,采用氨基酸比值系数(RC)分析中国美味蘑菇子实体中必需氨基酸含量发现(表4),野生中国美味蘑菇子实体中苏氨酸、异亮氨酸、苯丙氨酸+酪氨酸的含量相对过剩,赖氨酸、亮氨酸、蛋氨酸+半胱氨酸、缬氨酸的含量相对不足;栽培中国美味蘑菇子实体中,苏氨酸和苯丙氨酸+酪氨酸的含量相对过剩,其他必需氨基酸含量相对不足。栽培中国美味蘑菇子实体中氨基酸比值系数范围(0.58—2.04)比野生中国美味蘑菇子实体范围(0.57—1.45)更加分散,说明栽培中国美味蘑菇子实体中必需氨基酸在氨基酸平衡上的负贡献较大,平衡性不如野生中国美味蘑菇子实体。

野生中国美味蘑菇子实体中氨基酸比值系数分(SRC)高于栽培中国美味蘑菇子实体以及部分谷物食品如小米、玉米和高粱,接近于大米和小麦,低于卵清蛋白(图3)。经计算,野生与栽培中国美味蘑菇子实体蛋白的必需氨基酸指数(EAAI)(分别为75.12和77.92)均大于75,说明中国美味蘑菇子实体营养价值均衡,必需氨基酸比例较为合适。

图3 中国美味蘑菇及部分食品中的SRC值Fig.3 SRC value of A.sinodeliciosus and some foods

2.3.4 蛋白质校正氨基酸计分

蛋白质校正氨基酸计分(PDCAAS)即经蛋白质消化率校正过的AAS,能够更加准确反映食物蛋白质提供人体必需氨基酸需要量的能力[41]。参考粗毛斗菇(Panus rudisFr.=Agaricus macrosporus)的消化率80.5%计算,野生与栽培中国美味蘑菇子实体的PDCAAS值分别为0.50和0.56,高于地菇(Terfezia claveryiChatin)(0.43)、糙皮侧耳[Pleurotus ostreatus(Jacq.)P.Kumm.](0.45)、棕灰口蘑[Tricholoma terreum(Schaeff.)P.Kumm.](0.35)和粗毛斗菇(0.40)[42]。可见,中国美味蘑菇营养价值较高,是一种优良的蛋白质源。

2.4 维生素组成分析

如表5所示,野生与栽培中国美味蘑菇子实体中所含的维生素种类与含量均存在差异。野生中国美味蘑菇子实体中维生素B3的含量最丰富,占总量的49.41%,然后是维生素D、维生素C、维生素B6和维生素B2,分别占总量的33.23%、16.71%、0.53%和0.13%,其他维生素未检测出;栽培中国美味蘑菇子实体中维生素B3占总量的74.76%,然后是维生素D、维生素B6、维生素B1和维生素B2,分别占维生素总量的17.49%、7.12%、0.42%和0.22%,其他维生素未检测出。栽培中国美味蘑菇子实体中维生素总含量比野生中国美味蘑菇子实体高1 176.52 mg∕kg。

表5 野生与栽培中国美味蘑菇子实体(干品)的维生素成分Table 5 Vitamin components in fruit bodies(dried products)of wild and cultivated A.sinodeliciosus mg·kg-1

2.5 矿质元素组成分析

中国美味蘑菇中含有K和Ca 2种重要常量元素以及Zn、Fe和Se 3种人体必需微量元素(表6)。

在常量元素方面,野生与栽培中国美味蘑菇子实体中K元素含量分别占总元素含量的95.01%和92.59%,且栽培中国美味蘑菇子实体中的含量是野生中国美味蘑菇子实体含量的2.28倍;野生与栽培中国美味蘑菇子实体中Ca元素含量分别占总元素含量的2.78%和5.52%,栽培中国美味蘑菇子实体中的含量是野生中国美味蘑菇子实体含量的4.6倍。

在微量元素方面,野生中国美味蘑菇子实体中各微量元素含量占微量元素总含量的比值大小依次为Zn(64.58%)、Fe(34.90%)和Se(0.52%);栽培中国美味蘑菇子实体中各微量元素含量占微量元素总含量的比值大小依次为Fe(63.92%)、Zn(36.07%)和Se(0.005%)。除Se元素外,栽培中国美味蘑菇子实体中其他元素含量均显著高于野生中国美味蘑菇子实体的含量。

3 讨论

本研究表明,中国美味蘑菇栽培子实体中6种主要营养成分含量与周聪等[14]的试验数据存在一定差异,可能与野生蘑菇菌株、栽培料及配比、栽培环境或栽培方式等不同有关。与双孢蘑菇、巴西蘑菇等蘑菇属其他种类相比[43-45],栽培中国美味蘑菇子实体中粗蛋白的含量较高且粗脂肪的含量相对较少,富含更多的膳食纤维、碳水化合物等成分;其中,粗蛋白的含量[41.0 g∕(100 g)]不仅高于野生子实体和双孢蘑菇等其他蘑菇属物种,更明显高于香菇[21.4—32.5 g∕(100 g)]、杏鲍菇[18.6—27.8 g∕(100 g)]、金针菇[18.6—22.4 g∕(100 g)]等常见食用菌[41,46],是一种很好的蛋白来源。有研究发现,在栽培料中添加适量玉米芯和增加C∕N比能显著增加杏鲍菇中蛋氨酸+半胱氨酸的含量[47],提示可以给同样为第一限制氨基酸的中国美味蘑菇的栽培提供栽培配方参考以改善必需氨基酸的比例;或通过与其他食物搭配形成氨基酸互补,提高整体营养价值。

栽培中国美味蘑菇子实体在多数指标上优于野生子实体,打破了传统的野生子实体优于栽培子实体的认知。因此,可以进一步进行中国美味蘑菇的驯化、育种和栽培等研究,为下一步中国美味蘑菇的市场化栽培提供技术支持。本研究检测的品种较为单一,如果能扩大野生与栽培中国美味蘑菇或其他种类的样品来源和数量,试验结果将更加科学与全面。

目前,中国美味蘑菇虽未实现大规模商业化栽培,但其营养成分含量不逊于“世界菇”——双孢蘑菇,且其个体更加硕大,已实现无覆土栽培,具有很大的开发利用价值。如果进一步研究中国美味蘑菇的出菇机制和栽培配方,提高人工栽培中国美味蘑菇子实体的质量与产量,中国美味蘑菇亦有可能成为像双孢蘑菇一样世界著名的栽培食用菌。