基于營(yíng)養(yǎng)素生態(tài)重組的香菇生態(tài)轉(zhuǎn)化機(jī)制評(píng)價(jià)

常亞娜，張國(guó)治，韓 萍*，劉利娥，常正姣，許艷麗，蔣永紅

（1.鄭州大學(xué) 公共衛(wèi)生學(xué)院，河南 鄭州 450001；2.河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院，河南 鄭州 450001）

0 引言

營(yíng)養(yǎng)素生態(tài)重組是指在不使用酶制劑或基因修飾以及不進(jìn)行營(yíng)養(yǎng)素強(qiáng)化的情況下，以微生物、真菌乃至反芻動(dòng)物體內(nèi)所有的代謝機(jī)制來轉(zhuǎn)化天然底物中的相應(yīng)成分，使得不同營(yíng)養(yǎng)素重新組合產(chǎn)生新物質(zhì)的一種動(dòng)態(tài)體系.生態(tài)轉(zhuǎn)化即利用益生菌、酵母、真菌和反芻動(dòng)物自身固有的代謝機(jī)制，將初級(jí)農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行合理轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)素生態(tài)重組與生態(tài)互補(bǔ)的一種自然資源利用模式.該模式既能有效利用菌糠本身的有益物質(zhì)和有益菌，而且經(jīng)過反芻動(dòng)物的多級(jí)生態(tài)轉(zhuǎn)化，其糞便還可以成為免疫肥料，調(diào)控土壤的微生態(tài)環(huán)境，增強(qiáng)農(nóng)作物自身的免疫力，從而形成良性生態(tài)免疫產(chǎn)業(yè)鏈.

西峽香菇種植規(guī)模超過兩億袋，年產(chǎn)干香菇3萬t.然而，香菇菌種的絕對(duì)生物學(xué)效率約為10%，還有90%的干培養(yǎng)料存在于菌糠當(dāng)中[1-2].菌糠中不僅含有大量的蛋白質(zhì)和豐富的纖維素及其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，而且含有大量的菌絲體及代謝產(chǎn)物.但是，當(dāng)?shù)卮蠖鄶?shù)菌糠是以廢棄物的形式被處理，這不僅造成環(huán)境污染，還造成大量有益資源的浪費(fèi).為此，本研究擬采用營(yíng)養(yǎng)素組學(xué)構(gòu)成模式來評(píng)價(jià)香菇的生態(tài)轉(zhuǎn)化機(jī)制，進(jìn)而探索香菇菌糠的綜合利用價(jià)值.

1 材料與方法

1.1 材料

香菇培養(yǎng)基（未接種香菇菌種的培養(yǎng)基）、香菇菌糠（香菇菌種轉(zhuǎn)化后的廢棄培養(yǎng)基）：河南省南陽市西峽縣香菇基地；平菇菌糠：河南省新鄉(xiāng)市輝縣平菇基地；杏鮑菇菌糠：河南省鄭州市中牟縣萬灘鎮(zhèn)河南邦友農(nóng)業(yè)生態(tài)循環(huán)發(fā)展有限公司.上述樣品均用高速萬能植物粉碎機(jī)粉碎，然后過80目篩，于45 ℃鼓風(fēng)干燥，保存于干燥器中備用.

1.2 設(shè)備和儀器

GC2010 氣相色譜儀：日本島津公司；2695HPLC：Waters 公司；FOSS-2300 凱氏自動(dòng)定氮分析儀：瑞典福斯特卡托公司；CXC-06 粗纖維測(cè)定儀、SZF-06A 粗脂肪測(cè)定儀：上海精隆科學(xué)儀器公司；V-5800PC 可見分光光度計(jì)：上海元析公司；85-1 恒溫磁力攪拌器、HH-42 數(shù)顯恒溫磁力攪拌循環(huán)水箱：常州國(guó)華電器有限公司；DHG-9123A 電熱恒溫干燥箱：上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司；TD24-WS 臺(tái)式低速離心機(jī)：湘潭湘儀儀器有限公司；XH-C 旋渦混合器：常州狼越儀器制造有限公司；KQ-5200DE 數(shù)控超聲波清洗器：合肥金尼克機(jī)械制造有限公司；AL104 電子分析天平：梅特勒托利多儀器上海有限公司.

1.3 營(yíng)養(yǎng)素組學(xué)成分測(cè)定方法

水分：常壓干燥法，參照GB/T 5009.3—2010《食品中水分的測(cè)定》.

灰分：灼燒稱重法，參照GB/T 5009.4—2010《食品中灰分的測(cè)定》.

粗脂肪：索氏提取法，參照GB/T 5009.4—2008《食品中粗脂肪的測(cè)定》.

粗蛋白：凱氏定氮法，參照GB/T 5009.5—2009《食用菌中粗蛋白含量的測(cè)定》.

粗纖維：參照GB/T 5009.10—2008《食品中膳食纖維的測(cè)定》.

粗多糖：苯酚硫酸法，參照NY/T 1676—2008《食用菌中粗多糖含量的測(cè)定》.

氨基酸構(gòu)成：樣品經(jīng)鹽酸水解后，采用HPLC分析氨基酸含量.色譜條件為色譜柱：Ultimate Amino acid，5 μm，4.6 mm×250 mm；流動(dòng)相A：V（0.1 mol/L 醋酸鈉溶液）∶V（乙腈）=93∶7，流動(dòng)相B：V（水）∶V（乙腈）=20∶80，其中醋酸鈉溶液用冰醋酸調(diào)節(jié)pH 至6.5；柱溫：40 ℃；流速：1 mL/min；檢測(cè)波長(zhǎng)：254 nm；進(jìn)樣量：5 μL.

脂肪酸構(gòu)成：采用HPLC 測(cè)定，色譜條件為色譜柱：DB-WAX（60 m×0.53 mm×1 m）；SPL：275℃；FID：275 ℃；載氣柱流量：30 mL/min；分流比：1；尾吹流量：30 mL/min；氫氣流量：40 mL/min；空氣流量：400 mL/min；柱溫采用程序升溫：180～220℃（5 ℃/min）.

1.4 數(shù)據(jù)處理方法

測(cè)定轉(zhuǎn)化前香菇培養(yǎng)基樣品及香菇菌糠樣品，平行測(cè)定3 次，計(jì)算平均值.采用SPSS 17.0 軟件，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果做統(tǒng)計(jì)描述，對(duì)主要變量進(jìn)行分組間比較.所有統(tǒng)計(jì)結(jié)果均采用雙側(cè)檢驗(yàn)，檢驗(yàn)水準(zhǔn)α=0.05.

2 結(jié)果與分析

2.1 常規(guī)營(yíng)養(yǎng)素成分分析及評(píng)價(jià)

香菇培養(yǎng)基和香菇菌糠中水分、灰分、粗蛋白、粗纖維、粗脂肪、粗多糖含量見表1.

表1 香菇培養(yǎng)基和香菇菌糠的營(yíng)養(yǎng)素成分（n=3，±s）Table 1 Nutrient contents of Lentinus edodes medium and spent mushroom substrate (n=3，±s) %

表1 香菇培養(yǎng)基和香菇菌糠的營(yíng)養(yǎng)素成分（n=3，±s）Table 1 Nutrient contents of Lentinus edodes medium and spent mushroom substrate (n=3，±s) %

由表1 可知，香菇培養(yǎng)基經(jīng)香菇菌種轉(zhuǎn)化前后，除粗脂肪外，其他營(yíng)養(yǎng)成分含量均存在顯著差異，其中水分和粗纖維含量變化最大.香菇培養(yǎng)基經(jīng)香菇菌種轉(zhuǎn)化后，香菇菌糠營(yíng)養(yǎng)價(jià)值顯著提高，香菇菌糠再經(jīng)自然發(fā)酵，可作為生產(chǎn)有機(jī)食品的優(yōu)質(zhì)肥料[3].并且，菌糠中的天然高分子有機(jī)化合物含有羥基、羧基、酚基、磷酸基、氨基等能夠結(jié)合重金屬離子的極性官能團(tuán)，使得香菇培養(yǎng)基廢料吸附重金屬成為可能[4-6].經(jīng)香菇菌種轉(zhuǎn)化后的培養(yǎng)基多糖含量也顯著增加，而香菇活性多糖具有一定的抗腫瘤作用[7-8]，還可以恢復(fù)并提高機(jī)體的免疫功能[9]，對(duì)多種細(xì)菌、寄生蟲、病毒等有一定的抗感染能力，是反芻動(dòng)物很好的免疫飼料.

2.2 氨基酸構(gòu)成分析（表2）

由表2 可知，經(jīng)香菇菌種轉(zhuǎn)化后，香菇培養(yǎng)基中總氨基酸（TAA）含量由15.61 mg/g 增加到20.66 mg/g.范文麗等[10]對(duì)杏鮑菇、香菇、金針菇、蛹蟲草、滑菇、平菇營(yíng)養(yǎng)成分評(píng)價(jià)檢測(cè)香菇菌糠中氨基酸的含量?jī)H為3.101 mg/g，與本研究結(jié)果有較大的差距，可能與不同地區(qū)的培養(yǎng)基組成及環(huán)境條件存在較大差異有關(guān).

香菇培養(yǎng)基中氨基酸的種類非常豐富.共檢測(cè)出17 種氨基酸，包括7 種必需氨基酸（EAA），轉(zhuǎn)化后7 種必需氨基酸的含量均有所增加.必需氨基酸中蛋氨酸的含量最高，而蛋氨酸在動(dòng)物體內(nèi)有重要的營(yíng)養(yǎng)作用，可以提高動(dòng)物免疫力，還具有抗菌毒素等作用[11].非必需氨基酸中，谷氨酸的含量最高，并且天冬氨酸、甘氨酸、丙氨酸等鮮味氨基酸經(jīng)菌種轉(zhuǎn)化后均有所增加，因此，香菇菌糠具有較濃的香味，可作為飼料開發(fā)利用.并且谷氨酸具有多種重要的生理功能，可提高動(dòng)物的腸道消化吸收能力和抗氧化能力[12].

表2 香菇培養(yǎng)基及菌糠與其他種類菌糠中的氨基酸構(gòu)成（干基）Table 2 Amino acid compositions in Lentinus edodes medium and spent mushroom substrate with other spent mushroom substrates (dry basis) mg/g

香菇菌糠中EAA/TAA 為0.23，高于平菇菌糠以及杏鮑菇菌糠.而與杏鮑菇菌糠以及平菇菌糠相比，氨基酸總量稍低.香菇菌糠的第一限制性氨基酸為賴氨酸，而平菇菌糠和杏鮑菇菌糠的第一限制性氨基酸分別為異亮氨酸和纈氨酸.所以，在開發(fā)利用時(shí)，需要不同的菌糠進(jìn)行合理搭配，才能提高利用率.

2.3 脂肪酸構(gòu)成分析（表3）

由表3 可知，經(jīng)菌種轉(zhuǎn)化后，培養(yǎng)基中脂肪酸的含量增加.香菇培養(yǎng)基和菌糠中含有的高級(jí)脂肪酸種類較多.香菇菌糠中，不飽和脂肪酸含量占總脂肪酸含量的73%，高于飽和脂肪酸含量.飽和脂肪酸有3 種，C16-棕櫚酸含量最高.不飽和脂肪酸有5 種，C18∶2-亞油酸的含量最高.必需脂肪酸有C18∶2-亞油酸和C18∶3-亞麻酸.而不飽和脂肪酸具有多種生理功能，可調(diào)節(jié)奶牛產(chǎn)奶中的脂肪酸組成[13]，提高牛奶中不飽和脂肪酸的比例.香菇菌糠中亞油酸的含量是最高的，其次是油酸.亞油酸是動(dòng)物體重要的必需脂肪酸.大量研究證明，在哺乳動(dòng)物中，油酸具有一系列有益的生理機(jī)能，如保護(hù)動(dòng)物心臟、降血糖和調(diào)節(jié)血脂等[14].

在3 種菌糠中，杏鮑菇菌糠中∑UFA/∑FA 的值最大為0.79，其次是香菇菌糠為0.73，平菇菌糠最小.在必需脂肪酸中，香菇菌糠的C18∶3-亞麻酸含量最高為0.146 mg/g，而C18∶2-亞油酸以杏鮑菇菌糠含量最高為1.189 mg/g.因此，從脂肪酸的不飽和度來看，杏鮑菇菌糠作為動(dòng)物飼料具有較大優(yōu)勢(shì)，而C18∶3-亞麻酸以及C20-花生酸含量均較少，而香菇菌糠中這兩種不飽和脂肪酸含量都有明顯優(yōu)勢(shì)，故將其相互補(bǔ)充，可以提高菌糠的價(jià)值及利用率.

表3 香菇培養(yǎng)基及菌糠與其他種類菌糠中脂肪酸構(gòu)成的比較（干基）Table 3 Fatty acid compositions in Lentinus edodes medium and spent mushroom substrate with other spent mushroom substrates (dry basis) mg/g

2.4 香菇的生態(tài)轉(zhuǎn)化研究分析

香菇培養(yǎng)基經(jīng)香菇菌種轉(zhuǎn)化后，香菇培養(yǎng)基的營(yíng)養(yǎng)成分均有明顯改變.這與本課題組張倩[15]將奶牛作為一種無需煤電、無污染的高效生態(tài)生產(chǎn)模式同屬一種模式，即一種實(shí)現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)素的生態(tài)重組與生態(tài)互補(bǔ)的自然資源利用模式.

培養(yǎng)基中水分含量由0.97%～0.99%增加到3.83%～6.85%，這種變化與當(dāng)?shù)爻渑娴挠炅坑泻艽箨P(guān)系[5]；培養(yǎng)基中灰分含量由0.21%增加到2.0%，說明該香菇菌種通過生態(tài)轉(zhuǎn)化有效提高了菌糠的營(yíng)養(yǎng)成分含量.香菇菌種通過生物固氮作用，將無機(jī)氮轉(zhuǎn)化為有機(jī)氮，合成了大量的菌體蛋白，從而使菌糠富含蛋白質(zhì)，其含量由2.91%～3.37%增加到4.27%～4.43%.胡傳久等[16]研究表明，在食用菌生長(zhǎng)過程中，可降解培養(yǎng)基中大量的粗纖維，作為菌絲體生長(zhǎng)的養(yǎng)分，收菌后，菌糠中殘留的豐富菌絲體及菌體蛋白使菌糠中粗纖維含量大幅降低，而粗蛋白含量顯著提高.

本研究也發(fā)現(xiàn)香菇菌糠中的粗纖維含量由46.67%～47.57%降為30.33%～31.19%，變化明顯.這是因?yàn)橄愎骄N的生長(zhǎng)以粗纖維為主要的碳源，在生長(zhǎng)過程中菌絲體分泌大量胞內(nèi)酶和胞外酶，對(duì)纖維素分解能力較強(qiáng)，從而使菌糠的粗纖維含量降低.

培養(yǎng)基中粗脂肪含量由1.97%～2.87%增加到2.85%～3.63%，沒有顯著性差異；而香菇菌種作為一種生態(tài)轉(zhuǎn)化的工具，利用培養(yǎng)基底物的營(yíng)養(yǎng)素成分，使香菇培養(yǎng)基活性多糖含量由2.41%～2.55%增加到6.49%～7.01%，變化顯著.

3 結(jié)論

香菇菌種作為一種生態(tài)轉(zhuǎn)化工具，可以實(shí)現(xiàn)培養(yǎng)基的營(yíng)養(yǎng)素生態(tài)重組，使得香菇菌糠營(yíng)養(yǎng)成分全面豐富，還有大量的菌絲體富含蛋白質(zhì)和活性多糖以及多樣的氨基酸和脂肪酸，將其與杏鮑菇菌糠以及平菇菌糠合理搭配，作為反芻動(dòng)物的免疫飼料，可以提高動(dòng)物自身免疫能力；也可飼喂多種畜禽，提高畜禽的產(chǎn)量和質(zhì)量，降低飼養(yǎng)成本.同時(shí)這些動(dòng)物產(chǎn)生的糞便可作為有機(jī)食品的優(yōu)質(zhì)肥料改良土壤.改良后的土壤可栽培青飼作物，飼喂畜禽.因此，通過香菇菌糠的高效綜合利用，不僅可消除廢棄菌糠造成的環(huán)境污染，而且作為免疫飼料又促進(jìn)了畜牧業(yè)的發(fā)展，形成了農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)，達(dá)到延長(zhǎng)西峽生態(tài)資源循環(huán)鏈的目的.

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