徐新樂，劉婷婷，張閃閃，劉鴻鋮，同政泉，王大為,

（1.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，吉林長春 130118；2.吉林省糧食精深加工與高效利用工程研究中心，吉林長春 130118；3.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部食用菌加工技術(shù)集成科研基地，吉林長春 130118；4.吉林省糧食精深加工與副產(chǎn)物高效利用技術(shù)創(chuàng)新重點(diǎn)實驗室，吉林長春 130118）

猴頭菇又稱猴頭菌、猴頭蘑，是一種珍貴的藥食兼用真菌[1]。近年來，關(guān)于猴頭菇的報道主要集中于多糖、蛋白等活性成分的提取及生物活性研究[2?4]，然而，提取猴頭菇多糖和蛋白后會產(chǎn)生大量殘渣（HER），其主要成分為膳食纖維，目前僅提取了HER膳食纖維中的幾丁質(zhì)[5?6]，未對HER充分利用，仍會造成猴頭菇資源的浪費(fèi)。因此，以猴頭菇渣為原料制備高品質(zhì)膳食纖維，對提高猴頭菇的利用效率具有重要意義。

膳食纖維被稱為人體“第七大營養(yǎng)素”，根據(jù)溶解性分為水溶性膳食纖維（SDF）和水不溶性膳食纖維（IDF）。食用菌膳食纖維作為一種潛在的功能性膳食纖維已經(jīng)引起國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注[7?8]，但食用菌中SDF含量一般較低[9]，難以達(dá)到高品質(zhì)膳食纖維的要求（SDF含量>10%）[10?11]，因此研究學(xué)者通常采用一些技術(shù)提高SDF含量，進(jìn)而獲得高品質(zhì)食用菌膳食纖維。李西騰[12]采用超聲輔助堿法提高了雞腿菇的SDF得率；Xue等[13]基于主成分分析，確定擠出處理香菇殘渣的最佳條件，顯著提高了SDF含量，改善了香菇DF的理化性質(zhì)；劉學(xué)成[14]對金針菇DF進(jìn)行高溫蒸煮處理，其結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)均有改善，并且具有良好的減肥降脂作用。而目前對于猴頭菇高品質(zhì)膳食纖維的高效制備、結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)的研究鮮見報道。

超聲-微波輔助酶法（UMAE）作為一種聯(lián)合技術(shù)，可以有效破壞物料的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，有助于物料中SDF的溶出，具有條件溫和、反應(yīng)時間短、效率高等特點(diǎn)[15]，可作為一種高效制備高品質(zhì)膳食纖維的理想技術(shù)。因此，本研究以猴頭菇渣為原料，采用UMAE制備猴頭菇高品質(zhì)膳食纖維，通過正交試驗篩選最佳工藝，同時對其結(jié)構(gòu)及功能性質(zhì)進(jìn)行分析，為猴頭菇渣作為高品質(zhì)膳食纖維的潛在來源提供一定理論基礎(chǔ)，實現(xiàn)猴頭菇渣高附加值綜合利用。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

猴頭菇 沃爾瑪超市；堿性蛋白酶（酶活20×104U/g） 諾維信（中國）生物技術(shù)有限公司；纖維素酶（酶活1000 U/g） 美國Sigma公司；膽固醇 上海新興化工試劑研究所；鄰苯二甲醛 山東西亞化學(xué)股份有限公司；其他試劑 均為為北京化工廠分析純。

MB35水分測定儀 奧豪斯儀器（上海）有限公司；UWave-1000 微波·紫外·超聲波三位一體合成萃取反應(yīng)儀 上海新儀微波化學(xué)科技有限公司；UV2100紫外可見分光光度計 北京普析通用儀器有限公司；IR RESTIGE-21傅里葉變換紅外光譜儀 日本島津公司；MiniFlx 600臺式X射線衍射儀 日本理學(xué)株式會社。

1.2 實驗方法

1.2.1 猴頭菇渣的制備 挑選形態(tài)不完整的猴頭菇，粉碎后過80目篩，稱取一定質(zhì)量按料液比1:20加入0.075 mol/L NaOH溶液，用磁力攪拌器提取猴頭菇蛋白，在溫度45 ℃下提取3 h，提取次數(shù)為2次，提取完畢，離心分離，合并沉淀調(diào)節(jié)pH為中性。參考Wu等[16]的方法提取沉淀中的多糖，提取后離心分離，沉淀即為猴頭菇渣，在55 ℃下干燥，備用。

1.2.2 基礎(chǔ)成分的測定 水分測定參照GB 5009.3-2016；脂肪測定參照GB 5009.6-2016，蛋白測定參照GB 5009.5-2016；灰分測定參照GB 5009.4-2016；膳食纖維測定參照GB 5009.88-2014。

1.2.3 普通猴頭菇膳食纖維（HE-DF1）的制備 參照GB 5009.88-2014《食品中膳食纖維的測定》，稱取5.0 g猴頭菇渣按料液比1:40加入蒸餾水，經(jīng)堿性蛋白酶酶解，沸水浴滅酶，用4倍體積的95%乙醇溶液醇沉，經(jīng)洗滌、抽濾、干燥后即得HE-DF1。

1.2.4 高品質(zhì)猴頭菇膳食纖維（HE-DF2）制備的工藝優(yōu)化

1.2.4.1 制備工藝 準(zhǔn)確稱取所需粒度的猴頭菇渣5.0 g，按料液比1:40加入蒸餾水，經(jīng)堿性蛋白酶酶解后，調(diào)節(jié)pH5.5，加入一定量的纖維素酶，在一定的溫度、時間和功率下對猴頭菇渣進(jìn)行處理，取出后沸水浴滅酶，用4倍體積的95%乙醇溶液醇沉，經(jīng)洗滌、抽濾、干燥后即得HE-DF2。

1.2.4.2 單因素實驗 選取物料粒度、酶添加量、微波溫度、超聲功率、酶解時間為單因素考察因素。物料粒度40、60、80、100、120目，纖維素酶添加量1%、2%、3%、4%、5%、6%，微波溫度35、40、45、50、55、60 ℃，超聲功率250、300、350、400、450、500 W，酶解時間15、30、45、60、75、90 min，以產(chǎn)物HE-DF2的SDF含量、持油力和膽固醇吸附能力為指標(biāo)，平行做3組試驗。單因素實驗中固定試驗條件為物料粒度80目，酶添加量3%，微波溫度50 ℃，超聲功率400 W，酶解時間 45 min。

1.2.4.3 正交試驗 根據(jù)單因素實驗結(jié)果，以HEDF2的SDF含量、持油力、膽固醇吸附能力及綜合評分為評價指標(biāo)，設(shè)計L16（45）正交試驗，因素與水平如表1所示。

利用綜合評價的方法[17]，根據(jù)指標(biāo)對工藝的影響，給予不同的權(quán)重系數(shù)。SDF含量通常是衡量DF品質(zhì)優(yōu)劣的關(guān)鍵指標(biāo)，將SDF含量的權(quán)重系數(shù)設(shè)為0.4；為提高猴頭菇膳食纖維的體外降血脂功能，將持油力和膽固醇吸附能力設(shè)為考察指標(biāo)，權(quán)重系數(shù)均為0.3，各指標(biāo)中以最高者為100分，再進(jìn)行加權(quán)求和。按照下列公式計算綜合評分。

1.2.5 HE-DF2的SDF含量、持油力（OHC）和膽固醇吸附能力（CBC）的測定 SDF含量測定參照GB 5009.88-2014《食品中膳食纖維的測定》；OHC測定參考張艷榮等[18]的方法；CBC（pH=7，模擬腸的環(huán)境）測定參考趙梅[19]的方法。

1.2.6 傅里葉紅外光譜（FT-IR）分析 將干燥樣品2 mg與KBr粉末200 mg充分混勻，研磨、壓片，在4000~400 cm?1進(jìn)行紅外光譜掃描。

1.2.7 X-射線衍射掃描（XRD）分析 取干燥后的樣品于樣品凹槽內(nèi)用玻璃板壓緊，將其放入衍射儀掃描。X-衍射條件為：Cu輻射，電壓40 kV，電流15 mA，步寬0.01°，掃描速率10 °/min，掃描范圍3°~90°。

1.2.8 理化性質(zhì)測定 持水力（WHC）測定參考劉婷婷等[20]的方法；OHC測定同1.25；膨脹力（SC）測定參考Liu等[21]的方法；結(jié)合水力（WBC）測定參考樊紅秀[22]的方法；CBC測定同1.2.5，并同時測定HE-DF1和HE-DF2在pH=2（模擬胃的環(huán)境）時的CBC值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

每組實驗重復(fù)3次，實驗數(shù)據(jù)采用SPSS17.0軟件進(jìn)行方差及顯著性分析，Origin7.5軟件進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 基礎(chǔ)成分分析

由表2可知，HER中TDF含量高達(dá)87.35%，其可作為一種良好的膳食纖維來源。HE-DF1和HE-DF2中TDF含量無顯著性差異，但HE-DF2中SDF含量顯著高于HER與HE-DF1（P<0.05）。

2.2 單因素實驗結(jié)果

2.2.1 物料粒度的影響 由表3可知，物料粒度對SDF含量有一定影響，目數(shù)越高，粒度越小，物料與溶劑接觸的表面積增大，有助于SDF溶出。但粒度過小，物料容易粘聚成團(tuán)，與溶劑接觸的表面積減小，SDF含量下降。整個過程中持油力隨粒度的減小一直增大，這與不同物料粒度對孜然膳食纖維持油力的影響結(jié)果一致[23]。膽固醇吸附能力隨粒度的變化先增大后減小，當(dāng)粒度減小，其結(jié)構(gòu)變得疏松，極性基團(tuán)增多，但粒度過小又會對其結(jié)構(gòu)造成一定程度的破壞[24]，膽固醇吸附能力下降。綜合考慮選擇60、80、100、120目進(jìn)行正交試驗。

2.2.2 酶添加量的影響 由表4可知，隨著纖維素酶添加量的增加，HE-DF2的SDF含量、持油力和膽固醇吸附能力均升高，可能是由于物料與酶的接觸機(jī)會增大，SDF因細(xì)胞壁的破裂而大量溶出，使HEDF2結(jié)構(gòu)更加疏松[25]。當(dāng)酶添加量到一定程度時，其底物作用完全，不會再有大量纖維素被降解，因此HE-DF2的SDF含量及體外吸附性能基本保持穩(wěn)定。綜合考慮選擇酶添加量2%、3%、4%、5%進(jìn)行正交試驗。

表 1 正交試驗因素和水平Table 1 Orthogonal test factors and levels

表 2 基礎(chǔ)成分分析（%）Table 2 Basic ingredients analysis (%)

表 3 物料粒度對HE-DF2的SDF含量、持油力和膽固醇吸附能力的影響Table 3 Effects of material particle size on SDF content,OHC and CBC of HE-DF2

表 4 酶添加量對HE-DF2的SDF含量、持油力和膽固醇吸附能力的影響Table 4 Effects of enzyme addition on SDF content,OHC and CBC of HE-DF2

2.2.3 微波溫度的影響 由表5可知，微波溫度在35~50 ℃時，HE-DF2的SDF含量和膽固醇吸附能力不斷增加，當(dāng)微波溫度超過55 ℃時呈降低趨勢。適宜的微波溫度可以加快酶的催化速率，促使IDF水解為SDF，繼而膽固醇吸附能力增加。而微波溫度過高，酶的活性降低或喪失，酶解反應(yīng)受到抑制[26]，從而使SDF含量和膽固醇吸附能力降低。整個過程中，HE-DF2的持油力沒有發(fā)生顯著變化，可能是因為微波溫度變化膳食纖維中親脂基團(tuán)的暴露影響不大[27]。綜合考慮選擇微波溫度45、50、55、60 ℃進(jìn)行正交試驗。

表 5 微波溫度對HE-DF2的SDF含量、持油力和膽固醇吸附能力的影響Table 5 Effects of microwave temperature on SDF content,OHC and CBC of HE-DF2

2.2.4 超聲功率的影響 由表6可知，HE-DF2的SDF含量和體外吸附能力隨超聲功率的變化先升高后降低。當(dāng)超聲功率增加，其空化效應(yīng)產(chǎn)生大量空化氣泡，氣泡破裂產(chǎn)生能量使細(xì)胞壁破裂，促使SDF溶出和物料結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，HE-DF2的吸附性能得到增強(qiáng)，但超聲功率過大可能會使纖維素過度水解成小分子片段，破壞膳食纖維結(jié)構(gòu)[15]，SDF含量和體外吸附能力降低。綜合考慮選擇超聲功率250、300、350、400 W進(jìn)行正交試驗。

表 6 超聲功率對HE-DF2的SDF含量、持油力和膽固醇吸附能力的影響Table 6 Effects of ultrasonic power on SDF content,OHC and CBC of HE-DF2

2.2.5 酶解時間的影響 由表7可知，酶解時間對HE-DF2的SDF含量和體外吸附性能有一定影響，酶解時間延長至60 min時，HE-DF2的SDF含量和持油力達(dá)到最高。酶解時間繼續(xù)延長，纖維素的水解度增強(qiáng)，膳食纖維結(jié)構(gòu)可能被破壞，影響其SDF含量及體外吸附性能[28]。綜合考慮選擇酶解時間45、60、75、90 min進(jìn)行正交試驗。

表 7 酶解時間對HE-DF2的SDF含量、持油力和膽固醇吸附能力的影響Table 7 Effects of enzymatic hydrolysis time on SDF content,OHC and CBC of HE-DF2

2.3 正交試驗結(jié)果

由表8中R值可知，各因素對綜合評分的影響順序為A>C>B>E>D。表9的方差分析結(jié)果顯示，A、B、C、E為極顯著因素（P<0.01），D為顯著因素（P<0.05），這一結(jié)果與極差分析結(jié)果一致。最優(yōu)組合為A2B2C3D2E3，需進(jìn)行驗證試驗，該工藝制備HEDF2的SDF含量為12.89%±0.12%，持油力為（2.05±0.01）g/g，膽固醇吸附能力為（36.84±0.59）mg/g，總體高于正交表中最佳組合A2B2C1D4E3，即最優(yōu)組合為物料粒度80目、酶添加量3%、微波溫度55 ℃、超聲功率300 W、酶解時間75 min。此外，對16組HEDF2的SDF含量、持油力和膽固醇吸附能力進(jìn)行相關(guān)性分析，表10顯示，SDF含量與膽固醇吸附能力存在正相關(guān)關(guān)系（r=0.43，P<0.05），與持油力的相關(guān)關(guān)系不明顯（P>0.05），這一結(jié)果與Zhu等[25]研究結(jié)果相似，木聚糖酶處理可以增加谷子麩皮膳食纖維中SDF含量，并與膳食纖維的膽固醇吸附能力呈正相關(guān)。

表 8 正交試驗結(jié)果Table 8 Orthogonal experimental results

表 9 方差分析結(jié)果Table 9 ANOVA result of orthogonal test

表 10 相關(guān)性分析結(jié)果Table 10 Result of correlation analysis

2.4 FT-IR分析

由圖1可看出，HE-DF1和HE-DF2具有相似的光譜分布，均具有多糖的特征吸收峰。經(jīng)UMAE處理后，HE-DF2中的羥基吸收峰向低波數(shù)移動，由3417.05 cm?1變?yōu)?383.73 cm?1，并且此處吸收峰增強(qiáng)，表明纖維素分子內(nèi)的糖苷鍵斷裂，暴露出更多的羥基基團(tuán)，這會增強(qiáng)其親水性。HE-DF2沒有新的化學(xué)基團(tuán)出現(xiàn)，只是峰強(qiáng)度明顯增加，說明UMAE主要破壞纖維素和半纖維素的β-糖苷鍵以及鏈間和鏈內(nèi)氫鍵，使膳食纖維結(jié)構(gòu)疏松，表面積增加，從而影響其體外吸附能力[29]。

圖 1 樣品的紅外光譜掃描Fig.1 Infrared spectrum scanning of samples

2.5 XRD分析

纖維素類物質(zhì)一般由結(jié)晶區(qū)（70%）和無定形區(qū)（30%）組成[30]。由圖2可看出，HE-DF1與HE-DF2的X-射線衍射圖在峰形上相似，分別在2θ為19.15°和20.05°處有明顯的結(jié)晶衍射峰，表現(xiàn)為纖維素I型特征[31?34]。與HE-DF1相比，HE-DF2的峰形和出峰位置基本沒有變化，說明該纖維的結(jié)晶構(gòu)型未發(fā)生顯著改變。衍射的強(qiáng)度有所降低，且經(jīng)Jade 6.5擬合后發(fā)現(xiàn)，相對結(jié)晶度由10.84%降低為8.42%，可能是UMAE使結(jié)晶區(qū)纖維素分子間的部分氫鍵破壞，膳食纖維結(jié)構(gòu)更加松散、無序[32]，從而影響其理化性質(zhì)。

圖 2 樣品的X-射線衍射圖Fig.2 X-ray diffraction pattern of samples

2.6 理化性質(zhì)分析

由表11可看出，與HE-DF1相比，HE-DF2的WHC、OHC、SC、WBC分別提高了51.34%、73.73%、93.02%、59.94%，可能是因為超聲-微波的機(jī)械破碎作用和高能穿透效應(yīng)使物料斷裂成更多小碎片，纖維素酶與物料充分接觸，酶解效率提高，促使HE-DF2的結(jié)構(gòu)更加松散、多孔，從而暴露出更多的親水和親油基團(tuán)，使理化性質(zhì)有所改善[34]。WHC、OHC和SC可以預(yù)示膳食纖維體外膽固醇吸附能力[35]，由此可初步推測，與HE-DF1相比，HE-DF2的體外降膽固醇效果更好。

表 11 樣品的理化性質(zhì)分析Table 11 Analysis of physical and chemical properties of samples

膳食纖維可以吸附膽固醇，使其隨糞便排出，降低體內(nèi)膽固醇含量[36]。由表11可以看出，HE-DF2比HE-DF1的膽固醇吸附能力明顯增強(qiáng)，這可能是由于UMAE對猴頭菇渣中IDF起到降解作用，SDF含量增加，并且HE-DF2的結(jié)構(gòu)變得疏松，表面積增大，從而使其吸附能力有所增強(qiáng)。此外，pH=7.0時膽固醇吸附能力均大于pH=2.0時，由此可推測，猴頭菇膳食纖維對膽固醇的吸附能力主要在腸道中起作用。

3 結(jié)論

以猴頭菇渣為原料，利用UMAE制備猴頭菇高品質(zhì)膳食纖維，通過單因素和正交試驗優(yōu)化最佳工藝，當(dāng)物料粒度80 目、酶添加量3%、微波溫度55 ℃、超聲功率300 W、酶解時間75 min時，HE-DF2的SDF含量為12.89%±0.12%，持油力為（2.05±0.01）g/g，膽固醇吸附能力為（36.84±0.59）mg/g。FT-IR、XRD結(jié)果顯示UMAE可改變膳食纖維的微觀結(jié)構(gòu)，且與膳食纖維體外吸附性能的提高有密切的關(guān)系。理化性質(zhì)結(jié)果表明，HE-DF2的持水力、膨脹力、結(jié)合水力分別為（10.76±0.10）g/g、（13.82±0.29）mL/g、（5.47±0.15）g/g，均符合高品質(zhì)膳食纖維的要求，且具有良好的膽固醇吸附能力。本研究可為猴頭菇高品質(zhì)膳食纖維作為功能因子及進(jìn)行體內(nèi)降血脂研究奠定理論基礎(chǔ)。