中波紫外照射對(duì)茶樹菇維生素D和鈣元素的影響

魏　偉，劉　揚(yáng)，童玉珍，張國義

(1.中山大學(xué)，電子與信息工程學(xué)院，廣東 廣州　510006；2.東莞市中鎵半導(dǎo)體科技有限公司,廣東 東莞　523000；3.北京大學(xué)東莞光電研究院，廣東 東莞　523000；)

?

中波紫外照射對(duì)茶樹菇維生素D和鈣元素的影響

魏偉1,2,3，劉揚(yáng)1，童玉珍2,3，張國義2,3

(1.中山大學(xué)，電子與信息工程學(xué)院，廣東 廣州510006；2.東莞市中鎵半導(dǎo)體科技有限公司,廣東 東莞523000；3.北京大學(xué)東莞光電研究院，廣東 東莞523000；)

中波紫外線照射茶樹菇兩個(gè)小時(shí)以后，茶樹菇所含維生素D2以及鈣含量會(huì)發(fā)生顯著的變化。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，未經(jīng)過中波紫外線照射的茶樹菇檢測到維生素D2含量小于0.1μg/g，而經(jīng)過中波紫外照射的茶樹菇的維生素D2含量達(dá)9.2μg/g；照射前檢測到的鈣含量為299μg/g，在照射之后茶樹菇含鈣314μg/g。由此可以得出結(jié)論，中波紫外線處理在保持鈣含量不劇烈波動(dòng)的情況下，能明顯提高茶樹菇維生素D2的含量，經(jīng)過照射的茶樹菇為人體補(bǔ)充維生素D、同時(shí)補(bǔ)鈣是可行的。這一研究成果蘊(yùn)含巨大的應(yīng)用價(jià)值和市場商機(jī)。

中波紫外線；維生素D；麥角固醇；光化學(xué)

引言

茶樹菇，又名茶薪菇、楊樹菇等，田頭菇屬。茶樹菇口感和風(fēng)味俱佳，營養(yǎng)豐富，且具有較高的市場價(jià)格，被稱為“貴族食品”[1]。茶樹菇同時(shí)具有食補(bǔ)和藥療的作用，被稱為“中華神菇”[2]。茶樹菇富含多糖[3]和多種礦質(zhì)元素[4]；茶樹菇含有的能增加人記憶能力的賴氨酸比金針菇菇還高[5]，還富含能提高人智力的鋅[6]。

盡管茶樹菇富含增強(qiáng)人記憶力、增加人智力的物質(zhì)，但茶樹菇基本不含增強(qiáng)體格、預(yù)防佝僂病的維生素D。陽光合成人體必需的80%以上的維生素D，因此維生素D又被稱為陽光維生素[7]。人體因缺少太陽光而造成維生素D缺乏，維生素D的缺乏會(huì)導(dǎo)致很多生物指標(biāo)的正常調(diào)節(jié)，包括對(duì)能量代謝的調(diào)節(jié)[8]，對(duì)糖的調(diào)節(jié)[9]，對(duì)免疫力的調(diào)節(jié)[10]以及對(duì)腎素的調(diào)節(jié)[11]。缺乏維生素的情況下，人對(duì)鈣和磷的吸收效果不好。維生素D缺乏是一個(gè)普遍存在的問題，包括高緯度地區(qū)生活的人群，現(xiàn)代都市乘地鐵上班的人群，老年人，婦女和兒童。據(jù)估計(jì)，世界上平均每7個(gè)人就有1個(gè)人缺少足夠的維生素D[13-14]。資料表明，中國原發(fā)性骨質(zhì)疏松人群在8800萬以上，約占總?cè)丝诘?%[15]。

解決部分人群維生素D缺乏的現(xiàn)有方式是直接吃鈣片，然而，補(bǔ)鈣片濃度大，如果用量過大，容易產(chǎn)生不良反應(yīng)；同時(shí)服用鈣片容易使相關(guān)人群感覺自己是病人，造成心理負(fù)擔(dān)。

有研究表明在中波紫外線照射香菇，平菇，雙孢蘑菇和鮑魚菇，能使其維生素D的含量增加[16-17]。本文預(yù)期通過生物光照后的茶樹菇在生成維生素D時(shí)，且富含鈣。人食用后，能補(bǔ)充維生素D；并在維生素D的作用下，促進(jìn)人體對(duì)鈣和磷的調(diào)節(jié)吸收。預(yù)期通過照射得到的富含維生素D以及鈣的茶樹菇，食療來解決人體維生素D缺乏癥，更為缺鈣人群提供幫助。

1　實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

1.1實(shí)驗(yàn)設(shè)備

本研究中采用中波紫外線燈管作為基本光源，另外加以可見光光源。

檢測設(shè)備采用高效液相色譜儀，儀器型號(hào)：島津LC20A，柱子：Agilent Eclipse XDB-C18。帶紫外檢測器，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器，恒溫磁力攪拌器：20℃～80℃，氮吹儀，離心機(jī)：轉(zhuǎn)速≥5000r/min，培養(yǎng)箱：60℃±2℃，天平：感量為0.1mg。

測量鈣含量主要用原子吸收分光光度計(jì)連續(xù)光源火焰/石墨爐原子吸收光譜儀(ContrAA700)，打碎機(jī)，電熱板。

1.2實(shí)驗(yàn)試劑和材料

本研究所用試劑均為分析純或以上規(guī)格(除另有說明外)，水為GB/T 6682規(guī)定的一級(jí)水。

測量維生素D2所用試劑和材料包含：α-淀粉酶：酶活力≥1.5U/mg，無水硫酸鈉；色譜純：異丙醇、乙醇；氫氧化鉀水溶液：稱取固體氫氧化鉀250g，加入200mL水溶解；石油醚：沸程30℃～60℃；色譜純：甲醇、正己烷、環(huán)己烷；維生素C的乙醇溶液(15g/L)。維生素D2標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液(100μg/mL)：精確稱取10mg的維生素D2標(biāo)準(zhǔn)品，用乙醇溶解并定容于100mL棕色容量瓶中。

測量鈣含量所用試劑和材料包含：鹽酸；硝酸，包含0.5mol/L的硝酸；高氯酸；混合液消化液，硝酸+高氯酸；20g/L的氯化鑭；鈣標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液；鈣標(biāo)準(zhǔn)使用液。所有實(shí)驗(yàn)器皿需要用硫酸-重鉻酸鉀浸泡數(shù)小時(shí)，后用水反復(fù)沖洗，最后用去離子水沖洗晾干或烘干。

2　實(shí)驗(yàn)過程、數(shù)據(jù)結(jié)果與分析

將600克茶樹菇按重量平均分為A，B兩部分樣品，將樣品B放入中波紫外線燈管下方，如圖1所示，經(jīng)過兩個(gè)小時(shí)的中波紫外線照射后拿出；樣品A未經(jīng)任何處理。

圖1　紫外照射設(shè)備Fig.1　The device of UV illumination

2.1測量鈣含量

精確稱取均勻試樣0.5g～1.5g于250mL高型燒杯，加混合酸消化液20mL～30mL，加熱消化，直到無色透明。加幾毫升水，加熱去除多余的酸。待燒杯中液體接近2mL～3mL時(shí)，取下冷卻。用20g/L氧化鑭溶液洗并轉(zhuǎn)移于10mL刻度試管中，并定容至刻度。

取與消化試樣相同量的混合酸消化液，按上述操作做試劑空白試驗(yàn)測定。

將鈣標(biāo)準(zhǔn)使用液分別配置不同濃度系列的標(biāo)準(zhǔn)稀釋液，標(biāo)準(zhǔn)系列濃度范圍在0.5～3.0μg/mL。

將導(dǎo)入原子吸收分光光度計(jì)中(試驗(yàn)儀器為島津原子吸收分光光度計(jì) AA-6300C，如圖2所示)，經(jīng)火焰原子化后，吸收422.7nm的共振線，其吸收量與含量成正比，與標(biāo)準(zhǔn)系列化比較定量。詳細(xì)步驟可參考標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5009.92—2003 食品中鈣的測定[18]。經(jīng)過測定，得出如圖3所示標(biāo)準(zhǔn)曲線。

圖2　島津原子吸收分光光度計(jì) AA-6300CFig.2　Shimadzu atomic absorption Spectrophotometer AA-6300C

圖3　元素鈣的標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.3　The standard curve of Ca

將以上數(shù)據(jù)代入公式(1)得出樣品A和樣品的B的鈣元素含量，如表1所示。

(1)

式中：X——測定試樣中元素鈣的含量，單位為微克每百克(mg/100 g)；

C1——試樣液中元素的濃度，單位為微克每毫升(μg/mL)；

C0——試劑空白液中元素的濃度，單位為微克每毫升(μg/mL)；

V——試樣的定容體積，單位為毫升(mL)；

f——稀釋倍數(shù)。

m——試樣質(zhì)量，單位為克(g)。

表1中結(jié)果以重復(fù)性條件下獲得的兩次獨(dú)立測定結(jié)果的算術(shù)平均值表示。數(shù)據(jù)的精密度：在重復(fù)性條件下獲得的兩次獨(dú)立測定結(jié)果的絕對(duì)差值，樣品中鈣含量不得超過算術(shù)平均值的10 %。樣品A、B鈣含量如表1所示。

表1　樣品A、B鈣含量

可以發(fā)現(xiàn)，處理前后，樣品中鈣含量變化不大，略微有增加?？赡艿脑蛉缦拢簶悠繁旧淼臐舛炔顒e起伏；樣品測量的誤差范圍之內(nèi)；樣品經(jīng)過處理時(shí)，可能引起茶樹菇的揮發(fā)性物質(zhì)揮發(fā)[19]。

2.2測量維生素D含量

測量維生素D詳細(xì)步驟可參考國家標(biāo)準(zhǔn)GB 5413.9—2010和論文《紫外線輻照對(duì)金針菇維生素D含量的影響》[20-21]。

圖4　高效液相色譜儀LC—20ATFig.4　High performance Liquid Chromatograph LC-20AT

樣品經(jīng)過皂化后，用正相色譜法凈化，反相色譜法分離，得到維生素D標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液。

將維生素D標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液分為五份，分別配成工作液濃度為0.200μg/mL、0.400μg/mL、0.600μg/mL、0.800μg/mL、1.000μg/mL；然后注入高效液相色譜儀進(jìn)行測試(測量儀器為LC—20AT型高效液相色譜儀，如圖4所示)，得到數(shù)據(jù)；以測試樣品的色譜圖峰高(或峰面積)為縱坐標(biāo)，以維生素D標(biāo)準(zhǔn)工作液濃度為橫坐標(biāo)分別繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得出圖5維生素D2的標(biāo)準(zhǔn)曲線。

圖5　維生素D2的標(biāo)準(zhǔn)曲線Fig.5　The standard curve of the vitamin D2

將以上數(shù)據(jù)代入公式(2)得出樣品A和樣品的B的維生素D2含量，如表2所示。

(2)

式中：X——測定試樣中元素維生素D2(維生素D3)的含量，單位為微克每百克(mg/100 g)；

Cs——從標(biāo)線得到的維生素D2(維生素D3)待測液的濃度，單位為微克每毫升(μg/mL)；

f——回收率校正因子。

m——試樣質(zhì)量，單位為克(g)。

表2　樣品A、B維生素D2含量

如表2所示，未經(jīng)紫外線輻照的樣品A中，檢測維生素D2的含量小于0.1μg/g，而經(jīng)過紫外線輻照之后樣品B中檢測到維生素D2的含量為9.2μg/g。

茶樹菇內(nèi)富含麥角固醇，麥角固醇的分子式為C28H44O，與維生素D2的分子式相同，兩者屬于同分異構(gòu)體。茶樹菇經(jīng)過中波紫外線照射后，茶樹菇內(nèi)的麥角固醇發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)：麥角固醇的四個(gè)碳環(huán)的一個(gè)發(fā)生斷裂，轉(zhuǎn)化為維生素D2，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)式如圖6所示[22]。

圖6　麥角固醇在紫外線的作用下轉(zhuǎn)換成維生素D2Fig.6　Ergosterol is converted to vitamin D2 under the UV irradiation

資料表明，成人、65歲以上老人、孕婦和乳母每天適宜補(bǔ)充維生素D為50μg，4歲至7歲的兒童每天適宜補(bǔ)充維生素D 40μg，1歲兒童每天適宜補(bǔ)充維生素D30μg，0～12月齡嬰兒的維生素D每天適宜補(bǔ)充25μg[21-22]。實(shí)驗(yàn)表明取得了預(yù)期的效果，經(jīng)過紫外線輻照之后，茶樹菇的維生素D含量增加很多。對(duì)比兩者數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，每天吃幾克生物光源輻照處理過的維生素D，就足以補(bǔ)充每天人體所需的維生素D。并且在富含維生素D的情況下，能促使鈣的吸收率從10%～15%提高到30%～80%；在有維生素D情況下，攝入同樣鈣時(shí)，是無維生素D吸收量的2～8倍[23]。

3　總結(jié)

茶樹菇經(jīng)過中波紫外線處理后，其維生素D2的含量增加到9.2μg/g，對(duì)比未經(jīng)任何處理的維生素D2含量(小于0.1μg/g)，說明該波段紫外線用于處理茶樹菇以產(chǎn)生高維生素D含量的茶樹菇是可行的，并且可以保持茶樹菇富含鈣，其含量在299～314μg/g之間。目前需要補(bǔ)充維生素D和補(bǔ)鈣人群很多，此項(xiàng)技術(shù)市場前景好，發(fā)展空間大。

[1] 王世東.食用菌[M].北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社.2010.

[2] 王龍等.茶薪菇胞外酶研究進(jìn)展[J].河北農(nóng)業(yè)科學(xué),2008，12 (12): 49-50.

[3] 徐顯利,田曉蕾.茶薪菇、榆黃蘑、猴頭菇三種食用菌中總糖、多糖及還原糖的測定[J].黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011(1):96-97.

[4] 暴增海,馬桂珍,張建臣.茶薪菇的生物學(xué)特性及開發(fā)利用[J].北方園藝，2007(5):230-231.

[5] 陳麟璋.茶薪菇及其高產(chǎn)栽培技術(shù).食用菌，2002(4).

[6] 曾小龍，謝坤沖.茶薪菇化學(xué)成分與藥理作用的研究進(jìn)展[J].廣東教育學(xué)院學(xué)報(bào)，2007.

[7] 朱志偉.陽光維生素-維生素D.大學(xué)化學(xué)，2010.

[8] 孔娟.維生素D與能量代謝的調(diào)節(jié)[C]//中國營養(yǎng)學(xué)會(huì)第十一次全國營養(yǎng)科學(xué)大會(huì)暨國際DRIs研討會(huì)學(xué)術(shù)報(bào)告及論文摘要匯編(下冊)——DRIs新進(jìn)展：循證營養(yǎng)科學(xué)與實(shí)踐學(xué)術(shù).2013.

[9] 楊立穎，張巍.維生素D與妊娠糖尿病的研究進(jìn)展[J].醫(yī)學(xué)綜述，2014,20(22).

[10] 馮俊燕，杜琳，單玲，等.維生素D的免疫調(diào)節(jié)作用及其與自閉癥關(guān)系的研究進(jìn)展[J].中華臨床醫(yī)師雜志(電子版),2014,8(20).

[11] 郭佳琦.維生素D對(duì)腎素的調(diào)[C]//中國營養(yǎng)學(xué)會(huì)第十一次全國營養(yǎng)科學(xué)大會(huì)暨國際DRIs研討會(huì)學(xué)術(shù)報(bào)告及論文摘要匯編(下冊)——DRIs新進(jìn)展：循證營養(yǎng)科學(xué)與實(shí)踐學(xué)術(shù).2013.

[12] 韓進(jìn)誠，洪堯彰，曹博宏，等.維生素D代謝物調(diào)節(jié)鈣代謝的機(jī)理及其應(yīng)用[J].動(dòng)物營養(yǎng)學(xué)報(bào),2012，24(3)：411-416.

[13] BASSIL D, RAHME M, HOTEIT M, et al. Hypovitaminosis D in the Middle East and North Africa: Prevalence, risk factors and impact on outcomes[J]. Dermatoen-docrinol, 2013, 5(2):274-298.

[14] 仝春實(shí)，鄒永巍，王雷，等.維生素D及其與牙周炎的關(guān)系[J].國際口腔醫(yī)學(xué)雜志,2014,41(4).

[15] 樸俊紅,龐蓮萍,劉忠厚,等.中國人口狀況及原發(fā)性骨質(zhì)疏松癥診斷標(biāo)準(zhǔn)和發(fā)生率[J].中國骨質(zhì)疏松雜志,2002,01.

[16] JASINGHE V J, PERERA C O. Ultraviolet irradiation: the generator of vitamin D2 in edible mushurooms[J]. Food Chemistry, 2006.

[17] 胡彬彬，武忠偉，王振河，等.紫外輻照對(duì)雞腿菇中維生素含量的影響[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007.

[18] 食品中鈣的測定：GB/T 5009.92—2003[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003.

[19] 張瑩，于士軍，張鵬飛，等.金針菇與茶樹菇揮發(fā)性成分的研究.食品與發(fā)酵工業(yè).2011, 37(7).

[20] 嬰幼兒食品和乳品維生素A、D、E的測定：GB 5413.9—2010[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010.

[21] 魏偉,李誠誠,魏琳婷,等.紫外線輻照對(duì)金針菇維生素D含量的影響[C].第二屆全國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)照明及智能控制技術(shù)研討會(huì)，2014.

[22] 汪之項(xiàng)，楊振宇.S0542013中國營養(yǎng)學(xué)會(huì)維生素D推薦量解讀.維生素D與骨骼和骨骼肌健康.中國營養(yǎng)學(xué)會(huì)第十一次全國營養(yǎng)科學(xué)大會(huì)暨國際DRIs研討會(huì)論文集——維生素D與骨和骨骼肌健康,2013.

[23] KO J. A.,B. H. LEE,J. S.LEE,Effect of UV-B Exposure on the Concentration of Vitamin D2 in Sliced Shiitake Mushroom (Lentinus edodes) and White Button Mushroom (Agaricusbisporus). Journal of agricultural and food chemistry,2008,56(10):3671.

Study on the Changes of Vitamin D and Calcium in Agrocybe Cylindracea under the UVB Irradiation

WEI Wei1,2,3, LIU Yang1, TONG Yuzhen2,3, ZHANG Guoyi2,3

(1.SchoolofElectronicsandInformationTechnology,SunYat-SenUniversity，Guangzhou510006,China；2.SinoNitrideSemiconductorCO.,LTD,Dongguan523000,China；3.DongguanInstituteofOpto-ElectronicsPekingUniversity,Dongguan523000,China)

Irradiated by UVB for two hours and the changes of vitamin D and calcium in agrocybe cylindracea are studied. The results showed that vitamin D2 content in agrocybe cylindracea had been detected, which reached less than 0.1 μg/g before irradiation and about 13.5 μg/g after UVB irradiation. Calcium content in agrocybe cylindracea was 299μg/g before irradiation and about 314 μg/g after UVB irradiation. The above results show that vitamin D2 content in agrocybe cylindracea can be obviously improved by using UVB irradiation when the calcium content in agrocybe cylindracea is slightly smaller before irradiation than after irradiation. It is feasible that agrocybe cylindracea after irradiation could provid vitamin D and calcium for human. The results of our experiment show huge applications value and market opportunities.

ultraviolet B; vitamin D; ergosterol; photochemical

廣東省引進(jìn)創(chuàng)新科研團(tuán)隊(duì)計(jì)劃資助(項(xiàng)目編號(hào)：2009010044)，廣東省自然科學(xué)基金項(xiàng)目資助(項(xiàng)目編號(hào)：2015A03312011)，東莞市社會(huì)科技發(fā)展項(xiàng)目——植物生長模塊化LED光源

劉揚(yáng)，E-mail：liuy69@mail.sysu.edu.cn。

S646

A

10.3969j.issn.1004-440X.2016.02.023