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            生物酶技術在食用菌加工中的應用

            發布時間:2023-09-09 13:52:24
            ?食用菌味道鮮美,不僅具有高蛋白、低脂肪、低熱量的特點,素有“素中之葷”之稱,且富含多糖、膳食纖維等多種功能性物質,在抗腫瘤、增強免疫力、*********血脂、抗衰老等方面作用明顯。
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            我國是食用菌生產、出口大國,占全世界總量的六成以上。目前,我國食用菌加工主要分為初加工(干制、鹽漬、罐藏等)和深加工。而據加工企業測算,每加工1kg菇類,初加工后其產值可以增加2-3倍,深加工可以增加10-20倍。綜合考慮經濟效益和市場需求,食用菌深加工技術和產品將成為未來的主要發展方向。
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            生物酶技術是基于酶解作用選擇性破壞植物細胞壁,使植物細胞內的成分更容易溶解、擴散,具有成分浸出率高、減少熱敏成分損失、降低能耗、減少污染、簡化工藝等優勢,廣泛應用于食品工業、飼料工業、紡織和洗滌等。
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            將生物酶技術應用于食用菌深加工,不僅可以有效破壞食用菌細胞壁的致密結構,提高多糖、蛋白質等功能物質溶出,而且也可酶解大分子物質為小分子物質,以便擴散、去雜,改善產品風味。因此,總結國內外應用生物酶技術在食用菌深加工方面的研究進展,將有助于這方面的研究工作。
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            一、生物酶技術
            酶是由生物體活細胞產生的一類具有特殊催化活性作用的蛋白質,能夠參與和促進活體細胞內的各種代謝反應,具有催化效率高、高度專一性、催化條件溫和等特點。
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            目前,蛋白酶、果膠酶、纖維素酶、淀粉酶等酶制劑已經實現工業化生產,并已廣泛應用于食品、醫藥、紡織、日用化工、造紙、工業洗滌廢水處理及飼料等各個領域,具有廣闊的應用前景。
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            雖然食用菌細胞中本身含有酶類,但憑借本身自溶遠遠不能達到理想的制備效果,只能依靠外加酶來實現高提取率。田龍研究外加酶對長根菇營養物質抽提效果時發現,僅靠長根菇自身的酶類作用,可溶性固形物提取率、蛋白抽提率、蛋白水解率只達到55%、40%、15%,表明大部分有效成分提取不出來。
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            一方面,植物細胞壁是由纖維素、半纖維素、果膠質、木質素等物質構成的致密結構。在傳統熱水浸提的基礎上,根據細胞壁的組成情況,選用合適的外加酶,將細胞壁組成成分纖維素、半纖維素、果膠質等水解后破壞致密結構,從而使植物細胞內有效成分更容易溶解、擴散。
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            另一方面,細胞中的蛋白質、核酸等往往根據需要被分解為小分子的肽、氨基酸、核苷酸等,添加蛋白酶、磷酸二酯酶等也是很有必要的。另外,在提取制備一些如不可溶膳食纖維時,一些被認為無效的雜質如淀粉、果膠、蛋白質等物質的去除,均需要添加相應的酶對之進行降解。
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            二、生物酶技術在食用菌加工中的應用
            1.纖維素酶的應用
            纖維素酶是所有參與生物降解纖維素生成葡萄糖的一組酶的總稱,是起協同作用的多組分酶系,又稱纖維素酶系,主要包括內切β-葡萄糖苷酶、外切β-葡萄糖苷酶和β-葡萄糖苷酶。食用菌的細胞壁中,纖維素是主要成分之一,主要由β-D-葡萄糖以β-1,4糖苷鍵連接,通過三種酶的協同作用,切斷β-1,4糖苷鍵,生成纖維二糖等短鏈低聚糖、纖維寡糖和葡萄糖,從而破壞細胞壁的致密結構,促進細胞內有效成分溶出。
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            纖維素酶的使用,一方面提高了食用菌功能性成分的溶出率,另一方面也增加了其加工副產品的經濟利用價值。凡軍民等采用纖維素酶提取杏鮑菇多糖時,提取率高達18.57%,比傳統水提取法多糖提取率8.29%高出1.24倍。同時酶法提取還縮短操作時間,減少料液比和降低提取溫度,從而節省能源并避免高溫對多糖成分的破壞。
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            王安建等利用纖維素酶對香菇副產品香菇柄進行嫩化處理,研究表明,纖維素酶可以有效改善富含粗纖維的香菇柄的口感嚼勁和組織形態。而肖玲玲等則利用纖維素酶降解廢棄香菇柄中的大量纖維素,以酶解液中的還原糖供酵母發酵,釀造新型香菇醋。
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            另外,纖維素酶還具有增香的作用。李平等將β-葡萄糖苷酶添加于美味牛肝菌子實體和深層發酵液中,發現酶解后主要組分均未改變,但子實體新增17種化合物,其中苯乙酮含量增加了124.78%,而發酵液則新增19種化合物,如香氣貢獻較大的糠醛、順茉莉酮、胡椒酮、(Z,E)-法呢醛、(Z,Z)-法呢醛等。因而β-葡萄糖苷酶能夠有效改良美味牛肝菌子實體及其深層發酵液中的揮發性物質組分,具有強化風味的效果。
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            2.蛋白酶的應用
            蛋白酶是一類能水解蛋白質肽鍵的酶的總稱。在食用菌加工中,目前常用的蛋白酶包括木瓜蛋白酶、中性蛋白酶、風味蛋白酶等。一方面,食用菌的細胞壁和細胞膜中含有蛋白質,因而蛋白酶能通過降解蛋白質破壞細胞壁和細胞膜,從而提高目標物質得率。另一方面,細胞中的蛋白質可經過酶降解成為分子量較小的活性寡聚肽、氨基酸等方便擴散到細胞外,利于后續提取、除雜。
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            木瓜蛋白酶是一類巰基蛋白酶,對動植物蛋白質、多肽等有較強的水解能力,既能把大分子蛋白質水解成小分子多肽或氨基酸,有利于釋放出食用菌多糖等功能性成分,又能把蛋白質水解物再合成具有活性功能的肽類物質。
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            劉青娥研究秀珍菇多糖提取酶解方法時發現,經木瓜蛋白酶酶解后多糖提取率比直接水提法提高了95%,遠高于果膠酶的79%和纖維素酶的42%,比傳統熱水浸提法提高了2倍,因而木瓜蛋白酶更適合于秀珍菇多糖的提取。同時,酶解液也具有食用菌多糖的免疫功能。
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            中性蛋白酶是一類在中性(pH6.0-7.5)條件下作用于蛋白質肽鍵的一類蛋白酶,可將蛋白質水解成氨基酸、多肽以及游離氨基酸,在提取食用菌中不溶性膳食纖維時能很好地起到去除蛋白質、提高得率的作用。
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            風味蛋白酶是內切酶和外切酶的混合酶,可有效地從蛋白質末端切除疏水氨基酸,使末端疏水氨基酸游離,以降低苦味等不良風味,多與其他蛋白酶復合使用制備多肽等。
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            3.果膠酶的應用
            果膠酶是一個由果膠水解酶、果膠裂解酶、果膠酯酶和原果膠酶等組成的多酶復合體系,通過裂解或β消去作用切斷果膠質中的糖苷鍵,使果膠質分解為多聚半乳糖醛酸的一類酶。果膠質不僅與纖維素、半纖維素、木質素等構成食用菌細胞壁的堅硬結構,也沉積于細胞間質中。因此,果膠酶不僅能破壞細胞壁,同時亦可以降低溶液黏度,從而促進細胞內有效成分溶出與提取。
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            陶靜等研究猴頭菇酶解時發現,果膠酶處理后,溶液中固形物含量從36mg/g升高到88mg/g,效果優于其他三種細胞破壁酶(纖維素酶、木聚糖酶、β-葡聚糖酶)。另外,研究發現,長裙竹蓀的果膠酶酶解液也具有了一定的抑菌活性。
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            4.其他酶的應用
            5′-磷酸二酯酶能將菇體細胞中RNA降解為5′-核苷酸,不僅增加一定的藥理作用,而且5′-鳥苷酸、5′-肌苷酸等也是重要的呈鮮味物質,從而增加風味。王小紅利用5′-磷酸二酯酶酶解雙孢蘑菇核酸時得到胞苷酸11.31μg/mL、腺苷酸為6.78 μg/mL、鳥苷酸8.37 μg/mL、尿苷酸6.40μg/mL,核酸酶解率達到68.1%。
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            β-葡聚糖酶可將葡聚糖降解為低分子量片斷的還原糖、寡糖,故常被用于降解主要由線性β-1,3-D-葡聚糖構成的茯苓,以更易水溶的低分子可溶性茯苓多糖。在提取食用菌的膳食纖維時,也常常用到淀粉酶,以去除雜質淀粉。
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            5.復合酶的應用
            在食用菌深加工中,常常引入復合酶解技術。李琴等研究酶解處理對雙孢蘑菇湯營養成分和揮發性物質影響時發現,食用菌水解酶(由纖維素酶、蛋白酶、風味酶組成的復合酶)處理后酶解液中固形物含量增加了42.6%,而分步加酶處理時僅增加了15%,同時食用菌水解酶酶解液中蛋白質回收率及游離氨基酸總量也多,說明復合酶的協同作用使雙孢蘑菇細胞壁更易破碎,細胞內的蛋白質更易溶出。
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            Zhu等結合響應面法優化復合酶(纖維素酶∶果膠酶∶胰蛋白酶=2∶2∶1)輔助提取猴頭菇多糖時發現,在pH5.71,52.03℃下酶解33.79min后猴頭菇多糖的收率達13.46%,不僅與傳統熱水浸提法的所得多糖官能團相同,而且得率比后者高8.03%。Yin等采用復合酶(木瓜蛋白酶∶果膠酶∶纖維素酶=1∶1∶1)提取松茸多糖,得率也達到了7.53%。
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            6.生物酶技術與其他技術的聯用
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            為了進一步提高食用菌深加工中產品的得率,也常常將生物酶技術與超聲波、化學法、膜分離等技術聯合使用。臧晉等通過超聲波200 W處理30min借助其強烈的振動引起細胞漿流動、細胞震蕩、旋轉、摩擦,加速有效成分溶解,并改變細胞壁的通透性,加速胞內物質的擴散釋放,而后再添加酸性蛋白酶對香菇進行酶解后,該酶解液加工的香菇醬中氨基酸含量可達0.88%。
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            膜分離技術是一項兼具分離、濃縮、純化的分離新技術,一般根據孔徑大小依次分為微濾、超濾、納濾和反滲透四種,具有分離、能耗低、常溫工作、連續性好等特點,已廣泛應用于食品、水處理、醫藥等方面。在食用菌深加工中,不僅可利用膜分離技術對酶解液中的有效成分進行富集濃縮,也可以除去酶解過程中產生的不良因子。
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            三、展望
            食用菌是世界衛生組織公認的機能因子型保健食品,著名食用菌學家、香港中文大學張樹庭教授更將其價值高度概括為“可食可補可藥”。
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            目前,對食用菌進行深加工,開發食用菌中的有效活性成分,提高其附加值已經成為國內外市場競爭的焦點所在。生物酶技術因其率、條件溫和、低能耗、低污染、簡化工藝等優勢,已經在部分食用菌深加工中得到較快發展。但是,并沒有形成一套較為系統的應用體系,多數仍停留在實驗室水平。
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            已有相關研究表明,工業酶制劑于商業食用菌膳食纖維生產上與分析用酶效果類似。因此,生物酶技術在食用菌深加工方面具有巨大商業潛力。
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            但是,生物酶技術也存在一定的缺陷。
            一方面,反應條件對酶解效果有極大限制,且固定化酶重復利用率普遍不高,這就造成酶成本偏高。
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            另一方面,食用菌深加工中生物酶技術應用研究不完善,工藝不成熟。因而,生物酶技術在食用菌深加工中的進一步發展需要做到以下方面:
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            ①加大產酶微生物的篩選和培育,降低生產成本,開發出高酶活、適應范圍廣的酶制劑。
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            ②開發、廉價、通透性好、性能穩定、安全******的載體以及簡便易行的固定化方法,提高固定化酶的性質、穩定性和應用范圍。
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            ③增強生物酶技術在食用菌功能性成分提取工藝中的應用研究,并建立酶解液中的殘留酶檢測指標,以保證提取液的穩定性與質量。
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            總之,生物酶技術在我國食用菌深加工中具有廣闊的應用前景和市場潛力。
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