雙孢蘑菇固態(tài)發(fā)酵對(duì)玉米營(yíng)養(yǎng)成分的影響

劉紅艷，翟飛紅，韓建榮

（山西大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山西太原030006）

雙孢蘑菇固態(tài)發(fā)酵對(duì)玉米營(yíng)養(yǎng)成分的影響

劉紅艷，翟飛紅，韓建榮

（山西大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山西太原030006）

初步研究了雙孢蘑菇固態(tài)發(fā)酵對(duì)玉米碳水化合物和蛋白質(zhì)的影響，并通過(guò)氨基酸評(píng)分（AAS）、必需氨基酸指數(shù)（EEAI）、營(yíng)養(yǎng)指數(shù)（NI）等方法對(duì)發(fā)酵產(chǎn)物的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值進(jìn)行了全面評(píng)價(jià)。結(jié)果表明，玉米經(jīng)雙孢蘑菇固態(tài)發(fā)酵30 d后，淀粉含量從57.64 g/100 g降到49.93 g/100 g，總糖含量從58.51 g/100 g降到51.22 g/100 g，總膳食纖維含量從21.75 g/100 g降到17.49 g/100 g，還原糖含量從9.63 g/100 g增加到14.29 g/100 g，粗蛋白含量由8.25 g/100 g增加到9.13 g/100 g，水溶性蛋白含量由1.82 g/100 g增加到4.32 g/100 g；發(fā)酵產(chǎn)物中蛋白質(zhì)的必需氨基酸種類(lèi)更加齊全，氨基酸含量、比例更接近WTO/FAO推薦的理想模式，AAS，EEAI和NI均高于對(duì)照組，其中，第1限制氨基酸為蛋氨酸+半胱氨酸，第2限制氨基酸為賴(lài)氨酸；將雞蛋蛋白作為標(biāo)準(zhǔn)蛋白，發(fā)酵后產(chǎn)物中的蛋白質(zhì)與雞蛋蛋白的貼近度（CD）較高，說(shuō)明發(fā)酵后玉米蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值明顯優(yōu)于未發(fā)酵的玉米。

雙孢蘑菇；玉米；碳水化合物；蛋白質(zhì)

雙孢蘑菇（Agaricus bisporus）又稱(chēng)白蘑菇，其子實(shí)體含有多種氨基酸、維生素、類(lèi)黃酮以及酚類(lèi)化合物等，具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[1]。除了其子實(shí)體可以利用外，還可以對(duì)其菌絲體通過(guò)發(fā)酵等方式加以利用[2]。研究發(fā)現(xiàn)，雙孢蘑菇具有抑制腫瘤、降低血脂、抗癌、抗凝血等功效，可提高機(jī)體免疫力，預(yù)防心腦血管疾病[3]。

玉米屬于禾本科植物，是人們?nèi)粘Ｉ钪凶畛Ｒ?jiàn)的糧食作物。其含有蛋白質(zhì)、脂肪、淀粉、纖維素以及鈣、磷、鐵等礦物質(zhì)，具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。但是，玉米蛋白質(zhì)中往往缺少色氨酸和賴(lài)氨酸，研究表明，蛋白質(zhì)中缺少某種必需氨基酸時(shí)，其他氨基酸就不能被充分利用，從而降低了總蛋白質(zhì)的消化率和食物的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[4]。

微生物中含有豐富的酶系，將谷物中的大分子物質(zhì)降解成小分子物質(zhì)利于人體吸收利用；微生物在發(fā)酵過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生新的代謝產(chǎn)物，使谷物的營(yíng)養(yǎng)成分更加豐富和均衡。因此，利用微生物發(fā)酵谷物來(lái)提高谷物營(yíng)養(yǎng)價(jià)值引起了國(guó)內(nèi)外諸多研究者的注意[5]。

目前在谷物發(fā)酵方面，常用的發(fā)酵菌株有乳酸菌、芽孢桿菌、酵母菌、霉菌以及多菌株混合發(fā)酵等，通過(guò)微生物發(fā)酵產(chǎn)生相應(yīng)的酶來(lái)改變谷物中糖分、淀粉、蛋白質(zhì)及多酚類(lèi)等物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，從而改善谷物的營(yíng)養(yǎng)成分并提高其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[6-7]。但是，關(guān)于利用雙孢蘑菇對(duì)玉米進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵的研究還未見(jiàn)報(bào)道。

本試驗(yàn)選用玉米作為培養(yǎng)基，初步研究雙孢蘑菇固態(tài)發(fā)酵對(duì)玉米中營(yíng)養(yǎng)成分的影響，并對(duì)發(fā)酵產(chǎn)物蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值進(jìn)行評(píng)價(jià)，旨在為提高玉米的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、豐富谷物發(fā)酵食品和開(kāi)發(fā)純天然的保健食品提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

1.1.1 菌種雙孢蘑菇（Agaricus bisporus）由山西大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院微生物實(shí)驗(yàn)室提供，保存于馬糞瓊脂培養(yǎng)基中。

1.1.2 試劑與儀器標(biāo)準(zhǔn)葡萄糖、3，5-二硝基水楊酸（DNS）、鹽酸、氫氧化鈉、碘-碘化鉀、乙醚、乙醇、α-淀粉酶、甲基紅、十二烷基苯磺酸、乙酸、馬鈴薯直鏈淀粉、支鏈淀粉、丙酮、三羥甲基甲烷、2-（N-嗎啉代）乙烷磺酸、木瓜蛋白酶、糖化酶、硫酸銅、硫酸鉀、濃硫酸、硼酸、考馬斯亮藍(lán)G-250、酒石酸鉀鈉、結(jié)晶酚和亞硫酸鈉均為國(guó)產(chǎn)分析純。

TU-1810紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)，北京普析通用儀器有限責(zé)任公司；電子天平，上海精密科學(xué)儀器有限公司；SC-3614低速離心機(jī)，安徽中科中佳科學(xué)儀器有限公司；臺(tái)式全溫振蕩培養(yǎng)箱，上海知楚儀器有限公司；HHS型電熱恒溫水浴鍋，上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；GZX-9076MBE電熱鼓風(fēng)干燥箱，上海博訊實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；SSXF-2.2.18型馬弗爐，上?？德穬x器設(shè)備有限公司。

1.2 培養(yǎng)基的制備

準(zhǔn)確稱(chēng)取800 g（干質(zhì)量）除去谷殼和石子等雜物的玉米，在100℃沸水中煮沸至無(wú)白心，瀝干水分，攤開(kāi)晾干至不黏手（水分含量大約為40%），然后將處理好的玉米平均分裝在16個(gè)250 mL的錐形瓶中，用透氣塑料膜封口，121℃滅菌1 h。

1.3 固態(tài)發(fā)酵

將活化后的雙孢蘑菇斜面菌種切成1 cm×1 cm的小塊，接種至滅菌后的玉米培養(yǎng)基中，每瓶接種3塊，置于25℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，待菌絲長(zhǎng)滿(mǎn)瓶后開(kāi)始計(jì)時(shí)，在第30天取出。將取出的樣品用玻璃棒攪拌均勻，在40℃烘箱中烘干并粉碎過(guò)0.177 mm篩，用來(lái)測(cè)定發(fā)酵產(chǎn)物的營(yíng)養(yǎng)成分。每個(gè)處理設(shè)3次重復(fù)，未接種的培養(yǎng)基作為對(duì)照。

1.4 發(fā)酵產(chǎn)物中碳水化合物含量的測(cè)定

還原糖和總糖含量采用3，5-二硝基水楊酸法（DNS法）測(cè)定[8]；淀粉含量采用GB/T 5514—2008《糧食、油料中淀粉含量的測(cè)定》進(jìn)行檢測(cè)；膳食纖維含量采用GB 5009.88—2014《食品中膳食纖維的測(cè)定》進(jìn)行檢測(cè)。

1.5 酶活測(cè)定

1.5.1 α-淀粉酶活測(cè)定

1.5.1.1 粗酶液的制備分別稱(chēng)取2 g發(fā)酵5，10，15，20，30d的玉米發(fā)酵產(chǎn)物，加蒸餾水約2mL，冰浴研磨成勻漿，轉(zhuǎn)入離心管中，并用6 mL的蒸餾水沖洗研缽2～3次，洗出液轉(zhuǎn)入離心管中，12 000 r/min，4℃離心10 min，上清即為粗酶液。

1.5.1.2 α-淀粉酶活測(cè)定參照MILLER[9]的方法，略作改動(dòng)。酶活力單位為在25℃，每分鐘能催化水解底物產(chǎn)生1 μmol麥芽糖的酶量為1個(gè)酶活單位（IU）。

1.5.2 纖維素酶活測(cè)定

1.5.2.1 粗酶液的制備其同α-淀粉酶粗酶液的提取方法。

1.5.2.2 纖維素酶活力的測(cè)定采用周慧敏等[10]的方法，略作改動(dòng)。酶活力單位為1 mL酶液反應(yīng)1 h產(chǎn)生1 mol葡萄糖為1個(gè)酶活單位（U）。

1.5.3 β-葡萄糖苷酶活測(cè)定

1.5.3.1 粗酶液的制備分別準(zhǔn)確稱(chēng)取1 g發(fā)酵5，10，15，20，30 d的玉米發(fā)酵產(chǎn)物，加入2 mL檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液（0.2 mol/L，pH值4.6）和聚乙烯吡咯烷酮（PVP），冰浴研磨成勻漿，轉(zhuǎn)入離心管中，并用6 mL的蒸餾水沖洗研缽2～3次，洗出液轉(zhuǎn)入離心管中，12 000 r/min，4℃離心10 min，上清即為粗酶液。

1.5.3.2 β-葡萄糖苷酶活的測(cè)定采用pNPG法[11-12]，略作改動(dòng)。酶活力單位為每分鐘每克谷物水解1 μmol pNPG的酶活力為1個(gè)酶活單位。

1.6 蛋白質(zhì)含量測(cè)定

粗蛋白含量根據(jù)GB/T 5009.5—2003，采用凱氏定氮法測(cè)定。水溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250結(jié)合法進(jìn)行測(cè)定[8]。

1.7 氨基酸含量測(cè)定

根據(jù)GB/T 5009.124—2003《食品中氨基酸的測(cè)定》，委托山西糧食質(zhì)量檢測(cè)中心測(cè)定17種氨基酸含量。根據(jù)GB 7650—1987，采用分光光度計(jì)測(cè)定色氨酸含量。

1.8 發(fā)酵產(chǎn)物營(yíng)養(yǎng)價(jià)值評(píng)價(jià)

氨基酸評(píng)分（AAS）采用FAO/WHO評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，采用文獻(xiàn)[13]計(jì)算蛋白質(zhì)中必需氨基酸的評(píng)分值；必需氨基酸指數(shù)（EAAI）根據(jù)劉利娥[14]的方法計(jì)算；營(yíng)養(yǎng)指數(shù)（NI）根據(jù)CRISAN等[15]的方法計(jì)算；與雞蛋蛋白的貼近度（CD）采用模糊識(shí)別法（fuzzy discernment）[16]，將雞蛋蛋白作為模式蛋白評(píng)價(jià)發(fā)酵產(chǎn)物的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[17]。

1.9 數(shù)據(jù)分析

以上試驗(yàn)均設(shè)3次重復(fù)，數(shù)據(jù)采用SPSS19.0的Duncan多重比較法[18]進(jìn)行多個(gè)均值間的兩兩比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)酵產(chǎn)物中的碳水化合物分析

從表1可以看出，對(duì)照組玉米中，淀粉含量為57.64 g/100 g，總糖含量為58.51 g/100 g，還原糖含量為9.63 g/100 g；但玉米經(jīng)雙孢蘑菇固態(tài)發(fā)酵30 d后，淀粉、總糖和總膳食纖維的含量明顯降低（P＜0.05），淀粉含量從57.64 g/100 g降到49.93 g/100 g，總糖含量從58.51 g/100 g降到51.22 g/100 g，總膳食纖維含量從21.75 g/100 g降到17.49 g/100 g；而還原糖含量卻明顯增加（P＜0.05），從9.63 g/100 g增加到14.29 g/100 g。

表1 玉米發(fā)酵產(chǎn)物中的碳水化合物含量

從圖1可以看出，在整個(gè)發(fā)酵過(guò)程中均產(chǎn)生了α-淀粉酶、纖維素酶以及β-葡萄糖苷酶。結(jié)合表1可以得出，玉米經(jīng)雙孢蘑菇固態(tài)發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的α-淀粉酶、纖維素酶以及β-葡萄糖苷酶能夠?qū)⒐任镏械拇蠓肿游镔|(zhì)（總糖、淀粉和膳食纖維）水解成小分子物質(zhì)（還原糖），從而導(dǎo)致發(fā)酵產(chǎn)物中還原糖含量的增加。

2.2 發(fā)酵產(chǎn)物中蛋白質(zhì)和氨基酸的含量分析

表2 玉米發(fā)酵產(chǎn)物中蛋白質(zhì)和氨基酸的組成與含量

從表2可以看出，玉米經(jīng)雙孢蘑菇固態(tài)發(fā)酵后，發(fā)酵產(chǎn)物中的氨基酸含量與對(duì)照存在顯著性差異（P＜0.05），發(fā)酵產(chǎn)物中的氨基酸種類(lèi)更加齊全且氨基酸的總量增加，為8.29 g/100 g；色氨酸含量由0增加到0.07 g/100 g。除此之外，發(fā)酵產(chǎn)物中的粗蛋白和水溶性蛋白含量與對(duì)照相比均存在顯著性差異（P＜0.05），發(fā)酵產(chǎn)物中的粗蛋白含量由8.25 g/100 g增加到9.13 g/100 g，水溶性蛋白含量由1.82 g/100 g增加到4.32 g/100 g。由表3可知，玉米經(jīng)雙孢蘑菇固態(tài)發(fā)酵后,氨基酸總量、必需氨基酸總量和必需氨基酸總量/氨基酸總量均顯著增加。由此可知，玉米經(jīng)雙孢蘑菇固態(tài)發(fā)酵后，不僅豐富了氨基酸的種類(lèi)，也提高了蛋白質(zhì)的含量。

表3 玉米發(fā)酵產(chǎn)物中氨基酸的組成與含量

2.3 蛋白質(zhì)的氨基酸評(píng)分分析

依據(jù)1.8方法的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，氨基酸評(píng)分為試驗(yàn)蛋白質(zhì)中某一必需氨基酸占世界衛(wèi)生組織（World Health Organization，WHO）/FAO評(píng)分模式中相應(yīng)氨基酸含量的百分比。AAS值越接近100，反映食物蛋白與人體蛋白越接近，蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值也就越高[19]。玉米經(jīng)雙孢蘑菇發(fā)酵30 d后蛋白質(zhì)的氨基酸評(píng)分如表4所示。

表4 玉米發(fā)酵產(chǎn)物蛋白質(zhì)的氨基酸評(píng)分（AAS）

由表4可知，玉米經(jīng)雙孢蘑菇固態(tài)發(fā)酵后蛋白質(zhì)的氨基酸評(píng)分明顯高于對(duì)照組的氨基酸評(píng)分。對(duì)照組中，亮氨酸和苯丙氨酸+酪氨酸的評(píng)分均超過(guò)100，而氨基酸評(píng)分為0，第1限制氨基酸為色氨酸，第2限制氨基酸為蛋氨酸＋半胱氨酸。研究表明，蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值不僅取決于蛋白質(zhì)的含量，還與氨基酸的種類(lèi)、必需氨基酸的組成及比例、限制氨基酸的最低含量等有關(guān)[20]。然而，對(duì)照組的氨基酸種類(lèi)不僅不齊全，而且組成比例非常不均衡，由此說(shuō)明對(duì)照組的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較低。玉米經(jīng)雙孢蘑菇發(fā)酵后，除了含硫的氨基酸評(píng)分低于對(duì)照組，其余氨基酸評(píng)分基本高于對(duì)照組。結(jié)果表明，玉米經(jīng)雙孢蘑菇發(fā)酵后，玉米蛋白中缺少的色氨酸不僅被得到彌補(bǔ)，而且使得蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值得到提高。

2.4 蛋白質(zhì)的EEI，NI及CD分析

蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值與蛋白質(zhì)的氨基酸組成密切相關(guān)，其在被人體消化吸收時(shí)，食物蛋白質(zhì)的氨基酸組成越接近人體蛋白質(zhì)的組成，其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值越高[21]。由表5可知，發(fā)酵產(chǎn)物蛋白質(zhì)的EEAI，NI和CD均高于對(duì)照組，表明玉米經(jīng)雙孢蘑菇固態(tài)發(fā)酵后，產(chǎn)物中蛋白質(zhì)的氨基酸模式與人體蛋白質(zhì)的組成更接近，蛋白質(zhì)在體內(nèi)的消化吸收利用程度被提高，蛋白質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值被提高。

表5 玉米發(fā)酵產(chǎn)物蛋白質(zhì)的EEAI，NI及CD

3 討論

隨著生活水平的逐步提高，人們對(duì)飲食健康越來(lái)越重視，谷物成為現(xiàn)代人青睞的保健食品，在現(xiàn)代綠色保健食品中占有重要地位。它能有效彌補(bǔ)因長(zhǎng)期進(jìn)食高脂肪、高蛋白、高熱能食品而導(dǎo)致的在維生素、膳食纖維等方面的攝入不足，使飲食結(jié)構(gòu)更為合理[22]。但是，由于玉米中缺少色氨酸和賴(lài)氨酸，導(dǎo)致玉米的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值不能被人體充分吸收利用。

玉米經(jīng)雙孢蘑菇固態(tài)發(fā)酵后，淀粉、總糖和總膳食纖維的含量顯著降低（P＜0.05），還原糖含量顯著增加（P＜0.05），這主要是因?yàn)殡p孢蘑菇菌絲體在生長(zhǎng)過(guò)程中消耗谷物的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，產(chǎn)生高活性的碳水化合物水解酶（α-淀粉酶、纖維素酶和β-葡萄糖苷酶），使得淀粉、總糖和總膳食纖維在碳水化合物水解酶的作用下被分解成還原糖和其他的小分子物質(zhì)，最終導(dǎo)致還原糖的含量顯著增加。

玉米經(jīng)雙孢蘑菇固態(tài)發(fā)酵后，與對(duì)照相比，產(chǎn)物中的水溶性蛋白和粗蛋白含量均增加了，氨基酸和必需氨基酸總量也增加了。此外，發(fā)酵后氨基酸的種類(lèi)更加齊全，營(yíng)養(yǎng)更加豐富。HAN[17]用猴頭菇（Hericium erinaceum）固態(tài)發(fā)酵玉米粉，結(jié)果表明，玉米粉經(jīng)猴頭菇固態(tài)發(fā)酵后，由于猴頭菇具有合成氨基酸的能力，玉米粉中色氨酸和賴(lài)氨酸含量得到顯著提高；由于發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生α-淀粉酶而導(dǎo)致淀粉被降解。DE TEMMERMAN等[23]研究整粒玉米經(jīng)發(fā)酵后，某些維生素的含量有所增加。除此之外，大米和黑鷹嘴豆混合發(fā)酵后，蛋氨酸含量也顯著增加。本試驗(yàn)結(jié)果表明，利用雙孢蘑菇固態(tài)發(fā)酵后，谷物中氨基酸的含量和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值均得到顯著提高。這主要是在發(fā)酵期間，雙孢蘑菇分解谷物中蛋白質(zhì)的同時(shí)又利用分解的產(chǎn)物合成自身蛋白質(zhì)。

利用雙孢蘑菇固態(tài)發(fā)酵可以提高谷物中某些必需氨基酸的含量，改變谷物食品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，并可以使某些不易消化的大分子物質(zhì)水解成易于人體吸收的小分子物質(zhì)。因而，利用一些食用真菌通過(guò)固態(tài)發(fā)酵將谷物轉(zhuǎn)變成多種特殊功能的食品，這對(duì)谷物食品的開(kāi)發(fā)與利用具有重要意義。

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鄭重聲明

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《山西農(nóng)業(yè)科學(xué)》編輯部

Effect of Solid-state Fermentation withAgaricus bisporus on Nutritional Ingredient of Corn

LIUHongyan，ZHAI Feihong，HANJianrong
（College ofLife Science，Shanxi University，Taiyuan 030006，China）

In this study,the effect of solid-state fermentation with Agaricus bisporus on carbohydrates and proteins of corn were studied.Further,the paper evaluated the nutritional values of fermentation products based on amino acid score（AAS）,essential amino acid index（EEAI）and nutritional index（NI）.The results showed that after solid-state fermentation of 30 days,the starch content in the product decreased from 57.64 g/100 g to 49.93 g/100 g,the total sugar content decreased from 58.51 g/100 g to 51.22 g/100 g,the total dietary fiber content decreased from 21.75 g/100 g to 17.49 g/100 g,the reducing sugar content increased from 9.63 g/100 g to 14.29 g/100 g,the crude protein increased from 8.25 g/100 g to 9.13 g/100 g and the water soluble protein content increased from 1.82 g/100 g to 4.32 g/100 g.The fermentation products contained a wide variety of amino acids and the amino acid composition was close to the WHO/FAO recommended ideal pattern,AAS,EEAI and NI were higher than those in the control group,in which methionine and cysfine being the first limiting amino acids and lysine being the second limiting amino acid.Using egg protein as a standard,the protein offermentation products was closer tothe chicken protein.These results showed that the protein nutritional value ofthe fermention products was superior tothe nonfermented control.

Agaricus bisporus;corn;carbohydrates;protein

TQ920.6

：A

：1002-2481（2017）06-0918-05

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.06.14

2017-01-20

山西省煤基重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目（FT2014-03-15）

劉紅艷（1990-），女，山西交城人，在讀碩士，研究方向：資源微生物。韓建榮為通信作者。