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J. Future Foods | 食用菌的营养优势及其蛋白肉类似物产业化发展现状
2022-12-27作者:来源:JFF责任编辑:食品界 字体A+AA-
Introduction
食用菌是一类可供人们食用的大型真菌,其形态多样,具有很高的食用和药用价值。20世纪90年代以来,中国食用菌产业开始快速发展,食用菌产量在世界上的比重逐年增加,如今已成为世界上最大的食用菌生产国和出口国。
为了增加食用菌产品的附加生产价值并产生更高的经济效益,除了最常见的食用功能外,食用菌在其他方面也具有相当的加工和开发价值。例如,许多食用菌具有优异的木质纤维素降解和重金属富集能力,也可用于制作具有良好机械和黏合性能的菌丝体复合材料的菌丝体,该复合材料可用于替代某些塑料包装和建筑材料。由此可见,食用菌在农业和工业废弃物处理和资源化利用以及节能环保等方面可以发挥重要作用。如今,食用菌越来越多地被用作动物蛋白的替代来源,并且随着食品3D打印技术的发展,可能可以使食用菌蛋白肉类似物完美地模仿动物肉的味道和风味,这有望进一步提高食用菌食品的营养质量。此外,人们的收入和消费水平不断提高,饮食结构越来越多样化,可以预见,食用菌在肉类替代食品中,以及未来的食品行业将有良好的发展前景。更重要的是,与畜牧业和其他种植业相比,蘑菇是以农业和林业副产品(如稻草、麦秸、木屑和牲畜粪便)为基质种植的,这降低了原材料成本,并将低价值的副产品变废为宝。同时,食用菌种植不占用大量土地,产生较少的农业废弃物,不产生废气和废水,这可以减轻环境和资源的压力。因此,食用菌产业未来发展前景广阔。
食用菌营养丰富
食用菌的蛋白质含量很高,平均含有干质量19%~35%的蛋白质,比普通蔬菜高得多,与猪肉、牛肉和其他畜产品相当甚至更高,接近大豆的蛋白质含量。此外,食用菌具有全方位的氨基酸,包含人类所需的8 种必需氨基酸和婴儿所需的组氨酸,食用菌的氨基酸模式(即必需氨基酸的含量和组成比例)大多接近理想模式,一些物种是理想的,如双孢蘑菇、金针菇、松茸等;此外,食用菌蛋白的消化率范围通常为72%~83%(大豆74%,大米82%,肉类92%~94%,鸡蛋98%,乳制品97%~98%),使食用菌成为更好的蛋白质食物来源。8 种常见食用菌的蛋白质含量如表1所示,8 种常见可食用菌的氨基酸含量如表2所示。
食用菌脂肪含量低,不含胆固醇,富含不饱和脂肪酸,主要以亚油酸的形式存在,是必需脂肪酸的健康来源。碳水化合物是食用菌中最丰富的成分,通常占干质量的60%左右,营养糖含量约为2%~10%。食用菌是很好的矿物质来源,主要含有人体所需的大量营养素,如钾、磷、钠、钙和镁,以及必需的微量元素,如铜、锌、铁、钼和硒。其中,钾含量非常高。食用菌还是很好的维生素来源,尤其是B族维生素。蘑菇富含B族维生素中的硫胺素(B1)、核黄素(B2)、烟酸(B3)和泛酸(B5)。阳光的紫外线照射可以促进蘑菇中维生素D的产生。食用菌还含有类胡萝卜素(维生素A来源物质)和少量维生素C,但缺乏维生素A和E。食用菌还富含膳食纤维。在常见蘑菇中,金针菇的膳食纤维含量最高,为137.2 g/kg。
表1 8 种常见食用菌的蛋白质含量
表2 8 种常见食用菌的氨基酸含量
食用菌中大量有益健康的活性成分
除了上述常见的营养素外,食用菌中还有许多有益健康的活性成分值得注意,如功能性多糖(与淀粉和糖原等营养性多糖不同)、萜类化合物、酚类化合物、腺苷等。
食用菌中的功能性多糖具有多种健康益处,如抗肿瘤、免疫调节和抗炎活性、抗糖尿病和改善功能性便秘。目前,已经研究和开发了许多食用菌多糖,如具有免疫活性的香菇多糖、毛木耳多糖、裂褶菌多糖和灵芝多糖。其中,食用菌中最常见的单糖是葡萄糖、半乳糖、果糖、木糖、甘露糖、岩藻糖、鼠李糖、阿拉伯糖、藻酸盐和甘露醇。此外,食用菌中的益生元在没有消化的情况下促进人体肠道的蠕动。同时,食用菌益生元中的一些多糖可以被肠道菌群降解,并作为某些特定菌群的能量来源被吸收,这对它们的繁殖和有益化合物的生产具有刺激作用。因此,食用菌益生元可以通过调节肠道微生物群以及胃肠功能来促进健康。
蘑食用菌含有多种次生代谢产物,如萜类化合物和酚类化合物,具有抗肿瘤、抗菌、抗炎和免疫调节等多种作用。在功能性食品和化妆品中,它们被证明是极好的抗氧化剂。此外有研究表明食用菌萜类化合物在肝脏保护药物中的潜在应用。
腺苷是一种以核苷和嘌呤为基本结构的活性物质。例如,灵芝含有多种腺苷衍生物,所有这些都具有很强的药理活性,特别是对心血管系统有许多益处。另一个例子是香菇中的腺苷,其具有调节代谢的作用,其抑制细胞生长和促进细胞分化的特性可用于抗肿瘤、治疗银屑病以及冠心病和心绞痛。
食用蘑菇中的较少过敏原及其去除策略
与大豆、小麦和牛奶等常见致敏食物相比,食用菌过敏,尤其是摄入蘑菇过敏,仍然相对罕见。通常,食用菌过敏可分为两类:“吸入孢子过敏”和“摄入蘑菇过敏”。
由于食物过敏原主要是蛋白质,可能会受到物理、化学和生物因素的影响,因此可以通过某些加工手段降低或去除蛋白质的过敏性。食品工业中常用的脱敏方法包括热处理、酸碱处理、超高压处理、辐射、超声波、高压脉冲电场和生物酶消化。传统的物理或化学脱敏方法具有不同程度的局限性,因此,近年来,利用生物酶技术去除食物抗原受到高度关注,主要基于以下原理:通过使用相应的蛋白酶水解过敏原分子以降低其分子量并使其结构简单,掩蔽或消除抗原决定簇,从而降低或消除其免疫原性。
生物酶方法也已应用于食用菌脱敏。食用菌含有多酚氧化酶(PPO),由一个67 kDa的互变异构体形成,这种互变异构可以用胰蛋白酶分解为两种形式,58 kDa和43 kDa,因此其免疫特性被完全破坏。枯草芽孢杆菌蛋白酶可以破坏决定团的结构,使其不致敏,而不改变酶的功能性质。
生物酶消化是去除食物过敏原的有效方法。酶消化的温和反应条件和它不像传统的脱敏方法消耗那么多的能量,以及酶消化的高效性和可控性,使生物酶消化用于工业生产低过敏性食品成为可能。当然,生物酶消化的酶效应受多种因素的影响,如酶的类型、酶条件和酶消化的程度。在酶促过程中,对于酶类型、酶促模式、酶促程度的选择以及每种产品的致敏性和风味的机理尚无明确的结论。
具有丰富风味物质的食用菌
食用菌的味道与它们所含的游离氨基酸有关。氨基酸本身的不同味觉呈现特性可以呈现不同的味道,如新鲜、甜和苦。食用菌具有高含量的谷氨酸和天冬氨酸,在钠盐的存在下,谷氨酸和天门冬氨酸的存在产生了蘑菇特有的鲜味;丝氨酸和丙氨酸是食用菌甜味的主要成分;食用菌苦味成分主要为组氨酸、异亮氨酸、亮氨酸和苯丙氨酸;一些氨基酸同时具有苦味和甜味,如精氨酸和脯氨酸;而半胱氨酸和蛋氨酸具有轻微的硫味。此外,食用菌独特的鲜味也与核苷酸有关。
形成食用菌气味的感官成分可能因物种而异,例如,一些不同种类的蘑菇具有其代表性和独特的气味挥发物。然而,人们普遍认为,一系列富含八个碳的醇和羰基化合物是形成食用菌气味的主要挥发物,主要包括1-辛烯-3-醇、3-辛醇、2-辛烯-1-醇、1-辛醇、t-2-辛烯醛、1-辛烯烯-3-酮、2,4-辛二烯醛、3-辛酮和2-乙基-1-己醇等。而1-辛烯-3-醇是大多数新鲜蘑菇中更具代表性的蘑菇气味来源之一。
食用菌蛋白肉类似物与动植物蛋白肉类似的营养优势
食用菌具有独特的营养品质(蘑菇、肉类和用于制作肉类类似物的常用植物成分的植物营养素数据见表3)。使用食用菌作为“植物性肉类类似物”与传统肉类以及用于制作植物蛋白肉类类似物的豆类和小麦相比的优势如下。
食用菌的蛋白质含量高于小麦,与猪肉和牛肉等畜禽产品相当甚至更高,接近大豆和豌豆的蛋白质含量。食用菌含有一系列完整的氨基酸,每种氨基酸组成的比例更为理想。与动物蛋白质相比,谷物的赖氨酸含量较低,豆类缺乏含硫氨基酸(如蛋氨酸和半胱氨酸)。食用菌脂肪含量低,不含胆固醇,含有人体所需的高百分比的不饱和脂肪酸。相比之下,动物脂肪含有一定量的不饱和脂肪酸,但饱和脂肪酸的含量更高,如果摄入过量,会导致高血脂、冠心病和动脉粥样硬化。因此,将食用菌作为“肉”可以满足身体对不饱和脂肪酸的需求,避免饱和脂肪酸摄入过多带来的危害。动物肉制品、鸡蛋和牛奶是B族维生素的重要来源,食用菌也富含B族维生素,尤其是烟酸(VB3),通常高于豆类和动物肉。食用菌相比大豆而言,过敏相对罕见。食用菌富含膳食纤维,其纤维结构也使味道更接近真正的肉类。
值得一提的是,现代生物医学研究表明,如果人体获得的氨基酸部分中缺少必需氨基酸的量,那么将大大降低蛋白质的总体利用率。我国不同种类蘑菇的蛋白质含量和氨基酸组成不同,单一种类的氨基酸组成比例一般不能满足人体所需的氨基酸比例。如果在饮食中合理利用每种蘑菇或其他各种食物的必需氨基酸质量分数和氨基酸比值系数的差异,蛋白质将在体内得到更有效的生物利用,蘑菇蛋白质的利用率将大大提高,从而大大提高蘑菇蛋白质的质量和营养价值。已有研究发现,通过分别混合等量的松茸和香菇、美味牛肝菌和金针菇、白菇和双孢蘑菇,蛋白质质量和世界卫生组织/粮农组织参考模型光谱接近性得到了极大改善。
表3 蘑菇、肉类和用于制作肉类类似物的常用植物成分的营养数据
Conclusion
从营养素、活性成分、过敏原和风味物质四个角度分析了食用菌的营养特性,并将其与动物肉和植物肉类似物进行比较,总结出其独特的营养优势,最后分析了国内外食用菌蛋白肉类似物的产业化发展状况。作者得出结论,食用菌非常适合制作肉类类似物,有望成为继豆类、谷物和其他植物性肉类原料之后的另一种主要原料。未来,相信会有越来越多的品牌和企业看到食用菌蛋白肉类似物的优势,加大食用菌蛋白肉类类似物的研发力度和推广力度,食用菌有望成为除豆类和其他植物性肉类类似物原料外的另一种主要原料。