堿提法、酶解法提取香菇膳食纖維的工藝優(yōu)化及差異性研究

王曦璠 李家宇 湯婉婷 肖小芹

〔摘要〕 目的 對(duì)比研究堿提法、酶解法的提取工藝，比較不同提取方法的香菇膳食纖維（可溶性膳食纖維、不溶性膳食纖維）產(chǎn)率以及其理化性質(zhì)差異。方法 優(yōu)化堿提法溫度、料液比、堿液濃度和酶解法加酶量、酶解溫度、酶解時(shí)間等因素，完善香菇膳食纖維最優(yōu)提取條件。結(jié)果 堿提法的最優(yōu)工藝條件為堿液濃度1.25%，料水比約1∶20，溫度80 ℃;酶解法的最優(yōu)工藝條件為蛋白酶添加量0.4%，淀粉酶添加量0.4%。結(jié)論 堿提取法的香菇膳食纖維平均產(chǎn)率高于酶解法。且兩種提取方法得到的膳食纖維的理化性質(zhì)無(wú)明顯差異，故在生產(chǎn)中宜采用新建立的堿提取法進(jìn)行香菇膳食纖維的提取。

〔關(guān)鍵詞〕 香菇;水溶性膳食纖維;不溶膳食纖維;堿提法;酶解法

〔中圖分類號(hào)〕R284.2 ? ? ? 〔文獻(xiàn)標(biāo)志碼〕A ? ? ? 〔文章編號(hào)〕doi：10.3969/j.issn.1674-070X.2019.12.023

〔Abstract〕 Objective To compare the extraction process of alkali extraction and enzymatic hydrolysis， and to compare the yield of dietary fiber （Soluble dietary fiber， insoluble dietary fiber） and the physicochemical properties of different extraction methods. Methods The amount of enzyme， enzymatic hydrolysis temperature， enzymatic hydrolysis time， temperature， material-liquid ratio， alkali concentration and other factors were optimized， and the alkali extraction and enzymatic extraction of dietary fiber experiment was improved to find the optimal extraction conditions. Results The optimum technological conditions of alkali extraction were alkali concentration 1.25%， ratio of material to water 1∶20 and temperature 80℃. The optimum technological conditions of enzymatic hydrolysis were 0.4% of protease and 0.4% of amylase. Conclusion The average yield of dietary fiber by alkali extraction was higher than that by enzymatic hydrolysis. The physical and chemical properties of dietary fiber obtained by the 2 extraction methods were not significantly different， so a new alkali extraction method should be used to extract dietary fiber from Lentinus edodes.

〔Keywords〕 lentinus edodes; soluble dietary fiber; insoluble dietary fiber; alkaline collection; enzymolysis method

香菇（Lendinus edodes）屬于口蘑科香菇屬，是世界第二大食用菌，也是中國(guó)特產(chǎn)之一[1]，其味道鮮美、香氣沁人、營(yíng)養(yǎng)豐富，素有“植物皇后”的美譽(yù)[2]。我國(guó)香菇的出口貿(mào)易量也逐漸上升，年遞增率約為2%。年出口量為3.6萬(wàn)噸，居世界之首，其次是日本，韓國(guó)居第3位[3]。同時(shí)，香菇含有豐富的氨基酸、蛋白質(zhì)、維生素、礦物元素等營(yíng)養(yǎng)成分，以及香菇多糖、膳食纖維等功能性成分[1]。

膳食纖維（dietary fiber， DF）是指能抗人體小腸消化吸收的植物存儲(chǔ)或植物細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)多糖。根據(jù)溶解性不同，可分為水溶性膳食纖維（soluble dietary fiber， SDF）和水不溶性膳食纖維（insoluble dietary fiber， IDF）。膳食纖維的主要化學(xué)成分是抗人體內(nèi)酶水解的非淀粉多糖、木質(zhì)素以及其他植物細(xì)胞壁成分[4]。根據(jù)美國(guó)谷物化學(xué)師協(xié)會(huì)（American association of cereal chemists， AACC）的定義，膳食纖維是指在人體小腸中不能消化吸收而在大腸中完全或部分發(fā)酵的植物性可食用部分或類似碳水化合物的總稱;膳食纖維包括多糖、寡糖、木質(zhì)素及相關(guān)植物成分，可通便、降血脂、降血糖[1]。

目前，國(guó)內(nèi)外提取膳食纖維的方法主要有化學(xué)提取法、酶提取法、化學(xué)—酶結(jié)合提取法、膜分離法、發(fā)酵法和超聲波法等[5-6]?，F(xiàn)有的提取方法存在著操作復(fù)雜，產(chǎn)率不高等一系列問(wèn)題。為了探索藥食同源植物中膳食纖維的最佳提取方案，本研究通過(guò)優(yōu)化已有的提取方式[7-8]，考察香菇水溶性膳食纖維和不溶膳食纖維堿提法、酶解法[9-10]的最優(yōu)提取條件，對(duì)比研究?jī)煞N不同提取方法的膳食纖維產(chǎn)率，以及其水合能力和吸附性等理化特性差異，為香菇生產(chǎn)加工和其他研究工作者提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 ?材料

1.1.1 ?樣品及試劑 ?香菇由無(wú)限極有限責(zé)任公司提供，采于湖北省竹山縣，經(jīng)湖南中醫(yī)藥研究院湖南中藥研究所劉浩副研究員鑒定為香菇Lentinus edodes （Berk.）sing。

α-淀粉酶（邢臺(tái)萬(wàn)達(dá)生物工程有限公司，活性：2000 U/g）;中性蛋白酶（活性：50 U/mg）;氫氧化鈉、鹽酸、無(wú)水乙醇均購(gòu)自恒興試劑公司。

1.1.2 ?主要儀器 ?TAISITE恒溫水浴鍋（天津市泰斯特儀器有限公司）;101-2型電熱鼓風(fēng)恒溫干燥箱（上海天緣試驗(yàn)儀器廠）;TP-1200A電子天平（湘儀天平儀器設(shè)備有限公司）;黃城HC-700高速多功能粉碎機(jī)（永康市天祺盛世工貿(mào)有限公司）;LXJ-ⅡB低速大容量多管離心機(jī)（上海安亭科學(xué)儀器廠）。

1.2 ?實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 ?堿提取法提取DF工藝流程 ?香菇干燥，粉碎，過(guò)40目篩。取一定量粉末，以一定濃度的氫氧化鈉溶液按不同料液比在不同溫度的水浴中浸泡120 min，離心收集上清液，記為上清液1備用;濾渣80 ℃水提，離心得上清液，記為上清液2備用，濾渣即為IDF。合并備用上清液1、2，真空濃縮至50 mL，料液與乙醇按1∶4沉淀120 min，過(guò)濾取沉淀干燥后即得SDF。

1.2.2 ?酶解法提取可溶性、不溶性膳食纖維工藝流程 ?香菇干燥，粉碎，過(guò)40目篩。取一定量粉末，以10倍體積水于室溫漂洗、軟化60 min，離心后廢棄上清液取濾渣，調(diào)節(jié)至合適pH后使用不同濃度淀粉酶于55 ℃水浴鍋中水解60 min，離心收集上清液，記為上清液1備用，濾渣調(diào)合適pH后使用不同濃度淀粉酶于50 ℃水浴鍋中水解60 min，離心收集上清液，記為上清液2備用，濾渣即為IDF。合并備用上清液1、2，真空濃縮至50 mL，料液與乙醇按1∶4沉淀120 min，過(guò)濾取沉淀干燥后得到SDF。

1.2.3 ?香菇DF得率計(jì)算 ?根據(jù)中華人民共和國(guó)食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：《GB 5009.88-2014食品中膳食纖維的測(cè)定》[11]，對(duì)可溶性膳食纖維及不溶性膳食纖維的得率進(jìn)行計(jì)算。

SDF得率=（香菇干燥SDF質(zhì)量/香菇粉末質(zhì)量）×100%

IDF得率=（香菇干燥IDF質(zhì)量/香菇粉末質(zhì)量）×100%

1.2.4 ?理化特性分析 ?溶脹度測(cè)定：準(zhǔn)確稱取IDF 0.1 g計(jì)為m于10 mL量筒中記錄干品體積（V1），用移液管準(zhǔn)確吸取5 mL蒸餾水加入其中，振蕩均勻后在室溫下放置24 h，讀取液體中膨脹纖維的體積（V2），計(jì)算溶脹度。

溶脹度（mL/g）=（V2-V1）/m

持水力測(cè)定：準(zhǔn)確稱取IDF 1.0 g計(jì)為m1，放入燒杯中，加入20 mL水浸泡60 min，瀝干后將其轉(zhuǎn)移至表面皿上稱重（m2），計(jì)算持水力。

持水力（g/g）=（m2-m1）/m1

持油力測(cè)定：分別取1.0 g計(jì)為m1，可溶性與不溶性膳食纖維于50 mL離心管中，加入20 g食用調(diào)和油，攪拌均勻后37 ℃靜置60 min，3 000 r/min離心20 min，廢棄上層油液，殘?jiān)褂脼V紙吸干游離的調(diào)和油，稱重（m2）。

持油力（g/g）=（m2-m1）/m1

1.2.5 ?統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 ?采用SPSS 22.0軟件對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析與比較。計(jì)量資料以“x±s”表示，兩組間比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 ?不同提取方法提取DF的最優(yōu)條件

2.1.1 ?堿提法提取DF最優(yōu)條件的確定 ?通過(guò)考察堿液濃度、料液比和提取溫度，尋找最優(yōu)提取工藝，不同提取條件下得到SDF和IDF產(chǎn)率。如表1所示。

對(duì)不同提取方法中SDF和IDF產(chǎn)率相互對(duì)比，如序號(hào)所示，第一種提取條件相較第二種，提取的SDF及IDF平均產(chǎn)率有顯著性差異（P<0.05），可確定料液比采用1∶20為宜。第一種提取條件相較第三種，提取的IDF產(chǎn)率有顯著性差異（P<0.05），在考慮到節(jié)能環(huán)保的因素上，選擇的堿液濃度為1.25%的NaOH溶液。第一種提取條件相較第四種，提取的SDF及IDF平均產(chǎn)率有顯著性差異（P<0.05），可確定提取溫度采用80 ℃為宜。最終確定堿提法提取DF的最優(yōu)工藝條件為堿液濃度1.25%、料水比約為1∶20、溫度約為80 ℃。

2.1.2 ?酶提法提取DF最優(yōu)條件的確定 ?實(shí)驗(yàn)通過(guò)考察α-淀粉酶加入量和中性蛋白酶加入量，尋找最優(yōu)提取工藝，不同提取條件下得到SDF和IDF產(chǎn)率。如表2所示。

對(duì)不同提取方法中SDF和IDF產(chǎn)率相互對(duì)比，采用SPSS 22.0進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。第一種提取條件相較第二種，提取的SDF及IDF的平均產(chǎn)率均有顯著性差異（P<0.05），從而確定α-淀粉酶的加入量為0.4%。第二種提取條件相較第三，提取的SDF及IDF的平均產(chǎn)率均有顯著性差異（P<0.05），可以確定中性蛋白酶的加入量為0.4%。

最終確定酶解法的最優(yōu)工藝條件為中性蛋白酶的酶解溫度為50 ℃，pH 7.0，酶解時(shí)間60 min，酶添加量為0.4%;α-淀粉酶采用的酶解溫度為55 ℃，pH 6.0，酶解時(shí)間90 min，酶添加量為0.4%。

2.2 ?堿提法與酶解法提取DF的差異比較

2.2.1 ?堿提法與酶解法最優(yōu)條件提取DF得率的差異性分析 ?堿提法與酶解法提取的SDF具有明顯差異，有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.01）。采用優(yōu)化后堿提法及酶解法提取的SDF及IDF產(chǎn)率見(jiàn)表3。

2.2.2 ?堿提法與酶解法最優(yōu)條件提取DF的理化性質(zhì)的差異性分析 ?對(duì)堿提法與酶解法提取的DF理化性質(zhì)采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，分別檢驗(yàn)其溶脹性、持水力和持油力差異，以α=0.05為置信區(qū)間。溶脹性無(wú)明顯差異;持水力無(wú)明顯差異，無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.471）;持油力無(wú)明顯差異，無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.455）。結(jié)果見(jiàn)表4。

3 結(jié)語(yǔ)

香菇膳食纖維包括了SDF和IDF，本試驗(yàn)得到了香菇DF不同提取方法（堿提法、酶解法）的最優(yōu)工藝條件。其中，堿提法的最優(yōu)工藝條件為堿液濃度1.25%、料水比約為1∶20、溫度約為80 ℃;酶解法的最優(yōu)工藝條件為首先以50 ℃為酶解溫度，在pH 7.0的環(huán)境下采用濃度為0.4%的中性蛋白酶酶解60 min;再以55 ℃為酶解溫度，在pH 6.0的環(huán)境下采用濃度為0.4%的α-淀粉酶酶解90 min。

其中堿提法的可溶性膳食纖維平均產(chǎn)率、不溶性膳食纖維平均產(chǎn)率均高于酶解法得到的平均產(chǎn)率。兩種提取方法得到的膳食纖維的理化性質(zhì)（持油力、持水力及溶脹性）相近，無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)上的差異。從生產(chǎn)效益角度從發(fā)，故在生產(chǎn)中宜采用堿提法進(jìn)行。香菇膳食纖維提取方法的優(yōu)化確定可以作為香菇膳食纖維相關(guān)生理、藥理研究的前期基礎(chǔ)，有助于推進(jìn)膳食纖維的進(jìn)一步利用。

參考文獻(xiàn)

[1] 張 ?妤，陳 ?萍，金 ?暉，等.香菇柄膳食纖維的理化特性研究[J].中國(guó)食用菌，2012（5）：33-35.

[2] 吳學(xué)謙.香菇生產(chǎn)全書[M].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，2005：1-15.

[3] 孫立梅.平菇水不溶性膳食纖維提取工藝的研究[J].食用菌，2008，30（5）：54-55.

[4] 吳茂玉，葛邦國(guó)，和法濤，等.高活性苦瓜膳食纖維粉的研究[J].食品研究與開發(fā)，2007，28（2）：4-7.

[5] 符 ?瓊，林親錄，魯娜，等.膳食纖維提取的研究進(jìn)展[J].中國(guó)食物與營(yíng)養(yǎng)，2010（3）：32-35.

[6] 王 ?謙，高 ?俊，王 ?莎，等.超聲波法提取糙皮側(cè)耳菇柄中水溶性膳食纖維工藝研究[J].食用菌學(xué)報(bào)，2011，18（4）：69-72.

[7] 吳麗櫻，方 ?蕤，吳俊清，等.響應(yīng)面法優(yōu)化香菇柄可溶性膳食纖維的提取[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，40（2）：79-81.

[8] 葛邦國(guó)，吳茂玉，馬 ?超，等.酶解法提取香菇水不溶性膳食纖維技術(shù)研究[J].食用菌，2010，32（3）：64-66.

[9] 張江萍，劉靖宇.猴頭菇水不溶性膳食纖維的提取工藝研究[J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018，46（4）：634-637.

[10] 朱 ?博，艾麥提·巴熱提，孫 ?睿.維藥榅桲渣中可溶性膳食纖維提取方法及工藝研究[J].現(xiàn)代食品，2018（8）：151-153.

[11] 國(guó)家衛(wèi)生和計(jì)劃生育委員會(huì)，食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)——食品中膳食纖維的測(cè)定：GB 5009.88-2014[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2014.