鄔建國，葛 娟，余 偉，鄧小華，張曉昱

（華中科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，湖北武漢430074）

裂褶菌固體發(fā)酵葛根渣獲取功能產(chǎn)品的條件優(yōu)化

鄔建國，葛 娟，余 偉，鄧小華，張曉昱*

（華中科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，湖北武漢430074）

在搖瓶上對裂褶菌固體發(fā)酵葛根渣獲取功能產(chǎn)品的工藝進行了優(yōu)化，并進行了規(guī)模放大驗證。通過優(yōu)化，獲得了優(yōu)化條件：采用混合葛根渣作為發(fā)酵基質(zhì)，固液比為1∶1.5，麩皮添加量為10%，采用3d菌齡的種子接種，接種量為6mL/100g，發(fā)酵溫度為28℃。在該條件下，葛根異黃酮提升了70%以上，膳食纖維含量提升了5%以上。通過太空包放大工藝驗證，可初步實現(xiàn)搖瓶發(fā)酵結(jié)果。

葛根渣，異黃酮，膳食纖維，裂褶菌，發(fā)酵

葛根是一種常用的可食中藥，因其富含異黃酮、淀粉等物質(zhì)，使其具有較高的經(jīng)濟應(yīng)用價值。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，葛根對心血管系統(tǒng)［1-2］、降血糖［3-4］、雌激素調(diào)節(jié)［5］等具有顯著的療效。安偉建［6］通過研究發(fā)現(xiàn)不同產(chǎn)地和不同品種的葛根其異黃酮含量差異較大，從而出現(xiàn)了不同的葛根加工方法，其中葛根淀粉加工是葛根加工的主流。葛根渣是葛根淀粉加工產(chǎn)生的副產(chǎn)物，鄔建國等［7］人研究發(fā)現(xiàn)可以通過裂褶菌固體發(fā)酵葛根渣獲取葛根功能產(chǎn)品，從而對葛根渣的資源化利用開辟了新的途徑。本文在鄔建國等人研究基礎(chǔ)之上對固體發(fā)酵條件進行進一步的優(yōu)化，以期獲得更優(yōu)的結(jié)果。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

葛根渣 來源于湖北省武漢市黃陂區(qū)野生葛根渣；裂褶菌（Schizophyllum commune） 本研究所保藏，編號DS1；一級種子培養(yǎng)基 去皮馬鈴薯200g，煮沸 30min后過濾，蔗糖 20g，自來水定容至1000mL；固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)基 葛渣10g，自來水18mL。

1.2 實驗方法

1.2.1 固態(tài)發(fā)酵方法 將待試菌株活化培養(yǎng)7d，轉(zhuǎn)接于一級種子培養(yǎng)基中培養(yǎng)4d，接10mL種子液到固體發(fā)酵培養(yǎng)基中，25℃靜止發(fā)酵15d，發(fā)酵物烘干、粉碎，保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2.2 黃酮檢測方法 參照文獻［8］。

1.2.3 膳食纖維檢測方法［9］包括不溶性膳食纖維（IDF）、可溶性膳食纖維（SDF）和總膳食纖維（TDF）的測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同狀態(tài)葛根渣對發(fā)酵的影響

獲取的葛根渣纖維比較發(fā)達，故需機械粉碎，粉碎后通過20目篩，將葛根渣分成兩類，即絨毛狀（未過篩部分）和粉末狀（過篩部分），不同狀態(tài)的葛根渣可能會對發(fā)酵產(chǎn)生影響，結(jié)果見表1和表2。

表1 不同狀態(tài)葛根渣發(fā)酵前主效成分含量

表2 不同狀態(tài)葛根渣裂褶菌發(fā)酵后主效成分含量

由表1可知，不同狀態(tài)的葛根渣其主成分的含量差異較大，其中絨毛狀的葛根渣膳食纖維含量較高。而粉狀葛根渣異黃酮含量較高，經(jīng)對各種狀態(tài)的葛根渣木質(zhì)纖維素成分檢測后，分析其原因可能是絨毛狀木質(zhì)纖維素含量較高，尤其是纖維素含量，從而導(dǎo)致了其膳食纖維含量較高，而粉狀葛根渣木質(zhì)纖維素含量相對較少，且含有一定量的淀粉，通過前面的機械粉碎作用使得部分異黃酮在粉狀葛根渣中得到了一定的富集。

由表2可知，發(fā)酵后三種狀態(tài)的葛根渣其異黃酮含量和膳食纖維含量有較大的變化，其中異黃酮含量普遍有顯著的提升，以混合態(tài)葛根渣提升最為顯著，而膳食纖維含量除絨毛狀葛根渣之外均有少量提升。分析其原因在于葛根渣中木質(zhì)纖維素被菌株DS1降解，導(dǎo)致木質(zhì)纖維素類膳食纖維含量顯著性減少，但同時也進行了一定程度的轉(zhuǎn)化，如多糖等物質(zhì)，使得非木質(zhì)纖維素類膳食纖維含量有一定的提升；同時因為木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu)被菌株DS1破壞，從而使得葛根渣中異黃酮得到了一定程度的富集和易于溶出，使其異黃酮含量得到了顯著提升。以上結(jié)果及分析可知，混合葛根渣是較好的發(fā)酵基質(zhì)。

2.2 不同固液比對發(fā)酵的影響

對于固體發(fā)酵，濕度（固液比）尤為重要，若濕度過大，則會影響發(fā)酵基質(zhì)的氧氣傳遞，從而影響發(fā)酵；若濕度過低，則不利于菌種的生長代謝。為考察最佳的固液比，實驗結(jié)果見表3。

表3 葛根渣不同固液比對發(fā)酵的影響

由表3可知，隨著固液比中水（液）含量的提升，發(fā)酵物異黃酮和膳食纖維含量均先上升后下降，葛根異黃酮和膳食纖維均在1∶1.5的固液比下達到最大值，故1∶1.5的固液比為最佳。

2.3 不同麩皮添加量對發(fā)酵的影響

Elena［10］等人研究發(fā)現(xiàn)在固體發(fā)酵基質(zhì)中添加一定量的麩皮有利于提高發(fā)酵基質(zhì)的孔隙度，使得其有利于發(fā)酵，尤其是產(chǎn)物的合成，本實驗也考察了麩皮對發(fā)酵的影響，結(jié)果見表4。

表4 葛根渣中添加不同量的麩皮對發(fā)酵的影響

由表4可知，麩皮添加在發(fā)酵體系中對發(fā)酵的影響不顯著，但也有一定的作用，當(dāng)麩皮添加量超過10%后，發(fā)酵物中葛根異黃酮和膳食纖維含量穩(wěn)定，故最佳的麩皮添加量選擇為10%。

2.4 不同種齡對發(fā)酵的影響

通過對菌株DS1的生長動力學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，DS1在生長1d后即進入對數(shù)生長期，對于不同生長階段的菌種對發(fā)酵的活力有所不同，實驗結(jié)果見表5。

表5 裂褶菌不同種齡對發(fā)酵的影響

從表5可知，隨著菌株DS1種齡的延長，發(fā)酵物中異黃酮先增后減，而膳食纖維含量一直呈增長趨勢。其原因在于低種齡的種子生物量較少，從而導(dǎo)致發(fā)酵不完全，而種齡在3d后其種子從肉眼觀察接近飽和，到5d后種子液中部分菌種活力下降，從而影響了葛根異黃酮的發(fā)酵富集和釋放。另外，菌株DS1可產(chǎn)生大量的多糖，多糖含量隨著種齡的延長不斷累積，故在膳食纖維含量上就表現(xiàn)為一直上升，但4、5d后變化不顯著，故最佳種齡為3d。

2.5 不同接種量對發(fā)酵的影響

不同種齡的種子實際接種量是不同的，而不同的實際接種量對發(fā)酵的影響不同，結(jié)果見表6。

表6 不同接種量對發(fā)酵的影響

從表6可知，隨著接種量的增大，葛根異黃酮含量先增后減；當(dāng)接種量大于2mL/100g以后，葛根膳食纖維含量穩(wěn)定在一個較小的范圍。故最佳的接種量為6mL/100g。

2.6 不同溫度對發(fā)酵的影響

菌株DS1屬于大型真菌，過低的溫度可使其生長不良，對發(fā)酵不利；較高的溫度可在短時間內(nèi)生長，但長時間的高溫會抑制菌株的代謝，甚至進入休眠和死亡。不同溫度對菌株DS1發(fā)酵的影響見表7。

表7 不同溫度對發(fā)酵的影響

由表7可知，菌株DS1在溫度25～30℃范圍內(nèi)生長代謝較好，當(dāng)溫度達到35℃時，菌株在開始階段長勢較好，但長勢越長越差，又因為在高溫下水分散發(fā)較大，發(fā)酵基質(zhì)濕度不宜控制，故選擇發(fā)酵溫度為28℃。

2.7 太空包放大工藝驗證

為進一步實現(xiàn)固體發(fā)酵能較為方便地擴大化生產(chǎn)，在優(yōu)化條件基礎(chǔ)之上進行了固體太空包發(fā)酵的驗證，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，太空包發(fā)酵樣品中葛根異黃酮含量達到34.60±3.56mg/g，較之搖瓶固體培養(yǎng)水平的葛根異黃酮含量低，但較之原料仍然提升了50%；膳食纖維含量與搖瓶發(fā)酵水平持平。太空包固體發(fā)酵結(jié)果初步驗證了搖瓶的發(fā)酵結(jié)果，但尚需做進一步的優(yōu)化，以便進一步提升葛根異黃酮和膳食纖維的含量。

將太空包發(fā)酵前后的樣品衡重后各取樣品10g進行粉碎，分別依次過篩20、40、60、80、100目，結(jié)果見表8。

表8 發(fā)酵對樣品粒度分布的影響

由表8可知，混合葛根渣經(jīng)DS1發(fā)酵后其微觀物理特性發(fā)生了改變，使樣品更容易粉碎。

3 結(jié)論

通過條件優(yōu)化，得到優(yōu)化條件為：采用混合葛根渣作為發(fā)酵基質(zhì)，固液比為1∶1.5，麩皮添加量為10%，采用3d菌齡的種子接種，接種量為6mL/100g，發(fā)酵溫度為28℃。在該條件下，葛根異黃酮提升了70%以上，膳食纖維含量提升了5%。通過太空包放大工藝驗證，可初步實現(xiàn)搖瓶發(fā)酵結(jié)果，發(fā)酵后發(fā)酵物更有利于粉碎。

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Optimization of solid fermentation condition of kudzu root residue by Schizophyllum commune

WU Jian-guo，GE Juan，YU Wei，DENG Xiao-hua，ZHANG Xiao-yu*
（School of Life Science and Technology，Huazhong University of Science and Technology，Wuhan 430074，China）

The solid fermentation condition of kudzu root residue by Schizophyllum commune DS1 in rock-flask was optimized，and the optimal condition was validated by scale-up in space bag.After the optimization，the optimal condition were that mixed kudzu root residue was the fermentation substrate，and the solid-to-liquid ratio was 1∶1.5，and adding bran was 10%in mass，and seed age was 3 days，and the inoculation volume was 6mL/100g，and the temperature of fermentation was 28℃.Under the condition，the content of isoflavone was increased over 70% and the content of dietary fiber was increased over 5%.At last，the optimal condition was validated in space bag，the result could be realized the one in rock-flask.

kudzu root residue；isoflavone；dietary fiber；Schizophyllum commune；fermentation

TS209

A

1002-0306（2010）12-0192-03

2009-12-09 *通訊聯(lián)系人

鄔建國（1977-），男，在職博士研究生，研究方向：中藥生物技術(shù)和發(fā)酵工程。

武漢市科技計劃資助（200820422190）。