紫外光影响食用菌中VD 2含量的研究进展

李 丽 1,蒋景龙 2

(1.陕西理工学院维生素D生理与应用研究所,陕西 汉中 723001;2.陕西理工学院生物科学与工程学院,陕西 汉中 723001)

摘 要:维生素D(vitamin D,VD)对人体健康至关重要,它主要由VD原经紫外光照射转化而来。VD家族中最重要的成员是VD 2、VD 3。食用菌中含有 丰富的VD 2原——麦角固醇,经紫外光照射可转化为VD 2。本文从VD 2的光合成机理出发,介绍不同生长方式的食用菌中麦角固醇和VD 2的含量以及紫外光影响食用菌中麦角固醇向VD 2转化的主要因素,包括食用菌种类、紫外光的波长、照射剂量和时间、食用菌的照射部位和生长期及食用菌的含水量和温度等,以期为提高食用菌的VD 2产率提供一定参考。

关键词:VD 2;食用菌;紫外光照射;麦角固醇

VD是人体生长发育不可缺少的一种类固醇激素,其作为细胞核类固醇家族成员,具有调节人体钙和磷代谢的经典作用 [1-3]及影响细胞增殖分化等的非经典作用 [4-5]。以往的研究普遍认为VD缺乏会导致婴儿的佝偻病、成人的软骨病和老年人的骨质疏松症等骨代谢性疾病 [6-8],近年来,越来越多的流行病学和实验 室证 据表明VD缺乏还是罹患癌症、自发性免疫疾病、传染病、心血管疾病和精神疾病等常见多发疾患的危险因素 [9-12]。然而,高钙血症效应限制了VD 3类似物的治疗作用,VD 2类似物由于没有高钙血症效应有可能取代VD 3类似物。据2002年的统计,世界每年消耗的VD 2可达1 800 t,其中有7 0%~80%用于饲料添加,中国每年食用和药用的需求量大约为100 t,且大部分都来源于进口 [13]。随 着人们生活水平的提高和生活方式的改变,VD 2的需求量更是逐年增长。因此,研究VD 2可能对未来的临床 应用具有重要的意义。

食用菌营养丰富、风味独特,在很多国家都被誉为佳肴,而且它富含的多糖、多酚等生物活性物质具有抗氧化和降血糖等保健功能 [14-15]。同时,食用菌中含有丰富的VD 2原——麦角固醇 [16-17],在紫外光的照射下可转化为VD 2,然而,不同的转化条件下VD 2的产率有显著差异。本文概述紫外光(ultr aviolet, UV)照射下影响食用菌中麦角固醇向VD 2转化的几个因素,旨在为最大程度地提高食用菌中VD 2的含量提供基础资料。

1 VD1 VD 2的光化学合成

麦角固醇经紫外光照射可以转化为VD 2。但在转化过程中,除生成有活性的VD 2前体和VD 2外,还会生成多种无效价的同分异构体,如光 甾醇和速甾醇等副产物 [18-19](图1)。VD 2前体在自发热重 排后转化为VD 2,VD 2经过度照射还会生成超甾醇等物质 [20]。几乎所有的光化学产物在过 度光照时都会吸收光辐射进一步发生次级光化学反应,生成更为复杂的副产物,在波长更长的光照下甚至可能产生毒甾醇等有害物质,给分离提纯带来很大的困难。紫外光是电磁波谱中波长100~400 nm辐射的总称,分为长波紫外光(UV-A,315~400 nm),中波紫外光(UV-B,280~315 nm)和短波紫外光(UV-C,200~280 nm)。不同照射波长对麦角固醇的光转化影响不同,在UV-B波长范围内有利于生成VD 2前体,283~296 nm波长范围是VD 2光化学合成的最佳区域,波长小于280 nm的光易于生成速甾醇,而波长大于315 nm的光易于生成光甾醇 [19-20]。副产物多也是限制VD 2高产率和工业化规模生产的主要因素。

图1 麦角固醇紫外光转化示意图
Fig.1 Schematics of ultraviolet photolysis of ergosterol

2 食用菌中含有丰富的VD 2原——麦角固醇

VD 2仅存在于真菌界,植物界和动物界中几乎没有麦角固醇和VD 2。只有当植物发霉或者被酵母菌污染时才能发现很少量的麦角固醇和VD 2产生 [21-22]。早期研究表明,所有的甾醇都是在真菌中被发现的。在大多数食用菌中,麦角固醇的含量都很高 [23-27]。野生食用菌含天然VD 2,这也被大多数素食者接受。Mattila等 [28-30]研究发现,野生食用菌中有不同含量的VD 2(2.91~29.82 μg/100 g鲜样,4.7~194 μg/100 g干样)(表1),而栽培食用菌中则基本不含VD 2( 0.21 μg/100 g鲜样),这主要是由于栽培食用菌生长在黑暗环境中。同时该团队还采用气相色谱法(gas chromatography,GC)检测了几种栽培和野生食用菌中的甾醇含量,发现无论是栽培还是野生食用菌中麦角固醇的含量都很高,且栽培食用菌中麦角固醇的含量高于野生食用菌,麦角固醇是食用菌中含量最高的甾醇,含量最高达到食用菌干质量的0.6%~0.7%,是其他甾醇含量的10~40 倍,占食用菌中所有甾醇含量的83%~89%。Phillips等 [31]分别用高效液相色谱(high performance liquid chromatography,HPLC)法和GC法检测了美国市售10 种食用菌中VD 2和麦角固醇的含量(表1),发现这10 种食用菌都含有丰富的麦角固醇(26.3~84.9 mg/100 g鲜样),而VD 2含量呈现不同的水平(0.06~28.1 mg/100 g鲜样),这可能与它们的生长环境(栽培或野生、是否受光照等)有关。可见,不管是野生还是栽培食用菌都富含麦角固醇,其经紫外光照射会发生一系列变化,转化为VD 2,是很好的VD 2来源。

表1 几种栽培和野生食用菌中麦角固醇和VD 2的含量 [27-31]
Table 1 Ergosterol and vitamin D 2contents in several cultivated and wild edible fungi [27-31]

注:—. 文献未报道。下同。

生长方式食用菌名称拉丁学名麦角固醇含量/(mg/100 g干样)麦角固醇含量/(mg/100 g鲜样)VD 2含 量/(μg/100 g干样)VD 2含量/(μg/100 g鲜样)栽培型双孢 菇(白)Agaricus bisporus/white654——0.21双孢菇(褐)Agaricus bisporus/brown602——<0.02平菇Pleurotus ostreatus674—0.30.02香菇Lentinus edodes679—10.1野生型鸡油菌 Cantharellus cibarius304—8412.8管状鸡油菌Cantharellus tubaeformis377—19429.82沼泽红菇Russula paludosa——5.8牛肝菌Boletus edulis489—52.91乳菇Lactarius trivialis296—295.5市售双孢菇(白)Agaricus bisporus/white64256.3—0.11金针菇Flammulina veluptipes—35.5—0.14香菇Lentinus edodes36484.9—0.44灰树花Grifola frondosa—79.2—28.1平菇Pleurotus ostreatus—68.0—0.72双孢菇(棕)Agaricus bisporus/crimini—61.4—0.06双孢菇(褐)Agaricus bisporus/portabella—62.1—0.25鸡油菌Cantharellus cibarius2346.3—5.30羊肚菌Morchella spp.—26.3—5.15牛肝菌Boletus edulis400——香杏口蘑Calocybe gambosa361——

3 紫外光照射可提高食用菌中VD 22含 量

近年来,有关紫外光照射提高食用菌VD 2含量的报道越来越多。Takamura等 [32]报道,经紫外光照射后,新鲜香菇中VD 2含量达到原来的2~3 倍。日本《食 品科学工学 会志》一篇文章报道称使用日本东芝制15 W杀菌灯(GL15,主波长254 nm),在照射高度为10 cm、室内温度为22~27 ℃的条件下照射3 min,可使食用菌和酵母等VD 2的含量增 加1 000 IU/g以上,照射10 min可使VD 2的量增加2 500 IU/g [33]。日本研究人员发现,每朵香菇经紫外光照射后,其中VD的含量可达80 国际单位(IU),比未经照射时增加20 倍 [34]。可见,紫外光照射食用菌可增加VD 2的含量是毋庸置疑的,但同时也发现,转化条件不同,VD 2产率存在很大差别。

3.1 食用菌种类对VD 2产率的影响

Mau等 [35]报道,将新鲜的双孢菇、香菇和草菇用UV-B在12 ℃环境中照射2 h后,双孢菇中VD 2含量从2.20 μg/g干样增加到12.48 μg/g干样,香菇和草菇中VD 2的含量都不及双孢菇中高。Sapozhnikova等 [36]用UV-B照射香菇、平菇和双孢菇后,发现其中VD 2含量最高的是双孢菇。Jasinghe等 [37]检测了紫外光照射后香菇、平菇、双孢菇和鲍鱼菇中VD 2的含量,结果发现平菇中含量最高,达到184 μg/g干样,双孢蘑菇中含量最低(56.5 μg/g干样)。从以上数据可以看出,不同种类食用菌经紫外光照射后,其中VD 2含量明显不同,主要原因可能是不同食用菌中麦角固醇的含量不同,经紫外光照射后合成的VD 2含量也随之有多有少。由图1可知,选择麦角固醇含量高的香菇和双孢菇等VD 2产率应该会比较高。此外,食用菌中VD 2的产率并不是和其麦角固醇的含量成正比(图1),双孢菇中麦角固醇的含 量最高(780 mg/100 g干样),其菌褶面朝向紫外光UV-A照射2 h后,VD 2含量却最低(12.5 μg/100 g干样) [38](表2)。由此可见,紫外光照射食用菌麦角固醇向VD 2转化受其他因素的影响很大。

表2 不同食用菌经紫外光照射前麦角固醇含量和照射后VD 2含量 [35,37-38]
Table 2 Ergosterol contents before UV irradiation and vitamin D 2contents after exposed to UV of different edible fungi [35,37-38]

食用菌VD 2含量/(μg/100 g干样)香菇Lentinus edodes—53.9平菇Pleurotus ostreatus—184鲍鱼菇Pleurotus abalonus —80双孢菇Agaricus bisporus—57双孢菇Agaricus bisporus78013金针菇Flammulina velutipes6819平菇Pleurotus ostreatus44045鲍鱼菇Pleurotus abalonus 43523香菇Lentinus edodes60523名称拉丁学名麦角固醇含量/(mg/100 g干样)

3.2 紫外光波长对食用菌VD 2产率的影响

Mau等 [35]报道,将新鲜 的双孢菇分别用UV-B和UV-C照射1 h后发现,双孢菇中VD 2含量均显著增加,且UV-B照射下的含量(8.51 μg/g)高于UV-C照射(6.00 μg/g)。Jasinghe等 [38]将新鲜的香菇、平菇、双孢菇和鲍鱼菇分别用UV-A、UV-B和UV-C照射,结果发现,在不同波长紫外光的照射下,4 种蘑菇VD 2含量最高的都是在UV-B的照射下,UV-C次之,UV-A照射后,VD 2含量最低。可见,UV-B更有利于食用菌中麦角固醇向VD 2转化,这与VD 2的紫外光合成原理相符。

3.3 照射剂量对食用菌中VD 2产率的影响

2008年,Ko等 [39]对香菇和双孢菇的研究发现在同样条件下,蘑菇经不同剂量的紫外光照射后VD 2含量存在较大差异。紫外光照射剂量大,则蘑菇中VD 2含量高,反之亦然。而且随着UV剂量的增加,蘑菇中合成的VD 2的量也随之增加。研究同时发现,将蘑菇切成片后进行照射,在同样时间内VD 2的产量较照射整个蘑菇显著增加。原因是后者的紫外 光照射只是在表面进行,而将蘑菇切成片后照射面积增加,麦角固醇向VD 2的转化就更充分。

3. 4 照射时 间对食用菌中VD 2产率的影响

表3 UV照射不同时间几种食用菌VD 2麦角固醇含量 [35]
Table 3 Vitamin D and ergosterol contents of several edible fungi exposed to UV for different durations [35]

食用菌名称拉丁学名紫外光类型照射时间/h照射后VD 2含量/(μg/g 干样)照射后麦角固醇含量/(μg/g干样)2.20273.97 0.54.49165.62 1 6.0091.47 2 7.3033.93 0双孢菇Agaricus bisporusUV-C 4.0150.78 0.54.5943.53 1 5.6278.57 2 5.32254.88 0大肥菇Agaricus bitorquisUV-C 2.20273.97 0.55.7421.61 1 8.5140.39 2 12.4856.69 0双孢菇Agaricus bisporusUV-B 2.16297.09 0.53.71316.61 1 4.69373.15 2 6.58286.16 0香菇Lentinus edodesUV-B 3.86185.89 0.54.9896.92 1 6.28233.56 2 7.58215.81 0草菇Volvariella volvacea UV-B

Mau等 [35]报道,将新鲜的双孢菇和大肥菇在12 ℃环境中分别用UV-C照射0、0.5、1、2 h后,发现双孢菇中VD 2含量随着照射时间的延长持续增加,麦角固醇含量相应地持续降低。和双孢菇不同的是,大肥菇照射1 h后,VD 2含量趋于稳定,麦角固醇含量则在0~0.5 h内逐渐下降,0.5~2 h内呈上升趋势。将新鲜的双孢菇、香菇和草菇在12 ℃环境中分别用UV-B照射0、0.5、1、2 h后发现,随着照射时间延长,这3 种食用菌中VD 2含量都不同程度持续升高,麦角固醇含量则呈不同水平的变化(表3)。Krings等 [40]将新鲜的平菇(Pleurotus ostreatus)通过UV-B(310~320 nm)照射10~60 min,其中VD 2含量持续上升,从未经照射时不含VD 2到10 min时VD 2含量为6 mg/100 g干样,60 min时达到15 mg/100 g干样。由表3可知,最适合的照射时间为1 h,1 h后食用菌中VD 2含量增加不多或趋于稳定,甚至下降。

3.5 食用菌照射部位对VD 2产率的影响

Jasinghe等 [38]研究发现,相同条件下相 同剂量的UV-A照射后,香菇菌褶VD 2含量高于菌盖。Krings等 [40]用UV-B(310~320 nm)持续照射平菇60 min,发现菌褶VD 2含量是菌盖的2 倍多。Ko等 [39]研究发现,相同条件下相同剂量的UV-B处理后,香菇菌褶VD 2含量最高,其次是菌柄,菌盖VD 2含量最低(表4)。出现这一结果是由于香菇不同部分的麦角固醇含量不同,其中菌褶部分麦角固醇含量最高。可见食用菌受紫外光照射部位的选择很重要,菌褶麦角固醇含量最高,大约是菌盖的2 倍,如果将菌褶部分经UV-B照射后,其中富含的麦角固醇转化的VD 2含量就会增加。

表4 几种食用菌不同部位照射前麦角固醇含量和照射后VD 2含量 [38,40]
Table 4 Ergosterol contents before UV irradiation and vitamin D 2contents after exposed to UV of different parts of several edible fungi [38,40]

食用菌名称拉丁学名食用菌部位麦角固醇含量/(mg/g 干样)照射后VD 2含量/(μg/g 干样)菌盖—37菌褶—106菌柄—69双孢菇Agaricus bisporus香菇Lentinus edodes菌盖—13菌褶—17香菇Lentinus edodes菌盖55菌褶1023菌柄3—鸡油菌Cantharellus cibarius菌盖140102菌褶278115菌柄10024管状鸡油菌Cantharellus tubaeformis菌盖367337菌褶439104菌柄345187牛肝菌Boletus edulis菌盖58922菌褶5492菌柄4442乳菇Lactarius trivialis菌盖33553菌褶3466菌柄2357

3.6 食用菌的生长期对VD 2产率的影响

胡彬彬等 [41]用UV-B分别照射不同生长阶段的鸡腿菇,采用HPLC法检测其中VD 2的含量。结果发现,未经UV-B照射时,菇蕾期、成熟前期和成熟期的鸡腿菇菌盖中均未检测到VD 2,但在各时期的鸡腿菇菌柄中VD 2含量较高。其中成熟前期的VD 2含量达3.473 1 μg/g。UV-B照射不同时间后,鸡腿菇的菌柄和菌盖中的VD 2含量均显著增加,其中成熟前期的菌盖和菌柄中含量最高,分别为23.309 3、22.858 5 μg/g。这表明食用菌的发育阶段对VD 2含量影响也很大,选择成熟前期的食用菌经UV-B处理后,其中VD 2含量更高一些。其他有关食用菌不同生长阶段VD 2含量的研究尚未见报道。

3.7 食用菌含水量和反应温度对VD 2产率的影响

Vayalil等 [42]报道,紫外光照射会导致气体氧化,合成的VD 2也会光解。Perera等 [43]报道,麦角固醇向VD 2转化效率最高的食用菌水分 含量是70%~80%。Jasinghe等 [37-38]将新鲜的香菇、平菇、双孢菇和鲍鱼菇用不同波长的紫外光照射1 h,结果发现不同波长的紫外光照射下,在温度为35 ℃,食用菌水分含量为80%时VD 2产率最高,可能和紫外光照射导致VD 2光解一样,在其他温度下会导致热应力、细胞死亡和褐色素形成等,从而降低转化率,也推测可能是由于食用菌水分含量过高时,则其中麦角固醇的浓度变低,从而降低转化率;而食用菌水分含量过低时,组织的比表面积增加,会导致VD 2氧化。由于食用菌本身水分含量高,所以水分含量对紫外光处理麦角固醇向VD 2转化的影响很大。

4 结 语

近年来,VD缺乏或不足的发生率越来越高,全球有近10亿 人VD缺乏或不足。富含VD的食物并不多,如果可以将普通农产品转变为一种独特的VD培植源,那么给成长中或者刚采摘的食用菌进行紫外光照射将是非常廉价而且容易办到的事情,这对素食者来说是一个好消息,食用菌也将成为人们补充VD的重要来源。紫外光照射后食用菌中VD 2的安全性、生物活性等在动物体内也得到证实 [44]。希望紫外光照射在食用菌中的应用得到不断发展,广泛应用于药物、食品和饲 料等多个领域。

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A Review of Factors Affecting Vitamin D 2Contents in Edible Fungi Exposed to Ultraviolet

LI Li 1, JIANG Jinglong 2
(1. Vitamin D Research Institute, Shaanxi University of Technology, Hanzhong 723001, China; 2. School of Biological Science and Engineering, Sha anxi University of Technology, Hanzhong 723001, China)

Abstract:Vitamin D, an essential compound for hum ans, is derived from provitamin D by ultraviolet irradiation. The most important members of the vitamin D family are vitamin D 2and vitamin D 3. Edible fungi contain a high amount of provitamin D 2(ergosterol), which can be converted to vitamin D 2by ul traviolet irradiation. The contents of ergosterol and vitamin D 2in different growth ways of edible fungi are outlined in this paper, beginning with the mechanism of vitamin D 2formation from ergosterol. The emphasis is p lac ed on discu ssing some major factors infl uencing the conversion of ergosterol to vitamin D 2in edible fungi subjected to ultraviolet irradiation, including edible fungi species, bands of ultraviolet, irradiation dose and time, and irr adiated parts, growth stage and moisture content of edible fungi, as well as reaction temperature, in order to provide a reference to increase the yield of vitamin D 2in edible fungi under ultraviolet irradiation.

Key words:V D 2; edible fungi; ultraviolet irradiation; ergos terol

中图分类号:S646

文献标志码:A

文章编号:1002-6630(2015)01-0273-05

doi:10.7506/spkx1002-6630-201501052

收稿日期:2014-03-12

基金项目:陕西理工学院科研基金项目(SLGQD13-11;SLGQD13(2)-25)

作者简介:李丽(1985—),女,助理实验师,硕士,主要从事天然产物、维生素D生理与应用研究。E-mail:lilisense@126.com