香菇发酵麦麸产可溶性膳食纤维发酵条件研究

武忠伟,张朝辉,张广,宋琳琳,娄亚豪,张会,欧行奇

（河南科技学院生命科技学院,河南新乡453003）

作为小麦制粉的副产物,麦麸富含膳食纤维、蛋白、多酚类和大量B 族维生素等多种营养物质[1].研究表明,麦麸具有调节肠道菌群、降低血清胆固醇、抗氧化、抗肿瘤等多种生物活性[2-4].但由于麦麸适口性差、加工困难、可溶性膳食纤维少等特点,使得麦麸多作为饲料和酿造工业原料,而在面制品加工领域的应用还受到很大限制[5-6].

为了改善麦麸的加工品质,如何提高麦麸中可溶性膳食纤维的溶出量是当前面临的主要问题.传统的方法有酸碱法、酶解法和微生物发酵法等[7-8].但由于环境和成本问题大大限制了酸碱法和酶解法的使用.微生物发酵法可利用微生物发酵过程中产生的多种酶系如纤维素酶、半纤维素酶和酯酶将麦麸中被固定的不溶性膳食纤维解离出来,从而提高麦麸可溶性膳食纤维的溶出量,同时也可有效改变麦麸的溶胀性等多种物理特性,从而改善麦麸的加工特性[9-10].

香菇（Lentinus edodes）作为一种木腐菌,培养过程中可分泌大量的纤维素酶、半纤维素酶、漆酶等多种降解酶系,可用于降解并释放出麦麸中的可溶性膳食纤维[11-12].为了增加香菇降解麦麸的效率,本试验重点研究了麦麸基质的料液比、物料厚度和发酵时间,研究结果将为香菇发酵麦麸高产可溶性膳食纤维提供技术条件.

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料

（1）香菇（L.edodes）A03 菌株：河南科技学院微生物学试验室保存.（2）麦麸：河南科技学院百农207 小麦磨粉后制得.

1.1.2 设备 FB224 型电子天平,上海舜宇恒平科学仪器有限公司；L550 型台式离心机,湖南湘仪实验仪器开发有限公司；ZXSD-A1160 生化培养箱,上海智诚分析仪器制造有限公司；752N 紫外可见分光光度计,上海仪电分析仪器有限公司.

1.2 方法

1.2.1 培养基的制备

（1）斜面培养基：土豆200 g、琼脂20 g、无水葡萄糖20 g、自然pH 值,121 ℃灭菌30 min,备用.

（2）种子培养基：土豆200 g、葡萄糖30 g、酵母膏3 g、自然pH 值，121 ℃灭菌30 min,备用.

（3）麦麸固体发酵培养基：将麦麸根据试验设计调整为不同料液比,混合均匀后按不同装料厚度装入培养瓶中,封口膜包扎密封后于121 ℃灭菌30 min,冷却后备用.

1.2.2 接种培养 取香菇A03 菌种块接种于斜面培养基上,25 ℃条件下活化2 次后,用打孔器取3 块大小为0.5 cm2的香菇菌种块接种于种子培养基中,于25 ℃下振荡培养7 d 获取种子液.将培养好的种子液用无菌吸管按体积比5%接种于麦麸固体发酵培养基中,再置于恒温培养箱25 ℃条件下培养7～15 d,并在培养至第5 d 用接种钩充分搅拌一次.

1.2.3 单因素试验

1.2.3.1 不同料液比对香菇发酵麦麸的影响 分别称取麦麸70 g,按水料比3,5,7,9,11 mL/g 加水搅拌均匀,静置4 h 后按6 cm 厚度进行装料,灭菌冷却,按1.2.2 所述方法接入香菇种子液于恒温培养箱中培养8 d,分别进行取样分析.

1.2.3.2 不同装料厚度对香菇发酵麦麸的影响 分别称取麦麸70 g,按1.2.3.1 最优结果拌料,分别按4、6、8、10、12 cm 厚度进行装料灭菌,接种培养8 d 后,进行观察和取样分析.

1.2.3.3 不同发酵时间对对香菇发酵麦麸的影响 分别称取麦麸70 g,按1.2.3.1 最优结果拌料,按1.2.3.2最优结果装料,在不同发酵时间5、7、9、11、13、15 d 分别观察并取样分析.

1.2.4 正交试验 根据单因素试验结果,选择不同水料比、装料厚度和培养时间为指标,按L9（34）正交试验设计进行优化.

1.2.5 可溶性膳食纤维的测定 按上述不同试验设计,分别取2 g 左右样品,70 ℃下烘干后准确称量,并按料液比1∶30 加入蒸馏水,与80 ℃下水浴提取30 min,搅拌均匀后,于6000 r/min 下离心10 min,取上清液于4 倍无水乙醇4 ℃沉淀过夜,沉淀用80%的乙醇洗涤2 次后,加蒸馏水复溶后,用苯酚硫酸法测定可溶性膳食纤维含量[13].

2 结果与分析

2.1 不同水料比对香菇发酵麦麸的影响

分别试验了不同水料比对香菇发酵麦麸的影响,结果如图1 所示.

图1 不同水料比对麦麸可溶性膳食纤维产量的影响Fig.1 The different ratio of water to material on the production of the soluble dietary fiber

由图1 可以看出,不同水料比对香菇发酵麦麸存在着显著影响.随着水料比从3 到7 mL/g 不断增加,可溶性膳食纤维产量也由78.58 mg/g 增加至176.42 mg/g,但随着水料比的进一步增加到9 mL/g,则出现显著的降低趋势.主要是由于过低的含水量,在香菇发酵麦麸过程中由于水分不足,会抑制菌丝生长和香菇降解酶系的释放,而过高的含水量则由于透气性较差,也会抑制菌丝生长从而抑制麦麸的降解进程,造成可溶性膳食纤维产量的下降.

2.2 不同装料厚度对香菇发酵麦麸的影响

试验了不同装料厚度对香菇发酵麦麸的影响,结果如图2 所示.

图2 不同装料厚度对麦麸可溶性膳食纤维产量的影响Fig.2 The different ratio of loading thickness on the production of the soluble dietary fiber

由图2 可以看出,不同的装料厚度对香菇发酵麦麸可溶性膳食纤维产量有显著影响.随着装料厚度的不断增加,可溶性膳食纤维的产量呈逐步下降趋势,特别是当装料厚度大于8 cm 时,可溶性膳食纤维的产量出现显著下降.由发酵过程中观察也可以看出,过厚的装料量会造成底部菌丝生长受阻,从而造成麦麸发酵不充分而造成可溶性膳食纤维的释放量下降.因此初步选择装料厚度在8 cm 为宜.

2.3 不同发酵时间对香菇发酵麦麸的影响

比较了香菇发酵不同时间对麦麸可溶性膳食纤维产量的影响,结果见图3 所示.

图3 不同发酵时间对麦麸可溶性膳食纤维产量的影响Fig.3 The different fermentation time on the production of the soluble dietary fiber

由图3 可知,随着发酵时间的延长,麦麸中可溶性膳食纤维的释放量呈增加趋势,但当发酵至第9 d后,可溶性膳食纤维的产量不再显著增加.在试验过程中也可发现,由于培养时间过长会造成培养基质中水分过度散失,菌丝生长受限.同时,过长的培养时间也会造成生产效率下降.因此初步选择培养时间为9 d.

2.4 正交试验

根据单因素优化试验结果,设计正交试验因素和水平见表1.

表1 L9（34）正交试验因素水平表Tab.1 L9（34）orthogonal test factor level table

试验结果及极差分析见表2.

表2 正交试验结果及极差分析Tab.1 Orthogonal test results and analysis

由表2 的极差分析可以看出,不同发酵参数对香菇发酵麦麸产可溶性膳食纤维的影响的大小顺序为：发酵时间＞水料比＞装料厚度,最佳的操作参数组合为A2B2C3,也即最佳的发酵条件应为水料比为7 mL/g,装料厚度为8 cm,发酵时间为10 d.为了验证此组合的发酵效果,本研究进一步对该组合进行了重组实验测定,结果显示在该条件下,香菇菌丝生长良好,物料发酵均匀,可溶性膳食纤维产量平均可达208.45 mg/g.

3 结论

本研究首先通过单因素试验比较了不同水料比、装料厚度和发酵时间对香菇发酵麦麸产可溶性膳食纤维的影响,结果得出了较优的发酵参数区间.在此基础上,进一步利用正交试验对上述三个发酵参数的最优组合进行了优化,结果得出最佳的发酵组合为水料比为7 mL/g,装料厚度为8 cm,发酵时间为10 d.最后通过实验验证得出,在此条件下,麦麸中的可溶性膳食纤维平均可达到208.45 mg/g.