楊品臣，趙明哲

(1.江蘇理工學(xué)院，江蘇 常州 213000；2.中北大學(xué)，太原 030051)

隨著人們生活品質(zhì)的不斷提升，食用菌頻頻出現(xiàn)在人們的餐桌上，所謂的食用菌就是我們?nèi)粘Ｉ钪惺秤玫木筋愂称?。近年?lái)，食用菌養(yǎng)殖規(guī)模不斷擴(kuò)大，目前已知的食用菌就已經(jīng)高達(dá)900余種，可進(jìn)行人工培育養(yǎng)殖的有50種左右[1-2]。大多數(shù)的食用菌為擔(dān)子菌亞門，含有豐富的膳食纖維，根據(jù)以往的測(cè)定結(jié)果可知，在每種食用菌中的總膳食纖維含量均在30%以上。膳食纖維一詞最早在20世紀(jì)50年代被提出，最初的膳食纖維多指人體器官無(wú)法消化吸收的植物細(xì)胞壁成分。在20世紀(jì)70年代，又有專家學(xué)者對(duì)其提出了更為精準(zhǔn)的定義，將多糖類碳水化合物增加到原有的膳食纖維定義中。隨著科技的不斷進(jìn)步，人們對(duì)膳食纖維的認(rèn)識(shí)逐漸加深。但直至1985年，聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織才將膳食纖維的定義總結(jié)為能夠通過(guò)世界公認(rèn)的定量測(cè)量方法對(duì)其含量進(jìn)行測(cè)定的，人體消化道中消化液無(wú)法完成水解的植物成分。將此定義與原有的定義聯(lián)結(jié)可將其理解為人體消化系統(tǒng)無(wú)法分解的木質(zhì)素、多糖類以及碳水化合物[3-4]。目前，人們多將植物細(xì)胞、多糖以及碳水化合物中不能被人體吸收的部分定義為膳食纖維。

當(dāng)前，膳食纖維被稱為“第七類營(yíng)養(yǎng)素”[5]，在此次研究中，以食用菌酶解改性型膳食纖維作為研究對(duì)象，分析其對(duì)人體機(jī)能的影響效果，為其日后更深入的研究提供了理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料來(lái)源及制備

在此次研究中，涉及了大量的材料與試劑，見(jiàn)表1。

表1 材料及制劑Table 1 The materials and preparations

在此次制取過(guò)程中，需要使用多種設(shè)備完成制取過(guò)程，為保證制取樣本的精度，對(duì)此次研究中涉及的設(shè)備型號(hào)進(jìn)行設(shè)定，具體內(nèi)容見(jiàn)表2。

表2 試驗(yàn)設(shè)備

使用上述預(yù)設(shè)的試驗(yàn)設(shè)備、材料與試劑，完成食用菌酶解改性型膳食纖維的提取工作。制取過(guò)程分為12個(gè)環(huán)節(jié)，具體操作過(guò)程如下：首先，分別將預(yù)選的干燥原料清理干凈，去除其表面附著的雜質(zhì)。將清理干凈的原料靜置于35 ℃條件下烘干到恒重，投入粉碎機(jī)中分解為多種粒度的粉末。由于此次研究中采用3種不同的食用菌作為原料，樣本制取粒度大小設(shè)定為不同的數(shù)值，提升樣本與試劑的結(jié)合面積[6]。粉碎后的原料粒度較小，為保證原料的整潔性，避免原料的浪費(fèi)，將處理后的原料粉放置于干燥的培養(yǎng)皿中備用。設(shè)定料液比為1∶30(g/mL)，在酶解過(guò)程中纖維素酶的添加量設(shè)定為0.6%，在此環(huán)節(jié)的操作中將環(huán)境溫度設(shè)定為40 ℃，提取時(shí)間為2 h。在pH取值為5.0的條件下，使用鹽酸與氫氧化鈉對(duì)試驗(yàn)溶液的pH值進(jìn)行調(diào)節(jié)，等待材料液體酶解。將酶解后的試驗(yàn)材料溶液放置于100 ℃的水浴鍋中加熱5 min，使纖維素酶失去活性。

在上述酶解后的樣品中注入試驗(yàn)溶液并靜置，待其冷卻到室溫后，使用離心機(jī)對(duì)其進(jìn)行離心處理，此時(shí)設(shè)定設(shè)備的轉(zhuǎn)速為3000 r/min，離心時(shí)間為10 min。在離心處理后的溶液中注入鹽酸與氫氧化鈉，調(diào)整液體pH值，確保溶液的最終pH值為中性。隨后，加入此溶液體積4倍的乙醇，在室溫下放置24 h。提取溶液中的沉淀物，使用鼓風(fēng)干燥箱對(duì)其進(jìn)行烘干處理，并將此設(shè)備溫度調(diào)節(jié)為35 ℃，獲取風(fēng)干后的沉淀物，密封處理，備用。為保證樣本制取后得到的酶解改性型膳食纖維具有一定的研究?jī)r(jià)值，對(duì)其主要理化性質(zhì)進(jìn)行測(cè)定，在此部分測(cè)定過(guò)程將通過(guò)下述內(nèi)容完成。

持水力[7]測(cè)定過(guò)程：選用50 mL燒杯作為反應(yīng)器具，稱取酶解改性型膳食纖維0.50 g放入其中，隨后稱取5 mL蒸餾水注入燒杯中。將其與沉淀物充分混合，密封后在室溫下放置12 h，使用定量濾紙對(duì)0樣本進(jìn)行烘干處理，并將樣本移動(dòng)到表面皿中進(jìn)行稱重，對(duì)樣本的持水力進(jìn)行測(cè)定，公式如下：

(1)

式中：A表示持水力，a2表示處理稱重所得重量，a1表示預(yù)先稱取膳食纖維重量。通過(guò)此公式可得到相應(yīng)膳食纖維的持水力數(shù)據(jù)。

結(jié)合水力[8]測(cè)定過(guò)程：選用培養(yǎng)皿作為此環(huán)節(jié)的反應(yīng)器具， 稱取酶解改性型膳食纖維0.50 g放入其中，在培養(yǎng)皿中注入20 mL蒸餾水，使提取物質(zhì)與蒸餾水混合均勻，在室溫下放置24 h，而后使用定量濾紙對(duì)其進(jìn)行烘干處理，設(shè)定離心機(jī)速度為3000 r/min，離心處理時(shí)長(zhǎng)為10 min，對(duì)培養(yǎng)皿中液體進(jìn)行離心處理，獲取固態(tài)沉淀物，計(jì)算其重量，公式如下：

(2)

式中：B表示結(jié)合水力，b1表示稱取的膳食纖維樣品重量，b2表示離心處理后的濕樣重量。

膨脹率[9]測(cè)定過(guò)程：選用10 mL量筒作為反應(yīng)器具，利用電子天平準(zhǔn)確稱取0.5 g干燥樣本并將15 mL蒸餾水注入量筒中，將樣品與蒸餾水混合均勻，放置于室溫下等待處理，放置時(shí)長(zhǎng)設(shè)定為5 h。隨后讀取量筒中物料體積，則測(cè)定過(guò)程可通過(guò)下式表示：

(3)

式中：C表示膨脹率測(cè)定結(jié)果，V0表示0.5 g干燥恒重樣品的體積，V1表示振蕩后量筒中物料體積，m表示樣本質(zhì)量。使用上述測(cè)定公式對(duì)制取后的樣本進(jìn)行測(cè)定，確保樣本的精度。

1.2 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

1.2.1 酶解改性型膳食纖維測(cè)定

首先對(duì)膳食纖維樣本改性后各因素的顯著性展開相應(yīng)的研究，由此試驗(yàn)因素大于4個(gè)，使用傳統(tǒng)的響應(yīng)面法分析能力較差，因此，在此次研究中使用Plackett-Barman試驗(yàn)方法[10-11]作為此測(cè)定方案藍(lán)本，以膳食纖維得率作為標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算各因素的顯著性，在此研究過(guò)程中設(shè)定的因素對(duì)照內(nèi)容見(jiàn)表3。

表3 改性試驗(yàn)因素對(duì)照表Table 3 The comparison table of modification test factors

以表3中因素對(duì)照表作為數(shù)據(jù)處理依據(jù)，以改性后的膳食纖維得率作為指標(biāo)，設(shè)計(jì)食用菌酶解改性型膳食纖維性質(zhì)測(cè)定方案。在此次處理過(guò)程中，將樣本的粒度范圍作為一對(duì)應(yīng)概念，采用單一的數(shù)據(jù)表示。在此部分處理中涉及到大量的數(shù)據(jù)運(yùn)算，因此使用Design-Expert V 8.0.6軟件[12-13]完成數(shù)據(jù)處理工作，為保證數(shù)據(jù)的精確性，對(duì)每組數(shù)據(jù)進(jìn)行5次重復(fù)運(yùn)算。在此次處理中涉及到的膳食纖維得率可通過(guò)下式獲取：

D(%)=d1/dall×100%。

(4)

式中：D表示酶解后得到的膳食纖維得率，d1表示干燥試樣總量，dall表示總樣本重量。

1.2.2 抗胃酸消化能力測(cè)定

在此次測(cè)試中使用的測(cè)定方法根據(jù)多種測(cè)定方法加以改進(jìn)后得出，將樣本融入蒸餾水中，配制成1～5 mg/mL 5個(gè)濃度等級(jí)的溶液，并調(diào)制成不同的pH值濃度。取0.5 mL樣本溶液、2.5 mL 氫氧化鈉溶液在試管中充分混合，使用離心機(jī)對(duì)其進(jìn)行離心處理，取出試管中上層清液2.5 mL，與2.5 mL去離子水以及乙酸乙酯進(jìn)行混合，進(jìn)行37 ℃的水浴，測(cè)定pH值、溶液中的還原糖與總糖含量，得到其溶解度，具體計(jì)算公式如下：

G(%)=g3/(g1-g2)×100%。

(5)

式中：G表示模擬胃酸試劑下膳食纖維的溶解度，g3表示溶解后的還原糖含量，g1表示溶解前的總糖含量，g2表示最初還原糖含量。

1.2.3 葡萄糖吸收能力測(cè)定

以膳食纖維胃酸抗消化能力測(cè)定方法作為依據(jù)，設(shè)計(jì)膳食纖維葡萄糖吸收能力測(cè)定方法。將150 mL 150 mmol/L的葡萄糖溶液作為測(cè)定試劑，并在其中加入1.00 mg的樣品，使兩者充分溶解。將其放置于室溫下，使用攪拌機(jī)攪拌5 h，隨后使用離心機(jī)對(duì)其進(jìn)行離心處理，處理時(shí)長(zhǎng)設(shè)定為20 min。對(duì)處理后的上層清液進(jìn)行葡萄糖測(cè)定，在此環(huán)節(jié)中將降低處理難度，使用手持式折光儀[14-15]完成測(cè)定過(guò)程，并按照下式對(duì)膳食纖維葡萄糖吸收能力進(jìn)行計(jì)算分析。

E(%)=[1-(e1-e2)/e3]×100。

(6)

式中：E表示膳食纖維對(duì)葡萄糖的吸收情況，e1表示預(yù)設(shè)的葡萄糖樣本重量，e2表示添加膳食纖維后的葡萄糖重量，e3表示測(cè)定反應(yīng)過(guò)程中葡萄糖的對(duì)照量。

1.2.4 膽固醇吸收能力測(cè)定

使用蛋黃液作為對(duì)象，以此測(cè)定酶解后膳食纖維對(duì)膽固醇的吸收能力。將市售雞蛋作為樣本，分離蛋清與蛋黃，并將蛋黃中融入其體積9倍左右的蒸餾水，使用攪拌機(jī)將其混合為乳液狀。選用100 mL三角燒杯作為反應(yīng)器具，加入20 g的蛋黃乳液于燒杯中，并在其中滴入1 mL試劑，將上述液體攪拌至完全融合。調(diào)整其pH值，使其與人體消化道環(huán)境接近，在37 ℃環(huán)境下水浴振蕩2 h，將離心機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定為3000 r/min，離心時(shí)長(zhǎng)設(shè)定為10 min，完成溶液的離心處理。收集離心管中的上清液，使用鄰苯二甲醛法對(duì)上清液進(jìn)行測(cè)定，具體測(cè)定計(jì)算過(guò)程設(shè)定如下：

F(mg/g)=(f1-f2)/p。

(7)

式中：F表示膳食纖維對(duì)膽固醇的吸收能力，f1表示試劑中膽固醇在添加膳食纖維前的含量，f2表示試劑中膽固醇在添加膳食纖維后的含量，p表示膳食纖維樣本的質(zhì)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 膳食纖維性質(zhì)測(cè)定結(jié)果分析

根據(jù)上述設(shè)定的測(cè)定方案，對(duì)食用菌的膳食纖維在改性處理后的狀態(tài)進(jìn)行分析，此部分結(jié)果由電子顯微鏡獲取，具體圖像見(jiàn)圖1。

(a)膳食纖維表面結(jié)構(gòu)

(b)膳食纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)

根據(jù)預(yù)定方案中的酶解改性型膳食纖維測(cè)定方案，得到上述顯微鏡圖像。使用電子高倍數(shù)顯微鏡可以發(fā)現(xiàn)，由于酶解處理，食用菌膳食纖維的表面結(jié)構(gòu)發(fā)生了一定的變化。在酶解過(guò)程后，膳食纖維表面結(jié)構(gòu)的層次感明顯增強(qiáng)，結(jié)構(gòu)之間的空隙擴(kuò)大，整體結(jié)構(gòu)由密實(shí)走向稀疏。與酶解前圖像對(duì)比可以看出，酶解處理前樣本的膳食纖維結(jié)構(gòu)較為平滑緊致，蜂窩狀結(jié)構(gòu)較少。由此可知，酶解處理會(huì)對(duì)樣本的膳食纖維結(jié)構(gòu)造成相應(yīng)的變化。同時(shí)膳食纖維性能研究表明，在酶解改性處理后，樣本的內(nèi)部性能特征均得到了一定的變化，具體變化見(jiàn)表4。

表4 樣本性質(zhì)測(cè)定結(jié)果Table 4 The determination results of sample properties g/g

在酶解改性處理后，膳食纖維樣本的持水力、結(jié)合水力以及膨脹力等內(nèi)部特性得到了顯著的提升，通過(guò)分析可知，此3種性能的提升與樣本結(jié)構(gòu)的變化有關(guān)。當(dāng)膳食纖維表面結(jié)構(gòu)由緊密變得疏松，且生成多毛細(xì)孔結(jié)構(gòu)后，膳食纖維的鎖水能力得到提升，使膳食纖維的相關(guān)性質(zhì)都得到小幅度提升。

2.2 抗胃酸消化能力測(cè)定結(jié)果分析

圖2 膳食纖維在模擬胃液中的溶解度Fig.2 The solubility of dietary fiber in simulated gastric fluid

由于人體的胃液中多為酸性，人在進(jìn)食后，食物可在胃部保存4～6 h，為此，在此測(cè)定過(guò)程中模擬了胃液環(huán)境，通過(guò)變換模擬液中pH值的濃度，對(duì)膳食纖維的消化情況加以分析。由圖2可知，在不同的胃液pH濃度下，延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)長(zhǎng)，膳食纖維的消化走向基本一致，都是隨著試劑與樣本反應(yīng)時(shí)間的增長(zhǎng)，消化能力得到提升。當(dāng)膳食纖維與模擬液的接觸時(shí)間為6 h時(shí)，膳食纖維的溶液速度下降。當(dāng)膳食纖維與模擬液的接觸時(shí)間處于1～6 h之間時(shí)，膳食纖維的溶解程度與模擬液的pH值變化有關(guān)，兩者之間呈現(xiàn)出正比例函數(shù)關(guān)系。但不論模擬液的pH值如何變動(dòng)，膳食纖維的溶解率均未超過(guò)4%。由此可見(jiàn)，酶解后的膳食纖維在胃液中具有較高的穩(wěn)定性，能夠經(jīng)過(guò)胃部的消化抵達(dá)腸道發(fā)揮應(yīng)有的作用。

2.3 葡萄糖吸收能力測(cè)定結(jié)果分析

圖3 葡萄糖吸收能力測(cè)定結(jié)果Fig.3 The determination results of glucose absorption capacity

由圖3可知，酶解改性處理后膳食纖維的葡萄糖吸收力最強(qiáng)，其葡萄糖吸收量可達(dá)到190.50 mg/g。在進(jìn)行酶解前，膳食纖維的葡萄糖吸收量為190.00 mg/g。在上述測(cè)定中對(duì)葡萄糖吸附能力最差的物質(zhì)為其他植物的膳食纖維，其吸附量?jī)H為105.50 mg/g。通過(guò)對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可知，酶解改性處理可有效提升膳食纖維的葡萄糖吸收能力。對(duì)其進(jìn)行系統(tǒng)研究表明，纖維素酶對(duì)膳食纖維細(xì)胞壁中的大分子結(jié)構(gòu)具有一定的降解作用，使膳食纖維表面結(jié)構(gòu)變得疏松，空隙結(jié)構(gòu)增大。在小分子活動(dòng)區(qū)域內(nèi)，其更容易進(jìn)入空隙之中。在酶解作用的影響下，膳食纖維表面結(jié)構(gòu)松散，功能基團(tuán)失去保護(hù)層，其與葡萄糖的結(jié)合面積不斷擴(kuò)大，因而可以吸收到大量的葡萄糖。由于其他植物的膳食纖維表面結(jié)構(gòu)較為緊密，大量的功能基團(tuán)因包裹過(guò)密得不到釋放，因此不具備較高的葡萄糖吸收能力。

2.4 膽固醇吸收能力測(cè)定結(jié)果分析

圖4 膽固醇吸收能力測(cè)定結(jié)果Fig.4 The determination results of cholesterol absorption capacity

由圖4可知，酶解處理對(duì)膳食纖維吸收膽固醇的能力具有一定的影響，同時(shí)，膳食纖維所處的pH值環(huán)境也是重要的影響指標(biāo)之一。當(dāng)pH值濃度得到提升時(shí)，膽固醇被膳食纖維吸收量得到提升。在此次測(cè)定過(guò)程中，將pH值濃度設(shè)定為7.0與2.0兩部分，分別用于模擬腸道環(huán)境與胃部環(huán)境，通過(guò)對(duì)比可知，處于腸道環(huán)境中的膳食纖維相較于處于胃部環(huán)境的膳食纖維具有更高的膽固醇吸附力。且通過(guò)不同種類的膳食纖維對(duì)比表明，在兩種不同環(huán)境下，酶解改性后的膳食纖維對(duì)膽固醇的吸收能力維持在較高水平。對(duì)此結(jié)果加以分析可知，降解程度不僅是膳食纖維吸附膽固醇能力的主要影響因素，其表面結(jié)構(gòu)與組成均會(huì)對(duì)其造成影響。

3 結(jié)論

在此次研究中，通過(guò)對(duì)食用菌膳食纖維進(jìn)行酶解改性，利用多種試驗(yàn)方式對(duì)酶解改性后的膳食纖維對(duì)人體機(jī)能的影響展開研究。通過(guò)綜合分析可知，酶解過(guò)程改變了膳食纖維的表面結(jié)構(gòu)，且食用菌酶解改性型膳食纖維對(duì)于人體消化道的蠕動(dòng)與效果具有一定的促進(jìn)作用。在酶解過(guò)程中，膳食纖維抗消化性得到提升，其對(duì)葡萄糖、膽固醇的吸附能力得到提升，起到調(diào)節(jié)腸道菌群的作用。同時(shí)，攝入酶解改性型膳食纖維可間接調(diào)節(jié)人體腸道的乳酸含量，提高血清中的抗氧化酶活力，幫助腸道蠕動(dòng)。在日后的研究中，需要對(duì)酶解改性型膳食纖維調(diào)節(jié)腸道有益菌群繁殖的途徑展開研究，為食用菌健康食品的開發(fā)提供更多的理論依據(jù)。