超声辅助酶解香菇柄工艺研究

豆海港，郝艳丽，陈 强，崔孟姣，杨 改，王云志

（1. 周口职业技术学院，河南 周口 466001；2. 周口市千弘食品配料有限公司，河南 周口 466001）

香菇（Lentinus edodes） 又名花菇，起源于中国，是侧耳科（Plearataco） 担子菌的一种食用和药用的真菌[1]，我国食用菌主栽品种之一[2]，也是我国产量最大的食用菌[3]，香菇营养丰富，含有多糖、蛋白质、维生素和矿物质等营养物质[4]，具有抗氧化、抗肿瘤、抗突变、提高机体免疫力等保健功效[5]，被人们誉为“菇中皇后”，在民间素有“山珍”之称[6]，是深受人民群众喜爱的一种保健食品。据中国食用菌协会统计，2018年我国香菇产量达1043.2 万t，占全球香菇总产量的90%[7]，香菇柄是香菇采摘过程中的副产物，其质量占香菇总质量的25%～30%，每年可达300 万t。由于菇柄中纤维结构致密，咀嚼差，一般很少食用，只有少量被开发利用，造成了极大的资源浪费。而香菇柄和菇盖一样，也含有丰富的营养物质，如蛋白质、多糖、氨基酸、维生素、矿物质等成分。

目前，国内外对香菇柄的研究主要集中在菇柄纤维素嫩化、菇柄多糖提取等方面，对干香菇柄蛋白质酶解报道较少，干菇柄中蛋白质含量高于香菇，其中氨基酸、多糖等含量丰富，这些都是热反应制备香菇风味香精前体物质。因此，以干香菇柄为原料，利用超声波辅助提取的特性和酶的高效性、专一性特点，加速活性物质的释放，在单因素试验的基础上，对酶解工艺进行正交试验优化，以期为香菇柄的进一步开发利用提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

香菇柄，福建亚西雅食用菌有限公司提供；纤维素酶（食品级），南宁东恒华道生物科技有限责任公司提供；木瓜蛋白酶（食品级），南宁庞博生物工程有限公司提供；柠檬酸、柠檬酸钠，潍坊英轩实业有限公司提供；氢氧化钠（AR），廊坊鹏彩精细化工有限公司提供；甲醛（AR），济南殿华化工科技有限公司提供；酚酞，天津市致远化学试剂有限公司提供。

1.2 主要仪器

SB-3200DTD 型超声波清洗器，宁波新芝生物科技股份有限公司产品；1000C 型多功能粉碎机，永康市玖蓝五金制品有限公司产品；FA2104 型电子分析天平，上海津平科学仪器有限公司产品；酸度计，上海越平科学仪器有限公司产品；台式离心机，江苏新春兰科学仪器有限公司产品。

1.3 试验方法

1.3.1 超声辅助酶解工艺流程

香菇柄粉碎→加水混匀→调pH 值→超声辅助加热、保温酶解→加热灭酶→冷却→离心→酶解液。

1.3.2 香菇柄酶解工艺单因素试验设计

以香菇柄水解度为指标，分别考查pH 值、纤维素酶和木瓜蛋白酶双酶比、酶解温度、酶解时间对香菇柄水解度的影响。酶解工艺根据企业实际生产情况，固定料液比为1∶2，酶添加量为0.5%，按纤维素酶和木瓜蛋白酶双酶比（以下简称双酶比） 分别为（5∶0，4∶1，3∶2，2∶3，1∶4，0∶5），pH值（5.0，5.5，6.0，6.5，7.0） 进行调节，酶解温度（50，55，60，65，70 ℃），酶解时间（60，80，100，120，140 min），酶解结束升温至90 ℃灭酶10 min，冷却后以转速3000 r/min 离心得酶解液。

1.3.3 香菇柄酶解工艺正交试验设计

在单因素试验结果基础上，固定料液比为1∶2，酶添加量为0.5%，以双酶比（A）、pH 值（B）、酶解温度（C）、酶解时间（D） 为因子，以香菇柄水解度（Y） 为考查值，利用四因素四水平进行正交试验设计。

正交试验设计见表1。

表1 正交试验设计

1.3.4 水解度的测定

采用甲醛滴定法。

2 结果与分析

2.1 不同因素对香菇柄水解度的影响

2.1.1 双酶比对香菇柄水解度的影响

纤维素酶和木瓜蛋白酶添加总量为底物的0.5%，料液比为1∶2（g∶mL），pH 值为6.0，酶解温度为60 ℃，酶解时间120 min，考查双酶比对香菇柄水解度的影响。

双酶比对香菇柄水解度的影响见图1。

图1 双酶比对香菇柄水解度的影响

由图1 可知，香菇柄水解度随着木瓜蛋白酶用量增加而增大，但木瓜蛋白酶在达到0.3%（双酶比为2∶3） 时，香菇柄水解度增大趋势变缓。从生产成本考虑，双酶比2∶3 为最佳选择。

2.1.2 pH 值对香菇柄水解度的影响

纤维素酶和木瓜蛋白酶添加总量为底物的0.5%，料液比为1∶2（g∶mL），酶解温度60 ℃，双酶比（2∶3），酶解时间120 min，考查pH 值对香菇柄水解度的影响。

pH 值对香菇柄水解度的影响见图2。

图2 pH 值对香菇柄水解度的影响

由图2 可知，香菇柄水解度随pH 值的增加先增大后减小，pH 值为6 时，香菇柄水解度达到最大值。

2.1.3 酶解温度对香菇柄水解度的影响

纤维素酶和木瓜蛋白酶添加总量为底物的0.5%，料液比为1∶2（g∶mL），pH 值为6.0，双酶比（2∶3），酶解时间120 min，考查酶解温度对香菇柄水解度的影响。

酶解温度对香菇柄水解度的影响见图3。

图3 酶解温度对香菇柄水解度的影响

由图3 可知，香菇柄水解度随酶解温度的增加先增大后减小，水解度最大值的酶解温度是60 ℃。

2.1.4 酶解时间对香菇柄水解度的影响

纤维素酶和木瓜蛋白酶添加总量为底物的0.5%，料液比为1∶2（g∶mL），pH 值为6.0，双酶比（2∶3），酶解温度60 ℃，考查酶解时间对香菇柄水解度的影响。

酶解时间对香菇柄水解度的影响见图4。

图4 酶解时间对香菇柄水解度的影响

由图4 可知，香菇柄水解度随酶解时间延长一直增加，但当酶解时间为100 min 时，香菇柄水解度趋势为缓慢增加，从实际生产角度考虑，选择酶解时间100 min，此时香菇柄水解度最佳。

2.2 香菇柄酶解正交试验优化

基于单因素试验结果，选用L16（45）的正交试验方案进行优化，以期获得最佳酶解条件。以香菇柄水解度为指标值进行正交试验。正交试验结果采用国际通用统计软件SAS 进行分析。

正交试验及结果见表2，正交试验方差分析见表3。

表2 正交试验及结果

由表2 可知，酶解最优的工艺组合为A3B2C2D2，分别是各因素中香菇柄水解度影响最大的水平，通过R 值大小可以看出各因素对香菇柄水解度影响由大到小依次为A>C>B>D，即影响香菇柄水解度的因素主要是双酶比，其次是pH 值、酶解温度、酶解时间。由方差分析表3 可知，4 个因素和模型对香菇柄水解度影响均达到了极显著，通过正交试验得出香菇柄酶解的最佳条件是A3B2C2D2，即双酶比2∶3，pH 值5.5，酶解温度60 ℃，酶解时间100 min。

表3 正交试验方差分析

根据正交试验确定的最佳酶解条件，做重复性试验，对正交试验进行验证，香菇柄水解度平均值为16.4%，验证试验与正交试验结果相符合，说明正交试验确定的酶解条件合理。

3 结论

在单因素试验基础上，采用正交试验优化酶解工艺，极差分析表明各因素对香菇柄水解度影响由大到小依次为双酶比> 酶解温度> pH 值> 酶解时间，正交试验方差分析说明4 个因素和模型对香菇柄水解度影响均达到了极显著，通过正交试验得出优化酶解工艺条件为双酶比2∶3，pH 值5.5，酶解温度60 ℃，酶解时间100 min，在此条件下，香菇柄水解度达16.4%，同时添加纤维素酶可将香菇柄纤维素酶解为还原糖，为进行热反应制备菇精调味料提供部分前体物质，对香菇柄的综合开发具有重要的现实意义。