蒸汽爆破联合超微粉碎对六妹羊肚菌菌柄粉末理化性质、抗氧化能力及挥发性物质谱的影响

《Foods》：Effects of Steam Explosion Combined with Ultrafine Grinding on the Physicochemical Properties, Antioxidant Capacity, and Volatile Profiles of Morchella sextelata Stipe Powders

　　

六妹羊肚菌（Morchella sextelata）菌柄是一种未被充分利用的副产物，具有增值食品应用的潜力。本研究考察了蒸汽爆破（steam explosion, SE）预处理能否增强后续超微粉碎（ultrafine grinding, UG）对菌柄粉末理化性质、抗氧化能力及挥发性物质谱的影响。研究人员采用粒径分析、扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、X射线衍射（XRD）、抗氧化测定以及顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用（HS-SPME-GC-MS）技术，对常规粉碎、UG、SE及SE-UG联合处理进行了比较。SE-UG将中值粒径（D₅₀）由88.88 μm降至10.46 μm，并将水溶性指数（water solubility index, WSI）由31.20%提高至36.55%。该处理还引起了广泛的微观结构破坏并改变了结晶度，但未导致官能团的显著变化。SE-UG表现出最高的DPPH和ABTS自由基清除活性，而SE和SE-UG均表现出较高的总抗氧化能力（total antioxidant capacity, T-AOC），且两者间无显著差异。挥发性物质谱显示处理依赖性变化，在含SE处理组中，若干呋喃类和吡嗪类化合物的相对丰度较高。上述结果表明，SE预处理有利于后续UG进行，并改善了选定的理化和抗氧化特性，同时显著改变挥发性物质谱，从而支持六妹羊肚菌菌柄的增值利用。

六妹羊肚菌（Morchella sextelata）是重要的经济食用菌，其子实体富含多糖、膳食纤维、酚类等生物活性成分。商业干品分级常要求去除部分或全部菌柄以改善外观，导致大量菌柄副产物被丢弃或低价出售。已有研究表明，菌柄仍含有较高的粗纤维、维生素、总黄酮和麦角硫因，具有功能化利用潜力，但其致密的细胞结构限制了机械粉碎效率与有效成分释放。蒸汽爆破（steam explosion, SE）利用高压蒸汽瞬间泄压产生的剪切力破坏生物质结构，可提高可磨性；超微粉碎（ultrafine grinding, UG）通过机械力减小粒径并增大比表面积，但对致密基质的效果有限。研究人员据此假设SE预处理可削弱菌柄基质结构抗性，从而促进后续UG的粉碎与表面暴露，并影响粉末的理化、抗氧化及挥发性特征。为此，该研究系统比较了常规粉碎（conventional grinding, CG）、UG、SE及SE后接UG（SE-UG）四种处理方式对六妹羊肚菌菌柄粉末的多维度影响，旨在明确SE是否有利于后续UG并产生单独处理未及的互补效应。

研究人员以六妹羊肚菌菌柄粉末为对象，发现SE-UG将中值粒径从88.88 μm降至10.46 μm，水溶性指数从31.20%提高至36.55%，同时显著提升DPPH和ABTS自由基清除活性，并明显改变挥发性物质谱；SE和SE-UG的总抗氧化能力均较高且无显著差异。该研究为菌柄副产物的增值加工提供了可行的复合物理改性策略，具有促进食用菌资源综合利用的意义。

研究使用的新鲜六妹羊肚菌子实体于2026年3月20日购自中国山东省聊城市当地农产品市场，总鲜重约20 kg，为单一批次。方法上，将干燥菌柄分别进行CG（过40目筛）、UG（10 min）、SE（0.8 MPa，90 s，水分调节至20%）以及SE后进行UG（SE-UG）。分析手段包括激光粒度仪测定粒度分布、扫描电子显微镜（SEM）观察微观形貌、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）分析官能团、X射线衍射（XRD）分析结晶结构、热重-微分热重（TGA-DTG）分析热稳定性、DPPH/ABTS/T-AOC试剂盒评估抗氧化能力，以及顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用（HS-SPME-GC-MS）结合偏最小二乘判别分析（PLS-DA）和层次聚类分析（HCA）解析挥发性物质谱。

结果如下：

3.1 菌盖与菌柄的营养组成：通过索氏提取、凯氏定氮和纤维分析仪测定，菌盖的粗蛋白（31.88%）和粗脂肪（8.59%）显著高于菌柄（p<0.001），而菌柄的粗纤维含量（6.85%）显著高于菌盖（p<0.05），表明菌柄是富含纤维的潜在功能原料。

3.2 扫描电子显微镜观察：SEM显示CG呈致密粗大的块状结构；UG被机械剪切为较小且不规则的颗粒；SE呈松散、网状、多孔结构；SE-UG几乎完全破坏原有孔隙结构，形成极细且相对均匀的颗粒聚集体，比表面积大幅增加。

3.3 粒径特性：激光粒度仪结果显示，UG使D₅₀从88.88 μm降至44.39 μm；SE虽然使D₅₀降至33.87 μm，但D₉₀高达148.94 μm，跨度增至4.198，均匀性变差；SE-UG使D₅₀和D₉₀分别降至10.46 μm和24.47 μm，跨度降至1.968，表面积加权平均径D_[3,2]降至7.27 μm，比表面积增至8256.48 cm²/cm³，约为CG的4.85倍。

3.4 表面颜色变化：SE显著降低L*值（从80.41降至68.76），升高a*和b*值，ΔE达11.70，提示可能发生非酶褐变；SE-UG的L*回升至75.13，ΔE降至5.03，表明后续UG部分缓解了SE引起的颜色改变。

3.5 水合性质：UG、SE和SE-UG均显著降低持水能力（WHC）和持油能力（OHC）（p<0.05），SE-UG最低（WHC为2.28 g/g，OHC相应下降）；水溶性指数（WSI）从CG的31.20%升至UG的34.79%和SE-UG的36.55%，SE-UG较CG提高约17.15%。联合处理虽增加可溶性组分释放，但未改善所有水合相关性质。

3.6 傅里叶变换红外光谱：各处理样品的FT-IR谱图相似，主要吸收峰位于3306 cm^-1（O-H）、2931 cm^-1（C-H）、1651/1551 cm^-1（酰胺I/II）以及1200–1000 cm^-1（多糖C-O-C/C-O），表明处理未改变主要化学官能团，但可能改变分子间氢键等结构组织。

3.7 X射线衍射分析：XRD图谱显示所有样品在2θ≈20°处有宽衍射峰。SE处理后，9°附近弱峰减弱，20°宽峰进一步变宽且强度降低，整体图谱更平坦，说明SE破坏了有序结构并增加了无定形区域。

3.8 热重分析：TGA-DTG显示所有样品均呈两阶段失重。UG使最大降解温度（T_max）从CG的280 °C降至262 °C；SE和SE-UG则分别升至284 °C和281 °C，且在200 °C以下表现出较稳定的热行为，提示SE处理对热稳定性有一定改善。

3.9 DPPH和ABTS自由基清除活性：SE-UG在测试浓度范围内表现出最高的DPPH（25 mg/mL时约68.70%）和ABTS（30 mg/mL时约93.35%）清除率，均高于CG、UG和SE；由于部分组别在测试范围内未达到50%清除率，故未外推计算IC₅₀。

3.10 总抗氧化能力：CG与UG的T-AOC较低且无显著差异；SE和SE-UG的T-AOC显著高于CG和UG，数值为35.6和30.1 μmol Fe²⁺/g DW，二者无显著差异，说明SE处理是提升总还原能力的主要因素。

3.11 基于HS-SPME-GC-MS的挥发性物质谱：PLS-DA得分图显示四组处理明显分离，交叉验证总体误差约27.5%，排列检验P=0.0149，表明处理相关差异非随机；HCA将CG与UG聚为一类、SE与SE-UG聚为另一类。含SE处理组中1-辛烯-3-醇在SE-UG中相对丰度明显较高，而呋喃类和吡嗪类在SE和SE-UG中相对丰度更高，提示高温蒸汽爆破促进了热衍生挥发性化合物的形成或释放。

3.12 挑战、局限与未来展望：SE效果高度依赖工艺参数，本研究采用的SE条件未针对六妹羊肚菌菌柄专门优化；SE-UG增加了水分调节和干燥步骤，可能使工艺复杂化和能耗增加，需进行中试验证和技术经济评价；未来还需比较不同羊肚菌物种或原料批次，在特定生物活性成分水平阐明机理，并结合感官评价和气味活性值分析明确风味意义。

讨论与结论方面，该研究明确指出，含SE处理路径主要造成菌柄致密基质破坏，UG则进一步细化颗粒并增加比表面积。SE-UG获得最小粒径和最高WSI，同时WHC和OHC下降；SE-UG的DPPH和ABTS清除活性最高，而SE与SE-UG的T-AOC无显著差异；挥发性谱显示处理相关差异。翻译研究结论如下：在本研究中，SE、UG及其顺序组合（SE-UG）在六妹羊肚菌菌柄粉末的理化特性、抗氧化能力和相对顶空挥发性物质谱方面诱导了明显不同的变化。含SE处理路径与菌柄致密基质的破坏相关，而UG进一步减小了粒径并增加了比表面积。SE-UG获得了最小的中值粒径和最高的WSI，但WHC和OHC下降，表明联合处理未改善所有水合相关性质。SE-UG的实测DPPH和ABTS自由基清除活性最高，SE与SE-UG的T-AOC相近且均较高，二者无显著差异。HS-SPME-GC-MS结合探索性多元分析揭示了处理相关的顶空挥发性差异，若干初步鉴定的呋喃衍生物和吡嗪类在含SE处理组中相对丰度较高。总体而言，SE后接UG有效修饰了菌柄粉末的部分理化和抗氧化特性并改变其相对挥发性物质谱，为进一步工艺优化提供了依据，支持了蘑菇菌柄副产物的潜在增值利用。