武忠偉,張朝輝,張廣,宋琳琳,婁亞豪,張會,歐行奇

（河南科技學(xué)院生命科技學(xué)院,河南新鄉(xiāng)453003）

作為小麥制粉的副產(chǎn)物,麥麩富含膳食纖維、蛋白、多酚類和大量B 族維生素等多種營養(yǎng)物質(zhì)[1].研究表明,麥麩具有調(diào)節(jié)腸道菌群、降低血清膽固醇、抗氧化、抗腫瘤等多種生物活性[2-4].但由于麥麩適口性差、加工困難、可溶性膳食纖維少等特點(diǎn),使得麥麩多作為飼料和釀造工業(yè)原料,而在面制品加工領(lǐng)域的應(yīng)用還受到很大限制[5-6].

為了改善麥麩的加工品質(zhì),如何提高麥麩中可溶性膳食纖維的溶出量是當(dāng)前面臨的主要問題.傳統(tǒng)的方法有酸堿法、酶解法和微生物發(fā)酵法等[7-8].但由于環(huán)境和成本問題大大限制了酸堿法和酶解法的使用.微生物發(fā)酵法可利用微生物發(fā)酵過程中產(chǎn)生的多種酶系如纖維素酶、半纖維素酶和酯酶將麥麩中被固定的不溶性膳食纖維解離出來,從而提高麥麩可溶性膳食纖維的溶出量,同時(shí)也可有效改變麥麩的溶脹性等多種物理特性,從而改善麥麩的加工特性[9-10].

香菇（Lentinus edodes）作為一種木腐菌,培養(yǎng)過程中可分泌大量的纖維素酶、半纖維素酶、漆酶等多種降解酶系,可用于降解并釋放出麥麩中的可溶性膳食纖維[11-12].為了增加香菇降解麥麩的效率,本試驗(yàn)重點(diǎn)研究了麥麩基質(zhì)的料液比、物料厚度和發(fā)酵時(shí)間,研究結(jié)果將為香菇發(fā)酵麥麩高產(chǎn)可溶性膳食纖維提供技術(shù)條件.

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

1.1.1 材料

（1）香菇（L.edodes）A03 菌株：河南科技學(xué)院微生物學(xué)試驗(yàn)室保存.（2）麥麩：河南科技學(xué)院百農(nóng)207 小麥磨粉后制得.

1.1.2 設(shè)備 FB224 型電子天平,上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司；L550 型臺式離心機(jī),湖南湘儀實(shí)驗(yàn)儀器開發(fā)有限公司；ZXSD-A1160 生化培養(yǎng)箱,上海智誠分析儀器制造有限公司；752N 紫外可見分光光度計(jì),上海儀電分析儀器有限公司.

1.2 方法

1.2.1 培養(yǎng)基的制備

（1）斜面培養(yǎng)基：土豆200 g、瓊脂20 g、無水葡萄糖20 g、自然pH 值,121 ℃滅菌30 min,備用.

（2）種子培養(yǎng)基：土豆200 g、葡萄糖30 g、酵母膏3 g、自然pH 值，121 ℃滅菌30 min,備用.

（3）麥麩固體發(fā)酵培養(yǎng)基：將麥麩根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)調(diào)整為不同料液比,混合均勻后按不同裝料厚度裝入培養(yǎng)瓶中,封口膜包扎密封后于121 ℃滅菌30 min,冷卻后備用.

1.2.2 接種培養(yǎng) 取香菇A03 菌種塊接種于斜面培養(yǎng)基上,25 ℃條件下活化2 次后,用打孔器取3 塊大小為0.5 cm2的香菇菌種塊接種于種子培養(yǎng)基中,于25 ℃下振蕩培養(yǎng)7 d 獲取種子液.將培養(yǎng)好的種子液用無菌吸管按體積比5%接種于麥麩固體發(fā)酵培養(yǎng)基中,再置于恒溫培養(yǎng)箱25 ℃條件下培養(yǎng)7～15 d,并在培養(yǎng)至第5 d 用接種鉤充分?jǐn)嚢枰淮?

1.2.3 單因素試驗(yàn)

1.2.3.1 不同料液比對香菇發(fā)酵麥麩的影響 分別稱取麥麩70 g,按水料比3,5,7,9,11 mL/g 加水?dāng)嚢杈鶆?靜置4 h 后按6 cm 厚度進(jìn)行裝料,滅菌冷卻,按1.2.2 所述方法接入香菇種子液于恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)8 d,分別進(jìn)行取樣分析.

1.2.3.2 不同裝料厚度對香菇發(fā)酵麥麩的影響 分別稱取麥麩70 g,按1.2.3.1 最優(yōu)結(jié)果拌料,分別按4、6、8、10、12 cm 厚度進(jìn)行裝料滅菌,接種培養(yǎng)8 d 后,進(jìn)行觀察和取樣分析.

1.2.3.3 不同發(fā)酵時(shí)間對對香菇發(fā)酵麥麩的影響 分別稱取麥麩70 g,按1.2.3.1 最優(yōu)結(jié)果拌料,按1.2.3.2最優(yōu)結(jié)果裝料,在不同發(fā)酵時(shí)間5、7、9、11、13、15 d 分別觀察并取樣分析.

1.2.4 正交試驗(yàn) 根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果,選擇不同水料比、裝料厚度和培養(yǎng)時(shí)間為指標(biāo),按L9（34）正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化.

1.2.5 可溶性膳食纖維的測定 按上述不同試驗(yàn)設(shè)計(jì),分別取2 g 左右樣品,70 ℃下烘干后準(zhǔn)確稱量,并按料液比1∶30 加入蒸餾水,與80 ℃下水浴提取30 min,攪拌均勻后,于6000 r/min 下離心10 min,取上清液于4 倍無水乙醇4 ℃沉淀過夜,沉淀用80%的乙醇洗滌2 次后,加蒸餾水復(fù)溶后,用苯酚硫酸法測定可溶性膳食纖維含量[13].

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水料比對香菇發(fā)酵麥麩的影響

分別試驗(yàn)了不同水料比對香菇發(fā)酵麥麩的影響,結(jié)果如圖1 所示.

圖1 不同水料比對麥麩可溶性膳食纖維產(chǎn)量的影響Fig.1 The different ratio of water to material on the production of the soluble dietary fiber

由圖1 可以看出,不同水料比對香菇發(fā)酵麥麩存在著顯著影響.隨著水料比從3 到7 mL/g 不斷增加,可溶性膳食纖維產(chǎn)量也由78.58 mg/g 增加至176.42 mg/g,但隨著水料比的進(jìn)一步增加到9 mL/g,則出現(xiàn)顯著的降低趨勢.主要是由于過低的含水量,在香菇發(fā)酵麥麩過程中由于水分不足,會抑制菌絲生長和香菇降解酶系的釋放,而過高的含水量則由于透氣性較差,也會抑制菌絲生長從而抑制麥麩的降解進(jìn)程,造成可溶性膳食纖維產(chǎn)量的下降.

2.2 不同裝料厚度對香菇發(fā)酵麥麩的影響

試驗(yàn)了不同裝料厚度對香菇發(fā)酵麥麩的影響,結(jié)果如圖2 所示.

圖2 不同裝料厚度對麥麩可溶性膳食纖維產(chǎn)量的影響Fig.2 The different ratio of loading thickness on the production of the soluble dietary fiber

由圖2 可以看出,不同的裝料厚度對香菇發(fā)酵麥麩可溶性膳食纖維產(chǎn)量有顯著影響.隨著裝料厚度的不斷增加,可溶性膳食纖維的產(chǎn)量呈逐步下降趨勢,特別是當(dāng)裝料厚度大于8 cm 時(shí),可溶性膳食纖維的產(chǎn)量出現(xiàn)顯著下降.由發(fā)酵過程中觀察也可以看出,過厚的裝料量會造成底部菌絲生長受阻,從而造成麥麩發(fā)酵不充分而造成可溶性膳食纖維的釋放量下降.因此初步選擇裝料厚度在8 cm 為宜.

2.3 不同發(fā)酵時(shí)間對香菇發(fā)酵麥麩的影響

比較了香菇發(fā)酵不同時(shí)間對麥麩可溶性膳食纖維產(chǎn)量的影響,結(jié)果見圖3 所示.

圖3 不同發(fā)酵時(shí)間對麥麩可溶性膳食纖維產(chǎn)量的影響Fig.3 The different fermentation time on the production of the soluble dietary fiber

由圖3 可知,隨著發(fā)酵時(shí)間的延長,麥麩中可溶性膳食纖維的釋放量呈增加趨勢,但當(dāng)發(fā)酵至第9 d后,可溶性膳食纖維的產(chǎn)量不再顯著增加.在試驗(yàn)過程中也可發(fā)現(xiàn),由于培養(yǎng)時(shí)間過長會造成培養(yǎng)基質(zhì)中水分過度散失,菌絲生長受限.同時(shí),過長的培養(yǎng)時(shí)間也會造成生產(chǎn)效率下降.因此初步選擇培養(yǎng)時(shí)間為9 d.

2.4 正交試驗(yàn)

根據(jù)單因素優(yōu)化試驗(yàn)結(jié)果,設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)因素和水平見表1.

表1 L9（34）正交試驗(yàn)因素水平表Tab.1 L9（34）orthogonal test factor level table

試驗(yàn)結(jié)果及極差分析見表2.

表2 正交試驗(yàn)結(jié)果及極差分析Tab.1 Orthogonal test results and analysis

由表2 的極差分析可以看出,不同發(fā)酵參數(shù)對香菇發(fā)酵麥麩產(chǎn)可溶性膳食纖維的影響的大小順序?yàn)椋喊l(fā)酵時(shí)間＞水料比＞裝料厚度,最佳的操作參數(shù)組合為A2B2C3,也即最佳的發(fā)酵條件應(yīng)為水料比為7 mL/g,裝料厚度為8 cm,發(fā)酵時(shí)間為10 d.為了驗(yàn)證此組合的發(fā)酵效果,本研究進(jìn)一步對該組合進(jìn)行了重組實(shí)驗(yàn)測定,結(jié)果顯示在該條件下,香菇菌絲生長良好,物料發(fā)酵均勻,可溶性膳食纖維產(chǎn)量平均可達(dá)208.45 mg/g.

3 結(jié)論

本研究首先通過單因素試驗(yàn)比較了不同水料比、裝料厚度和發(fā)酵時(shí)間對香菇發(fā)酵麥麩產(chǎn)可溶性膳食纖維的影響,結(jié)果得出了較優(yōu)的發(fā)酵參數(shù)區(qū)間.在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步利用正交試驗(yàn)對上述三個(gè)發(fā)酵參數(shù)的最優(yōu)組合進(jìn)行了優(yōu)化,結(jié)果得出最佳的發(fā)酵組合為水料比為7 mL/g,裝料厚度為8 cm,發(fā)酵時(shí)間為10 d.最后通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證得出,在此條件下,麥麩中的可溶性膳食纖維平均可達(dá)到208.45 mg/g.