徐新樂，劉婷婷，張閃閃，劉鴻鋮，同政泉，王大為,

（1.吉林農業(yè)大學食品科學與工程學院，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.農業(yè)農村部食用菌加工技術集成科研基地，吉林長春 130118；4.吉林省糧食精深加工與副產物高效利用技術創(chuàng)新重點實驗室，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[5?6]，未對HER充分利用，仍會造成猴頭菇資源的浪費。因此，以猴頭菇渣為原料制備高品質膳食纖維，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引起國內外學者的廣泛關注[7?8]，但食用菌中SDF含量一般較低[9]，難以達到高品質膳食纖維的要求（SDF含量>10%）[10?11]，因此研究學者通常采用一些技術提高SDF含量，進而獲得高品質食用菌膳食纖維。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；劉學成[14]對金針菇DF進行高溫蒸煮處理，其結構和理化性質均有改善，并且具有良好的減肥降脂作用。而目前對于猴頭菇高品質膳食纖維的高效制備、結構及理化性質的研究鮮見報道。

超聲-微波輔助酶法（UMAE）作為一種聯(lián)合技術，可以有效破壞物料的細胞壁結構，有助于物料中SDF的溶出，具有條件溫和、反應時間短、效率高等特點[15]，可作為一種高效制備高品質膳食纖維的理想技術。因此，本研究以猴頭菇渣為原料，采用UMAE制備猴頭菇高品質膳食纖維，通過正交試驗篩選最佳工藝，同時對其結構及功能性質進行分析，為猴頭菇渣作為高品質膳食纖維的潛在來源提供一定理論基礎，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儀 上海新儀微波化學科技有限公司；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，經洗滌、抽濾、干燥后即得HE-DF1。

1.2.4 高品質猴頭菇膳食纖維（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，經堿性蛋白酶酶解后，調節(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，以產物HE-DF2的SDF含量、持油力和膽固醇吸附能力為指標，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 根據單因素實驗結果，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，設計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]，根據指標對工藝的影響，給予不同的權重系數(shù)。SDF含量通常是衡量DF品質優(yōu)劣的關鍵指標，將SDF含量的權重系數(shù)設為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為考察指標，權重系數(shù)均為0.3，各指標中以最高者為100分，再進行加權求和。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)據處理

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

2 結果與分析

2.1 基礎成分分析

由表2可知，HER中TDF含量高達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，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果一致[23]。膽固醇吸附能力隨粒度的變化先增大后減小，當粒度減小，其結構變得疏松，極性基團增多，但粒度過小又會對其結構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會增大，SDF因細胞壁的破裂而大量溶出，使HEDF2結構更加疏松[25]。當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的暴露影響不大[27]。綜合考慮選擇微波溫度45、50、55、60 ℃進行正交試驗。

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。當超聲功率增加，其空化效應產生大量空化氣泡，氣泡破裂產生能量使細胞壁破裂，促使SDF溶出和物料結構發(fā)生變化，HE-DF2的吸附性能得到增強，但超聲功率過大可能會使纖維素過度水解成小分子片段，破壞膳食纖維結構[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含量和持油力達到最高。酶解時間繼續(xù)延長，纖維素的水解度增強，膳食纖維結構可能被破壞，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），這一結果與極差分析結果一致。最優(yōu)組合為A2B2C3D2E3，需進行驗證試驗，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行相關性分析，表10顯示，SDF含量與膽固醇吸附能力存在正相關關系（r=0.43，P<0.05），與持油力的相關關系不明顯（P>0.05），這一結果與Zhu等[25]研究結果相似，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。

表 8 正交試驗結果Table 8 Orthogonal experimental results

表 9 方差分析結果Table 9 ANOVA result of orthogonal test

表 10 相關性分析結果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，表明纖維素分子內的糖苷鍵斷裂，暴露出更多的羥基基團，這會增強其親水性。HE-DF2沒有新的化學基團出現(xiàn)，只是峰強度明顯增加，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氫鍵，使膳食纖維結構疏松，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

纖維素類物質一般由結晶區(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，說明該纖維的結晶構型未發(fā)生顯著改變。衍射的強度有所降低，且經Jade 6.5擬合后發(fā)現(xiàn)，相對結晶度由10.84%降低為8.42%，可能是UMAE使結晶區(qū)纖維素分子間的部分氫鍵破壞，膳食纖維結構更加松散、無序[32]，從而影響其理化性質。

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-微波的機械破碎作用和高能穿透效應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的結構更加松散、多孔，從而暴露出更多的親水和親油基團，使理化性質有所改善[34]。WHC、OHC和SC可以預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，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的結構變得疏松，表面積增大，從而使其吸附能力有所增強。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 結論

以猴頭菇渣為原料，利用UMAE制備猴頭菇高品質膳食纖維，通過單因素和正交試驗優(yōu)化最佳工藝，當物料粒度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結果顯示UMAE可改變膳食纖維的微觀結構，且與膳食纖維體外吸附性能的提高有密切的關系。理化性質結果表明，HE-DF2的持水力、膨脹力、結合水力分別為（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膳食纖維作為功能因子及進行體內降血脂研究奠定理論基礎。