超聲輔助酶解香菇柄工藝研究

豆海港，郝艷麗，陳 強，崔孟姣，楊 改，王云志

（1. 周口職業(yè)技術學院，河南 周口 466001；2. 周口市千弘食品配料有限公司，河南 周口 466001）

香菇（Lentinus edodes） 又名花菇，起源于中國，是側耳科（Plearataco） 擔子菌的一種食用和藥用的真菌[1]，我國食用菌主栽品種之一[2]，也是我國產量最大的食用菌[3]，香菇營養(yǎng)豐富，含有多糖、蛋白質、維生素和礦物質等營養(yǎng)物質[4]，具有抗氧化、抗腫瘤、抗突變、提高機體免疫力等保健功效[5]，被人們譽為“菇中皇后”，在民間素有“山珍”之稱[6]，是深受人民群眾喜愛的一種保健食品。據中國食用菌協(xié)會統(tǒng)計，2018年我國香菇產量達1043.2 萬t，占全球香菇總產量的90%[7]，香菇柄是香菇采摘過程中的副產物，其質量占香菇總質量的25%～30%，每年可達300 萬t。由于菇柄中纖維結構致密，咀嚼差，一般很少食用，只有少量被開發(fā)利用，造成了極大的資源浪費。而香菇柄和菇蓋一樣，也含有豐富的營養(yǎng)物質，如蛋白質、多糖、氨基酸、維生素、礦物質等成分。

目前，國內外對香菇柄的研究主要集中在菇柄纖維素嫩化、菇柄多糖提取等方面，對干香菇柄蛋白質酶解報道較少，干菇柄中蛋白質含量高于香菇，其中氨基酸、多糖等含量豐富，這些都是熱反應制備香菇風味香精前體物質。因此，以干香菇柄為原料，利用超聲波輔助提取的特性和酶的高效性、專一性特點，加速活性物質的釋放，在單因素試驗的基礎上，對酶解工藝進行正交試驗優(yōu)化，以期為香菇柄的進一步開發(fā)利用提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

香菇柄，福建亞西雅食用菌有限公司提供；纖維素酶（食品級），南寧東恒華道生物科技有限責任公司提供；木瓜蛋白酶（食品級），南寧龐博生物工程有限公司提供；檸檬酸、檸檬酸鈉，濰坊英軒實業(yè)有限公司提供；氫氧化鈉（AR），廊坊鵬彩精細化工有限公司提供；甲醛（AR），濟南殿華化工科技有限公司提供；酚酞，天津市致遠化學試劑有限公司提供。

1.2 主要儀器

SB-3200DTD 型超聲波清洗器，寧波新芝生物科技股份有限公司產品；1000C 型多功能粉碎機，永康市玖藍五金制品有限公司產品；FA2104 型電子分析天平，上海津平科學儀器有限公司產品；酸度計，上海越平科學儀器有限公司產品；臺式離心機，江蘇新春蘭科學儀器有限公司產品。

1.3 試驗方法

1.3.1 超聲輔助酶解工藝流程

香菇柄粉碎→加水混勻→調pH 值→超聲輔助加熱、保溫酶解→加熱滅酶→冷卻→離心→酶解液。

1.3.2 香菇柄酶解工藝單因素試驗設計

以香菇柄水解度為指標，分別考查pH 值、纖維素酶和木瓜蛋白酶雙酶比、酶解溫度、酶解時間對香菇柄水解度的影響。酶解工藝根據企業(yè)實際生產情況，固定料液比為1∶2，酶添加量為0.5%，按纖維素酶和木瓜蛋白酶雙酶比（以下簡稱雙酶比） 分別為（5∶0，4∶1，3∶2，2∶3，1∶4，0∶5），pH值（5.0，5.5，6.0，6.5，7.0） 進行調節(jié)，酶解溫度（50，55，60，65，70 ℃），酶解時間（60，80，100，120，140 min），酶解結束升溫至90 ℃滅酶10 min，冷卻后以轉速3000 r/min 離心得酶解液。

1.3.3 香菇柄酶解工藝正交試驗設計

在單因素試驗結果基礎上，固定料液比為1∶2，酶添加量為0.5%，以雙酶比（A）、pH 值（B）、酶解溫度（C）、酶解時間（D） 為因子，以香菇柄水解度（Y） 為考查值，利用四因素四水平進行正交試驗設計。

正交試驗設計見表1。

表1 正交試驗設計

1.3.4 水解度的測定

采用甲醛滴定法。

2 結果與分析

2.1 不同因素對香菇柄水解度的影響

2.1.1 雙酶比對香菇柄水解度的影響

纖維素酶和木瓜蛋白酶添加總量為底物的0.5%，料液比為1∶2（g∶mL），pH 值為6.0，酶解溫度為60 ℃，酶解時間120 min，考查雙酶比對香菇柄水解度的影響。

雙酶比對香菇柄水解度的影響見圖1。

圖1 雙酶比對香菇柄水解度的影響

由圖1 可知，香菇柄水解度隨著木瓜蛋白酶用量增加而增大，但木瓜蛋白酶在達到0.3%（雙酶比為2∶3） 時，香菇柄水解度增大趨勢變緩。從生產成本考慮，雙酶比2∶3 為最佳選擇。

2.1.2 pH 值對香菇柄水解度的影響

纖維素酶和木瓜蛋白酶添加總量為底物的0.5%，料液比為1∶2（g∶mL），酶解溫度60 ℃，雙酶比（2∶3），酶解時間120 min，考查pH 值對香菇柄水解度的影響。

pH 值對香菇柄水解度的影響見圖2。

圖2 pH 值對香菇柄水解度的影響

由圖2 可知，香菇柄水解度隨pH 值的增加先增大后減小，pH 值為6 時，香菇柄水解度達到最大值。

2.1.3 酶解溫度對香菇柄水解度的影響

纖維素酶和木瓜蛋白酶添加總量為底物的0.5%，料液比為1∶2（g∶mL），pH 值為6.0，雙酶比（2∶3），酶解時間120 min，考查酶解溫度對香菇柄水解度的影響。

酶解溫度對香菇柄水解度的影響見圖3。

圖3 酶解溫度對香菇柄水解度的影響

由圖3 可知，香菇柄水解度隨酶解溫度的增加先增大后減小，水解度最大值的酶解溫度是60 ℃。

2.1.4 酶解時間對香菇柄水解度的影響

纖維素酶和木瓜蛋白酶添加總量為底物的0.5%，料液比為1∶2（g∶mL），pH 值為6.0，雙酶比（2∶3），酶解溫度60 ℃，考查酶解時間對香菇柄水解度的影響。

酶解時間對香菇柄水解度的影響見圖4。

圖4 酶解時間對香菇柄水解度的影響

由圖4 可知，香菇柄水解度隨酶解時間延長一直增加，但當酶解時間為100 min 時，香菇柄水解度趨勢為緩慢增加，從實際生產角度考慮，選擇酶解時間100 min，此時香菇柄水解度最佳。

2.2 香菇柄酶解正交試驗優(yōu)化

基于單因素試驗結果，選用L16（45）的正交試驗方案進行優(yōu)化，以期獲得最佳酶解條件。以香菇柄水解度為指標值進行正交試驗。正交試驗結果采用國際通用統(tǒng)計軟件SAS 進行分析。

正交試驗及結果見表2，正交試驗方差分析見表3。

表2 正交試驗及結果

由表2 可知，酶解最優(yōu)的工藝組合為A3B2C2D2，分別是各因素中香菇柄水解度影響最大的水平，通過R 值大小可以看出各因素對香菇柄水解度影響由大到小依次為A>C>B>D，即影響香菇柄水解度的因素主要是雙酶比，其次是pH 值、酶解溫度、酶解時間。由方差分析表3 可知，4 個因素和模型對香菇柄水解度影響均達到了極顯著，通過正交試驗得出香菇柄酶解的最佳條件是A3B2C2D2，即雙酶比2∶3，pH 值5.5，酶解溫度60 ℃，酶解時間100 min。

表3 正交試驗方差分析

根據正交試驗確定的最佳酶解條件，做重復性試驗，對正交試驗進行驗證，香菇柄水解度平均值為16.4%，驗證試驗與正交試驗結果相符合，說明正交試驗確定的酶解條件合理。

3 結論

在單因素試驗基礎上，采用正交試驗優(yōu)化酶解工藝，極差分析表明各因素對香菇柄水解度影響由大到小依次為雙酶比> 酶解溫度> pH 值> 酶解時間，正交試驗方差分析說明4 個因素和模型對香菇柄水解度影響均達到了極顯著，通過正交試驗得出優(yōu)化酶解工藝條件為雙酶比2∶3，pH 值5.5，酶解溫度60 ℃，酶解時間100 min，在此條件下，香菇柄水解度達16.4%，同時添加纖維素酶可將香菇柄纖維素酶解為還原糖，為進行熱反應制備菇精調味料提供部分前體物質，對香菇柄的綜合開發(fā)具有重要的現(xiàn)實意義。