魯玉佳,田 路,胡亞平,趙立強(qiáng),張金秀,王立安,*

(1.河北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,河北石家莊 050024;2.邢臺(tái)醫(yī)學(xué)高等專科學(xué)校,河北邢臺(tái) 054001)

雙孢菇是世界第一大宗食用菌,國(guó)外主要以工廠化方式生產(chǎn),國(guó)內(nèi)以園區(qū)化和工廠化方式生產(chǎn)。雙孢菇子實(shí)體肉質(zhì)鮮美,蛋白質(zhì)含量豐富,有“素中之王”的稱號(hào)[1],子實(shí)體干品蛋白質(zhì)含量為35%～38%[2-5],且氨基酸種類齊全。雙孢菇鮮品不易保存,容易褐化、腐爛[6-7],所以研究雙孢菇蛋白粉加工技術(shù)對(duì)于提高產(chǎn)品技術(shù)附加值具有非常重要意義。

馬澤青等[8]研究了提取溫度、料液比、超聲功率和超聲時(shí)間四個(gè)因素及其交互作用對(duì)雙孢蘑菇蛋白質(zhì)提取工藝的影響,證實(shí)在超聲功率130 W、提取溫度43 ℃、超聲時(shí)間40 min、料液比1∶5條件下,雙孢蘑菇蛋白質(zhì)提取率可達(dá)50.39%。吳華玉等[9]以賀蘭山紫蘑菇為材料,對(duì)紫蘑菇中蛋白質(zhì)提取的料液比、溫度、pH進(jìn)行了研究。在蛋白粉工藝優(yōu)化和品質(zhì)研究方面,Liu lili等[10]以蛋清蛋白為材料,比較了冷凍干燥和噴霧干燥兩種方法對(duì)蛋白粉功能及性質(zhì)的影響。蛋白粉制備工藝研究更多的文獻(xiàn)報(bào)道集中在以綠豆、葡萄籽、苜蓿等為材料進(jìn)行的[11-13]。

蛋白質(zhì)提取液常用的干燥方法有:烘箱干燥、常溫晾干、冷凍干燥和噴霧干燥四種方法[14-15]。其中,常溫晾干和烘箱干燥常用于飼用蛋白質(zhì)的制備。冷凍干燥制備的蛋白質(zhì)活性高,但冷凍干燥設(shè)備昂貴,成本及能耗較高[16]。噴霧干燥是用霧化器將蛋白液分散為液滴,利用熱空氣將物料迅速干燥成粉。在干燥過程中,瞬時(shí)高溫會(huì)使物料發(fā)生最小程度的變性,且投資小、生產(chǎn)效率高,適用于工廠化生產(chǎn)[17]。本文采用正交實(shí)驗(yàn)法對(duì)噴霧干燥法制備雙孢菇蛋白粉的工藝進(jìn)行了研究,以期為工廠化生產(chǎn)蛋白粉奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

雙孢菇(Agaricusbisporus)子實(shí)體 由河北微巨生物科技有限公司提供;氫氧化鈉、無水乙醇、濃鹽酸等 均為分析純,永大試劑公司。

FW-117型中藥粉碎機(jī) 天津泰斯特儀器有限公司;pH計(jì) 賽多利斯科學(xué)儀器有限公司;電子天平 上海精密科學(xué)儀器有限公司;JM-L50型膠體磨 杭州惠合機(jī)械設(shè)備有限公司;SP-150型噴霧干燥機(jī) 上海順儀科技有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 粉碎 選取潔白的雙孢菇子實(shí)體,去除雜物后切成薄片,放在烘箱中35～45 ℃烘干2～3 d,待子實(shí)體完全干燥后,用中藥粉碎機(jī)破碎成粉末過80目篩，制成干粉。

1.2.2 堿溶酸沉 稱取200 g干粉,按1∶20料液比加入4 L蒸餾水,加入0.1 mol/L NaOH調(diào)節(jié)pH至10.5,35 ℃攪拌提取20 min后,3500 r/min離心20 min,取上清液。將得到的上清液用0.1 mol/L稀鹽酸調(diào)節(jié)pH至4.5,3500 r/min離心20 min,棄上清液,得沉淀部分,加水溶解后調(diào)節(jié)pH至中性即為雙孢菇蛋白質(zhì)提取液。

1.2.3 噴霧干燥 設(shè)定噴霧干燥機(jī)進(jìn)風(fēng)溫度、進(jìn)料速率,配制不同濃度的蛋白質(zhì)提取液,待系統(tǒng)穩(wěn)定之后,泵入蛋白質(zhì)提取液,對(duì)樣品進(jìn)行噴霧干燥。

1.2.3.1 單因素實(shí)驗(yàn) 以蛋白粉的集粉率為考核指標(biāo)[18],設(shè)定不同雙孢菇提取液蛋白質(zhì)濃度、進(jìn)風(fēng)溫度、進(jìn)料速率研究雙孢菇蛋白質(zhì)提取液的噴霧干燥工藝。

提取液蛋白質(zhì)濃度對(duì)噴霧干燥效果的影響:在進(jìn)風(fēng)溫度為160 ℃,進(jìn)料速率為700 mL/h條件下,在提取液蛋白質(zhì)濃度10、20、30、40、50 mg/mL范圍內(nèi),對(duì)蛋白粉集粉率的影響。

進(jìn)風(fēng)溫度對(duì)噴霧干燥效果的影響:在提取液蛋白質(zhì)濃度為40 mg/mL,進(jìn)料速率為700 mL/h條件下,在進(jìn)風(fēng)溫度140、150、160、170、180 ℃范圍內(nèi),對(duì)蛋白粉集粉率的影響。

進(jìn)料速率對(duì)噴霧干燥效果的影響:在提取液蛋白質(zhì)濃度為40 mg/mL、進(jìn)風(fēng)溫度為160 ℃條件下,在進(jìn)料速率500、600、700、800、900 mL/h范圍內(nèi),對(duì)蛋白粉集粉率的影響。

1.2.3.2 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 在單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,以雙孢菇提取液蛋白質(zhì)濃度、進(jìn)風(fēng)溫度、進(jìn)料速率為影響因素進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn),優(yōu)化雙孢菇蛋白粉制備的噴霧干燥工藝。

表1 雙孢菇蛋白粉噴霧干燥正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.3.3 驗(yàn)證實(shí)驗(yàn) 采用正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果所得的最優(yōu)工藝進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，測(cè)定集粉率。并對(duì)小試實(shí)驗(yàn)進(jìn)行放大的進(jìn)行中試試驗(yàn)，放大5倍，進(jìn)行三次平行，測(cè)定集粉率。

1.2.4 雙孢菇蛋白粉營(yíng)養(yǎng)價(jià)值評(píng)價(jià)

1.2.4.1 蛋白質(zhì)含量測(cè)定 采用凱氏定氮法測(cè)定[19]。

1.2.4.2 氨基酸種類和含量分析 采用氨基酸自動(dòng)分析儀，由上海復(fù)昕化工技術(shù)服務(wù)有限公司檢測(cè)完成。

1.2.4.3 氨基酸評(píng)分(AAS) 采用下列公式進(jìn)行。

氨基酸評(píng)分(%)=[待測(cè)蛋白粉中氨基酸含量(mg/g)]/[WHO/FAO模式中同種氨基酸含量(mg/g)]×100

1.2.4.4 蛋白粉其他營(yíng)養(yǎng)成分及金屬元素含量測(cè)定 對(duì)雙孢菇蛋白粉中的營(yíng)養(yǎng)成分及金屬元素含量進(jìn)行了測(cè)定。碳水化合物、灰分含量測(cè)定采用重量法;脂肪測(cè)定采用索氏抽提法;粗纖維測(cè)定采用范蘇士特酸性洗滌劑法;微量元素測(cè)定采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法，由上海復(fù)昕化工技術(shù)服務(wù)有限公司檢測(cè);重金屬含量采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法。測(cè)定含量結(jié)果同國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[20]相比較。

1.2.5 雙孢菇蛋白粉理化特性測(cè)定

1.2.5.1 集粉率的測(cè)定 將雙孢菇堿溶酸沉得到的蛋白質(zhì)沉淀冷凍干燥,稱其重量,并稱取500 mL水,配制成蛋白質(zhì)提取液,其濃度為c。經(jīng)噴霧干燥后,稱量收集到的蛋白粉的質(zhì)量記為m。

1.2.5.2 蛋白粉水合能力(WHC)測(cè)定 稱取樣品m1(g),置于已知質(zhì)量m0(g)的離心管中,逐步向離心管中加水,邊加水邊攪拌,直到樣品呈勻漿狀。2000 r/min離心10 min,棄上清,稱質(zhì)量m2(g)。實(shí)驗(yàn)重復(fù)三次取平均值[21]。

1.2.5.3 蛋白粉乳化能力測(cè)定 稱取2 g蛋白粉置于15 mL蒸餾水中,加入15 mL橄欖油,攪拌均勻,2500 r/min離心5 min。分別測(cè)離心管中液體的總高度和乳化層高度,實(shí)驗(yàn)重復(fù)三次[22]。

式中:C-蛋白的乳化能力;H1-乳化層的高度(cm);H2-液體層的總高度(cm)。

1.2.5.4 蛋白粉的起泡性及泡沫穩(wěn)定性 稱取2 g蛋白粉,加入100 mL蒸餾水(V)。用膠體磨研磨2 min后移至1000 mL量筒中,記錄泡沫的體積V0;再將裝有蛋白粉溶液的量筒放入30 ℃的水浴鍋中靜置30 min,記錄泡沫體積V1,重復(fù)三次取平均值[23]。

1.2.5.5 蛋白粉吸油性測(cè)定 稱取0.50 g蛋白粉(m),在10 mL離心管中加3 mL橄欖油(V),用振蕩器振蕩1 min后靜置30 min,3000 r/min離心20 min,記錄游離油的體積(V1)實(shí)驗(yàn)重復(fù)三次取平均值[24]。

1.2.5.6 蛋白粉吸水性 稱取1 g蛋白粉樣品(m),放置于直徑為10 cm的培養(yǎng)皿中稱重,記為m1。把樣品放置干燥箱中,設(shè)置溫度為35 ℃,2 h稱重一次,直至樣品質(zhì)量不再變化停止稱重,記為m2。實(shí)驗(yàn)重復(fù)三次[25]。

1.2.5.7 蛋白粉顆粒的掃描電子顯微鏡觀察 雙面膠粘在銅制的載物臺(tái)上,取少量雙孢菇蛋白粉散落至雙面膠上。用洗耳球吹走未固定的蛋白顆粒[26]。將有蛋白粉的載物臺(tái)放入濺射鍍膜儀內(nèi)噴金進(jìn)行導(dǎo)電處理,當(dāng)真空度大于13 Pa時(shí)開始鍍膜,控制電流為7 mA,鍍膜時(shí)間為10 min后,把帶有樣品的載物臺(tái)放入掃描電子顯微鏡樣品室中,分別放大400和5000倍觀察蛋白粉顆粒[27]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

正交實(shí)驗(yàn)分析方法采用SPSS軟件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 蛋白粉噴霧干燥單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.1.1 提取液蛋白質(zhì)濃度對(duì)噴霧干燥效果的影響 由表2可知,隨著濃度的增加,集粉率逐漸增大,隨后下降;在蛋白質(zhì)濃度為40 mg/mL時(shí),蛋白粉掛壁較少,集粉率最高為35.7%,且得到的蛋白粉具有清香蘑菇味;當(dāng)濃度為50 mg/mL時(shí),蛋白粉掛壁較多,集粉率最低,且有焦糊味。因此,選取蛋白質(zhì)濃度為35～45 mg/mL進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)。

表2 提取液蛋白質(zhì)濃度對(duì)噴霧干燥效果的影響

2.1.2 進(jìn)風(fēng)溫度對(duì)噴霧干燥效果的影響 由表3可知,當(dāng)進(jìn)風(fēng)溫度為140～150 ℃時(shí),噴出的蛋白粉水分大、粘壁、集粉率低;當(dāng)溫度為160 ℃時(shí),掛壁較少,集粉率最高達(dá)37.9%,且得到的蛋白粉有蘑菇香味;當(dāng)溫度為180 ℃時(shí),蛋白粉有焦糊味,噴口容易被堵住,掛壁現(xiàn)象嚴(yán)重。因此,選取155～165 ℃進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)。

表3 進(jìn)風(fēng)溫度對(duì)噴霧干燥效果的影響

2.1.3 進(jìn)料速率對(duì)噴霧干燥效果的影響 由表4可知,當(dāng)進(jìn)料速率為500 mL/h時(shí),噴霧干燥時(shí)物料受熱較充分,但蛋白粉容易焦糊、掛壁;當(dāng)進(jìn)料速率為700 mL/h時(shí),蛋白粉的集粉率增高,最高達(dá)36.5%,風(fēng)味也較正;當(dāng)進(jìn)料速率達(dá)到900 mL/h時(shí),由于進(jìn)料較快,蛋白粉水分含量高,掛壁現(xiàn)象嚴(yán)重。綜合考慮,選取650～750 mL/h進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)。

表4 進(jìn)料速率對(duì)噴霧干燥效果的影響

2.2 蛋白粉噴霧干燥正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在單因素基礎(chǔ)上,以蛋白液濃度、進(jìn)風(fēng)溫度、進(jìn)料速率為影響因素,采用正交實(shí)驗(yàn)對(duì)噴霧干燥工藝進(jìn)行優(yōu)化,實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表5。

由表5、表6可知,各因素對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的重要次序?yàn)镃>B>A,雙孢菇蛋白液噴霧干燥的最佳工藝條件是A2B2C1。即提取液蛋白質(zhì)濃度為40 mg/mL、進(jìn)風(fēng)溫度為160 ℃、進(jìn)料速率為650 mL/h條件下,蛋白粉的集粉率最高達(dá)38.83%。進(jìn)風(fēng)溫度和進(jìn)料速率對(duì)雙孢菇蛋白粉集粉率在統(tǒng)計(jì)學(xué)上有顯著影響(p<0.05)。

表5 蛋白粉噴霧干燥正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表6 正交實(shí)驗(yàn)方差分析

對(duì)正交試驗(yàn)得出最優(yōu)條件進(jìn)行三次驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，集粉率分別為37.6%、38.9%和38.3%，提取率穩(wěn)定，證明模型可靠，工藝穩(wěn)定可行。

按照正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行中試試驗(yàn)，采用1 kg雙孢菇干粉對(duì)建立的工藝進(jìn)行驗(yàn)證,噴霧干燥得到62.2 g蛋白粉,集粉率為37.60%。

2.3 雙孢菇蛋白粉的營(yíng)養(yǎng)成分分析結(jié)果

2.3.1 雙孢菇蛋白粉中營(yíng)養(yǎng)成分及氨基酸含量 檢測(cè)報(bào)告顯示,雙孢菇蛋白粉中蛋白質(zhì)含量為65.8%,碳水化合物為8.8%,粗脂肪為0.4%,粗纖維為3.8%,灰分為2.0%,水分為7.20%。

雙孢菇蛋白粉氨基酸組成、含量及分析結(jié)果見表7、表8。

表7 雙孢菇蛋白粉中氨基酸的組成和含量(mg/g)

表8 雙孢菇蛋白粉必需氨基酸含量與FAO參考模式的比較[86]

由表7、表8可知,在正交實(shí)驗(yàn)得到的最佳條件下制備的雙孢菇蛋白粉氨基酸種類共18種,種類齊全。人體必需的8種氨基酸占氨基酸總量的41.0%;蘇氨酸、異亮氨酸、賴氨酸、色氨酸四種必需氨基酸接近FAO/WHO標(biāo)準(zhǔn)。尤其是異亮氨酸和蘇氨酸貼近度幾乎達(dá)100%,必需氨基酸總量為237.5 mg/g,占WHO參考模式的79.9%。氨基酸評(píng)分較高,蛋白粉品質(zhì)較好。

2.3.2 蛋白粉礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素及重金屬含量 雙孢菇蛋白粉中礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素及重金屬含量見表9、表10。

由表9知,雙孢菇蛋白粉中人體所需礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素含量依次為:Na>P>K>Ca>Mg>Cu>Fe>Zn。P對(duì)牙齒和人體骨骼等組織的發(fā)育及維持體內(nèi)的酸堿平衡有重要作用。K具有維持心肌運(yùn)動(dòng)和神經(jīng)興奮性的作用,同時(shí)參與了細(xì)胞內(nèi)蛋白和糖的代謝,K還具有降血壓的作用。Fe是一種重要的補(bǔ)血元素,Mg有保護(hù)心血管系統(tǒng)的作用。Ca的含量為233.5 mg/kg,雙孢菇蛋白粉也可作為一種補(bǔ)鈣食品。

表9 雙孢菇蛋白粉中礦質(zhì)元素的含量(mg/kg)

表10顯示,制備的雙孢菇蛋白粉中重金屬含量均在國(guó)標(biāo)以內(nèi),為安全健康食品。

表10 雙孢菇蛋白粉重金屬含量(mg/kg)

2.4 雙孢菇蛋白粉理化特性

雙孢菇蛋白粉理化特性結(jié)果見表11、圖1。

圖1 雙孢菇蛋白粉掃描電鏡圖

表11 雙孢菇蛋白粉理化特性

由表11可知,雙孢菇蛋白粉的水合能力為3.03%,吸水性為0.3 g/g,發(fā)泡能力為93.56%,發(fā)泡穩(wěn)定性為48.76%。其中,吸水性和發(fā)泡穩(wěn)定性與大豆蛋白粉接近。但雙孢菇蛋白粉的發(fā)泡能力優(yōu)于大豆蛋白粉,可作為發(fā)泡劑在食品加工中使用。雙孢菇蛋白粉的吸油性較強(qiáng),在油脂較多的食品體系中可發(fā)揮較好的乳化作用。

圖1顯示雙孢菇蛋白粉顆粒掃描電鏡表征。由圖1A可見,雙孢菇蛋白粉顆粒表面光滑,呈球狀排布開;由圖1B可見,蛋白粉顆粒大部分集中在10～20 μm之間。

3 結(jié)論

采用噴霧干燥法,在提取液蛋白濃度為40 mg/mL,進(jìn)風(fēng)溫度160 ℃,進(jìn)料速率650 mL/h條件下,對(duì)雙孢菇蛋白質(zhì)提取液的集粉率最高為38.8%,且制備的蛋白粉具有雙孢菇鮮品的氣味。雙孢菇蛋白粉顏色灰白、水溶性良好、營(yíng)養(yǎng)豐富、安全,可作為優(yōu)良的保健食品。

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