基于营养素生态重组的香菇生态转化机制评价

常亚娜，张国治，韩 萍*，刘利娥，常正姣，许艳丽，蒋永红

（1.郑州大学 公共卫生学院，河南 郑州 450001；2.河南工业大学 粮油食品学院，河南 郑州 450001）

0 引言

营养素生态重组是指在不使用酶制剂或基因修饰以及不进行营养素强化的情况下，以微生物、真菌乃至反刍动物体内所有的代谢机制来转化天然底物中的相应成分，使得不同营养素重新组合产生新物质的一种动态体系.生态转化即利用益生菌、酵母、真菌和反刍动物自身固有的代谢机制，将初级农产品进行合理转化，实现营养素生态重组与生态互补的一种自然资源利用模式.该模式既能有效利用菌糠本身的有益物质和有益菌，而且经过反刍动物的多级生态转化，其粪便还可以成为免疫肥料，调控土壤的微生态环境，增强农作物自身的免疫力，从而形成良性生态免疫产业链.

西峡香菇种植规模超过两亿袋，年产干香菇3万t.然而，香菇菌种的绝对生物学效率约为10%，还有90%的干培养料存在于菌糠当中[1-2].菌糠中不仅含有大量的蛋白质和丰富的纤维素及其他营养物质，而且含有大量的菌丝体及代谢产物.但是，当地大多数菌糠是以废弃物的形式被处理，这不仅造成环境污染，还造成大量有益资源的浪费.为此，本研究拟采用营养素组学构成模式来评价香菇的生态转化机制，进而探索香菇菌糠的综合利用价值.

1 材料与方法

1.1 材料

香菇培养基（未接种香菇菌种的培养基）、香菇菌糠（香菇菌种转化后的废弃培养基）：河南省南阳市西峡县香菇基地；平菇菌糠：河南省新乡市辉县平菇基地；杏鲍菇菌糠：河南省郑州市中牟县万滩镇河南邦友农业生态循环发展有限公司.上述样品均用高速万能植物粉碎机粉碎，然后过80目筛，于45 ℃鼓风干燥，保存于干燥器中备用.

1.2 设备和仪器

GC2010 气相色谱仪：日本岛津公司；2695HPLC：Waters 公司；FOSS-2300 凯氏自动定氮分析仪：瑞典福斯特卡托公司；CXC-06 粗纤维测定仪、SZF-06A 粗脂肪测定仪：上海精隆科学仪器公司；V-5800PC 可见分光光度计：上海元析公司；85-1 恒温磁力搅拌器、HH-42 数显恒温磁力搅拌循环水箱：常州国华电器有限公司；DHG-9123A 电热恒温干燥箱：上海精宏实验设备有限公司；TD24-WS 台式低速离心机：湘潭湘仪仪器有限公司；XH-C 旋涡混合器：常州狼越仪器制造有限公司；KQ-5200DE 数控超声波清洗器：合肥金尼克机械制造有限公司；AL104 电子分析天平：梅特勒托利多仪器上海有限公司.

1.3 营养素组学成分测定方法

水分：常压干燥法，参照GB/T 5009.3—2010《食品中水分的测定》.

灰分：灼烧称重法，参照GB/T 5009.4—2010《食品中灰分的测定》.

粗脂肪：索氏提取法，参照GB/T 5009.4—2008《食品中粗脂肪的测定》.

粗蛋白：凯氏定氮法，参照GB/T 5009.5—2009《食用菌中粗蛋白含量的测定》.

粗纤维：参照GB/T 5009.10—2008《食品中膳食纤维的测定》.

粗多糖：苯酚硫酸法，参照NY/T 1676—2008《食用菌中粗多糖含量的测定》.

氨基酸构成：样品经盐酸水解后，采用HPLC分析氨基酸含量.色谱条件为色谱柱：Ultimate Amino acid，5 μm，4.6 mm×250 mm；流动相A：V（0.1 mol/L 醋酸钠溶液）∶V（乙腈）=93∶7，流动相B：V（水）∶V（乙腈）=20∶80，其中醋酸钠溶液用冰醋酸调节pH 至6.5；柱温：40 ℃；流速：1 mL/min；检测波长：254 nm；进样量：5 μL.

脂肪酸构成：采用HPLC 测定，色谱条件为色谱柱：DB-WAX（60 m×0.53 mm×1 m）；SPL：275℃；FID：275 ℃；载气柱流量：30 mL/min；分流比：1；尾吹流量：30 mL/min；氢气流量：40 mL/min；空气流量：400 mL/min；柱温采用程序升温：180～220℃（5 ℃/min）.

1.4 数据处理方法

测定转化前香菇培养基样品及香菇菌糠样品，平行测定3 次，计算平均值.采用SPSS 17.0 软件，对试验结果做统计描述，对主要变量进行分组间比较.所有统计结果均采用双侧检验，检验水准α=0.05.

2 结果与分析

2.1 常规营养素成分分析及评价

香菇培养基和香菇菌糠中水分、灰分、粗蛋白、粗纤维、粗脂肪、粗多糖含量见表1.

表1 香菇培养基和香菇菌糠的营养素成分（n=3，±s）Table 1 Nutrient contents of Lentinus edodes medium and spent mushroom substrate (n=3，±s) %

表1 香菇培养基和香菇菌糠的营养素成分（n=3，±s）Table 1 Nutrient contents of Lentinus edodes medium and spent mushroom substrate (n=3，±s) %

由表1 可知，香菇培养基经香菇菌种转化前后，除粗脂肪外，其他营养成分含量均存在显著差异，其中水分和粗纤维含量变化最大.香菇培养基经香菇菌种转化后，香菇菌糠营养价值显著提高，香菇菌糠再经自然发酵，可作为生产有机食品的优质肥料[3].并且，菌糠中的天然高分子有机化合物含有羟基、羧基、酚基、磷酸基、氨基等能够结合重金属离子的极性官能团，使得香菇培养基废料吸附重金属成为可能[4-6].经香菇菌种转化后的培养基多糖含量也显著增加，而香菇活性多糖具有一定的抗肿瘤作用[7-8]，还可以恢复并提高机体的免疫功能[9]，对多种细菌、寄生虫、病毒等有一定的抗感染能力，是反刍动物很好的免疫饲料.

2.2 氨基酸构成分析（表2）

由表2 可知，经香菇菌种转化后，香菇培养基中总氨基酸（TAA）含量由15.61 mg/g 增加到20.66 mg/g.范文丽等[10]对杏鲍菇、香菇、金针菇、蛹虫草、滑菇、平菇营养成分评价检测香菇菌糠中氨基酸的含量仅为3.101 mg/g，与本研究结果有较大的差距，可能与不同地区的培养基组成及环境条件存在较大差异有关.

香菇培养基中氨基酸的种类非常丰富.共检测出17 种氨基酸，包括7 种必需氨基酸（EAA），转化后7 种必需氨基酸的含量均有所增加.必需氨基酸中蛋氨酸的含量最高，而蛋氨酸在动物体内有重要的营养作用，可以提高动物免疫力，还具有抗菌毒素等作用[11].非必需氨基酸中，谷氨酸的含量最高，并且天冬氨酸、甘氨酸、丙氨酸等鲜味氨基酸经菌种转化后均有所增加，因此，香菇菌糠具有较浓的香味，可作为饲料开发利用.并且谷氨酸具有多种重要的生理功能，可提高动物的肠道消化吸收能力和抗氧化能力[12].

表2 香菇培养基及菌糠与其他种类菌糠中的氨基酸构成（干基）Table 2 Amino acid compositions in Lentinus edodes medium and spent mushroom substrate with other spent mushroom substrates (dry basis) mg/g

香菇菌糠中EAA/TAA 为0.23，高于平菇菌糠以及杏鲍菇菌糠.而与杏鲍菇菌糠以及平菇菌糠相比，氨基酸总量稍低.香菇菌糠的第一限制性氨基酸为赖氨酸，而平菇菌糠和杏鲍菇菌糠的第一限制性氨基酸分别为异亮氨酸和缬氨酸.所以，在开发利用时，需要不同的菌糠进行合理搭配，才能提高利用率.

2.3 脂肪酸构成分析（表3）

由表3 可知，经菌种转化后，培养基中脂肪酸的含量增加.香菇培养基和菌糠中含有的高级脂肪酸种类较多.香菇菌糠中，不饱和脂肪酸含量占总脂肪酸含量的73%，高于饱和脂肪酸含量.饱和脂肪酸有3 种，C16-棕榈酸含量最高.不饱和脂肪酸有5 种，C18∶2-亚油酸的含量最高.必需脂肪酸有C18∶2-亚油酸和C18∶3-亚麻酸.而不饱和脂肪酸具有多种生理功能，可调节奶牛产奶中的脂肪酸组成[13]，提高牛奶中不饱和脂肪酸的比例.香菇菌糠中亚油酸的含量是最高的，其次是油酸.亚油酸是动物体重要的必需脂肪酸.大量研究证明，在哺乳动物中，油酸具有一系列有益的生理机能，如保护动物心脏、降血糖和调节血脂等[14].

在3 种菌糠中，杏鲍菇菌糠中∑UFA/∑FA 的值最大为0.79，其次是香菇菌糠为0.73，平菇菌糠最小.在必需脂肪酸中，香菇菌糠的C18∶3-亚麻酸含量最高为0.146 mg/g，而C18∶2-亚油酸以杏鲍菇菌糠含量最高为1.189 mg/g.因此，从脂肪酸的不饱和度来看，杏鲍菇菌糠作为动物饲料具有较大优势，而C18∶3-亚麻酸以及C20-花生酸含量均较少，而香菇菌糠中这两种不饱和脂肪酸含量都有明显优势，故将其相互补充，可以提高菌糠的价值及利用率.

表3 香菇培养基及菌糠与其他种类菌糠中脂肪酸构成的比较（干基）Table 3 Fatty acid compositions in Lentinus edodes medium and spent mushroom substrate with other spent mushroom substrates (dry basis) mg/g

2.4 香菇的生态转化研究分析

香菇培养基经香菇菌种转化后，香菇培养基的营养成分均有明显改变.这与本课题组张倩[15]将奶牛作为一种无需煤电、无污染的高效生态生产模式同属一种模式，即一种实现营养素的生态重组与生态互补的自然资源利用模式.

培养基中水分含量由0.97%～0.99%增加到3.83%～6.85%，这种变化与当地充沛的雨量有很大关系[5]；培养基中灰分含量由0.21%增加到2.0%，说明该香菇菌种通过生态转化有效提高了菌糠的营养成分含量.香菇菌种通过生物固氮作用，将无机氮转化为有机氮，合成了大量的菌体蛋白，从而使菌糠富含蛋白质，其含量由2.91%～3.37%增加到4.27%～4.43%.胡传久等[16]研究表明，在食用菌生长过程中，可降解培养基中大量的粗纤维，作为菌丝体生长的养分，收菌后，菌糠中残留的丰富菌丝体及菌体蛋白使菌糠中粗纤维含量大幅降低，而粗蛋白含量显著提高.

本研究也发现香菇菌糠中的粗纤维含量由46.67%～47.57%降为30.33%～31.19%，变化明显.这是因为香菇菌种的生长以粗纤维为主要的碳源，在生长过程中菌丝体分泌大量胞内酶和胞外酶，对纤维素分解能力较强，从而使菌糠的粗纤维含量降低.

培养基中粗脂肪含量由1.97%～2.87%增加到2.85%～3.63%，没有显著性差异；而香菇菌种作为一种生态转化的工具，利用培养基底物的营养素成分，使香菇培养基活性多糖含量由2.41%～2.55%增加到6.49%～7.01%，变化显著.

3 结论

香菇菌种作为一种生态转化工具，可以实现培养基的营养素生态重组，使得香菇菌糠营养成分全面丰富，还有大量的菌丝体富含蛋白质和活性多糖以及多样的氨基酸和脂肪酸，将其与杏鲍菇菌糠以及平菇菌糠合理搭配，作为反刍动物的免疫饲料，可以提高动物自身免疫能力；也可饲喂多种畜禽，提高畜禽的产量和质量，降低饲养成本.同时这些动物产生的粪便可作为有机食品的优质肥料改良土壤.改良后的土壤可栽培青饲作物，饲喂畜禽.因此，通过香菇菌糠的高效综合利用，不仅可消除废弃菌糠造成的环境污染，而且作为免疫饲料又促进了畜牧业的发展，形成了农业生态系统的良性循环，达到延长西峡生态资源循环链的目的.

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