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文献:超高压技术在食用菌加工中的应用研究
作者:    来源:    点击数:   文章发布时间:2011年09月13日 【字体:

  殷坤才1,沈业寿2,黄训端2,谢敏1,吕晓滕2 (1.安康菌业有限公司,安徽马鞍山243102;2.安徽大学生命科学学院,安徽合肥230039) 农产品加工学刊2010.6下

  食用菌富含蛋白质、维生素和膳食纤维,不仅营养丰富,而且鲜香味美,兼有动物型食物和植物性食物之长,是优质的膳食来源。更重要的是食用菌类食品能够增强机体免疫力,具有食疗和保健功效,世界卫生组织倡导的“一荤、一素、一菇”健康膳食结构,已受到人们普遍认同。食用菌的独特价值促进了社会的巨大需求,我国食用菌生产呈现迅猛发展态势。1988年全年总产量占全球的70%以上,产值达900×108元,我国已成为名副其实的食用菌生产大国。然而,我国并非食用菌生产强国,主要原因是我国食用菌生产以传统农业模式为主,特别是加工环节,多数企业仍然停留在烘干、盐渍、制罐头等初级层次,缺乏具有核心竞争力的深加工技术,资源消耗大,产品类型少,附加值低。Kotwaliwale等人报道了热空气干燥对草菇品质的影响,检测了包括硬度、黏度、弹性、咀嚼度、颜色等指标,表明热干燥造成了品质下降和颜色发黄。盐渍、罐装等加工环节也存在易腐烂、风味难以保持等问题。缺乏高新加工技术与创新成为制约我国食用菌产业持续发展的瓶颈。为推动食用菌产业发展和提高科技水平,国家启动了科技支撑重点计划“食用菌产业升级关键技术研究与开发”,本课题组承担了其子课题“食用菌加工技术升级与创新产品开发研究”,侧重开展了利用超高压等非热加工技术开发食用菌加工新技术新产品研究。

  1 超高压加工技术

  超高压技术是食品加工的尖端技术之一,是对以热力加工为主导的传统加工方式的重大变革,不仅有利于保持食物的营养和风味,而且能耗低,代表了食品非热加丁的发展方向。超高压食品加工的原理是将食物置于超高静水压力下处理一定时间,利用压力进行杀菌、钝化活性酶、物料改性与熟化等,达到食品加工的目的。该技术可追溯到1898年美国科学家采用超高压处理牛奶,结果能延长保质期,表明压力可用于食品加工。1986年,日本学者林力丸再次提出高压技术加工食品,并发表了《高压在食品加工贮存中的应用设想及发展趋势》,引起了欧美及其他国家学者的强烈反响。此后,各国竞相研发超高压技术和设备,如今日本等发达国家已实现了高压食品的生产,产品供应市场。尽管我国起步较晚,但在科技工作者的努力下,在果蔬、乳类、肉类、水产品、中草药开发等方面,开展了大量的超高压应用研究,不仅如此,近年来,超高压技术延伸到了食用菌产品加工与研发领域。

  2 超高压技术在食用菌产品加工中的应用研究

  2.1 超高压对食用菌产品的杀菌作用

  食品加工的首要任务之一是杀灭其中的微生物,阻断造成食品腐败变质的根源。超高压技术创立之初,便应用于食品杀菌研究。超高压杀菌的可能原因是在施压阶段和压力释放瞬间对菌体细胞结构和生理代谢的破坏,导致微生物死亡。超高压杀菌速度快,效率高。大量研究表明,食品中的多数微生物经100MPa以上的压力处理即可死亡,一般说来,细菌霉菌酵母的营养体在压力300-400MPa下可杀灭,病毒经较低压力则失去活性。

  周存山等人进行了超高压处理对鸡腿菇杀菌效果的研究,建立了压力、温度和时间等为参数的超高压杀菌数学模型,优化的参数组合为:温度25.0℃,压力268.1MPa,时间14.3min。但该模型杀灭鸡腿菇菌落总数的数量级为4.5以下,若要提高杀菌效果,还应提高压力。对普通食物而言,要想达到商业无菌,至少需要能快速杀灭7-8个数量级的实用技术,超高压技术能在短时间内(几min)可以达到杀菌要求。Alpas等人I6I以Listeria monocytogenes为对象,在40℃下,施加350MPa的压力处理5min,杀灭了8个数量级的菌体。楼雄珍等人171检测了双孢菇的超高压处理样品和鲜样的微生物指标,结果显示,新鲜双孢菇的菌落总数、大肠菌群均多不可计,200MPa处理的样品的菌落总数控制在3-4数量级,大肠菌群MPN为2.3×104/1009,400MPa以上超高压处理样品的微生物全部失去活性。通过数据分析认为,压力是双孢菇的菌落总数和大肠菌群致死最显著的因素。

  为加速食用菌产品开发,本课题组研制了一种食用菌菌汤产品,具有营养、美味、鲜香、保健、食用便捷等优点,为保证其鲜香成分和营养成分不流失,尝试采用超高压进行杀菌处理。结果表明,对于菌汤中的大肠菌群,在室温下压力为400MPa处理5min可全部杀灭;对于菌汤中的霉菌和酵母菌,在压力400MPa下处理10min可全部杀灭;在压力500MPa下处理15min,菌汤完全可以达到国家食品卫生标准要求。以上研究表明,超高压不仅为食用菌产品杀菌工艺的开发提供了新途径,也为食用菌新产品开发提供了技术支持。

  2.2 超高压对食用菌产品内源性酶类的影响

  酶促褐变直接影响食品产品质量。李南羿等人通过对双孢蘑菇褐变现象及相关酶活性研究,认为多酚氧化酶(Polyphenol oxidase.PPO.EC l.14.18.1)是引起双蘑菇褐变的主要因素。PPO属于氧化酶类,在食用菌中广为分布。食用菌中存在大量酚醛类底物,在PPO的作用下氧化成醌,再经脱水、聚合等反应,最终生成黑色物质,这是内源性酶类导致食用菌产品褐变的原因。

  钝化PPO等酶类活性是食品加工必须考虑的环节。刘雅嘉等人研究表明,在20~60℃内,香菇PPO活性随温度逐渐升高。PPO这一特征给香菇热加工带来难度,中温不能灭活PPO,若采用高温则导致风味成分散发。人们尝试利用压力处理PPO,同样遇到内源酶被激活或抑制等不同表现。Liu等人采用压力90—150MPa处理,结果使蘑菇PPO活性增加。Sun等人采用600—800MPa的压力处理,则具有钝化蘑菇PPO的作用。Matser等人认为采用950MPa以上压力处理蘑菇PPO钝化效果显著。在超高压加工过程中,尽管需要非常高的压力,但与高温处理不同,食用菌中的风味成分不会降低,因为压力对以小分子结构为主的风味成分不会造成影响。

  为解析压力对酶的影响机制,Liu和Sun采用圆二色性谱和荧光光谱,分析了蘑菇PPO的a螺旋结构和荧光发射强度,检测PPO蛋白分子的二级和三级结构随压力变化而变化的规律。结果表明,无论是压力激活PPO,还是压力钝化PPO,均与PPO分子二级和三级变化相关联,超高压主要是通过压力因素改变酶蛋白分子空间结构来影响其活性的。一方面,在较低压力条件下,南于受压,空间缩小,酶与底物“靠近”,诱导酶的活性提高,或者受压使酶分子重新“定向”,为酶活提高提供了结构基础;另一方面,在较高压力作用下,重压导致酶蛋白质结构域的破坏,特别是活性中心的破坏,使酶活急剧下降,甚至完全失去活性。压力对酶的影响具有二重性,对食品加工而言,应该采用较高压力,以防止酶促褐变作用发生。

  2.3 超高压对食用菌产品营养成分与品质的影响

  尽管如前述超高压对酶有破坏作用,但从分子结构上分析,压力仅对生物大分子的高级结构有影响,而对生物大分子的一级结构以及一些小分子结构无影响。因此,一般认为超高压加工可较完整保留食物的营养成分。

  陈锡威等人以鸡腿菇为材料,研究超高压处理工艺条件并进行了优化,在最佳处理条件(压力200MPa,温度40℃,时间10min)下,鸡腿菇的亚油酸含量0.179g/l00g,氨基酸2.43g/l00g,必需氨基酸为0.89g/l00g;采用热杀菌后对应的3项指标分别为:0.112g/l00g,1.84g/l00g,0.6lg/l00g,通过对比,压力处理比热力处理的优越性强。楼雄珍等人采用超高压处理双孢菇,发现双孢菇的粗蛋白含量在压力处理前后变化不大,而氨基酸和必需氨基酸的含量却有较大幅度升高,可能是压力加速了氨基酸的游离。

  Matser等人比较了压力处理与热处理蘑菇的品质,结果压力处理后的蘑菇硬度和组织度较好,并不影响后期蘑菇的烹饪,压力处理对产量品质几乎没有影响;相反,热处理的却有20%左右的品质下降,这其中多数为水分的丧失,这又成为影响食用菌品质和口感的重要原因。总之,超高压加工技术对食用菌产品营养和品质有良好的保持效果。

  2.4 超高压在食用菌功能成分提取方面的应用

  超高压技术具有多重应用效果,其应用越来越广泛。近几年,科技工作者将其延伸到了食用菌多糖、多肽提取及孢子破碎等方面,为食用菌深度开发开辟了新方向。

  灵芝孢子多糖具有抗肿瘤、降血糖免疫调节等多种药理作用。为提高得出率,杜冰等人采用超高压技术提取灵芝孢子多糖,通过考察各提取因素,获得了高压提取最优工艺条件:压力400MPa,温度50℃,料液比1:40,时间低于6min。超高压提取灵芝孢子多糖得率为2.762%,与水法浸提相比,高出37.1%;此外,压力提取时间只有水法的7%,具有得率高、时间短、节能的优点。

  食用菌多肽也是重要的生物活性物质。宋万杰等人运用正交设计优化超高压提取云芝菌丝体中的活性肽,在压力400MPa,常温浸泡2.5h,保压2min,料液比1:5下,多肽得率3.23%,其羟基自由基抑制率62.25%。超高压提取的活性肽,不仅得率高,而且活性强。

  奚灏锵等人将超高压技术引入灵芝孢子破壁的研究中,结果表明,灵芝孢子粉浓度不是破壁率的主要影响因素;而破碎次数对破壁率的影响十分明显,破碎1次的破壁率仅为53.46%-64.45%,破碎2次的破壁率达85.68%,破碎3次,破壁率高达88.47%。王春涛等人也获得了88.48%的超高压灵芝孢子破壁率。崔宁等人分析了灵芝孢子超高压破壁过程,认为由于灵芝孢子孢壁上存在凸起和凹陷,在受到外力作用时会产生应力集中,成为孢壁的起裂源,最终导致破裂。杨燕勤等人嗵过有限元方法分析了超高压撞击灵芝孢子的应力分布。压力越大,冲击速度越大,孢壁中产生应力值越大,越易破碎,此外,破碎效果和接触角有关,当接触角分别为10。和800时,孢壁破坏程度最大。这些研究为解析孢子压致破碎的机理和提高破壁率奠定了基础。

  2.5 其他

  王岁楼等人为获得漆酶高产菌株,采用50~400MPa超高压诱变鸡腿菇和灵芝,发现致死率随压力增加而提高,当致死率处于50%-80%时,诱变效果较好,并筛选了2株具有潜力的灵芝突变株G1502和鸡腿菇突变株C2003,其中,Gl502产漆酶的酶活比出发株提高了2.83倍,C2003的酶活比出发菌株高了2.57倍,Gl502和C2003的发酵时间均可缩短ld。这是超高压在真菌中的另一应用,值得关注。

  3 结语

  超高压技术在食用菌产品杀菌、钝化内源性酶类、保持营养成分与品质、多糖与多肽等功能成分提取以及孢子破壁等方面的应用,显示了诱人的前景。然而,将超高压技术运用于食用菌加工的研究刚刚起步,仍需要加大科技攻关力度。

  ①、加强超高压食用菌加工工艺技术的系统研究,特别是工艺流程、杀菌动力学、降低压力等研究,开展施压方式、协同条件等方面的探索,如静态高压、动态脉冲高压、升压速率、卸压速率,中温协调、微生物抑制因子协同等,完善工艺条件,降低加工强度,减少成本,提高杀菌效果。

  ②、开展全方位的压制食用菌产品的营养价值和感官品质的检测与评价,与其他加工方式的产品相对比,以获得高品质的产品。食用菌有许多独特的营养和风味成分,如香菇的香气成分、必须氨基酸、维生素、膳食纤维等,加工应予充分保留,体现出产品的原汁原味。

  ③、加速新型食用菌食品开发和产品升级换代,如课题组研制的菌汤类产品,是适于压力加工的一种产品类型,充分利用超高压技术的优势,结合不同食用菌原料的特点,可开发出美味、鲜香、耐贮藏、方便食用的多种产品。

  常用计量单位符号 1、时间:d(天)、h(小时)、min(分)、s(秒)。 2、长度:km(千米)、m(米)、cm(厘米)、mm(毫米)。 3、面积:m2(平方米)、667m2(亩)、hm2(公顷)。 4、体积:m3(立方米)、L(升)、ml(毫升)、μl(微升)。 5、质量:t(吨)、kg(公斤 千克)、g(克)、mg(毫克)、μg(微克)。 6、浓度:mg/L、mg/kg(ppm,1×10-6)。

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