超声法提取香菇呈味物质的工艺研究

沈 健，顾宗珠，王 瑶

( 广东轻工职业技术学院，广东高校特色调味品工程技术开发中心，广东广州510300)

香菇属担子菌纲、伞菌目、口蘑科、香菇属，又名香菌、花菇，俗称中国菇，是一种重要的食药用栽培真菌，在我国有着悠久的栽培历史［1］。香菇味道鲜美，营养丰富，素有“菇中之王”的美誉，其子实体含有丰富的天冬氨酸、谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸等呈鲜味氨基酸，以及鸟苷酸、腺苷酸、胞苷酸、尿苷酸等呈味核苷酸，其中含有的葡萄糖、果糖、半乳糖等碳水化合物，以及不饱和脂肪酸、维生素、无机离子等与呈鲜味物质相互作用，形成香菇独特的鲜美滋味［2］，是生产食用菌类调味品的首选原料。因香菇的细胞壁由蛋白质、几丁质、纤维素组成，较坚固［3-4］，使得用香菇加工的调味料鲜味物质很难被充分释放出来，其特征性风味不显著，这在一定程度上影响了呈味物质的有效利用和产品的开发。通过选择有效的香菇细胞破壁提取技术，能明显提高香菇呈味物质的提取率，为进一步利用香菇提取的呈味物质生产天然调味料提供有利条件。由于香菇中的呈味氨基酸、核苷酸等是构成香菇鲜美滋味的主要来源，因此，本文以干香菇作为原料，拟从测定氨基酸态氮含量入手，以香菇液蛋白水解度为指标，比较加热、均质、超声波、微波四种不同提取方法对呈味物质的释放程度的影响，并重点研究了超声波功率、超声作用时间、料水比、香菇粉末粒径等因素对香菇呈味物质提取的影响，且进行正交实验研究，获得了较好的结果。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

干香菇 市售，经低温干燥(60℃，3h)、粉碎、100 目过筛处理;其他试剂 分析纯，市售;实验用水 去离子水。

超声波细胞破碎仪 LD-650DN，20～25kHz，频率自动跟踪，云南乐德科技有限公司;低速离心机中佳-SC-3614，安徽中科中佳科学仪器有限公司;电子分析天平 BSA-224S-CW，北京塞多利斯天平有限公司;电热恒温水浴锅 DK-S26 型，上海森信实验仪器有限公司;雷磁酸度计 PHS-3C，上海雷磁仪器厂;消化炉 HYP-1020，上海纤检仪器有限公司;凯氏定氮蒸馏仪 2100KJELTEC，瑞典;微波炉KD23BC，美的日用家电集团;摇摆式高速中药粉碎机 DMF-10A 型，广州市旭朗机械设备有限公司;数显鼓风干燥箱 G2X-9240MBE，上海博迅实业有限公司医疗设备厂;高压均质机 SRH 60-70，上海申鹿均质机有限公司;磁力搅拌器 79-1，江苏省金坛市荣华仪器制造有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 原料预处理 取一定量市售香菇经60℃、3h低温干燥，粉碎、过100 目筛制得香菇粉。

称取一定量香菇粉按1∶20 比例加水，搅拌均匀，备用。

1.2.2 香菇提取呈味物质方法筛选 实验研究了以下4 种提取方式:加热处理:取1.2.1 所得溶液，在60℃下浸提2h 后，以6000r/min 离心，取上清液测香菇蛋白水解度;均质处理:取1.2.1 所得溶液，以20MPa 均质处理1 次，以6000r/min 离心，取上清液测香菇蛋白水解度;微波处理:取1.2.1 所得溶液，以600W 微波处理10min，以6000r/min 离心，取上清液测香菇蛋白水解度;超声波处理:取1.2.1 所得溶液，以400W 超声波处理20min，以6000r/min 离心，取上清液测香菇蛋白水解度。

1.2.3 超声波技术提取香菇呈味物质的工艺研究

1.2.3.1 料水比对香菇浸提效果的影响 定量称取5.00g 香菇粉样品，过100 目标准筛，分别按料水比1∶10、1∶15、1∶20、1∶25、1∶30、1∶40、1∶50，在超声波功率400W，超声温度50℃，超声时间20min 的条件下水解，后经过滤、离心分离得上清液，测定其蛋白水解度，选择最优物料比。

1.2.3.2 香菇粉末粒径对浸提效果的影响 定量称取5.00g 香菇粉样品，分别过60、80、100、150、200 目标准筛，在料水比1∶20，超声波功率400W，超声温度50℃，超声时间20min 的条件下水解，后经过滤、离心分离得上清液，测定其蛋白水解度，确定最优的香菇粉末粒径。

1.2.3.3 超声波功率对香菇浸提效果的影响 定量称取5.00g 香菇粉样品，过100 目标准筛，在料水比1∶20，超声波功率分别为100、200、300、400、500、600W，超声温度50℃，超声时间20min 的条件下水解，后经过滤、离心分离得上清液，测定其蛋白水解度，确定最优的超声波功率。

1.2.3.4 超声时间对香菇浸提效果的影响 定量称取5.00g 香菇粉样品，过100 目标准筛，在料水比1∶20，超声波功率为400W，超声温度50℃，超声时间分别为5、10、15、20、25、30、40min 的条件下水解，后经过滤、离心分离得上清液，测定其蛋白水解度，确定最优的超声作用时间。

1.2.4 正交实验 在单因素实验基础上优化香菇呈味物质的提取工艺，以料水比、粒径、超声波功率和超声时间为主要因素，每个因素三个水平，设计四因素三水平正交实验L9(34)，如表1。

1.2.5 测定方法

1.2.5.1 总氮量的测定 采用GB 5009.5-85 中的凯氏定氮法。

1.2.5.2 游离氨基酸态氮含量的测定 采用中性甲醛电位滴定法［5］。

1.2.5.3 香菇蛋白水解度的计算

表1 正交实验因素水平表Table 1 Factors and levels graph of orthogonal test

2 结果与分析

2.1 不同物理手段处理对香菇浸提效果的影响

从图1 所示结果可以看出，与未经处理的样品相比，加热、均质、微波和超声处理均可不同程度地提高香菇蛋白水解度，蛋白水解度高说明水解液中释放出的香菇呈味物质量多，其中超声波处理效果最好，蛋白水解度达到24.56%，较未处理样增加了13.35%，热水浸提法效果最差。因此选择超声波法作为提取香菇呈味物质的有效的物理手段进行研究。

图1 不同处理方式的香菇蛋白水解度的比较Fig.1 Comparison of different treatment methods on the degree of hydrolysis from lentinus edodes protein

2.2 超声波技术提取香菇呈味物质的工艺研究

2.2.1 料水比对香菇呈味物质提取效果的影响 从图2 所示结果可以看出，随着料水比的增大，香菇蛋白水解度上升较快，主要是因为水与香菇粉末充分接触，在相同时间内呈味氨基酸、核苷酸等溶出量增加，故水解度逐渐增大。当料水比大于1∶20 时，水解度增加趋于平缓，而且随着料水比的增加，曲线有下降的趋势，说明呈味氨基酸、核苷酸等溶解趋于饱和。考虑到料液比过大会增加浓缩的时间，同时也会减小超声波破碎细胞的能力，使细胞破碎程度下降，从而降低呈味物质的提取率［6］，所以初步将料水比定为1∶20 较为适宜。

2.2.2 香菇粉末粒径对呈味物质提取效果的影响 从图3 所示结果可以看出，香菇粉末粒径对香菇蛋白水解度有一定的影响，随着粒径的逐渐减小，香菇蛋白水解度逐步增加，其原因可能是原料粒径越小，比表面积越大，孔隙率和溶解性相应增强，同时细胞壁破裂程度越大，呈味物质溶出率越高［7］。粒径为100 目时水解度较大，之后略有上升，但上升的幅度不是很大，其原因可能是超声法使细胞破碎完全，因此100 目的破碎力度已经能将香菇细胞中的呈味氨基酸、核苷酸等很好溶出，所以从生产成本角度考虑，选取香菇粒度为100 目。

图2 料水比对香菇呈味物质提取效果的影响Fig.2 Effect of ratio of material to water on flavor substances extraction from lentinus edodes

图3 粒径对呈味物质提取效果的影响Fig.3 Effect of particle size on flavor substances extraction

2.2.3 超声波功率对香菇呈味物质提取效果的影响 从图4 所示结果可以看出，超声波功率对香菇浸提效果影响显著，当超声波功率在100～400W 之间时，香菇蛋白水解度显著提高，这与超声波的机械振动作用和空化作用有关。高强度的超声波振动时能产生并传递强大的能量，使香菇颗粒在溶液中以大的速度和加速度进入振动状态，同时在有相当大的破坏力的作用下，液体内形成空化泡的现象，并通过机械性断键作用使大分子物质的性能和状态发生改变，蛋白质颗粒发生破裂，粒径变小，表面积增大，这可能有利于使维持原来有序螺旋结构的次级键断开，分子结构变得疏松，使原来转入分子内部的亲水基团转移至分子表面，从而恢复表面亲水基团的水化层，提高呈味氨基酸、核苷酸等的溶解性［8-9］。但是当超声功率大于400W 以后，香菇蛋白水解度增幅较小，因此最适宜的超声功率为400W。

图4 超声波功率对香菇呈味物质提取效果的影响Fig.4 Effect of ultrasonic power on flavor substances extraction from lentinus edodes

2.2.4 超声时间对香菇呈味物质提取效果的影响从图5 所示结果可以看出，随着超声时间的延长，香菇蛋白水解度呈先上升后下降的趋势，20min 时达到最大值，水解度为26.27%，可能是由于在一定范围内，提取时间越长，提取液与被提取物质相互作用的时间越长，呈味氨基酸、核苷酸等的溶出率就越高，但是氨基酸等呈味物质的溶出是一个动态过程，当它达到一定时间后，基本呈动态平衡状态［10］，故提取率及水解度将不再增加。为减小能量消耗，选择20min 为最佳超声波时间。

图5 超声时间对香菇呈味物质提取效果的影响Fig.5 Effect of ultrasonic time on flavor substances extraction from lentinus edodes

2.3 超声波法提取香菇呈味物质的工艺优化

正交实验结果如表2 所示，经极差分析，各因素对香菇蛋白水解度产生影响的重要性依次为C ＞A＞D ＞B;经表3 方差分析，因素C、A、D 对蛋白水解度影响显著。根据正交实验结果，最终确定超声波法提取香菇呈味物质(以氨基酸态氮计)的最优工艺参数为C2A2D2B1，即超声波功率为400W，料水比为1∶20，超声时间为20min，香菇粒径为80 目。在最佳条件下进行验证实验，由验证实验得出香菇蛋白水解度为27.48%。

表2 正交实验结果表Table 2 Results of orthogonal test

表3 蛋白水解度方差分析结果Table 3 Variance analysis of the degree of hydrolysis of protein

3 结论

通过加热、均质、超声波、微波四种不同方法对香菇呈味物质(以氨基酸态氮计)的提取实验比较可知，采用超声波法提取效果最好，蛋白水解度最高，其次为微波处理，加热浸提和均质处理效果较差。研究表明，超声波功率、料水比、超声时间、香菇粉末粒径对提取效果均有影响，各影响因素对香菇蛋白水解度的显著性影响顺序为超声波功率＞料水比＞超声时间＞香菇粉末粒径。通过单因素和正交实验，确定了超声波法提取香菇中呈味物质的最佳工艺条件为:在超声波功率为400W，料水比为1∶20，超声时间为20min，香菇粉末粒径为80 目的条件下进行提取，香菇蛋白水解度可达到27.48%。

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