电子束辐照 对羊肚菌营养成份影响分析

顾可飞,刘海燕,杨海峰,范婷婷,周昌艳,*

(1.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 201403;2.农业部农产品质量安全风险评估实验室(上海),上海 201403;3.农业部食用菌监督检验测试中心(上海),上海 201403)

羊肚菌(Morels),隶属于子囊菌亚门(Ascomycotina)盘菌纲(Discomycetes)盘菌目(Pezizales)羊肚菌科(Morchellaceae)羊肚菌属(Morchella)[1],是我国四大珍贵食用菌之一,风味独特,富含蛋白质、多糖、粗纤维、叶酸、维生素等多种营养成分,氨基酸种类丰富,多达18 种以上,且必需氨基酸种类齐全,占氨基酸总量的49.64%[2-3]。同时羊肚菌具有免疫调节、抗肿瘤、降血脂、抗血栓、抗氧化等保健功能[4-7]。但羊肚菌含水量较高,组织脆嫩,采摘后,常温下1～2 d内,子实体即大量失水、褐变,机械损伤后容易受微生物侵染而造成发霉、软烂甚至腐臭,导致羊肚菌商品价值下降甚至丧失[8],在一定程度上限制了羊肚菌产业化的发展。

20 世纪 60 年代,辐照处理在双孢菇贮藏保鲜中的应用就有研究,目前应用γ射线、电子束及 X 射线的食品贮藏保鲜技术,已被多数国家认可。有研究表明,辐照可延缓草菇、双孢蘑菇等的衰老进程,延迟菌菇开伞、褐变等外观老化现象,并延长货架期[9]。目前国内外学者对羊肚菌保鲜技术的研究较少,有关羊肚菌辐照保鲜技术尚未见报道。因此,研发羊肚菌采后保鲜技术,具有重要的经济价值和现实意义。

本文以羊肚菌为对象,应用电子束辐照技术初步研究了辐照对羊肚菌货架期及营养成分的影响,为保鲜技术的研发,提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

羊肚菌 采自河北省平泉县羊肚菌种植基地人工菌。

氨基酸标准品 日本Wako公司;氨基酸自动分析仪所用缓冲液 日本Mitsubishi公司;盐酸(优级醇) 国药集团化学试剂有限公司;重铬酸银、重铬酸钾 上海农科院束能辐照有限公司。

电子加速器ESS-010-03型电子直线加速器 (日本IHI公司)(射线能量10 MeV,功率10 kW,清华同方);L-8900氨基酸自动分析仪 日本Hitachi公司;Kjeltec-2300凯氏定氮仪 瑞典Foss Analystical公司;Agilent 7500cx Series电感耦合等离子体质谱仪 美国安捷伦公司。

1.2 实验方法

1.2.1 实验设计 所采新鲜羊肚菌子实体,在采收当天,鲜菇于冰箱4 ℃冷藏,干菇是鲜菇经由鼓风干燥机60 ℃烘干的制备(辐照处理后粉碎过20目筛),鲜菇浆经高速组织粉碎机制备,于冰箱-20 ℃冻藏。本文设置5个处理组:A组为自封袋包装鲜菇;B组为鲜菇浆;C组为干菇;D组为未包装鲜菇;CK组为自封袋包装不经辐照处理鲜菇,在4 ℃冷藏。

1.2.2 辐照处理 羊肚菌A、B、C、D组,均以重铬酸银(<4 kGy)和重铬酸钾(≥4 kGy)做化学剂量计量跟踪剂,剂量率为5.6 kGy/h(≤1 kGy)和16.8 kGy/h(>1 kGy),以0、1、2、4、6、8、10 kGy辐照剂量,进行辐照处理,以CK组做对照,重复3 次。

1.2.3 羊肚菌生物学形态分析 羊肚菌鲜菇(A、D、CK组)经辐照处理后,于冰箱中4 ℃冷藏,分别于辐照处理后第1、2、3、5、7、9、11、13、14 d对其生物学形态进行观察。

1.2.4 营养成分及氨基酸组成的测定 水分含量参考GB/T 5009.3-2010《食品安全国家标准食品中水分的测定》[10]测定;粗蛋白含量参考GB/T15673-2009《食用菌中粗蛋白含量的测定》[11]中的凯氏定氮法测定,蛋白质系数为4.38;粗多糖参考NY/T1676-2008《食用菌中粗多糖含量的测定》[12]比色法测定;粗纤维参考GB/T509.10-2003《植物类食品中粗纤维的测定》[13]测定;矿质元素参考NY/T 1653-2008《蔬菜水果及制品中矿质元素的测定电感耦合等离子体发射光谱法》[14]测定;氨基酸测定参考GB/T 5009.124-2003《食品中氨基酸的测定》[15]。

1.2.5 氨基酸营养价值评价 必需氨基酸占比%、氨基酸评分(amino acid score,AAS)的评价方法参考Bano[16]和FAO[17]的方法,氨基酸比值系数分(Amino Acid Ratio CoefficientScore,SRCAA)的评价方法参考顾可飞等[3]研究。

1.3 数据分析

所有营养成分数据均换算为干基含量。所得数据由SAS 8.2 软件通过一般线性模型(general linear model,GLM)进行显著性分析,分析方法为邓肯多重范围检验(Duncan’smultiple range tests),显著性水平为p<0.05。

2 结果与讨论

2.1 羊肚菌生物学形态变化

羊肚菌的生物学形态变化如图1所示,未经辐照处理的羊肚菌(CK组),第二天即发生失水,第三天发生霉变、腐烂变质。而未经包装处理(D组)在辐照处理下羊肚菌在贮藏第2 d时也发生脱水现象,脱水程度随着辐照剂量增加而增加,但未发生霉变、腐烂,表明辐照在一定程度上抑制了细菌或霉菌,但电子束辐照下羊肚菌脆嫩的组织细胞完整性可能遭到破坏,胞内水份外溢,导致羊肚菌品质下降。经自封袋包装(A组)辐照处理后羊肚菌,在辐照剂量≤2 kGy下,冷藏至第11 d生物学形态保存完好,在第14 d发生脱水现象,但未发生霉变及腐烂,而在>2 kGy辐照剂量下,羊肚菌在第三天发生轻微脱水现象,在第5～7 d时,菌菇变软,严重脱水,表明高剂量的辐照下,包装后羊肚菌细胞完整性遭受严重破坏,分析可能为高能电子束破坏羊肚菌组织细胞壁或/和细胞膜。从未包装(D组)及包装(A组)的低剂量辐照处理结果对比分析,辐照处理时,大量氧气存在导致的氧化效应[18]对羊肚菌菇细胞的破坏严重,而经包装的羊肚菌(A组),隔绝外界大量氧气,在一定程度上保护菌菇细胞完整性。以上结果表明,低剂量的电子束辐照(≤2 kGy)经包装可以在生物学形态上有效延长羊肚菌的货贺期。

图1 辐照后羊肚菌生物学形态变化Fig.1 The change of morels morphological under irradiation注:CK1、CK2、CK3为未辐照对照的第1、2、3 d;D1、D2、D3为辐照未包装第1、2、3 d;A1、A3、A5、A7、A11、A14为辐照自封袋包装第1、3、5、7、11、14 d;0、1、2、4、6、8、10为辐照剂量kGy。

2.2 羊肚菌主要营养成分含量变化

2.2.1 羊肚菌粗蛋白含量变化 辐照处理后粗蛋白变化结果见表1,羊肚菌蛋白质含量丰富,约为30%,羊肚菌经电子束辐照处理后,鲜菇及干菇粗蛋白含量略有降低,但在辐照剂量≤2 kGy时,除鲜菇浆粗蛋白外,其它处理中粗蛋白量变化不明显(p>0.05)。而鲜菇浆粗蛋白含量显著下降(p<0.05),表明缺乏完整组织的浆状物粗蛋白对辐照更为敏感。

表1 辐照处理后羊肚菌粗蛋白含量变化Table 1 Changes of morels crude protein content under irradiation

2.2.2 羊肚菌粗多糖含量变化 辐照处理后粗多糖变化结果见表2,羊肚菌多糖含量约为8%,粗多糖鲜菇未见明显变化,而鲜菇浆和干菇略有增加,分析可能为纤维素少量糖化的结果。但在辐照剂量≤2 kGy时,各处理中粗多糖含量变化不明显(p>0.05),本文多糖含量变化与陈云堂等[19]研究报道,在3 kGy剂量下电子束辐照对党参多糖含量无影响相附。

表2 辐照处理后羊肚菌粗多糖含量变化Table 2 Changes of morels crude polysaccharide content under irradiation

多糖作为羊肚菌中主要的功能之一,具有免疫调节,抗肿瘤等功效,科学研究发现多糖经辐射可发生降解或结构改变,李世超等[20]报道辐照后无花果多糖的羰基吸收峰增强,且在清除超氧阴离子、清除羟基自由基和还原能力方面比处理前有显著提高。

2.2.3 羊肚菌粗纤维含量变化 电子束辐照后粗纤维含量变化结果见表3,羊肚菌粗纤维含量为14%～26%,经辐照处理后,干菇的粗纤维含量未发生明显变化,而鲜菇与鲜菇浆粗纤维含量随着辐照剂量的增加而下降。研究表明,辐射可降低纤维素聚合度,改变纤维分子结构,发生分子键断裂、重组及再聚合等现象[21-23],在利用辐射制备纤维素微球等材料方面已有很多报道,但由于本文的电子束辐照剂量远低于制备微晶纤维剂量,分析认为此为本文粗纤维含量变化不大的原因。

表3 辐照处理后羊肚菌粗纤维含量变化Table 3 Changes of morels crude fiber content under irradiation

2.2.4 羊肚菌营养元素含量变化 羊肚菌含有种类丰富的营养元素,本文分析了辐照处理对羊肚菌鲜菇、鲜菇浆、干菇的营养元素钠(Na)、钾(K)、钙(Ca)、铁(Fe)、硒(Se)含量影响。辐照处理对羊肚菌营养元素含量的影响结果见表4,羊肚菌鲜菇、干菇及鲜菇浆的钠、钾、钙、铁、硒含量未见明显变化。

表4 辐照处理对羊肚菌营养元素含量变化(mg/g)Table 4 Changes of morels nutrient elements content under irradiation(mg/g)

2.3 羊肚菌氨基酸含量变化

表5、表6、表7分别为辐照处理羊肚菌鲜菇、鲜菇浆、干菇氨基酸含量(含变化结果。由表可见,与对照相比,在辐照剂量为2 kGy时,9种必需氨基酸含量的变化范围为,鲜菇-5%～7%,鲜菇浆10%～12%,干菇-5%～3%;在辐照剂量为10 kGy时,鲜菇-3%～31%,鲜菇浆17%～36%,干菇-14%～5%。以上结果表明,在辐照剂量≤2 kGy,必需氨基酸含量变化不大,而当剂量达到10 kGy时,对羊肚菌必需氨基酸蛋氨酸及色氨酸影响较大,蛋氨酸下降了31%,色氨酸下降了22%。

表5 辐照处理羊肚菌鲜菇氨基酸含量变化(%)Table 5 Changes of amino acid content of fresh morels under irradiation(%)

表7 辐照处理羊肚菌干菇氨基酸含量变化(%)Table 7 Changes of amino acid content of dried morels under irradiation(%)

表6 辐照处理羊肚菌鲜菇浆氨基酸含量变化(%)Table 6 Changes of amino acid content of fresh morels paste under irradiation(%)

利用氨基酸标准品辐照处理,发现辐照对胱氨酸、蛋氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、组氨酸、脯氨酸的影响较大,特别是胱氨酸和蛋氨酸标准品,与辐照前相比,在2 kGy辐照剂量处理下,含量下降达50%以上,其它4种氨基酸下降辐度为9%～20%。分析认为这6种氨基酸结构中含巯基或苯环等环状结构,C-S键及苯环等环状结构的双键对电子束辐照敏感,在高能电子束作用下,容易发生断裂,重组等化学改变。

在≤10 kGy辐照剂量下,与对照相比,羊肚菌中其它12种氨基酸含量变化,鲜菇为-31%～3%,鲜菇浆为-17%～40%,干菇中含量变化为-3%～14%;在≤2 kGy辐照剂量下,各处理组(鲜菇、鲜菇浆、干菇)与对照组相比均未见明显变化。

2.4 辐照前后羊肚菌氨基酸营养价值分析

辐照处理后必需氨基酸百分比分析见表8,羊肚菌鲜菇、鲜菇浆、干菇的必需氨基酸百分比均呈现先降后升的趋势,当辐照剂量为2 kGy时鲜菇和干菇必需氨基酸百分比无显著性差异(p>0.05),当辐照剂量为10 kGy时必需氨基酸百分比略有增加。表明,辐照对羊肚菌鲜菇和干菇必需氨基酸在总蛋白质氨基酸中的占比影响不大。

表8 辐照处理下必需氨基酸占总氨基酸变化(%)Table 8 Changes of morels essential amino acids accounted for the total amino acids content under irradiation(%)

辐照处理后必需氨基酸评分见表9。羊肚菌的三组处理,鲜菇、鲜菇浆、干菇的氨基酸评分,呈现先降后升的趋势,分析可能为低剂量辐照处理下,对辐照敏感的蛋氨酸、胱氨酸和苯丙氨酸的结构较其它必需氨基酸遭到破坏严重,必需氨基酸比值偏离标准蛋白比值,而后随着辐照剂量的增加,其它必需氨基酸结构也不同程度的遭到破坏,必需氨基酸的比值再次接近标准蛋白比值。

表9 氨基酸评分(AAS)Table 9 Amino acid score(AAS)under irradiation

续表

氨基酸指数SRCAA,是表征氨基酸营养价值评价方法之一,它是从每一种必需氨基酸与标准蛋白的比值(RCAA)推算而来。SRCAA 越接近100,表明氨基酸营养价值越接近标准蛋白,本文采用鸡蛋蛋白作为标准蛋白评价辐照处理对羊肚菌氨基酸营养价值的影响。

辐照处理对羊肚菌SACAA值的影响见表10,鲜菇氨基酸SRCAA值,随着剂量的增加先升后降再升,在辐照剂量≤2 kGy时略有增加,在剂量4～6 kGy,略有降低,当剂量为8～10 kGy时,SRCAA值升高;鲜菇浆则呈现出先降后升趋势,在辐照剂量≤6 kGy时,呈下降趋势,当辐照剂量≥8 kGy时,随剂量增加升高;干菇在辐照处理下,SRCAA值呈现下降趋势,但辐照剂量≤2 kGy时,与对照相比变化不大。表明,电子束辐照剂量为2 kGy时,不但可以延长羊肚菌鲜菇与干菇羊肚菌生物学形态保存期,而且对羊肚菌氨基酸的营养价值影响不大。

表10 辐照处理下蛋白质氨基酸比值系数分SRCAATable 10 Protein score of ratio coefficient of amino acid(SRCAA)under irradiation

3 结论

高能电子束作用于食用菌及包装食用菌子实体可产生活性自由基,通过射线的直接作用和自由基的间接作用,可有效杀死微生物,灭活多酚氧化酶,抑制膜脂过氧化,从而达到控制微生物感染和虫害,防止霉变,延缓褐变,保护膜质完整性等作用,同时可抑制菌伞开张及菌柄延长[9],有效延长食用菌货架期。

本文应用电子束辐照探索羊肚菌辐照保鲜技术对羊肚菌营养成份及氨基酸营养价值的影响,发现在辐照剂量≤2 kGy下,新鲜羊肚菌冷藏期可达11 d,羊肚菌鲜菇和干菇的营养成分粗蛋白、粗纤维、粗多糖、部分营养元素及必需氨基酸含量均未发生显著性变化,氨基酸营养价值略有增加。表明低剂量辐照下(≤2 kGy),电子束辐照可有效延长羊肚菌的保鲜期,且对主要营养成分影响不大。本文仅就辐照对羊肚菌粗蛋白等几个营养成分指标影响进行初步探索,辐照对羊肚菌维生素及其它营养功能成份的影响,尚待进一步研究。