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文档简介
i前言大球盖菇为一种深受欢迎的食用菌类,其中富含丰富的营养及药用价值,故而备受众人关注,从而引发高度聚焦,该微生物富含蛋白质、维生素、多糖以及多种矿物质成分。,它同样有抗氧化、抗肿瘤和免疫调节等效果REF_Ref10295\r\h[1],鉴于大球盖菇蛋白质结构的繁杂性,直接食用或许会不易消化吸收,诸多研究者提出采用酶解法对大球盖菇蛋白进行水解的方法,从而更良好地提高营养价值和生物利用水平,让人们更易于消化吸收REF_Ref18158\r\h[2]。1.绪论1.1大球盖菇的研究进展大球盖菇为一种关键的食用菌,在生物学、生态学以及别的应用领域已获得显著研究进展REF_Ref926\r\h[3],这些研究使我们对大球盖菇生长发育、遗传特性等方面有了更好的掌握,还针对生态农业领域有了科学引导,依靠这些研究,研究者们可更有效地把握大球盖菇的生长规律,优化种植技术,提升产量与品质。1.1.1大球盖菇的介绍大球盖菇,俗称“赤松茸”“红松茸”REF_Ref24033\r\h[4]。近年来,由于人们越来越多的对健康饮食观念的转变,大球盖菇逐渐被受到重视。该菌种具有肥厚的菌盖和细嫩的肉质,再加上其独特的风味,被誉为“菌中之王”。其外观呈现酒红色或红褐色,菌盖表面光滑,边缘略带波状,菌柄粗壮,菌褶排列整齐。1.1.2大球盖菇的药用价值进一步的研究证明了大球盖菇的药用价值。大球盖菇具有抗氧化、清除自由基作用REF_Ref12221\r\h[5]REF_Ref12231\r\h[6]、降血糖作用REF_Ref12254\r\h[7]、抗肿瘤作用REF_Ref12270\r\h[8]和抑菌活性REF_Ref12760\r\h[9]等作用等。1.1.3大球盖菇的营养成分大球盖菇含有的营养成分十分丰富,囊括了蛋白质、脂肪、氨基酸、碳水化合物、矿物质和维生素等多种营养素REF_Ref31917\r\h[11],该菌种也富含呈现生物活性的多糖、肽类和甾醇,其主要成分含量的具体分布如下:碳水化合物占居首位之位,蛋白质居第二位,随后排着的是糖类、纤维素、灰分、脂肪REF_Ref2833\r\h[12]。以下是对某些关键营养成分的介绍:蛋白质:大球盖菇含有充足的蛋白质,属于人体必要的营养素范畴,对于体质欠佳或处于病症恢复期的个体而言,大球盖菇是较为理想的营养补给源,在大球盖菇整体中,其粗蛋白含量是25.75%[12],大球盖菇含有十七种氨基酸,其中有属于人体必需的8种氨基酸,有赖氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、甲硫氨酸、苏氨酸、亮氨酸、异亮氨酸和缬氨酸,还有诸如丙氨酸、甘氨酸、丝氨酸、酪氨酸、脯氨酸、精氨酸、组氨酸的非必需氨基酸,大球盖菇的氨基酸种类十分繁杂,而且含量十分丰富REF_Ref3499\r\h[13]。膳食纤维:大球盖菇中的膳食纤维可促进肠道的蠕动,促进消化吸收,预防便秘。维生素:大球盖菇富含像维生素C、维生素B1、维生素B2之类的维生素,这些维生素对维系人体健康意义重大REF_Ref4776\r\h[14]。矿物质:大球盖菇存有钾、磷、铁等矿物质,这些元素在人体组织的构成与生理功能的调节中作用显著。多糖:大球盖菇里富含大量多糖,这些多糖拥有抗肿瘤活性,存有一定的药用价值。抗氧化物质:大球盖菇中存在总黄酮、总皂甙及酚类等抗氧化物质,这些物质能协助人体抵挡自由基的伤害。大球盖菇为一种营养价值高、口感挺好、风味鲜美的食用菌,恰当食用能为人体补充多种必需营养素。1.2胃蛋白酶概述胃蛋白酶是胃肠道蛋白消化链的关键组分,源自胃粘膜的主细胞分泌,该细胞会优先合成无活性的酶原形式——胃蛋白酶原,其活化过程需要酸性环境或活性胃蛋白酶的催化,胃蛋白酶催化蛋白质的分解,生成小分子肽段及氨基酸,诸如酪氨酸及苯丙氨酸,此类蛋白衍生物对维持人体健康至关重要,参与多种生理功能。因此,胃蛋白酶在消化和维持人体健康中起着重要作用REF_Ref7136\r\h[15]。胃蛋白酶的切割位点具有一定的特异性,其主要切割点有两大类,第一类主要切割由芳香族氨基酸(如苯丙氨酸、色氨酸和酪氨酸)或酸性氨基酸(如天冬氨酸和谷氨酸),这些氨基酸通常位于肽链的氨基端或羧基端;第二类是切割疏水氨基酸(如亮氨酸和甲硫氨酸)上的肽链REF_Ref5518\r\h[16]。胃蛋白酶的切割特异性也受着pH值的影响,在酸性环境下其活性最高,切割特异性也越明显。1.3单因素试验为了弄清楚胃蛋白酶水解大球盖菇蛋白的最佳条件,首先采用单因素试验的途径,对影响水解过程的关键要素进行优化,在本项实验中,选定几个主要的影响方面,涵盖酶解温度、pH值以及酶解时间,且给每个因素设置了不一样的水平,当进行实验之际,让别的因素维持原状,以此去观察和评估这些关键因素对水解度造成了啥影响,进而将其作为评价指标来明确最佳的水解条件REF_Ref6182\r\h[17]。1.4响应面分析以单因素实验为基础,依靠响应面法进一步优化水解的条件,响应面法凭借数学模型揭示因素跟目标响应值之间的关系,协助精准判定最佳实验条件,本研究采用Box-Behnken设计对变量相互作用予以评估,采用温度、pH值、水解时间作为自变量,采用水解度作为响应参量,做三因素三水平实验,采集数据之后做统计分析。于数据分析时创建二次多项式回归模型,说明因素对水解度的影响关系并预测效应,模型经过严格的核查检验,拟合度高、预测能力也高,说明自变量与响应值之间有显著的关联。为验证该模型的准确性,依照预测得到的最优条件开展试验,水解度出现显著上扬,这核实了模型的准确性与可靠性,为工艺优化给予数据方面支持,利用响应面分析找出最佳水解条件,认识因素间相互作用,为胃蛋白酶应用提供科学的引导。1.5大球盖菇蛋白质浓度的测定方法有多种常用途径可进行大球盖菇蛋白质浓度测定,囊括凯氏定氮法REF_Ref12998\r\h[18]、双缩脲法REF_Ref13580\r\h[19]、紫外吸收法REF_Ref13162\r\h[20]、Folin-酚试剂法REF_Ref13746\r\h[21]、考马斯亮蓝染色法REF_Ref13789\r\h[22]和BCA法等,这些方法各有不一样的特点,适用不同实验方面的需求与样品特性。1.凯氏定氮法:依靠测定样品中氮的含量,并乘上特定系数来预估蛋白质含量,此办法虽说经典,但精准度存在一定局限,现今其应用量正逐渐缩减。2.双缩脲法:利用蛋白质跟铜离子发生反应生成紫色络合物这一特性测定蛋白质含量,该方法适用于要快速开展测定且对精准度要求不高的场合,好比蛋白质纯化的初步筛选程序。3.紫外吸收法:采用测定蛋白质在280nm波长处吸光度的方法来估算蛋白质含量,此方法操作便捷,故而被大量应用。4.福林酚试剂法:借助蛋白质与福林酚试剂反应生成红棕色络合物的性质测定蛋白质含量,该方法灵敏度高且准确度也较高,但操作稍微复杂,且容易遭到其他物质的干扰。5.采用考马斯亮蓝染色法:凭借蛋白质与考马斯亮蓝G-250染料结合后在595nm波长处吸光度的变动测定蛋白质含量,该方法呈现出高灵敏度,可检测到微克级别的蛋白质,而且重复性良好。6.BCA蛋白测定法:BCA蛋白测定法的核心原理依靠双缩脲反应和BCA试剂的显色特征。(1)基本原理及配制要点1.基本原理在碱性环境下,蛋白质分子中的肽键将Cu²⁺还原成Cu⁺。这些Cu⁺与BCA试剂反应形成紫色或蓝紫色的复合物,该复合物在562nm波长处有强烈的吸光度,吸光度的强弱与蛋白质的浓度成正比[23],因此可以通过比色法来测定样品中的蛋白质含量。2.配制要点试剂A:碱性混合物,主要成分为二喹啉甲酸(BCA)、碳酸钠、酒石酸钠、氢氧化钠和碳酸氢钠。功能是提供碱性环境,稳定BCA分子,并促进后续反应。试剂B:硫酸铜溶液,含Cu²⁺,功能为作为氧化剂,与蛋白质中的肽键反应生成Cu⁺。1.6研究意义和内容1.6.1研究意义胃蛋白酶水解大球盖菇的条件优化研究意义主要体现为以下几个方面:提升蛋白质资源的利用效率大球盖菇作为可食用的真菌,其中富含大量的蛋白质,但直接使用在人体内不易消化,而胃蛋白酶在酸性环境下可以将蛋白质水解为多肽或氨基酸,显著提高生物利用度。推动功能性食品或医药原材料的开发胃蛋白酶的水解产物可能具有抗氧化、抗肿瘤、免疫调节等生物活性。优化水解条件可帅选出特定分子量的多肽,用于开发功能性食品添加剂或医药中间体。降低工业水解成份和环境污染传统化学水解法会产生有害副产物,而酶解法比较环保,不会产生有害副产物,胃蛋白酶作为生物催化剂,可通过优化水解条件,降低酶用量,同时避免化学残料,符合绿色发展理念。1.6.2研究内容本项研究的核心目标是分析胃蛋白酶在不同环境条件下对大球盖菇进行水解作用的效率。通过测量水解度这一参数,本试验致力于揭示在各种条件下水解效率的差异,并最终确定出最优化的水解条件。将对水解反应的温度、pH值以及反应时间等关键因素进行控制和优化。此外,研究还旨在讨论不同环境因素如何影响胃蛋白酶的活性,以及这些因素如何共同作用于大球盖菇的蛋白质结构,从而影响水解过程的速率和最终产物的特性。通过这些深入的分析,本研究期望为食品工业和生物技术领域提供有价值的参考,特别是在酶促反应的优化和控制方面。1.6.3创新点本试验通过控制变量法,系统研究了影响胃蛋白酶水解大球盖菇的三个条件,分别是pH、反应时间和温度,分别得出了最适条件。通过响应面分析法,以水解度为响应值,得出了胃蛋白酶水解大球盖菇水解度最高的试验条件。2.材料与方法2.1材料与试剂大球盖菇干品、胃蛋白酶、氢氧化钠、盐酸、PBS(磷酸缓冲盐溶液)及BCA工作液等试剂。2.2仪器与设备表2-1仪器名称、型号及生产厂家试验仪器型号生产厂家pH电极LE407梅特勒-托利多仪器(上海)公司生化培养箱SHP-150上海精宏实业有限公司台式高速离心机H1850湖南湘仪实验室仪器开发有限公司台式低速大容量离心机L550湖南湘仪实验室仪器开发有限公司酶标仪190美国分子公司2.3试验与方法2.3.1大球盖菇前处理将购买的大球盖菇干品清洗干净,晾干后使用粉碎机进行研磨。接着,用80目的筛网对研磨后的粉末进行筛选,最终得到细腻的大球盖菇干粉。2.3.2大球盖菇蛋白质的提取本试验采用碱溶酸沉法REF_Ref6264\n\h[24]提取蛋白质。碱溶过程中pH值的优化:选取pH值为10和pH值为12做单因素试验,结果显示pH值为12的得率较高。酸沉过程中pH值的优化:选取pH值为4.2和pH值为4.5做单因素试验,结果显示pH值为4.2的得率较高。提取过程:称取100g大球盖菇粉,按料液比1:30的比例加水3000ml,搅拌,采用碱液(NaOH)调节pH至12,采用35℃恒温配合全功率超声10分钟,4000转离心处理10分钟,采用盐酸对溶液进行pH调节至4.2,控制酸沉时间为60min,采用4000rpm离心10分钟进行分离,收集的沉淀为蛋白质。冻干过程:将提取的蛋白质放入离心管中,在放入泡沫箱中,加入适量液氮(加入液氮的目的是快速冻干),摇晃,取出离心管,放入冰箱中进行冻干。蛋白质提取率计算:大球盖菇蛋白质提取率=提取的蛋白质质量/大球盖菇粉*100%=18.53g/100g*100%=18.53%。2.3.3单因素试验调整pH值的影响:将大球盖菇蛋白质干品与水按1:20的料液比混合,配制成20ml溶液,充分搅拌均匀。将溶液pH依次调节至1.0、1.5、2.0和2.5四个梯度,以40℃作为恒定温度条件,反应历经2小时结束,反应终了后,酶解液经100℃水浴10分钟完成灭酶,之后用4000转每分的速度离心10min,收集上层澄清液体。调整反应温度的影响:将大球盖菇蛋白质干样与水按1:20的料液比混合,配制出20ml溶液,并充分搅拌让溶液均匀一致,采用35℃、40℃、45℃及50℃的梯度温度条件,采用pH2.0的酸性环境进行反应,反应充分进行后,采用100℃水浴10分钟完成酶解液的灭酶过程,继而以4000转每分的转速离心10分钟,分离后保留上层澄清液体。调整反应时间的影响:把大球盖菇的蛋白质干品和水按1:按1:20的料液比例混合,调配成20ml溶液,并把溶液充分搅拌均匀,制订反应时间梯度,依次设定为1h、1.5h、2h、2.5h,在pH值达到2.0的条件下开展反应,反应阶段结束后,采用沸水浴法对酶解液进行10分钟灭酶,继而采用4000rpm的转速进行10分钟离心,收集上层澄清液体。2.3.4大球盖菇蛋白质浓度的测定1.准备蛋白标准品a.取0.8ml配制液与20mgBSA蛋白标准混合,溶解完全后配置为25mg/ml蛋白标准工作液,完成配制后立即可用,适合-20℃长期冷冻保存。b.分取25mg/ml蛋白标准溶液若干,调整至最终浓度0.5mg/ml,采用5mIBCA试剂A和100μLBCA试剂B混合,调配5.1mIBCA工作液,未冷藏的BCA工作液有效期为24小时。2.配制BCA工作液结合样品规模,采用50:1的A/B体积比配制BCA工作液:按需配制BCA工作液,以5mIBCA试剂A和100BCA试剂B为例进行混合,完成5.1mIBCA工作液配制,室温保存的BCA工作液24小时内性能无变化。蛋白浓度测定把标准品按照0、1、2、4、8、12、16、20ml加到96孔板标准品孔内,添加标准品稀释液补至20ml体积,也就是标准品浓度分别达到0、0.025、0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5mg/ml。a.分别把水解液和BCA工作液加入到96孔板的标准品里面,加标准品稀释液把体积补充到20ml,即标准品浓度依次为0、0.025、0.05、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5mg/μL。b.往96孔板的样品孔里加入适量体积的样品,若样品体积少于20μL,需添加标准品稀释液补足到20微升,请务必记录样品的体积。c.将96孔板在37℃恒温体条件下孵育30min,目的是使蛋白质与BCA试剂从分反应并形成有色复合物。d.借助酶标仪在562nm波长下测定各孔吸光度数值,记录数据。2.3.5大球盖菇蛋白质水解度的测定水解度的计算公式:水解度=多肽含量/总蛋白量REF_Ref17965\n\h[25]×100%(总蛋白浓度-水解后浓度)/总蛋白浓度×100%。总蛋白浓度的计算:称取0.1g大球盖菇蛋白,加入20ml水,相当于稀释了10倍。其余操作过程与标准品浓度测定过程类似。3.结果与分析3.1绘制标准曲线用标准品的浓度作横坐标,把对应的吸光度读数作为纵坐标,作出标准曲线,依靠线性回归方程得出标准曲线方程。图3-1蛋白标准曲线3.2总蛋白浓度的计算总蛋白浓度的计算:检测得到的吸光度值为1.554,经计算得到的浓度为1.82mg/ml,把稀释倍数乘上去,得18.2mg/ml。3.3胃蛋白酶水解大球盖菇的单因素试验结果3.3.1pH对水解度的影响由图3-2可知:若pH值处于1和2.0之间的数值时,伴随pH的不断增大,水解度不断升高;若pH大于2.0的情况,随着pH逐步升高,水解度慢慢变少,当pH值为2.0之际,水解度升至最高值,为78.47%。图3-2水解度随pH的变化3.3.2反应时间对水解度的影响由图3-3可知:随着反应时间的延长,水解度先上升,之后再下降,反应时间到2h的时候,水解度达到了极大值。图3-3水解度随反应时间的变化3.3.3温度对水解度的影响由图3-4可知:随着温度逐步变大,水解度先升高然后再降低,若温度为40℃,水解度达到峰值,达到80.89%。图3-4水解度随温度的变化3.4响应面试验结果及分析按照单因素实验得出的结果,按照Box-Behnken的实验原理、方法开展,选定pH、水解所经历的时间以及温度作为自变量,把大球盖菇蛋白质水解的度数作为响应值,实施3因素3水平的响应面探究实验,响应面水平因素设计情况见表2-3。表3-1Box-Behnken试验因素与水平水平因素pH水解时间(h)温度(℃)-1113501.751.7542.512.52.550表3-2Box-Behnken试验设计与结果编号A-pHB-反应时间(h)C-温度(℃)水解度(%)100085.82-1-1069.8311078.841-1075.15-11073.16-10170.3700086.3801-181.9910174.41000085.91100086.1120-1-175.51310-177.91400086.715-10-170.5160-1173.21701176.1表3-3方差分析结果来源离差平方和自由度均方F值P值模型599.86966.65233.34<0.0001A-pH63.28163.28221.54<0.0001B-反应时间31.21131.21109.24<0.0001C-温度13.26113.2646.430.0003AB0.040010.04000.14000.7193AC2.7212.729.530.0176AD1.000011.00003.500.1035A²244.321244.32855.34<0.0001B²79.40179.40277.97<0.0001C²116.831116.83409.00<0.0001残差2.0070.2856失拟项1.4930.49583.870.1119纯误差0.512040.1280总和601.8616R²0.9967AdjustedR²0.9924从方差分析得出,实证分析表明,F值233.34明显高于0.05显著性水平,P值远低于0.01临界值,而失拟项检验无统计学意义,说明该模型拟合充分。R2>90%,值越接近于1表示相关性越高,R2Adj于R2之间越接近说明模型的可信度精确度越高。模型回归系数的P值达到0.01显著水平,失拟项P值测定结果为0.1119,大于0.05基准,可见模型达到极显著程度,失拟项也无显著表现,可实现对数据的合理拟合,回归模型的R²为0.9941,证实该模型对99.41%的实验现象具有说明能力,0.9864为调整R平方结果,验证预测值符合98.644%的实测值,R2与R2Adj相仿,表明模型预测结果与真实数据高度吻合。二次多元回归方程为Y=86.16+2.81A+1.98B-1.29C+0.1000AB-0.8250 AC-0.5000BC-7.62A²-4.34 B²-5.27 C²。回归方程的一次项A、B、C、对水解度影响顺序依次为A>B>C,且因素A、B、C均显著影响水解度,AC、BC的交互作用及A²至C²的二次项均显著改变水解度,证实响应值变化具有非线性关联,而是存在二次关联性。运用Design-expert8.0.6软件,根据回归方程绘制A/B、A/C、B/C三组交互因素对水解度作用的三维与二维图示。从AB交互效应图可见,水解度随pH及时间条件改变形成单峰变化模式,两者交互的图形曲度不大,且等高线为闭合圆形,该组合作用对水解度影响甚微,以1.6~1.9作为pH参数时,最佳水解度对应1.6-1.9的作用时长。从3D图形可见AC-BC间存在显著曲度,等高线展现出椭圆结构,说明两因素互作影响显著,两因素交互作用的最大响应值表现为等高线图中心红点与3D曲面最高点的重合位置,若A水平不高时,水解度随C变量增加出现先扬后抑的变化,若A处于高值区间时,水解度与C呈负相关关系。若C含量较低时,A浓度增高时水解度表现出上升特性,若C浓度偏高时,水解度与A浓度呈先正相关后负相关的关系,从AC交互图可知,若仅分析二者的交互影响,实验测得41-44℃温度区间内,若pH处于1.6~1.9时,水解度升至顶峰。若B浓度偏低时,水解度随C浓度上升先升高后降低,若B处于高值区间时,C浓度上升时水解度持续走低,若C浓度偏低时,水解度与B浓度呈正相关上升关系,若C含量较高时,水解度与B浓度呈先正相关后负相关的关系,从BC图可见,温度介于41-44℃之间,时间为1.6至1.9期间,水解度升至顶峰。采用Design-expert8.0.6程序实现方程分析,回归分析得到的极值点是:A的回归系数为0.2667,B的数值最终为0.325,C的回归分析结果为-0.1042,响应值R的预测结果为86.7323,即在酸性环境pH=1.95时,反应体系维持1.99时长,以41.71℃作为反应温度时,水解度结果显示为86.73%,采用此设定,实验分析得出86.51%的数值,同仿真数据趋势一致,证明了此工艺的稳定可靠,采用响应面法改良提取条件显示出明确的工程应用意义,结合实际条件可对大球盖菇蛋白开展水解实验。4.讨论BCA法的优点:(1)高灵敏度:BCA法可检测出浓度较低的蛋白质。(2)稳定性好:BCA试剂生成的颜色复合物稳定性好,利于长时间去观察和分析。BCA法的注意事项:(1)及时测定:鉴于BCA反应的非终点测定属性,显色反应呈现时间依赖性变化特征,故反应完成后须即刻开展吸光度读数,以此减少误差。(2)精确加样:加样时杜绝产生气泡和出现交叉污染,确保每个样品及标准的加样量准确无差错。(3)工作液新鲜配制:BCA工作液应现配现用,以获得可靠实验值。BCA法的局限性:BCA法虽然既灵敏又稳定,但它仅能测定样品里总的蛋白质浓度,没办法区分蛋白质水解前后结构与性质的差别,若样品中存在其余能跟BCA试剂反应的物质,或许会对测定结果产生干扰,引起蛋白质浓度测定结果有偏差,进而对水解度的计算造成干扰。水解条件的复杂性:胃蛋白酶水解蛋白质这一过程受多种因素制约,如pH值、温度、酶跟底物的配比、水解所需时间等,要精准控制这些条件不太容易,细微的改变都可能引发水解结果出现差别,影响到试验的重复性及准确性。今后研究方向:(1)改善水解度测定手段:因为BCA方法存在一定局限,让测定水解度时必然会存在一定误差,故而得探索出一种更准确、更细致的水解度测定途径。(2)优化试验条件:鉴于本实验的条件梯度偏大,不能精准得出水解度的最适条件,故而要把条件梯度降低,得到更精准有效的实验条件。结论本研究以大球盖菇为底物,系统研究了胃蛋白酶水解大球盖菇的条件及水解效率。采用单变量实验手段,筛选出各条件的最佳值:2.0的酸碱度、2小时水解期与40℃温控构成最佳组合,依托单因素测试结论,实施响应面优化分析,采用三变量三阶设计,最终确定41.71℃为胃蛋白酶水解大球盖菇的理想温度,1.99小时的反应时长,温度为1.95。在此条件下水解度可达到。该模型预测值与实际值高度吻合(R2>0.95),表明优化方法可靠。
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