微波-酶辅助萃取作为一种从可食用蘑菇中提取镉的环保方法

《Applied Food Research》：Microwave-Enzyme-Assisted Extraction as an Eco-Friendly Approach for Cadmium Extraction from Edible Mushrooms

本研究采用响应面法优化微波酶辅助提取技术，显著提高10种蘑菇中镉的提取效率，其中 Coprinus comatus 和 Hohenbuehelia serotina 提取率分别提升166.15%和173.28%，方法环保高效，适用于大规模重金属检测。

　　食用菌因其丰富的营养价值和生物活性成分而受到越来越多消费者的青睐。它们不仅口感鲜美，还富含膳食纤维、多糖类物质、三萜类化合物、酚类化合物以及甾醇等，被认为是一种不可替代的健康食品来源。随着“一肉一菜一菇”健康饮食模式在全球范围内的推广，食用菌的产量和种植面积持续增长。据预测，未来几年全球食用菌市场年价值将超过500亿美元，其中中国已成为世界最大的食用菌生产与出口国之一。然而，食用菌在生长过程中容易富集重金属，尤其是镉（Cd），这不仅影响其食用安全性，也限制了其商业价值。因此，开发一种高效、快速且环保的方法，用于检测和提取食用菌中的镉，显得尤为重要。

目前，常用的重金属检测方法包括火焰原子吸收光谱法（FAAS）、石墨炉原子吸收光谱法（GFAAS）、电感耦合等离子体-原子发射光谱法（ICP-AES）以及电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）。这些方法具有较高的灵敏度、选择性和准确性，但它们在提取重金属时仍面临诸多挑战。传统的提取方法如湿法消化、微波消化和压力罐消化虽然被广泛认可，但存在耗时长、成本高、环境污染严重等问题。此外，这些方法需要大量强酸进行反应，不仅增加了操作难度，也对环境造成了一定负担。因此，寻找一种更高效、更环保的重金属提取方法，成为当前研究的重点。

在这一背景下，微波-酶辅助提取技术因其绿色、高效和易操作的特点，逐渐受到关注。微波技术能够提供均匀且快速的加热效果，而酶的引入则有助于破坏食用菌的细胞壁结构，释放细胞内的目标成分。相比传统方法，微波-酶辅助提取技术在缩短提取时间、降低能耗以及减少化学试剂使用方面表现出显著优势。然而，关于该技术在重金属提取中的应用研究仍较为有限，尤其是在提取镉方面的探索尚处于初步阶段。

本研究旨在开发一种基于响应面法的微波-酶辅助提取技术，用于高效提取食用菌中的镉。通过优化提取条件，如酶的种类、微波功率、提取时间以及辅助试剂的使用量，该方法在提取效率和环保性方面均取得了良好效果。实验结果表明，与国家标准方法（压力罐消化法）相比，该方法在多种食用菌中表现出更高的镉提取率。例如，在微波-酶辅助提取方法下，**Coprinus comatus** 和 **Hohenbuehelia serotina** 的镉提取率分别提高了166.150%和173.280%。此外，该方法在其他如 **Agaricus subrufescens**、**Agrocybe aegerita**、**Flammulina velutipes**、**Pleurotus eryngii**、**Cordyceps militaris**、**Lentinus edodes**、**Grifola frondosa** 和 **Morchella esculenta** 等食用菌中也表现出显著的镉提取能力。值得注意的是，在某些种类中，如 **Hypsizygus marmoreus**、**Lentinus edodes**、**Grifola frondosa** 和 **Morchella esculenta**，该方法并未显著提升镉提取率，这可能与这些种类的细胞壁结构特性有关。它们的细胞壁通常由高度交联的多糖类物质（如β-葡聚糖和糖蛋白）构成，这些结构可能对酶的分解作用产生一定的阻碍。

本研究还探讨了不同酶对镉提取效果的影响。实验发现，单独使用纤维素酶和壳聚糖酶能够显著提高镉的提取率，而其他酶如葡萄糖苷酶、碱性蛋白酶、中性蛋白酶和胰蛋白酶的提取效果则相对较弱。这一结果可能与壳聚糖酶对壳聚糖的高效分解能力有关。壳聚糖是真菌细胞壁中的重要成分，而壳聚糖酶能够有效降解壳聚糖，从而破坏细胞壁结构，使细胞内的镉更容易释放。此外，壳聚糖本身具有对镉的高亲和力，能够帮助镉的富集和固定。因此，在微波-酶辅助提取过程中，壳聚糖酶的加入可能有助于提高镉的提取效率。

为了进一步优化提取条件，研究团队采用响应面法对关键变量进行了系统分析。这些变量包括：用于辅助提取的柠檬酸和乙二胺四乙酸（EDTA）的使用量，以及微波消化的时间。实验结果表明，随着柠檬酸使用量的增加，镉的提取率呈现先上升后下降的趋势，最佳使用量为0.100 g·mL?1。EDTA的使用量对镉提取率的影响较为显著，最佳使用量为0.900 mg·mL?1。微波消化时间在5分钟时达到最佳效果，此时镉提取率最高，而随着消化时间的延长，提取率则明显下降。因此，最佳的提取条件为：使用5 mL 30%的过氧化氢、6 mL 0.100 g·mL?1的柠檬酸、3 mL 0.900 mg·mL?1的EDTA，并在微波条件下进行5分钟的消化处理。

该方法不仅在实验室条件下表现出良好的提取效果，还具备实际应用的潜力。与传统的压力罐消化法相比，微波-酶辅助提取方法在操作流程上更为简便，且对环境的污染程度较低。同时，其较高的提取效率和较低的试剂消耗，使其在工业和监管领域具有广阔的应用前景。特别是在那些蘑菇产业迅速发展但实验室基础设施相对落后的国家，这种技术的简便性和经济性可以有效促进重金属检测工作的普及，从而提升食品安全水平，促进国际间蘑菇贸易的合规性。

此外，研究还发现，不同种类的食用菌在镉提取方面的表现存在差异。这可能与它们的细胞壁结构、重金属富集能力以及生长环境中的污染程度有关。例如，某些种类由于其细胞壁中富含壳聚糖，因此在微波-酶辅助提取过程中表现出更高的镉提取率。而另一些种类的细胞壁结构更为复杂，其富集能力可能受到其他因素的限制。因此，在实际应用中，需要根据具体食用菌的特性，选择合适的提取条件和方法，以实现最佳的镉提取效果。

综上所述，本研究开发的微波-酶辅助提取方法为食用菌中镉的高效提取提供了一种新的解决方案。该方法不仅在提取效率上优于传统方法，还在环保性和操作便捷性方面具有明显优势。通过优化提取条件，该方法能够显著提高多种食用菌中镉的提取率，从而为食品安全监测和重金属污染控制提供了有力支持。未来，该技术有望在更多种类的食用菌中推广应用，并为全球范围内的蘑菇产业提供更加安全和可持续的检测手段。