徐洪宇，劉歡，張亞旗，許子剛，隋新*

（1.吉林化工學院生物與食品工程學院，吉林吉林132022；2.黑龍江八一農(nóng)墾大學食品學院，黑龍江大慶163319；3.黑龍江農(nóng)墾職業(yè)學院食品工程分院，黑龍江哈爾濱150025）

響應面法優(yōu)化金針菇中水溶性膳食纖維的提取工藝

徐洪宇1，劉歡2，張亞旗1，許子剛3，隋新1*

（1.吉林化工學院生物與食品工程學院，吉林吉林132022；2.黑龍江八一農(nóng)墾大學食品學院，黑龍江大慶163319；3.黑龍江農(nóng)墾職業(yè)學院食品工程分院，黑龍江哈爾濱150025）

該研究采用超聲波輔助堿法提取金針菇可溶性膳食纖維（SDF），利用響應面法對金針菇SDF的提取工藝進行優(yōu)化。選取液料比、超聲時間、超聲溫度、堿液質(zhì)量分數(shù)為影響因素，以金針菇SDF提取率為響應值，應用Box-Behnken試驗設計建立數(shù)學模型，進行響應面分析，并對其理化性質(zhì)進行檢測。結(jié)果表明，超聲波輔助堿法提取金針菇SDF的優(yōu)化工藝條件為超聲功率150 W，液料比10∶1（mL∶g）、超聲時間69 min，超聲溫度49℃，堿液質(zhì)量分數(shù)5.10%。在此條件下金針菇SDF提取率可達20.25%，持水力為5.18 g/g，膨脹性為4.64 mL/g，持油力為4.77 g/g。

金針菇；可溶性膳食纖維；超聲波輔助堿法；響應面優(yōu)化

金針菇為口蘑科（Tricholomataceae）金錢菌屬（Flammulina）[1]，是世界上著名的食藥兩用菌和觀賞菌，含有多糖、火菇毒素、倍半萜等多種生物活性物質(zhì)[2]，其中火菇毒素能夠改變腸上皮細胞的滲透性從而促進各種成分的吸收[3-4]。并且經(jīng)常食用金針菇來補充人體所需的精氨酸，能夠明顯解除人體氨中毒，同時對預防肝昏迷現(xiàn)象的發(fā)生有積極的效果[5]。除此之外，金針菇中還含有大量的膳食纖維，可以預防和緩解便秘，其熱量低，是負卡路里的食物。金針菇營養(yǎng)豐富、形美、味鮮，具有較強觀賞價值及食用價值，具有很好的開發(fā)潛力。

膳食纖維具有降低人體內(nèi)膽固醇含量，防止人體腸道癌變，改善糖尿病患者的糖耐受性等作用[6-7]。按其溶解性分為可溶性膳食纖維（soluble dietary fiber，SDF）和不可溶性膳食纖維。SDF能促進腸道中益生菌群生長繁殖，可以作為減少血漿中低密度脂蛋白膽固醇的含量，同時具有促進胃腸蠕動、維持腸道生態(tài)系統(tǒng)平衡，以及清除體內(nèi)自由基等生理功能，并且其攝入量和人體質(zhì)量及身體的脂肪含量成反比[8-9]，所以SDF對人體有著至關重要的作用。

本研究采用超聲波輔助堿法提取金針菇SDF，運用響應面優(yōu)化提取工藝條件，為增加金針菇的綜合利用，以及對金針菇膳食纖維提取提供試驗依據(jù)及理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮金針菇：市售，分成菇柄和菇體，置于60℃鼓風干燥箱中進行干燥，質(zhì)量恒定后粉碎過80目篩，并存放于樣品瓶中；玉米胚芽油：吉林市大潤發(fā)超市。

氫氧化鈉、冰乙酸及乙醇等（均為分析純）：國藥集團化學試劑有限公司；木瓜蛋白酶（酶活為50萬U/g，生化試劑）：北京奧博星生物技術有限責任公司。

1.2 儀器與設備

FA1004A分析天平：上海精天電子儀器有限公司；DK-98-IIA電熱恒溫水浴鍋：天津市泰斯特儀器有限公司；KQ3200DE超聲波清洗器：昆山市超聲儀器有限公司；80-2高速離心機：金壇市華城開元實驗儀器廠；pH酸度計：梅特勒-托利多儀器有限公司；DHG-9240A鼓風干燥箱：上海一恒科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 試驗流程

準確稱取2.00 g樣品置于燒杯中，加入蛋白酶（pH 7、40℃、30min、0.6%）除去蛋白質(zhì)，加入一定質(zhì)量濃度的NaOH溶液，在150 W超聲條件下提取一定時間后離心，收集上清液，采用1∶1醋酸溶液調(diào)節(jié)上清液的pH至7，加入4倍體積的無水乙醇，靜置24 h，抽濾得金針菇SDF，干燥后稱量其質(zhì)量[10]。SDF提取率計算公式如下：

1.3.2 單因素試驗

稱取2.00 g樣品，分別考察液料比（7∶1、8∶1、9∶1、10∶1、11∶1）（mL∶g）、堿液質(zhì)量分數(shù)（3%、4%、5%、6%、7%）、超聲時間（10min、30min、50min、70min、90min）、超聲溫度（20℃、30℃、40℃、50℃、60℃）對金針菇SDF提取率的影響。

1.3.3 響應面試驗設計

根據(jù)單因素試驗結(jié)果，設計4因素3水平的響應面分析方法，選擇液料比、堿液質(zhì)量分數(shù)、超聲時間、超聲溫度4個對金針菇SDF提取率影響顯著的因素為自變量，共27個試驗點，其中24個為析因點，3個為零點，以金針菇SDF提取率（Y）為響應值，響應面試驗因素與水平如表1所示。

表1 提取條件優(yōu)化響應面試驗因素與水平Table 1 Factors and levels of response surface methodology for extraction conditions optimization

1.3.4 金針菇SDF持水力測定

取1.00 g金針菇SDF（m0）于100 mL燒杯中，在25℃條件下加入75 mL蒸餾水攪拌24 h，3 000 r/min離心30 min，除去上清液，稱量吸水后的金針菇SDF質(zhì)量（m1），按下式計算金針菇SDF的持水力[11]：

1.3.5 金針菇SDF膨脹性測定

準確稱取1.00 g金針菇SDF（m），置于15 mL量筒中，讀取干品體積（V0），準確吸取25℃10 mL蒸餾水，室溫下振蕩搖勻后，靜置24 h，記錄其膨脹后的體積（V1），按下式計算金針菇SDF的膨脹性[12]： 1.3.6金針菇SDF持油力測定

取1.00 g金針菇SDF（m0）與20 mL玉米胚芽油在50 mL離心管中混合均勻，40 min后將混合物在1 500 r/min條件下離心20 min，棄去上清液，稱量剩余沉淀質(zhì)量（m1），按下式計算金針菇SDF的持油力[13]：

2 結(jié)果與分析

2.1 金針菇菇柄和菇體中SDF含量

分別稱取金針菇菇柄和菇體粉末，按照1.3.1的試驗流程進行SDF含量測定，得到金針菇中菇柄SDF含量為5.56%，菇體SDF含量為5.32%，可見金針菇的菇柄和菇體中SDF的含量相近，即SDF在金針菇中分布均勻，故后續(xù)實驗中稱取的金針菇樣品為菇柄和菇體混合后的材料。

2.2 超聲-堿法提取對金針菇SDF提取率的影響

2.2.1 液料比對金針菇SDF提取率的影響

圖1 液料比對金針菇可溶性膳食纖維提取率的影響Fig.1 Effect of liquid-solid ratio on the extraction rate of soluble dietary fiber

不同的液料比對金針菇SDF提取率的影響見圖1。由圖1可知，當液料比＜10∶1（mL∶g）時，隨著液料比的增加，金針菇SDF的提取率相應增大；但由于金針菇中SDF含量有限，當隨著液料比繼續(xù)增加，直至SDF在溶劑中的擴散達到平衡后，其提取率不再升高。當液料比達到10∶1（mL∶g）后，可能由于試驗過程中帶來的誤差等原因，致使SDF提取率略有減小。綜合考慮經(jīng)濟與環(huán)境等因素，選擇最佳液料比為10∶1（mL∶g）。

2.2.2 堿液質(zhì)量分數(shù)對金針菇SDF提取率的影響

不同的堿液質(zhì)量分數(shù)對金針菇SDF提取率的影響見圖2。由圖2可知，堿液質(zhì)量分數(shù)為3%～5%時，SDF提取率隨堿液質(zhì)量分數(shù)增加呈上升趨勢，這可能是由于原料中SDF在堿性條件下溶解，同時皂化水解原料中少量脂肪，雜質(zhì)不斷減少，使其提取率上升；但堿液質(zhì)量分數(shù)由5%增加至7%后，由于堿液過量后，果膠脫去果膠酯酸上的甲基而溶解，致使SDF提取率降低，考慮到添加堿液質(zhì)量越高，產(chǎn)品顏色越深以及經(jīng)濟等原因，浸提堿液質(zhì)量分數(shù)選擇5%。

圖2 堿液質(zhì)量分數(shù)對金針菇可溶性膳食纖維提取率的影響Fig.2 Effect of alkali concentration on the extraction rate of soluble dietary fiber

2.2.3 超聲時間對金針菇SDF提取率的影響

圖3 超聲時間對金針菇可溶性膳食纖維提取率的影響Fig.3 Effect of ultrasonic time on the extraction rate of soluble dietary fiber

超聲時間對金針菇SDF提取率的影響見圖3。由圖3可知，金針菇SDF提取率隨超聲作用時間的延長而增大，這主要是因為超聲時間的延長強化了超聲波的各種效應，有利于SDF的溶出，提高了金針菇SDF的提取率。當超聲時間超過70 min后，SDF因與堿液的長時間接觸，造成SDF中的一些果膠類物質(zhì)溶解，使其提取率降低，所以70 min時金針菇SDF提取率較佳，故選擇超聲時間為70 min。

2.2.4 超聲溫度對金針菇SDF提取率的影響

超聲溫度對金針菇SDF提取率的影響見圖4。由圖4可知，當超聲溫度低于50℃時，金針菇SDF提取率隨提取溫度的升高而增大，當溫度高于50℃時，金針菇SDF提取率反而下降?？赡苡捎谶^高的超聲溫度可使目標物降解，致使SDF提取率降低，所以當超聲溫度為50℃時金針菇SDF提取率較佳。

圖4 超聲溫度對金針菇可溶性膳食纖維提取率的影響Fig.4 Effect of ultrasonic temperature on the extraction rate of soluble dietary fiber

2.3 響應面優(yōu)化試驗結(jié)果分析

2.3.1 模型的建立與顯著性檢驗

表2 響應面試驗試驗設計及結(jié)果Table 2 Design and results of response surface methodology

根據(jù)單因素試驗結(jié)果，以液料比、堿液質(zhì)量分數(shù)、超聲時間、超聲溫度為評價因素，SDF提取率為評價指標，進行4因素3水平的響應面試驗分析，試驗結(jié)果見表2，方差分析見表3。

表3 響應面試驗方差分析Table 3 Variance analysis of response surface methodology

利用Design-Expert 8.0.6對表2中試驗數(shù)據(jù)進行二次線性回歸擬合，回歸方程為：Y=20.28-0.045A+0.66B+0.36C-0.46D-1.20AB+1.86AC-1.59AD-4.58A2-3.36B2-3.31C2-3.32D2

由表3可知，模型極顯著（P＜0.000 1），決定系數(shù)為0.951 6，失擬項不顯著（P＞0.05），說明所得二次回歸方程高度顯著，能較好的對響應值進行預測。由F值得大小可知，影響因素的主次順序為：堿液質(zhì)量分數(shù)＞超聲溫度＞超聲時間＞液料比。

2.3.2 交互效應分析

液料比、堿液質(zhì)量分數(shù)、超聲時間、超聲溫度交互作用的響應面及等高線圖直觀地反映了各因素交互作用對響應值的影響。在某一因素條件固定不變的情況下，考察交互作用顯著的交互項對SDF提取率的影響，并對模型進行降維分析。所得的響應面及等高線如圖5所示。

由圖5可知，SDF提取率隨各因素水平的增大，呈先增大后減小，各因素交互作用的等高線呈橢圓形，說明交互作用顯著。曲面的陡峭程度可以反映出液料比、堿液質(zhì)量分數(shù)、超聲時間和超聲溫度4個因素分別對響應值影響的大小，響應曲面越陡表示對響應值影響越大，越緩表示對響應值影響越小。堿液質(zhì)量分數(shù)對SDF提取率影響的等高線相對密集，超聲溫度和超聲時間對SDF提取率影響的等高線相對稀疏，液料比對SDF提取率的等高線最稀疏，說明堿液質(zhì)量分數(shù)對SDF提取率的影響更顯著，液料比的影響最弱，這也與表3的分析一致。

圖5 液料比、堿液質(zhì)量分數(shù)、超聲溫度、超聲時間交互作用對金針菇可溶性膳食纖維提取率的影響Fig.5 Effects of interaction of effects of interaction between liquidsolid ratio,alkali concentration,ultrasonic temperature and time on the extraction rate of soluble dietary fiber from F.valutipes

通過對模型分析確定最優(yōu)工藝條件為液料比10∶1（mL∶g），堿液質(zhì)量分數(shù)5.10%，超聲時間69 min，超聲溫度49℃，在此條件下金針菇SDF提取率為20.25%。為了進一步驗證模型分析的準確性，對優(yōu)化后的參數(shù)進行驗證試驗（三組平行試驗），平均提取率為20.31%，與預測值相差0.06%。因此采用響應面分析法優(yōu)化得到的工藝參數(shù)準確可靠，有較強的實用價值。

2.4 金針菇SDF的理化特性

持油力、持水力、膨脹性的大小是衡量膳食纖維品質(zhì)好壞的重要特性。表4為測得的金針菇SDF的理化指標，其持水力高于蘋果渣膳食纖維4.2 g/g[14]、蔗渣膳食纖維3.6 g/g[15]、花生殼殼膳食纖維2.64 g/g[16]、葡萄皮渣膳食纖維2.98 g/g[17]，并高于譚屬瓊等[18]報道的金針菇膳食纖維的持水力3.75 g/g；所測得的膨脹性高于蠶豆種皮膳食纖維4.0 mL/g[19]、花生殼膳食纖維3.1 mL/g[16]、葡萄皮渣膳食纖維1.75 mL/g[17]，并高于譚屬瓊等[18]報道的金針菇膳食纖維的膨脹性3.95 mL/g；所測得的持油力高于花生殼膳食纖維1.12 g/g[16]、葡萄皮渣膳食纖維1.05 g/g[17]以及蠶豆膳食纖維4.48 g/g[19]?？梢?，采用超聲波輔助堿法提取的膳食纖維，其理化性質(zhì)更突出，這主要是由于本試驗在去除金針菇中的非膳食纖維成分后，膳食纖維暴露出來網(wǎng)狀空間結(jié)構(gòu)、親水基團，因而對水分子和某些物質(zhì)顯示出更強的吸附性。

表4 金針菇膳食纖維理化特性Table 4 Physical and chemical properties of soluble dietary fiber fromF.valutipes

3 結(jié)論

本研究采用超聲波輔助堿法提取金針菇SDF，通過單因素試驗和Box-Behnken試驗對SDF提取工藝進行優(yōu)化。在試驗范圍內(nèi)所選因素對金針菇SDF得率影響大小順序為：堿液質(zhì)量分數(shù)＞超聲溫度＞超聲時間＞液料比；通過響應面試驗獲得的優(yōu)化工藝條件為：液料比10∶1（mL∶g）、超聲時間69 min、提取溫度49℃、堿液質(zhì)量分數(shù)5.10%，在此條件下SDF提取率可達20.25%；其持水力為5.18 g/g、膨脹性為4.64 mL/g、持油力為4.77 g/g。本試驗為綜合利用金針菇資源提供了理論依據(jù)。

[1]畢志樹，鄭國揚，李泰輝.廣東大型真菌志[M].廣州：廣東科教出版社，1994：1-6.

[2]WANG P H,HSU C I,TANG S C,et al.Fungal immunomodulatory protein fromFlammulina velutipesinduces interferon-γ production through p38 mitogen-activated protein kinase signaling pathway[J].J Agr Food Chem,2004,52(9):2721-2725.

[3]TOMITA T,MIZUMACHI Y,CHONG K,et al.Protein sequence analysis,cloning,and expression of flammutoxin,a poreforming cytolysin from Flammulina velutipes[J].Biol Chem,2004,279(52):54161-54172.

[4]ISHIKAWA N,YAMAJI K.Highly oxidized cuparene-type sesquiterpenes from a mycelial culture ofFlammulina velutipes[J].Phytochemistry,2000,54(8):777-782.

[5]PANG X,YAO W.Purification,characterization and biological activity on hepatocytes of a polysaccharide fromFlammulina velutipesmycelium [J].Carbohyd Polym,2007,70(3):291-297.

[6]SCEPPACH W,LUETHRS H.Antiinflammatory and anticarcinogenic effects of dietary fibre[J].Clin Nutr Suppl,2004,1(2):51-58.

[7]RODRIGUEZ R,JIMENEZ A.Dietary fibre from vegetable products as source of functional ingredients[J].Trends Food Sci Technol,2006,17 (1):3-15.

[8]SLAVIN J L.Dietary fiber and body weight[J].Nutrition,2005,21(3): 411-418.

[9]MARIN F R.By-products from different citrus processes as a source of customized functional fibres[J].Food Chem,2007,100(2):736-741.

[10]馮翠萍，龐候英.酶法提取蘆筍皮中高活性膳食纖維的研究[J].農(nóng)業(yè)工程學報，2004，20（3）：188-191.

[11]LIN M,HUMBERT E S,SOSULSKI F W,et al.Certain function properties of sunflower meal products[J].J Food Sci,1974,39(2):368-370. [12]RUPEREZ P,SAURA-CALIXTO F.Dietary fibre and physicochemical properties of edible Spanish[J].Eur Food Res Technol,2001,212(3): 349-354.

[13]李娜，寧正祥.豆渣膳食纖維的制備及性能研究[J].食品科學，2009，30（20）：251-225.

[14]柴麗紅，王媛，左霖.發(fā)酵法制備蘋果渣膳食纖維的工藝研究[J].糧油加工與食品機械，2004，11（8）：69-71.

[15]鄭建仙，耿立萍，高孔榮.利用蔗渣制備高活性膳食纖維添加劑的研究[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，1996，6（5）：59-60.

[16]朱妞，吳麗萍.花生殼膳食纖維理化特性研究[J].糧食與油脂，2014，21（2）：38-41.

[17]陶姝穎，郭曉暉.改性葡萄皮渣膳食纖維的理化特性和結(jié)構(gòu)[J].食品科學，2012，33（15）：171-176.

[18]譚屬瓊，謝勇武.金針菇膳食纖維提取工藝研究[J].福建輕紡，2015，6（6）：35-37.

[19]劉紅開，李放.不同品種蠶豆種皮中膳食纖維的提取工藝優(yōu)化及其理化特性[J].食品科學，2016，37（16）：22-27.

Optimization of extraction technology of soluble dietary fiber fromFlammulina valutipesby response surface methodology

XU Hongyu1,LIU Huan2,ZHANG Yaqi1,XU Zigang3,SUI Xin1*
(1.College of Food and Biological Engineering,Jilin Institute of Chemical Technology,Jilin 132022,China; 2.College of Food Science,Heilongjiang Bayi Agricultural University,Daqing 163319,China; 3.Branch of Food Engineering,Heilongjiang Nongken Vocational College,Harbin 150025,China)

The soluble dietary fiber(SDF)was extracted fromFlammulina valutipesby ultrasonic-assisted alkoline method.The extraction technology of SDF fromF.valutipeswas optimized by response surface method.Using solid-liquid ratio,ultrasonic time,temperature,and alkali liquor concentration as influence factors,SDF yield as response value,the mathematical model was established by Box-Behnken experimental design.In addition, the physical and chemical properties of SDF fromF.valutipeswere studied.Results showed that the optimal ultrasonic extraction conditions were ultrasonic power 150 W,solid-liquid ratio 10∶1(ml∶g),ultrasonic time 69 min,temperature 49℃,alkali concentration 5.10%.Under the conditions,the SDF extraction rate reached 20.25%.The water holding capacity,swelling capacity and oil holding capacity of SDF fromF.valutipeswere 5.18 g/g, 4.64 ml/g and 4.77 g/g,respectively.

Flammulina valutipes;soluble dietary fiber;ultrasonic-assisted alkaline method;response surface methodology optimization

S646.1+5

0254-5071（2017）06-0137-05

10.11882/j.issn.0254-5071.2017.06.028

2016-12-09

吉林化工學院博士啟動基金項目（2016015）

徐洪宇（1985-），女，講師，博士，主要從事天然產(chǎn)物的提取、分離及藥理活性篩選工作。

*通訊作者：隋新（1972-），男，副教授，碩士，主要從事真菌資源化利用工作。