香菇蛋白的提取工艺优化、功能特性及氨基酸评价_王梓杭.pdf
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1、现代食品科技 Modern Food Science and Technology 2023,Vol.39,No.6 186 香菇蛋白的提取工艺优化、功能特性及氨基酸评价 王梓杭1,2,范秀芝2,3,姚芬2,4,殷朝敏2,4,史德芳2,4,高虹2,5*,沈汪洋1*(1.武汉轻工大学食品科学与工程学院,湖北武汉 430023)(2.湖北省农业科学院农产品加工与核农技术研究所,湖北武汉 430064)(3.湖北金盆岭菌业有限公司,湖北谷城 441700)(4.湖北省林下经济工程研究中心,湖北武汉 430064)(5.湖北省香菇产业技术研究院,湖北随州 441300)摘要:该研究采用响应面优化超声波
2、辅助提取香菇蛋白工艺,确定蛋白质的最佳提取条件为料液比 1:50(m/V)、pH 值 12,在功率90 W、50 条件下超声提取 16 min,蛋白提取率为 28.56%,蛋白质纯度为 61.70%。通过扫描电镜、傅里叶变位红外光谱对香菇蛋白结构特性进行分析,后对香菇蛋白的功能特性进行测定,并对香菇蛋白氨基酸组成进行分析和评价。结果表明,香菇蛋白呈颗粒状且表面较为粗糙,具有明显的蛋白特征官能团吸收峰;持水性在 70 时最好,为 436.73%,在40 持油性最佳,为179.47%,起泡性、乳化性与蛋白质量浓度呈正相关。氨基酸分析发现香菇蛋白中含有17 种氨基酸,必需氨基酸占氨基酸总量的比值(E
3、/T 值)和必需氨基酸与非必需氨基酸的比值(E/N 值)均高于 FAO/WHO 理想蛋白质标准,是一种优质的蛋白质,且具有较高的营养价值。该研究为香菇蛋白的利用奠定了基础。关键词:香菇蛋白;功能特性;氨基酸评价 文章编号:1673-9078(2023)06-186-194 DOI:10.13982/j.mfst.1673-9078.2023.6.0627 Optimization of Extraction,Functional Characteristic,and Amino Acid Evaluation of Lentinula edodes Protein WANG Zihang1,2
4、,FAN Xiuzhi2,3,YAO Fen2,4,YIN Chaomin2,4,SHI Defang2,4,GAO Hong2,5*,SHEN Wangyang1*(1.College of Food Science and Technology,Wuhan Polytechnic University,Wuhan 430023,China)(2.Institute of Agricultural Products Processing and Nuclear-Agricultural Technology,Hubei Academy of Agricultural Sciences,Wuh
5、an 430064,China)(3.Hubei Jinpenling Mushrooms Industry Co.Ltd.,Gucheng 441700,China)(4.Hubei Provincial Engineering Research Center of Under-forest Economy,Wuhan 430064,China)(5.Hubei Xianggu Mushroom Industrial Technology Research Institute,Suizhou 441300,China)Abstract:Response surface methodology
6、 was used to optimize the ultrasonic-assisted extraction of Lentinula edodes protein(LEP).The optimal extraction conditions determined were solid-liquid ratio 1:50(m/V),pH 12,and ultrasonic extraction at 90 W and 50 for 16 min.The extraction rate and purity of protein extracted were 28.56%and 61.7%,
7、respectively.The structural characteristics of LEP were analyzed using scanning electron microscopy(SEM)and Fourier transform infrared spectroscopy(FT-IR);additionally,the functional characteristics were determined and the amino acid composition was analyzed.The SEM results showed that the surface o
8、f LEP is granular and rough,and FT-IR spectra demonstrated obvious absorption peaks indicative of characteristic functional groups of protein.The functional property analysis suggested that the water holding capacity is highest(436.73%)at 70 while the oil holding capacity peaks(179.47%)at 40.Meanwhi
9、le,the foaming and emulsifying properties were positively correlated with protein concentration.Amino acid analysis identified 17 kinds of amino acids in LEP.Both the ratio of essential amino acids to total amino 引文格式:王梓杭,范秀芝,姚芬,等.香菇蛋白的提取工艺优化、功能特性及氨基酸评价J.现代食品科技,2023,39(6):186-194.WANG Zihang,FAN Xiu
10、zhi,YAO Fen,et al.Optimization of extraction,functional characteristic,and amino acid evaluation of Lentinula edodes protein J.Modern Food Science and Technology,2023,39(6):186-194.收稿日期:2022-05-18 基金项目:湖北省重点研发计划项目(2022BBA0024);湖北省食用菌产业技术体系项目(HBHZDZB-2021-023)作者简介:王梓杭(1997-),男,硕士研究生,研究方向:食用菌功能食品开发,E-
11、mail: 通讯作者:高虹(1971-),男,博士,研究员,研究方向:食用菌功能食品开发,E-mail:;共同通讯作者:沈汪洋(1978-),男,博士,教授,研究方向:谷物资源开发与利用,E-mail: 现代食品科技 Modern Food Science and Technology 2023,Vol.39,No.6 187 acids(E/T)and the ratio of essential amino acids to nonessential amino acids(E/N)were higher than the FAO/WHO ideal protein standards,i
12、ndicating the high-quality of LEP.Moreover,LEP exhibited a high nutritional value on amino acid evaluation.This study thus lays a foundation for the improved utilization of LEP.Key words:Lentinula edodes protein;functional characteristics;amino acid evaluation 香菇(Lentinula edodes),是一种具有较高食用价值的大型真菌,其
13、味道鲜美口感好,是我国生产区域最广、总产量最高的食用菌类,其产量和出口量稳居世界第一。据古籍记载香菇味甘性平,具有“益气不饥,治风破血和益胃助食”的功效1。现代研究表明,香菇中含有丰富的蛋白质、氨基酸、核苷酸、维生素和矿物质等营养物质,以及多糖、膳食纤维、麦角甾醇和香菇嘌呤等活性物质,具有增强免疫、抗氧化、预防糖尿病、防癌抗癌和预防心脑血管疾病等功效2。此外,香菇中还含有钙、铁、锰、镁、硒等矿物质和多种维生素,是开发膳食补充剂或营养保健品的优质原料。目前,香菇作为优质的食品原料,已应用于健康食品的开发,市场上出现的香菇纤维饼干、香菇多糖胶囊、香菇多糖口服液等保健品受到消费者的青睐,但目前无香菇
14、蛋白相关产品上市。食用菌中蛋白质含量约占干质量的 10%63%,且与蛋类和肉类食物中的蛋白质相比,食用菌蛋白的脂肪以及胆固醇含量较低,有助于人体快速消化吸收3,是公认的减肥食物。此外,与动物和植物蛋白质相比,食用菌蛋白具有独特的生物活性,如专一的水解活性和高效的降解活性,和较强的热稳定性和耐酸碱性,有利于投入工业化生产4。为丰富蛋白质资源,并实现食用菌蛋白资源的开发和利用,目前已有杏鲍菇、白灵菇、双孢蘑菇、大球盖菇等食用菌蛋白提取及功能特性研究的报道,以及香菇菌柄蛋白功能特性的研究报道,但香菇蛋白中的氨基酸评价研究尚未深入。因此,本研究通过响应面优化超声辅助香菇蛋白提取工艺,研究香菇蛋白的结构
15、及功能特性,并对其氨基酸进行分析评价,为香菇蛋白高附加值产品开发利用提供理论依据。1 材料与方法 1.1 主要材料与试剂 香菇:优选的高蛋白含量香菇原料5,来自湖北长久菌业有限公司,样品在恒温干燥箱中 50 烘干至恒重后,粉碎过 80 目筛,备用。考马斯亮蓝 G-250 购自 Solarbio 公司;溴化钾(光谱纯)购自 Sigma 公司。1.2 主要仪器与设备 KQ-5200DE 超声波清洗器,昆山市超声仪器公司;FD5-3P 真空冷冻干燥机,美国金西蒙公司;UV-1800、紫外可见分光光度计,日本岛津公司;Nexus 470 型傅里叶红外光谱仪,美国 Nicolet 公司;AZtecLiv
16、e Ultim Max 100 扫描电镜,牛津仪器有限公司;全自动氨基酸分析仪,英国 Biochrom 公司。1.3 方法 1.3.1 香菇蛋白提取步骤 将香菇粉与蒸馏水按一定比例加入烧杯中,搅拌均匀后调节 pH 值,超声,离心后将上清液的 pH 值用1 mol/L HCl 调节至香菇蛋白等电点,静置沉淀,将沉淀反复水洗至中性,冷冻干燥得到香菇粗蛋白。按公式(1)计算蛋白质提取率。100%cvEmw (1)式中:E蛋白质提取率,%;c上清液中蛋白浓度,g/mL;v上清液体积,mL;m香菇粉质量,g;w凯氏定氮法测定香菇粉中蛋白质含量,g/100 g。1.3.2 香菇蛋白等电点的测定 取香菇粉在
17、料液比 1:50(m/V)、pH 值 12,超声功率 150 W,30 条件下浸提 20 min,离心取上清液 100 mL,分成 10 份,并调节 pH 值至3.2、3.4、3.6、3.8、4.0、4.2、4.4、4.6、4.8、5.0,静置沉淀 30 min后离心 20 min,采用考马斯亮蓝染色法测定上清液中蛋白质含量6。1.3.3 单因素试验 在 1.3.2 给出试验条件基础上,进行单因素优化试验,其中,料液比设置为 1:20、1:30、1:40、1:50、1:60、1:70(m/V);pH 值 8.0、9.0、10.0、11.0、12.0、13.0;超声功率30、90、150、210
18、、270 W;超声温度30、40、50、60、70;超声时间 5、10、15、20、25、30 min。现代食品科技 Modern Food Science and Technology 2023,Vol.39,No.6 188 1.3.4 超声法提取香菇蛋白的响应面试验设计 表 1 试验因素水平及编码表 Table 1 Vairables and levels in Box-Benhnken experimental 因素 水平 超声功率/W 超声时间/min 超声温度/1 60 10 45 0 90 15 50-1 120 20 55 运用 Box-Benhnken 原理进行 3 因素 3
19、 水平试验设计,以蛋白质提取率为响应值,超声功率、超声时间、超声温度为自变量进行响应面试验(表 1)。1.3.5 香菇蛋白外观特性和官能团分析(1)扫描电镜分析:将香菇蛋白固定在样品基底上,置于离子溅射装置中,在成像前图上一层薄金,然后在 2 000、5 000 和 20 000 倍下观察香菇蛋白外观特性7。(2)红外光谱分析:取干燥样品 1.00 mg 与 100 mg KBr 混合研磨,放入仪器中扫描,区间为 400 4 000 cm-18。1.3.6 香菇蛋白功能特性分析 香菇蛋白的溶解性、持水性和持油性参考Gadalkar 等9所述方法测定。起泡性、泡沫稳定性、乳化性和乳化稳定性参考
20、Wani 等10的试验方法。1.3.7 香菇蛋白氨基酸组成分析及评分 香菇蛋白的氨基酸组成及含量测定参考 GB 5009.124-201611的方法。根据测定的必需氨基酸含量分别按公式(2)(6)计算香菇蛋白氨基酸评分、氨基酸化学评分、EAA 比值(RAA)、氨基酸比值系数(RC)和比值系数分(SRC):=100%LAASK (2)=100%LAACN (3)PPLRAAK (4)RAARCRAA (5)100100SRCCV 211niRCiRCnCVRC (6)式中:AAS氨基酸评分,分;L香菇蛋白中某种氨基酸含量,mg/g;KFAO/WHO 模式中该氨基酸含量,mg/g;AAC氨基酸化学
21、评分,分;N鸡蛋蛋白中该氨基酸含量,mg/g;RAA样品中某一必需氨基酸的含量/模式谱相应必需氨基酸的含量;LP香谷蛋白中某种必需氨基酸含量,mg/g;KPWHO/FAO 模式中相应必需氨基酸含量,mg/g;RC氨基酸比值系数;SRC比值系数分;CVRC 的变异系数。1.4 统计分析 所有试验重复 3 次,结果以“平均值标准差”表示。使用 Design-Expert.V 8.0.6 和 Origin 2021 对试验数据进行分析及绘图。2 结果与分析 2.1 香菇蛋白等电点测定 由图 1 可知,调整香菇提取液的 pH 值在3.25.0范围内时,当pH值为3.8时上清液中蛋白质含量最低,因此,确
22、定等电点为 3.8。图 1 香菇蛋白等电点 Fig.1 Isoelectric point of L.edodesprotein 2.2 单因素试验结果 由图 2a 可知,随溶剂量的增加,香菇蛋白提取率持续增大,当料液比为 1:50(m/V)时提取率达到最高,为 24.71%,之后开始降低。可能是由于溶剂量的不断增加,有利于蛋白质从溶剂中溶出,而当溶剂达到一定量这种有利作用逐渐减弱12。结合单因素结果及后续实验可操作性,固定响应面优化时料液比为1:50。香菇蛋白提取率随 pH 值增加,逐渐提高并趋于稳定,当 pH 值为 12 时蛋白提取率(21.66%)与 pH值为 13 时(21.87%)差
23、异不显著(图 2b)。在后续响应面优化时固定 pH 值为 12。现代食品科技 Modern Food Science and Technology 2023,Vol.39,No.6 189 香菇蛋白提取率随超声波功率的增加呈先上升后下降的趋势(图 2c),原因可能是超声波产生的空化效应,显著增加传质效率,随功率的增高,空化效应也随之增加,但当功率较高时,空化强度导致蛋白质降解,从而使提取率降低12。选择超声功率为 90 W开展后续研究。香菇蛋白的提取率在 50 时达到最高,为28.00%,之后开始降低(图 2d),这可能是由于温度过高导致蛋白质变性,从而导致提取率降低13。图 2 各因素对香菇
24、蛋白提取率的影响 Fig.2 Individual effects of factors on the extraction rate of L.edodes protein 超声时间在 515 min 时,香菇蛋白的提取率随时间的延长呈现先增大后减小的趋势(图2e),在15 min时提取率达到最大,为 22.89%。这可能是因为在一定时间内超声产生的冲击波使溶剂渗透到细胞中,使蛋白质溶出量增加,但时间过长,空化效应导致蛋白变性,使提取率降低14。2.3 响应面优化试验 2.3.1 响应面试验结果 回归方程为:提 取 率=28.33-0.38A+0.41B+0.15C+0.045AB+0.06
25、4AC-0.01BC-2.92A2-1.19B2-1.23C2。响应面试验设计及试验结果见表 2。表 2 响应面分析方案与试验结果 Table 2 Response surface analysis program with test results 试验号ABC 蛋白提取率/%1 551560 23.58 2 501590 28.33 3 552090 24.29 4 501590 28.78 5 452090 24.89 6 4515120 24.67 7 501590 27.83 8 451090 24.26 9 501590 28.57 10 5020120 26.53 11 4515
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