電子束輻照 對羊肚菌營養成份影響分析

顧可飛,劉海燕,楊海峰,范婷婷,周昌艷,*

(1.上海市農業科學院農產品質量標準與檢測技術研究所,上海 201403;2.農業部農產品質量安全風險評估實驗室(上海),上海 201403;3.農業部食用菌監督檢驗測試中心(上海),上海 201403)

羊肚菌(Morels),隸屬于子囊菌亞門(Ascomycotina)盤菌綱(Discomycetes)盤菌目(Pezizales)羊肚菌科(Morchellaceae)羊肚菌屬(Morchella)[1],是我國四大珍貴食用菌之一,風味獨特,富含蛋白質、多糖、粗纖維、葉酸、維生素等多種營養成分,氨基酸種類豐富,多達18 種以上,且必需氨基酸種類齊全,占氨基酸總量的49.64%[2-3]。同時羊肚菌具有免疫調節、抗腫瘤、降血脂、抗血栓、抗氧化等保健功能[4-7]。但羊肚菌含水量較高,組織脆嫩,采摘后,常溫下1～2 d內,子實體即大量失水、褐變,機械損傷后容易受微生物侵染而造成發霉、軟爛甚至腐臭,導致羊肚菌商品價值下降甚至喪失[8],在一定程度上限制了羊肚菌產業化的發展。

20 世紀 60 年代,輻照處理在雙孢菇貯藏保鮮中的應用就有研究,目前應用γ射線、電子束及 X 射線的食品貯藏保鮮技術,已被多數國家認可。有研究表明,輻照可延緩草菇、雙孢蘑菇等的衰老進程,延遲菌菇開傘、褐變等外觀老化現象,并延長貨架期[9]。目前國內外學者對羊肚菌保鮮技術的研究較少,有關羊肚菌輻照保鮮技術尚未見報道。因此,研發羊肚菌采后保鮮技術,具有重要的經濟價值和現實意義。

本文以羊肚菌為對象,應用電子束輻照技術初步研究了輻照對羊肚菌貨架期及營養成分的影響,為保鮮技術的研發,提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

羊肚菌 采自河北省平泉縣羊肚菌種植基地人工菌。

氨基酸標準品 日本Wako公司;氨基酸自動分析儀所用緩沖液 日本Mitsubishi公司;鹽酸(優級醇) 國藥集團化學試劑有限公司;重鉻酸銀、重鉻酸鉀 上海農科院束能輻照有限公司。

電子加速器ESS-010-03型電子直線加速器 (日本IHI公司)(射線能量10 MeV,功率10 kW,清華同方);L-8900氨基酸自動分析儀 日本Hitachi公司;Kjeltec-2300凱氏定氮儀 瑞典Foss Analystical公司;Agilent 7500cx Series電感耦合等離子體質譜儀 美國安捷倫公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 實驗設計 所采新鮮羊肚菌子實體,在采收當天,鮮菇于冰箱4 ℃冷藏,干菇是鮮菇經由鼓風干燥機60 ℃烘干的制備(輻照處理后粉碎過20目篩),鮮菇漿經高速組織粉碎機制備,于冰箱-20 ℃凍藏。本文設置5個處理組:A組為自封袋包裝鮮菇;B組為鮮菇漿;C組為干菇;D組為未包裝鮮菇;CK組為自封袋包裝不經輻照處理鮮菇,在4 ℃冷藏。

1.2.2 輻照處理 羊肚菌A、B、C、D組,均以重鉻酸銀(<4 kGy)和重鉻酸鉀(≥4 kGy)做化學劑量計量跟蹤劑,劑量率為5.6 kGy/h(≤1 kGy)和16.8 kGy/h(>1 kGy),以0、1、2、4、6、8、10 kGy輻照劑量,進行輻照處理,以CK組做對照,重復3 次。

1.2.3 羊肚菌生物學形態分析 羊肚菌鮮菇(A、D、CK組)經輻照處理后,于冰箱中4 ℃冷藏,分別于輻照處理后第1、2、3、5、7、9、11、13、14 d對其生物學形態進行觀察。

1.2.4 營養成分及氨基酸組成的測定 水分含量參考GB/T 5009.3-2010《食品安全國家標準食品中水分的測定》[10]測定;粗蛋白含量參考GB/T15673-2009《食用菌中粗蛋白含量的測定》[11]中的凱氏定氮法測定,蛋白質系數為4.38;粗多糖參考NY/T1676-2008《食用菌中粗多糖含量的測定》[12]比色法測定;粗纖維參考GB/T509.10-2003《植物類食品中粗纖維的測定》[13]測定;礦質元素參考NY/T 1653-2008《蔬菜水果及制品中礦質元素的測定電感耦合等離子體發射光譜法》[14]測定;氨基酸測定參考GB/T 5009.124-2003《食品中氨基酸的測定》[15]。

1.2.5 氨基酸營養價值評價 必需氨基酸占比%、氨基酸評分(amino acid score,AAS)的評價方法參考Bano[16]和FAO[17]的方法,氨基酸比值系數分(Amino Acid Ratio CoefficientScore,SRCAA)的評價方法參考顧可飛等[3]研究。

1.3 數據分析

所有營養成分數據均換算為干基含量。所得數據由SAS 8.2 軟件通過一般線性模型(general linear model,GLM)進行顯著性分析,分析方法為鄧肯多重范圍檢驗(Duncan’smultiple range tests),顯著性水平為p<0.05。

2 結果與討論

2.1 羊肚菌生物學形態變化

羊肚菌的生物學形態變化如圖1所示,未經輻照處理的羊肚菌(CK組),第二天即發生失水,第三天發生霉變、腐爛變質。而未經包裝處理(D組)在輻照處理下羊肚菌在貯藏第2 d時也發生脫水現象,脫水程度隨著輻照劑量增加而增加,但未發生霉變、腐爛,表明輻照在一定程度上抑制了細菌或霉菌,但電子束輻照下羊肚菌脆嫩的組織細胞完整性可能遭到破壞,胞內水份外溢,導致羊肚菌品質下降。經自封袋包裝(A組)輻照處理后羊肚菌,在輻照劑量≤2 kGy下,冷藏至第11 d生物學形態保存完好,在第14 d發生脫水現象,但未發生霉變及腐爛,而在>2 kGy輻照劑量下,羊肚菌在第三天發生輕微脫水現象,在第5～7 d時,菌菇變軟,嚴重脫水,表明高劑量的輻照下,包裝后羊肚菌細胞完整性遭受嚴重破壞,分析可能為高能電子束破壞羊肚菌組織細胞壁或/和細胞膜。從未包裝(D組)及包裝(A組)的低劑量輻照處理結果對比分析,輻照處理時,大量氧氣存在導致的氧化效應[18]對羊肚菌菇細胞的破壞嚴重,而經包裝的羊肚菌(A組),隔絕外界大量氧氣,在一定程度上保護菌菇細胞完整性。以上結果表明,低劑量的電子束輻照(≤2 kGy)經包裝可以在生物學形態上有效延長羊肚菌的貨賀期。

圖1 輻照后羊肚菌生物學形態變化Fig.1 The change of morels morphological under irradiation注:CK1、CK2、CK3為未輻照對照的第1、2、3 d;D1、D2、D3為輻照未包裝第1、2、3 d;A1、A3、A5、A7、A11、A14為輻照自封袋包裝第1、3、5、7、11、14 d;0、1、2、4、6、8、10為輻照劑量kGy。

2.2 羊肚菌主要營養成分含量變化

2.2.1 羊肚菌粗蛋白含量變化 輻照處理后粗蛋白變化結果見表1,羊肚菌蛋白質含量豐富,約為30%,羊肚菌經電子束輻照處理后,鮮菇及干菇粗蛋白含量略有降低,但在輻照劑量≤2 kGy時,除鮮菇漿粗蛋白外,其它處理中粗蛋白量變化不明顯(p>0.05)。而鮮菇漿粗蛋白含量顯著下降(p<0.05),表明缺乏完整組織的漿狀物粗蛋白對輻照更為敏感。

表1 輻照處理后羊肚菌粗蛋白含量變化Table 1 Changes of morels crude protein content under irradiation

2.2.2 羊肚菌粗多糖含量變化 輻照處理后粗多糖變化結果見表2,羊肚菌多糖含量約為8%,粗多糖鮮菇未見明顯變化,而鮮菇漿和干菇略有增加,分析可能為纖維素少量糖化的結果。但在輻照劑量≤2 kGy時,各處理中粗多糖含量變化不明顯(p>0.05),本文多糖含量變化與陳云堂等[19]研究報道,在3 kGy劑量下電子束輻照對黨參多糖含量無影響相附。

表2 輻照處理后羊肚菌粗多糖含量變化Table 2 Changes of morels crude polysaccharide content under irradiation

多糖作為羊肚菌中主要的功能之一,具有免疫調節,抗腫瘤等功效,科學研究發現多糖經輻射可發生降解或結構改變,李世超等[20]報道輻照后無花果多糖的羰基吸收峰增強,且在清除超氧陰離子、清除羥基自由基和還原能力方面比處理前有顯著提高。

2.2.3 羊肚菌粗纖維含量變化 電子束輻照后粗纖維含量變化結果見表3,羊肚菌粗纖維含量為14%～26%,經輻照處理后,干菇的粗纖維含量未發生明顯變化,而鮮菇與鮮菇漿粗纖維含量隨著輻照劑量的增加而下降。研究表明,輻射可降低纖維素聚合度,改變纖維分子結構,發生分子鍵斷裂、重組及再聚合等現象[21-23],在利用輻射制備纖維素微球等材料方面已有很多報道,但由于本文的電子束輻照劑量遠低于制備微晶纖維劑量,分析認為此為本文粗纖維含量變化不大的原因。

表3 輻照處理后羊肚菌粗纖維含量變化Table 3 Changes of morels crude fiber content under irradiation

2.2.4 羊肚菌營養元素含量變化 羊肚菌含有種類豐富的營養元素,本文分析了輻照處理對羊肚菌鮮菇、鮮菇漿、干菇的營養元素鈉(Na)、鉀(K)、鈣(Ca)、鐵(Fe)、硒(Se)含量影響。輻照處理對羊肚菌營養元素含量的影響結果見表4,羊肚菌鮮菇、干菇及鮮菇漿的鈉、鉀、鈣、鐵、硒含量未見明顯變化。

表4 輻照處理對羊肚菌營養元素含量變化(mg/g)Table 4 Changes of morels nutrient elements content under irradiation(mg/g)

2.3 羊肚菌氨基酸含量變化

表5、表6、表7分別為輻照處理羊肚菌鮮菇、鮮菇漿、干菇氨基酸含量(含變化結果。由表可見,與對照相比,在輻照劑量為2 kGy時,9種必需氨基酸含量的變化范圍為,鮮菇-5%～7%,鮮菇漿10%～12%,干菇-5%～3%;在輻照劑量為10 kGy時,鮮菇-3%～31%,鮮菇漿17%～36%,干菇-14%～5%。以上結果表明,在輻照劑量≤2 kGy,必需氨基酸含量變化不大,而當劑量達到10 kGy時,對羊肚菌必需氨基酸蛋氨酸及色氨酸影響較大,蛋氨酸下降了31%,色氨酸下降了22%。

表5 輻照處理羊肚菌鮮菇氨基酸含量變化(%)Table 5 Changes of amino acid content of fresh morels under irradiation(%)

表7 輻照處理羊肚菌干菇氨基酸含量變化(%)Table 7 Changes of amino acid content of dried morels under irradiation(%)

表6 輻照處理羊肚菌鮮菇漿氨基酸含量變化(%)Table 6 Changes of amino acid content of fresh morels paste under irradiation(%)

利用氨基酸標準品輻照處理,發現輻照對胱氨酸、蛋氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、組氨酸、脯氨酸的影響較大,特別是胱氨酸和蛋氨酸標準品,與輻照前相比,在2 kGy輻照劑量處理下,含量下降達50%以上,其它4種氨基酸下降輻度為9%～20%。分析認為這6種氨基酸結構中含巰基或苯環等環狀結構,C-S鍵及苯環等環狀結構的雙鍵對電子束輻照敏感,在高能電子束作用下,容易發生斷裂,重組等化學改變。

在≤10 kGy輻照劑量下,與對照相比,羊肚菌中其它12種氨基酸含量變化,鮮菇為-31%～3%,鮮菇漿為-17%～40%,干菇中含量變化為-3%～14%;在≤2 kGy輻照劑量下,各處理組(鮮菇、鮮菇漿、干菇)與對照組相比均未見明顯變化。

2.4 輻照前后羊肚菌氨基酸營養價值分析

輻照處理后必需氨基酸百分比分析見表8,羊肚菌鮮菇、鮮菇漿、干菇的必需氨基酸百分比均呈現先降后升的趨勢,當輻照劑量為2 kGy時鮮菇和干菇必需氨基酸百分比無顯著性差異(p>0.05),當輻照劑量為10 kGy時必需氨基酸百分比略有增加。表明,輻照對羊肚菌鮮菇和干菇必需氨基酸在總蛋白質氨基酸中的占比影響不大。

表8 輻照處理下必需氨基酸占總氨基酸變化(%)Table 8 Changes of morels essential amino acids accounted for the total amino acids content under irradiation(%)

輻照處理后必需氨基酸評分見表9。羊肚菌的三組處理,鮮菇、鮮菇漿、干菇的氨基酸評分,呈現先降后升的趨勢,分析可能為低劑量輻照處理下,對輻照敏感的蛋氨酸、胱氨酸和苯丙氨酸的結構較其它必需氨基酸遭到破壞嚴重,必需氨基酸比值偏離標準蛋白比值,而后隨著輻照劑量的增加,其它必需氨基酸結構也不同程度的遭到破壞,必需氨基酸的比值再次接近標準蛋白比值。

表9 氨基酸評分(AAS)Table 9 Amino acid score(AAS)under irradiation

續表

氨基酸指數SRCAA,是表征氨基酸營養價值評價方法之一,它是從每一種必需氨基酸與標準蛋白的比值(RCAA)推算而來。SRCAA 越接近100,表明氨基酸營養價值越接近標準蛋白,本文采用雞蛋蛋白作為標準蛋白評價輻照處理對羊肚菌氨基酸營養價值的影響。

輻照處理對羊肚菌SACAA值的影響見表10,鮮菇氨基酸SRCAA值,隨著劑量的增加先升后降再升,在輻照劑量≤2 kGy時略有增加,在劑量4～6 kGy,略有降低,當劑量為8～10 kGy時,SRCAA值升高;鮮菇漿則呈現出先降后升趨勢,在輻照劑量≤6 kGy時,呈下降趨勢,當輻照劑量≥8 kGy時,隨劑量增加升高;干菇在輻照處理下,SRCAA值呈現下降趨勢,但輻照劑量≤2 kGy時,與對照相比變化不大。表明,電子束輻照劑量為2 kGy時,不但可以延長羊肚菌鮮菇與干菇羊肚菌生物學形態保存期,而且對羊肚菌氨基酸的營養價值影響不大。

表10 輻照處理下蛋白質氨基酸比值系數分SRCAATable 10 Protein score of ratio coefficient of amino acid(SRCAA)under irradiation

3 結論

高能電子束作用于食用菌及包裝食用菌子實體可產生活性自由基,通過射線的直接作用和自由基的間接作用,可有效殺死微生物,滅活多酚氧化酶,抑制膜脂過氧化,從而達到控制微生物感染和蟲害,防止霉變,延緩褐變,保護膜質完整性等作用,同時可抑制菌傘開張及菌柄延長[9],有效延長食用菌貨架期。

本文應用電子束輻照探索羊肚菌輻照保鮮技術對羊肚菌營養成份及氨基酸營養價值的影響,發現在輻照劑量≤2 kGy下,新鮮羊肚菌冷藏期可達11 d,羊肚菌鮮菇和干菇的營養成分粗蛋白、粗纖維、粗多糖、部分營養元素及必需氨基酸含量均未發生顯著性變化,氨基酸營養價值略有增加。表明低劑量輻照下(≤2 kGy),電子束輻照可有效延長羊肚菌的保鮮期,且對主要營養成分影響不大。本文僅就輻照對羊肚菌粗蛋白等幾個營養成分指標影響進行初步探索,輻照對羊肚菌維生素及其它營養功能成份的影響,尚待進一步研究。