魏書信，王安建，朱廣成，高帥平，李順峰，田廣瑞

（河南省農科院農副產品加工研究所，河南鄭州450002）

響應面法優(yōu)化米曲霉發(fā)酵液嫩化香菇柄工藝*

魏書信，王安建，朱廣成，高帥平，李順峰，田廣瑞

（河南省農科院農副產品加工研究所，河南鄭州450002）

以香菇副產物香菇柄為原料，利用米曲霉發(fā)酵液作為嫩化劑，通過單因素試驗和響應面法試驗，優(yōu)選出米曲霉發(fā)酵液嫩化香菇柄的最佳工藝為發(fā)酵液濃度30.4%、pH自然、處理溫度53℃、處理時間4.8 h。此條件下嫩化處理的香菇柄咀嚼性為16.25 mJ。研究結果表明，米曲霉發(fā)酵液作用于香菇柄的嫩化效果良好。這為香菇柄的深度開發(fā)利用提供了新的思路。

米曲霉；發(fā)酵液；香菇柄；嫩化

香菇柄是香菇商品化處理的主要副產物，約占總菇重的30%左右，100 g菇柄含膳食纖維55.53 g［1］，高含量的膳食纖維使得香菇柄粗韌難嚼、適口性差，以致實際利用率不高［2-4］。由于價格低廉，許多香菇柄因干制不及時、貯藏不當而腐爛被廢棄。為了充分利用香菇柄資源，需對其進行嫩化處理，以改善口感、拓寬用途，從而實現(xiàn)價值提升。目前嫩化研究的主要對象為肉類原料，而關于香菇柄嫩化的研究極少，嫩化方法主要有超聲波法［5］、酶法［6-7］、鈣鹽法［8］、檸檬酸法［9］等。其中酶法嫩化應用最廣泛。米曲霉增殖過程中能產生纖維素酶、蛋白酶等多種酶［10-11］。米曲霉酶系對纖維、蛋白質等物質具有較強的分解作用，用來處理木薯渣、豆渣等高纖維原料可顯著改善其粗韌的口感［12-13］，將其應用于香菇柄嫩化具有技術可行性。本實驗以米曲霉發(fā)酵液為嫩化劑，通過單因素試驗和響應面工藝優(yōu)化試驗，研究米曲霉發(fā)酵液的嫩化效果并優(yōu)化嫩化工藝，以期為香菇柄的全面開發(fā)利用提供一定的理論參考。

1　材料與方法

1.1主要試驗材料

香菇柄：長垣蒲田食用菌專業(yè)合作社提供；米曲霉（Aspergillus oryzae）CICC2085，購于中國工業(yè)微生物菌種保藏管理中心；麥芽汁培養(yǎng)基和麥芽汁瓊脂培養(yǎng)基，購于北京陸橋技術有限責任公司。發(fā)酵培養(yǎng)基：香菇柄粉3%、K2HPO40.1%、MgSO4·7H2O 0.05%、KCl 0.05%、FeSO40.001%，pH自然。

1.2主要儀器與設備

TMS-PRO物性測定儀，美國FTC公司；BIOTECH-3BG-7000A自動發(fā)酵罐，上海保興生物設備工程有限公司；DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器，鄭州予華儀器制造有限公司；FY-35L反壓高溫蒸煮儀，河北方圓儀器設備有限公司；TD4ZWS臺式低速離心機，長沙維爾康湘鷹離心機有限公司；HZQ-X300C恒溫振蕩器，上海一恒科學儀器有限公司。

1.3試驗方法

1.3.1菌種培養(yǎng)

斜面培養(yǎng)：將保存菌種米曲霉接入麥芽汁瓊脂斜面培養(yǎng)基，29℃恒溫培養(yǎng)7 d。

活化培養(yǎng)：將米曲霉斜面菌種接入裝有麥芽汁培養(yǎng)基的三角燒瓶中，29℃恒溫震蕩培養(yǎng)7 d。同法轉接3代，使其恢復活力。

產酶發(fā)酵培養(yǎng)：按1%接種量將米曲霉轉移到裝有液體發(fā)酵培養(yǎng)基的自動發(fā)酵罐中，轉速300 r·min-1，29℃下培養(yǎng)7 d，將發(fā)酵完的產物攪拌均勻，4 000 r·min-1離心10 min，含酶的上清液作為米曲霉發(fā)酵液備用［14］。

1.3.2香菇柄處理方法

選取粗細基本一致的新鮮香菇柄，從根部起切取長度1.5 cm作為待處理香菇柄。取10 g菇根置于裝有70 mL發(fā)酵液稀釋液的三角瓶中，放在恒溫加熱磁力攪拌器上進行嫩化處理。處理結束后煮熟放涼，將菇柄躺放，用物性測定儀進行全質構檢測，取咀嚼性作為嫩化的評判標準。以未嫩化處理直接煮熟放涼的香菇柄作為對照。每組試驗均做3次重復，取平均值。

1.3.3單因素試驗

（1）發(fā)酵液濃度對香菇柄咀嚼性的影響

按照1.3.2方法，將香菇柄置于發(fā)酵液體積百分濃度0、15%、20%、25%、30%、35%的發(fā)酵液稀釋液中，發(fā)酵液稀釋液pH值自然，50℃處理3 h。

（2）pH值對香菇柄咀嚼性的影響

按照1.3.2方法，將香菇柄置于1.3.3（1）篩選的最佳發(fā)酵液濃度的發(fā)酵液稀釋液中，發(fā)酵液稀釋液pH值分別調為4.5、5.5、6.5、7.5、8.5、 9.5，50℃處理3 h。

（3）處理溫度對香菇柄咀嚼性的影響

按照1.3.2方法，將香菇柄置于1.3.3（1）篩選的最佳發(fā)酵液濃度的發(fā)酵液稀釋液中，發(fā)酵液稀釋液pH值調為1.33（2）篩選的最佳pH值，分別在44℃、47℃、50℃、53℃、56℃、59℃下處理3 h。

（4）處理時間對香菇柄咀嚼性的影響

按照1.3.2方法，將香菇柄置于1.3.3（1）篩選的最佳發(fā)酵液濃度的發(fā)酵液稀釋液中，發(fā)酵液稀釋液pH值調為1.3.3（2）篩選的最佳pH值，在1.3.3（3）篩選的最佳溫度下處理3 h。

1.3.4響應面優(yōu)化試驗設計

在單因素試驗結果的基礎上，在自然pH值的條件下，以發(fā)酵液濃度、處理溫度、處理時間為響應因子，以香菇柄的咀嚼性為響應值，根據(jù)Box-Behnken設計三因素三水平優(yōu)化試驗，試驗因素及水平編碼見表1。

表1　響應面法試驗因素及水平編碼Tab.1Test factors and levels of response surface experiment

1.3.5咀嚼性的測定

采用TMS-PRO物性測定儀，選擇TPA-2500N探頭，設定量程為2 500 N，形變量50%，檢測速度60 mm·min-1，最小起始力5 N，停留間隔5 s，將菇柄躺放沿垂直于香菇柄纖維方向測其物性指標。每組樣品選測8個菇柄，咀嚼性取平均值。

1.4數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010和Design-Expert8.0.6進行分析，利用Design-Expert8.0.6和Origin 2015制圖。

2　結果與分析

2.1單因素試驗

2.1.1發(fā)酵液濃度對香菇柄咀嚼性的影響

發(fā)酵液濃度對香菇柄咀嚼性影響試驗的結果見圖1。

由圖1可見，對照組（0）咀嚼性為最高，說明米曲霉發(fā)酵液具有一定的嫩化效果；隨著發(fā)酵液濃度的逐漸增大，咀嚼性呈先降低而后又增高的趨勢，發(fā)酵液濃度為30%時咀嚼性最低。原因是發(fā)酵液中含有纖維素酶、半纖維素酶、蛋白酶等多種酶，酶的催化反應引起菇柄中蛋白、纖維等物質的分解降解，前期隨著發(fā)酵液濃度不斷增加，各種酶促反應加快，從而引起菇柄的咀嚼性降低，當發(fā)酵液濃度超過30%時，酶之間出現(xiàn)競爭性抑制，反而不利于酶促反應的進行，引起咀嚼性上升。30%為香菇柄嫩化的最佳發(fā)酵液濃度。

圖1　發(fā)酵液濃度對香菇柄咀嚼性的影響Fig.1Effect of the fermentation concentration on the chewiness of mushroom stem

2.1.2pH值對香菇柄咀嚼性的影響

固定發(fā)酵液濃度為30%，pH值對香菇柄咀嚼性影響試驗的結果見圖2。

圖2　pH值對香菇柄咀嚼性的影響Fig.2Effect of the pH on the chewiness of mushroom stem

由圖2可見，pH值對咀嚼性的影響呈近V形走勢，pH為6.5時咀嚼性最低，pH逐步變酸或逐漸偏堿時咀嚼性均呈明顯的上升趨勢。分析原因是所有酶均具有最適宜的pH值，米曲霉發(fā)酵液中起嫩化作用的酶類可能均為偏中性酶。6.5為最佳pH值。由于試驗前采取先檢測原始pH值再決定加酸或加堿調節(jié)pH值，得知發(fā)酵液濃度為15%～35%時的pH值為6.1～6.8，區(qū)間包含最佳pH值6.5，本著添加物越少越好的原則，選擇自然pH值為最佳值。

2.1.3處理溫度對香菇柄咀嚼性的影響

固定發(fā)酵液濃度為30%，pH值自然，處理溫度對香菇柄咀嚼性影響試驗的結果見圖3。

圖3　處理溫度對香菇柄咀嚼性的影響Fig.3Effect of the processing temperature on the chewiness of mushroom stem

由圖3可見，在試驗溫度范圍內，隨著溫度的升高，香菇柄的咀嚼性呈現(xiàn)先降低后又升高的趨勢，這是由于前期隨著溫度的升高，復合酶的催化反應加快，但當溫度升至較高時，溫度偏離了酶的最佳作用溫度而導致嫩化效果降低。53℃為最佳處理溫度。

2.1.4處理時間對香菇柄咀嚼性的影響

固定發(fā)酵液濃度為30%，pH值自然，在53℃條件下，處理時間對香菇柄咀嚼性影響試驗的結果見圖4。

圖4　處理時間對香菇柄咀嚼性的影響Fig.4Effect of the processing time on the chewiness of mushroom stem

由圖4可見，前期隨著處理時間的延長，咀嚼性呈快速降低的趨勢，超過5 h后又開始逐步上升。這是由于前期隨著發(fā)酵液中的酶不斷催化菇柄內纖維、蛋白等成分的分解降解而引起咀嚼性的快速降低，5 h酶解達到最高峰，時間再延長時酶解的分解作用增加有限而因長久熱作用累積導致菇柄組織收縮老化的負面作用開始顯現(xiàn)，從而導致咀嚼性升高。最佳酶解時間為5 h。

2.2響應面優(yōu)化試驗結果與分析

響應面試驗設計和結果見表2，試驗結果方差分析見表3。

利用Design Expert分析軟件對試驗數(shù)據(jù)進行回歸分析，得到米曲霉發(fā)酵液處理香菇柄的二次回歸模型：

表2　響應面試驗設計與結果Tab.2Design and results of response surface experiment

模型P=0.0018＜0.01，表明該模型極顯著；失擬項P=0.2481＞0.05，失擬項不顯著，說明本模型受A、B、C以外的其他因素的影響較小。R2=0.9387＞0.8，說明應用該方程對本試驗進行預測和分析的擬合性較好，可信度較高。

方差分析結果表明，A2、B2和C2對香菇柄嫩化的影響都極顯著。比較P值大小可知，在選定的試驗因素水平范圍內，三因素對香菇柄咀嚼性影響大小為：處理時間＞處理溫度＞發(fā)酵液濃度。

根據(jù)響應面試驗結果作出咀嚼性響應面圖，結果見圖5。

表3　試驗結果方差分析Tab.3Variance analysis of test results

由圖5a、圖5b可知，當處理溫度和處理時間不變時，隨著發(fā)酵液濃度的增加，咀嚼性呈先降低后增加的趨勢，濃度范圍在29%～31%時咀嚼性最低；由圖5a、圖5c可以看出，當發(fā)酵液濃度和處理時間固定時，隨著處理溫度的增加，咀嚼性呈先降低后增加的趨勢，溫度范圍在52℃～53℃時咀嚼性最低；由圖5b、圖5c表明，當處理時間和發(fā)酵液濃度不變時，隨著處理時間的增加，咀嚼性呈先緩慢降低后快速提高的趨勢，處理時間為4.5 h～5 h時咀嚼性最低。

根據(jù)響應面法建立的數(shù)學模型分析，預測出米曲霉發(fā)酵液嫩化香菇柄的最佳工藝條件為發(fā)酵液濃度30.36%，處理溫度52.62℃，處理時間4.8 h。在此條件下咀嚼性的預測值為16.114。為驗證此最佳工藝的可靠性，結合試驗儀器的精確度，將最佳工藝參數(shù)修改為發(fā)酵液濃度30.4%，處理溫度53℃，處理時間4.8 h，在此條件下做平行試驗3次，香菇柄的平均咀嚼性為16.25 mJ，與預測值差別很小，說明模型方程與實際試驗具有良好的擬合性。

圖5　因素交互作用對咀嚼性的影響Fig.5 Effect of factor interaction on the chewiness of mushroom stem

3　結論

采用米曲霉發(fā)酵液作為嫩化劑，利用發(fā)酵液中的各種酶作用于香菇柄進行嫩化，單因素和響應面法研究結果表明，米曲霉發(fā)酵液對香菇柄具有良好的嫩化效果。研究優(yōu)化的香菇柄嫩化最佳工藝為發(fā)酵液濃度30.4%、pH自然、處理溫度53℃、處理時間4.8 h。此條件下嫩化處理的香菇柄咀嚼性為16.25 mJ，感官鑒定咬感顯著改善，非常容易咀嚼。

本研究先采用液體發(fā)酵制備米曲霉發(fā)酵液，再以米曲霉發(fā)酵液為嫩化劑稀釋后處理香菇柄，嫩化處理用時只需4 h～5 h。嫩化后的香菇柄色澤，風味基本無變化，與香菇柄直接發(fā)酵處理周期較長、原料呈醬香風味、用途較窄相比，具有顯著的特點，嫩化后的香菇柄適宜加工片狀、粒狀、絲狀等各種食品，極大地拓寬了香菇柄的用途，為香菇柄的深度開發(fā)利用提供了新的途徑。

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Process Oprimization on Tendering Mushroom Stem Using Aspergillus oryzae Fermentation Liquid by Response Surface

WEI Shu-xin，WANG An-jian，ZHU Guang-cheng，GAO Shuai-ping，LI Shun-feng，TIAN Guang-rui
（Institute of Agricultural Products Processing of Henan Academy of Agricultural Science，Zhengzhou 450002，China）

Using the by-products mushrooms stem as raw materials，and the Aspergillus oryzae fermentation liquid as tender agent，by single factor experiment and response surface method，the optimum process of A.oryzae fermentation liquid tendering mushrooms stem was obtained，such as fermentation concentration 30.4%，pH nature，processing temperature 53℃，processing time 4.8 h.Under this condition，the chewing of the mushroom stem was 16.25 mJ.The results showed that the tender effects of A.oryzae fermentation liquid on mushroom stem was good and this provided a new way for the deep development for mushroom stem.

Aspergillus oryzae；fermentation liquid；mushrooms stem；tender

S646.1

A

1003-8310（2016）03-0050-05

10.13629/j.cnki.53-1054.2016.03.011

河南省農業(yè)科學院自主創(chuàng)新專項基金（2015ZZ48）。

魏書信（1972-），男，碩士，副研究員，主要從事農副產品保鮮與加工技術研究。E-mail：hnnkyjgs@163.com

2016-03-16