食用菌發(fā)酵對(duì)人參不溶性膳食纖維結(jié)構(gòu)及功能特性的影響

趙宇楠，賈丹丹，蔡 丹，王澤賢，高 飛，劉景圣

（吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，小麥和玉米深加工國(guó)家工程中心，吉林 長(zhǎng)春 130000）

人參是我國(guó)傳統(tǒng)名貴中藥材，也是藥食同源的滋補(bǔ)佳品[1]。人參渣是人參活性成分提取過(guò)程中伴隨產(chǎn)生的副產(chǎn)物，含有大量膳食纖維[2]，在生產(chǎn)加工中常常被丟棄，造成了資源的浪費(fèi)和環(huán)境的污染[3]。不溶性膳食纖維（insoluble dietary fiber，IDF）是膳食纖維的主要成分，含有大量如羥基、羧基、酰胺基等活性基團(tuán)，賦予其較好的水油保持能力、吸附能力和陽(yáng)離子交換能力，能夠調(diào)節(jié)血糖、降低膽固醇和預(yù)防肥胖等[4]。但是天然IDF結(jié)構(gòu)緊密，不能使這些活性基團(tuán)充分暴露出來(lái)，功能特性也因此受限[5]，而且由于其不溶于水、口感粗糙的特點(diǎn)，被加入到食品中后，可能會(huì)對(duì)食品的顏色、質(zhì)地、風(fēng)味和味道產(chǎn)生不利影響。因此，采用適當(dāng)?shù)母男约夹g(shù)充分改善IDF的結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)，進(jìn)而提高其功能特性成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)[6]。

目前，IDF的改性方法主要有物理法、化學(xué)法和生物法，如擠壓法、蒸汽熱處理法、超聲處理法、纖維素酶法、木聚糖酶法以及微生物發(fā)酵法。微生物發(fā)酵法是一種溫和、高效的改性膳食纖維方法[7]，利用微生物發(fā)酵制備的IDF，通常具有更好的結(jié)構(gòu)和功能特性[8-9]。Chu Jiaxi等[10]用納豆芽孢桿菌處理小米糠IDF，改性后樣品結(jié)構(gòu)更加疏松多孔，對(duì)葡萄糖、膽固醇和膽酸鹽的吸附能力顯著提高。Wang Xiujuan等[11]用馬克思克魯維酵母對(duì)豆渣IDF進(jìn)行改性，改性后的樣品具有疏松多孔的微觀結(jié)構(gòu)，熱穩(wěn)定性提高，持水力、持油力、膽固醇吸附能力、膽汁酸吸附能力、葡萄糖吸附能力均得到改善，可作為食品中的功能成分。羊肚菌、猴頭菌和蜜環(huán)菌是我國(guó)著名的食藥兩用型真菌，也是公認(rèn)的安全菌株[12-14]，其子實(shí)體含有大量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和活性成分，被廣泛應(yīng)用于功能食品的開(kāi)發(fā)和利用中。但食用菌子實(shí)體栽培時(shí)間較長(zhǎng)、且對(duì)環(huán)境有較高要求，因此通過(guò)液態(tài)發(fā)酵技術(shù)獲得食用菌發(fā)酵產(chǎn)物成為近年來(lái)的研究熱點(diǎn)[15-16]。研究表明，食用菌發(fā)酵物（菌體和發(fā)酵液）和子實(shí)體一樣不僅富含營(yíng)養(yǎng)成分，還富含多糖、多酚、酶類等活性成分，可應(yīng)用于功能性食品的開(kāi)發(fā)與研制中[17-18]。羊肚菌、猴頭菌和蜜環(huán)菌在液態(tài)發(fā)酵過(guò)程中能產(chǎn)生豐富的酶系，包括羧甲基纖維素酶、木聚糖酶、漆酶等，可以分解利用IDF的主要成分——纖維素、半纖維素和木質(zhì)素[14,19-20]，在實(shí)現(xiàn)對(duì)IDF改性的同時(shí)賦予其更多功效。

本研究以人參渣為主要研究對(duì)象，采用羊肚菌、猴頭菌和蜜環(huán)菌生物轉(zhuǎn)化人參IDF，比較發(fā)酵前后人參IDF的結(jié)構(gòu)差異和功能特性，探究食用真菌發(fā)酵對(duì)人參IDF的影響，為人參渣的綜合利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

人參渣由陜西鑫田生物科技有限公司提供；蜜環(huán)菌Am-07-22（Armillaria mellea）、猴頭菌He-02-06（Hericium erinaceus）、羊肚菌Me-01-09（Morchella esculenta）由吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)小麥和玉米深加工國(guó)家工程中心提供。

熱穩(wěn)定α-淀粉酶液、蛋白酶液、淀粉葡萄糖苷酶液上海今品化學(xué)技術(shù)有限公司；其他試劑均為分析純。

1.2 儀器與設(shè)備

Sigma 300掃描電鏡（scanning electron microscope，SEM）德國(guó)ZEISS公司；VERTEX 70傅里葉變換紅外光譜（Fourier transform infrared spectroscopy，F(xiàn)TIR）儀德國(guó)Bruker公司；Q2000差示掃描量熱（differential scanning calorimetry，DSC）儀 美國(guó)TA公司；BT-9300HT型激光粒度分布儀 丹東百特科技有限公司；FD-1A-50冷凍干燥機(jī) 北京博醫(yī)康實(shí)驗(yàn)儀器有限公司；DK-S-S24數(shù)顯恒溫水浴鍋 常州市金壇友聯(lián)儀器研究所；S/N415-1966全波長(zhǎng)全自動(dòng)多功能酶標(biāo)儀 美國(guó)Omega公司；LD5-2B低速離心機(jī) 北京雷勃爾離心機(jī)有限公司；HZQ-F160全溫振蕩培養(yǎng)箱 哈爾濱市東聯(lián)電子技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司；DSX-18L-I手提式高壓蒸汽滅菌器上海申安醫(yī)療器械廠；FW100高速粉碎機(jī) 天津市泰斯特儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 菌種活化與培養(yǎng)基制備

菌種活化：將保藏的蜜環(huán)菌、猴頭菌及羊肚菌轉(zhuǎn)接至麥芽汁斜面培養(yǎng)基，放置于培養(yǎng)箱，在27 ℃條件下培養(yǎng)12 d至菌絲體長(zhǎng)滿斜面后，分別接種到各自發(fā)酵培養(yǎng)基，接種量10%、轉(zhuǎn)速160 r/min、27 ℃的條件下恒溫培養(yǎng)6 d，制備發(fā)酵種子液。

Am-07-22發(fā)酵培養(yǎng)基：馬鈴薯20%、蠶蛹粉0.5%、葡萄糖1%、蔗糖1%、酵母浸粉2%、磷酸二氫鉀0.15%、七水合硫酸鎂0.075%、VB10.001%，pH值自然，121 ℃滅菌20 min；He-02-06發(fā)酵培養(yǎng)基：葡萄糖2%、酵母浸粉1%、磷酸二氫鉀0.12%、七水合硫酸鎂0.075%、七水合硫酸鐵0.001%，pH值自然，121 ℃滅菌20 min；Me-01-09發(fā)酵培養(yǎng)基：葡萄糖2%、酵母浸粉1%、可溶性淀粉2%、磷酸二氫鉀0.3%、七水合硫酸鎂0.06%，pH值自然，121 ℃滅菌20 min。

人參發(fā)酵培養(yǎng)基的制備：按照料液比1∶15（g/mL）配制人參發(fā)酵培養(yǎng)基，121 ℃滅菌20 min，完成后冷卻備用，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室前期研究，接入發(fā)酵種子液（8%）于發(fā)酵培養(yǎng)基中，培養(yǎng)條件27 ℃、160 r/min，培養(yǎng)6 d后備用。

1.3.2 人參IDF的提取

參照GB 5009.88—2014《食品中膳食纖維的測(cè)定》中的酶解方法。

1.3.3 人參IDF的結(jié)構(gòu)測(cè)定

1.3.3.1 SEM分析

通過(guò)SEM對(duì)人參IDF的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，設(shè)置加速電壓為5 kV，將冷凍干燥樣品鍍金后上機(jī)觀察。

1.3.3.2 粒徑分析

使用激光粒度分析儀測(cè)定樣品粒度分布，顆粒折射率與分散劑折射率分別為1.470和1.330。

1.3.3.3 FTIR

將樣品與溴化鉀以1∶100的比例混勻，研磨成粉后壓制成片，進(jìn)行全波段掃描（4 000～500 cm－1），測(cè)定FTIR光譜曲線。

1.3.3.4 X射線衍射

利用X射線衍射儀分析樣品的晶體結(jié)構(gòu)。主要參數(shù)：Cu靶，管壓20 kV，掃描速率4°/min，測(cè)試范圍5°～50°（2θ角），角度步長(zhǎng)為0.02°。

1.3.3.5 DSC分析

參考牛希等[21]的方法，IDF熱特性通過(guò)DSC儀測(cè)定，取3 mg樣品于鋁盒中，壓片并以空鋁盒為對(duì)照。以10 ℃/min速率由30 ℃升至300 ℃。使用Universal Analysis軟件分析得到熱曲線。

1.3.4 人參IDF功能特性的測(cè)定

1.3.4.1 持水力

參照周賀霞等[22]方法稍作修改，將50 mL離心管干燥至質(zhì)量恒定，準(zhǔn)確稱取0.1 g（精確到0.001 g）樣品干粉于離心管中，加入10 mL蒸餾水，搖勻，室溫下浸泡1 h，隨后4 500 r/min離心15 min，棄上清液，稱樣品質(zhì)量，重復(fù)3 次。持水力計(jì)算公式如下：

式中：M0為樣品質(zhì)量/g；M1為吸水后品質(zhì)量/g。

1.3.4.2 持油力

參照Marcin等[23]方法稍作修改，將50 mL離心管干燥至質(zhì)量恒定，準(zhǔn)確稱取0.1 g（精確到0.001 g）樣品干粉于離心管中，加入10 mL食用油，室溫下混合1 h。在4 500 r/min離心15 min，棄上清液，稱樣品質(zhì)量，重復(fù)3 次。持油力計(jì)算公式如下：

式中：M0為樣品質(zhì)量/g；M1為吸油后樣品質(zhì)量/g。

1.3.4.3 水膨脹力

參照Z(yǔ)hang Zipei等[24]的方法略作修改，準(zhǔn)確稱取0.3 g樣品于干燥后的10 mL量筒中，使表面平整，記錄體積讀數(shù)V2。倒入5 mL蒸餾水，室溫下混合24 h，記錄水合后體積讀數(shù)V1，重復(fù)3 次。水膨脹力計(jì)算公式如下：

式中：M0為樣品質(zhì)量/g；V2為膨脹前樣品體積/mL；V1為靜置24 h后液體體積/mL。

1.3.4.4 葡萄糖吸附能力

參考Peerajit等[25]的方法稍作修改，向50 mL濃度分別為50、100、150、200 mmol/L的葡萄糖溶液中加入0.5 g樣品，充分振搖。37 ℃水浴6 h后以4 000 r/min離心20 min，取上清液，利用3,5-二硝基水楊酸（3,5-dinitrosalicylic acid，DNS）法測(cè)定葡萄糖質(zhì)量濃度，以未加入樣品的葡萄糖溶液為對(duì)照。測(cè)定吸附前后葡萄糖質(zhì)量濃度，根據(jù)下式計(jì)算樣品的葡萄糖吸附能力：

式中：M0為樣品質(zhì)量/g；C1為吸附前上清液中葡萄糖質(zhì)量濃度/（mg/mL）；C2為吸附后上清液中葡萄糖質(zhì)量濃度/（mg/mL）；V為葡萄糖溶液體積/mL。

1.3.4.5 葡萄糖透析延緩能力

參考Zheng Yajun等[26]的方法稍作修改，將0.5 g樣品與15 mL 0.2 g/100 mL葡萄糖溶液混勻并裝入透析袋（mw=80 000～14 000 Da）中。將透析袋放入含200 mL蒸餾水的三角瓶中，37 ℃振蕩1.5 h，每隔15 min取2 mL透析液，利用DNS法測(cè)定葡萄糖質(zhì)量濃度。用蒸餾水替換葡萄糖以除去樣品中的糖作為空白組，以不含樣品的葡萄糖溶液作為對(duì)照組，根據(jù)下式計(jì)算樣品葡萄糖透析延緩能力：

式中：A1為樣品組中的葡萄糖質(zhì)量濃度/（mg/mL）；A2為樣品空白組中的葡萄糖質(zhì)量濃度/（mg/mL）；A3為對(duì)照組中的葡萄糖質(zhì)量濃度/（mg/mL）。

1.3.4.6 膽固醇吸附能力

參考程明明[27]的方法稍作修改，取雞蛋黃，用9 倍蒸餾水將其充分?jǐn)嚧虺扇橐?，調(diào)節(jié)體系pH 2（模擬胃環(huán)境）和pH 7（模擬腸道環(huán)境），準(zhǔn)確稱取1.0 g樣品于100 mL三角瓶中，加入25 mL蛋黃乳液，充分?jǐn)嚢韬笾糜趽u床中，在37 ℃充分振蕩2 h，隨后4 000 r/min離心20 min，采用鄰苯二甲醛法測(cè)定膽固醇含量，根據(jù)下式計(jì)算樣品膽固醇吸附能力：

式中：M1為吸附前上清液中膽固醇含量/mg；M2為吸附后上清液中膽固醇含量/mg；M0為樣品質(zhì)量/g。

1.3.4.7 膽酸鈉吸附能力

稱取0.1 g樣品于100 mL三角瓶中，加入0.2 mg/mL膽酸鈉溶液20 mL，調(diào)節(jié)體系pH 7（膽汁酸只在腸道中代謝，只需模擬腸道環(huán)境），37 ℃振蕩，分別進(jìn)行15、30、45、60、75、90 min后，4 000 r/min離心20 min，采用糠醛比色法測(cè)定膽酸鈉含量，根據(jù)下式計(jì)算樣品膽酸鈉吸附能力：

式中：M1為吸附前上清液中膽酸鈉含量/mg；M2為吸附后上清液中膽酸鈉含量/mg；M0為樣品質(zhì)量/g。

1.3.4.8 亞硝酸鈉吸附能力

參考楊曉寬等[28]方法稍作改動(dòng)，準(zhǔn)確稱取0.1 g樣品于250 mL三角瓶中，加入50 mL 20.0 μg/mL NaNO2溶液，調(diào)節(jié)體系pH 2（模擬胃環(huán)境）和pH 7（模擬腸道環(huán)境），37 ℃振蕩，分別進(jìn)行15、30、60、120、150、180 min后，各取5 mL樣液稀釋至100 mL，再取25.0 mL稀釋液，加入2 mL 4 g/L對(duì)氨基苯磺酸溶液，混勻靜置3 min，再加入1 mL 2 g/L鹽酸萘乙二胺溶液，加蒸餾水至刻度并混勻，靜置15 min后在538 nm波長(zhǎng)處測(cè)定吸光度。以等比稀釋的未添加樣品溶液為空白組進(jìn)行對(duì)照實(shí)驗(yàn)，根據(jù)下式計(jì)算樣品的亞硝酸鹽吸附能力：

式中：M1為吸附前體系中亞硝酸鹽含量/μg；M2為吸附后體系中亞硝酸鹽含量/μg；M0為樣品質(zhì)量/g。

1.3.4.9 陽(yáng)離子交換能力

參考Zhang Mengyun等[29]的方法稍作修改。準(zhǔn)確稱取1.0 g樣品，與50 mL 0.1 mol/L鹽酸溶液充分混合，并于37 ℃充分酸化24 h。酸化結(jié)束后，4 000 r/min離心15 min，收集沉淀并用蒸餾水進(jìn)行充分洗滌，直到無(wú)Cl－檢出為止。隨后放置于60 ℃烘箱中干燥得到酸化后的樣品。稱取0.1 g樣品，加入50 mL 5%的NaCl溶液并充分混勻，用0.01 mol/L NaOH溶液進(jìn)行滴定，記錄初始pH值和每加入50 μL NaOH溶液后混合物體系的pH值。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

2 結(jié)果與分析

2.1 SEM分析

如圖1所示，經(jīng)3 種食用菌發(fā)酵后的樣品相比發(fā)酵前出現(xiàn)大量片狀結(jié)構(gòu)以及蜂窩狀孔洞，比表面積增大，整體結(jié)構(gòu)變得疏松。說(shuō)明3 種食用菌在發(fā)酵過(guò)程中都能產(chǎn)生活性物質(zhì)破壞纖維的結(jié)構(gòu)，使原本較為致密的結(jié)構(gòu)變得疏松多孔。這種疏松多孔的結(jié)構(gòu)可以導(dǎo)致更多的極性和非極性基團(tuán)暴露，從而提高膳食纖維的水合特性和吸附能力[30]。Chu Jiaxi等[10]報(bào)道了經(jīng)納豆芽孢桿菌發(fā)酵后小米糠膳食纖維結(jié)構(gòu)更加松散，疏松多孔，使其吸附特性增強(qiáng)。Wang Chaofan等[31]報(bào)道了經(jīng)纖維素酶處理過(guò)的姜渣IDF結(jié)構(gòu)由致密變得松散，表面出現(xiàn)類似海綿狀結(jié)構(gòu)且產(chǎn)生大量孔隙。本研究也表現(xiàn)出類似的變化及特征。

圖1 不同食用菌發(fā)酵人參SEM圖Fig.1 SEM images of ginseng fermented with different edible fungi

2.2 粒徑分析

如圖2所示，經(jīng)3 種食用菌發(fā)酵后的人參IDF粒徑分布的主峰都出現(xiàn)了左移現(xiàn)象，未發(fā)酵樣品只有一個(gè)粒徑分布峰，發(fā)酵后的樣品在3～26 μm出現(xiàn)小峰，說(shuō)明發(fā)酵產(chǎn)生的纖維素酶等活性物質(zhì)對(duì)人參IDF有一定降解作用，人參IDF的大顆粒物質(zhì)被分解成小分子顆粒[32]，這與SEM結(jié)果一致。粒徑的減小會(huì)使人參IDF暴露出更多功能基團(tuán)，有助于人參IDF發(fā)揮出更好的理化及功能特性[6]。

圖2 人參IDF的粒徑分布Fig.2 Particle size distribution of ginseng IDF

2.3 FTIR分析

如圖3所示，發(fā)酵前后人參IDF均具有膳食纖維的典型特征，具有基本一致的吸收峰，在吸收強(qiáng)度上有所變化[33]。3 413 cm－1對(duì)應(yīng)纖維素和半纖維素羥基伸縮振動(dòng)峰，2 800～3 000 cm－1間對(duì)應(yīng)纖維素—CH和—CH2基團(tuán)的振動(dòng)峰，發(fā)酵后人參IDF在這兩處的峰強(qiáng)度變?nèi)?，說(shuō)明發(fā)酵產(chǎn)生的活性物質(zhì)對(duì)樣品中的纖維素和半纖維素產(chǎn)生了一定的降解作用，破壞了其組內(nèi)氫鍵，促進(jìn)了羥基基團(tuán)的暴露[6]。位于1 620 cm－1附近的特征峰與糖醛酸和多酚中的羧基有關(guān)[34]，發(fā)酵后的人參IDF在此處峰強(qiáng)度有一定程度的增強(qiáng)。1 345 cm－1處對(duì)應(yīng)纖維素與半纖維素的O—H或C—O基團(tuán)振動(dòng)的特征峰，峰強(qiáng)度無(wú)明顯變化。1 050 cm－1處的吸收峰則源于木質(zhì)素或半纖維素的C—O—O伸縮振動(dòng)，發(fā)酵后人參IDF在此處的峰強(qiáng)度明顯減弱，說(shuō)明發(fā)酵產(chǎn)生的活性物質(zhì)對(duì)樣品中的木質(zhì)素也有一定的降解作用。綜上，食用菌發(fā)酵并沒(méi)有破壞纖維的基本化學(xué)結(jié)構(gòu)。但峰值強(qiáng)度的差異表明發(fā)酵處理能夠有效地去除人參IDF結(jié)構(gòu)中的非晶態(tài)成分。

圖3 人參IDF的FTIR圖Fig.3 FTIR spectra of ginseng IDF

2.4 X射線衍射分析

如圖4所示，發(fā)酵前后樣品在2θ為21.72°時(shí)出現(xiàn)較強(qiáng)的吸收峰，在2θ為14.81°時(shí)出現(xiàn)微弱吸收峰，具有典型的纖維素I型結(jié)構(gòu)特征[35]，說(shuō)明發(fā)酵并未使人參IDF晶體構(gòu)型發(fā)生變化，只是在峰強(qiáng)度上有所差異。Origin軟件計(jì)算結(jié)果顯示，未發(fā)酵樣品結(jié)晶度為13.78%，經(jīng)羊肚菌、猴頭菌和蜜環(huán)菌發(fā)酵后的樣品結(jié)晶度分別為15.37%、18.57%和19.36%。結(jié)晶度的增加說(shuō)明3 種食用菌發(fā)酵產(chǎn)生的活性物質(zhì)對(duì)人參IDF的非結(jié)晶物質(zhì)產(chǎn)生了一定的降解作用，促進(jìn)了結(jié)晶區(qū)的暴露，從而導(dǎo)致人參IDF持水力、持油力、水膨脹力等理化特性的變化[36]。

圖4 人參IDF X射線衍射圖像Fig.4 XRD patterns of ginseng IDF

2.5 DSC分析

如圖5所示，所有樣品均出現(xiàn)兩個(gè)吸熱峰，IDF-C、IDF-M、IDF-H和IDF-A第1個(gè)吸熱峰分別出現(xiàn)在110.82、137.84、139.80 ℃以及145.84 ℃，推斷是在此溫度下樣品中的水分出現(xiàn)吸熱蒸發(fā)現(xiàn)象。IDF-C、IDF-M、IDF-H和IDF-A第2個(gè)吸熱峰分別出現(xiàn)在203.02、248.41、250.15 ℃以及257.56 ℃，可能是樣品中的一些可溶性物質(zhì)以及半纖維素多糖受熱分解，也可以看作纖維素的預(yù)碳化過(guò)程[37]。與未發(fā)酵相比，經(jīng)3 種食用菌發(fā)酵后的人參IDF兩個(gè)吸熱峰均呈現(xiàn)明顯右移的趨勢(shì)，說(shuō)明發(fā)酵后的人參IDF具有更高的熱穩(wěn)定性[38]，這可能是由于在發(fā)酵過(guò)程中去除了部分纖維素和木質(zhì)素，使IDF具有更高的結(jié)晶度導(dǎo)致。

圖5 人參IDF DSC熱分析圖Fig.5 DSC thermograms of ginseng IDF

2.6 水合特性

如表1所示，經(jīng)3 種食用菌發(fā)酵，人參IDF的持水力、持油力和水膨脹力都顯著提高，這是由于發(fā)酵使其結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，表面出現(xiàn)大量孔洞，比表面積增大，親水、親油的功能基團(tuán)得以暴露，從而增加了樣品對(duì)水分子、油分子的滲透和吸收能力[39-41]，SEM、粒徑分析結(jié)果也印證了這一結(jié)果。對(duì)比3 個(gè)菌種，蜜環(huán)菌發(fā)酵后的人參IDF對(duì)比未發(fā)酵提高程度最大，持水力、持油力和水膨脹力分別提高了74.2%、93.6%和124.38%。綜上，食用菌發(fā)酵能夠賦予人參IDF更好的水合性能，有助于其發(fā)揮出更好的功能特性。

表1 人參IDF的水合特性Table 1 Hydration properties of ginseng IDF

2.7 葡萄糖吸附能力

如圖6所示，對(duì)比未發(fā)酵處理，經(jīng)3 種食用菌發(fā)酵處理后的人參IDF葡萄糖吸附能力顯著提高，其中經(jīng)蜜環(huán)菌發(fā)酵樣品的葡萄糖吸附能力顯著強(qiáng)于其他兩個(gè)菌種，且隨著葡萄糖濃度的梯度上升，樣品的吸附能力在大幅提高，最高達(dá)到83.56 mg/g。這可能是由于粒度減小使內(nèi)部的功能基團(tuán)暴露出來(lái)，從而增加了與葡萄糖的接觸面積，且發(fā)酵后樣品疏松多孔的結(jié)構(gòu)也有利于促進(jìn)葡萄糖的吸附作用，這與Meng Xuemei[35]、Jiang Guihun[33]等的研究結(jié)果一致。膳食纖維具有體外降血糖的功能主要源于其有效吸附葡萄糖的能力，能夠在葡萄糖擴(kuò)散和吸收過(guò)程中產(chǎn)生阻礙作用，從而降低腸道中葡萄糖濃度，減少腸壁吸收，維持餐后血糖水平[42]，發(fā)酵后人參IDF所表現(xiàn)的有效吸附葡萄糖的能力為功能性食品的開(kāi)發(fā)提供了思路。

圖6 人參IDF的葡萄糖吸附能力Fig.6 Glucose adsorption capacity of ginseng IDF

2.8 葡萄糖透析延緩能力

如圖7所示，經(jīng)3 種食用菌發(fā)酵的人參IDF的葡萄糖透析延緩能力明顯高于未發(fā)酵樣品，其中經(jīng)蜜環(huán)菌發(fā)酵樣品的葡萄糖透析延緩能力較未發(fā)酵樣品提升最大為68.27%。在15～45 min內(nèi)，所有樣品的葡萄糖透析延緩能力隨透析時(shí)間的延長(zhǎng)而不斷增大，到45 min達(dá)到最大值后迅速降低。2.7節(jié)結(jié)果表明人參IDF可以有效吸附葡萄糖，把葡萄糖阻截在纖維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)內(nèi)，發(fā)酵后的人參IDF表面變得疏松，出現(xiàn)大量蜂窩狀孔洞，增強(qiáng)了對(duì)葡萄糖的吸附作用，從而阻截了更多的葡萄糖分子。樣品對(duì)葡萄糖的阻截能夠降低小腸內(nèi)葡萄糖的有效濃度，從而降低餐后血糖水平[43]，但這種吸附和阻截作用有時(shí)間限制，很快會(huì)達(dá)到飽和，45 min之后擴(kuò)散速度加快，這是由于IDF吸水膨脹達(dá)到飽和，黏度降低，從而降低了對(duì)葡萄糖的束縛力[44]。

圖7 人參IDF的葡萄糖透析延緩能力Fig.7 GDRI of ginseng IDF

2.9 膽固醇吸附能力

如圖8所示，與對(duì)未發(fā)酵人參IDF相比，經(jīng)3 種食用菌發(fā)酵后人參IDF具有更好的膽固醇吸附能力，其中經(jīng)蜜環(huán)菌發(fā)酵的人參IDF在pH 2和pH 7下的膽固醇吸附能力分別為8.44 mg/g和12.35 mg/g，是未發(fā)酵的1.28 倍和1.14 倍，這可能是發(fā)酵使人參IDF表面結(jié)構(gòu)變得疏松，孔隙增加，粒徑減小，從而增強(qiáng)了對(duì)膽固醇吸附作用。此外，體系的酸堿性也會(huì)影響人參IDF對(duì)膽固醇的吸附能力，在中性條件下的吸附能力大于在酸性環(huán)境中的吸附能力，這表明腸道環(huán)境更有利于膳食纖維對(duì)膽固醇的吸附，這是由于在酸性條件下體系中存在大量氫離子。隨著pH值的升高，膳食纖維分子中的羧基解離并轉(zhuǎn)化為與膽固醇分子具有較強(qiáng)結(jié)合能力的羧基陰離子，從而增強(qiáng)了膳食纖維對(duì)膽固醇的吸附能力，這與Wang Yanqiu[45]、Si Jiangyu[46]等的研究結(jié)果一致。2.10 膽酸鈉吸附能力

圖8 人參IDF的膽固醇吸附能力Fig.8 Cholesterol adsorption capacity of ginseng IDF

如圖9所示，與對(duì)未發(fā)酵人參IDF相比，發(fā)酵后人參IDF的膽酸鈉吸附能力均有不同程度的提升，隨著吸附時(shí)間的延長(zhǎng)呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，在45～60 min達(dá)到最大值為12.7 mg/g，這與田海龍[47]研究結(jié)果一致。研究表明，膳食纖維對(duì)膽酸鹽的吸附能力主要是由于IDF的吸附和裹挾能力。食用菌發(fā)酵過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生纖維素酶等物質(zhì)，對(duì)IDF有一定的降解作用，結(jié)構(gòu)測(cè)定顯示發(fā)酵后的人參IDF表面出現(xiàn)大量孔洞，能夠有效束縛和裹挾膽酸鹽分子，從而提高樣品對(duì)膽酸鈉的結(jié)合能力。

圖9 人參IDF的膽酸鈉吸附能力Fig.9 Sodium cholate adsorption capacity of ginseng IDF

2.11 亞硝酸鹽吸附能力

如圖10所示，與未發(fā)酵人參IDF相比，經(jīng)3 種食用菌發(fā)酵后的人參IDF對(duì)亞硝酸鹽的吸附能力都顯著增強(qiáng)，且隨著吸附時(shí)間的延長(zhǎng)，吸附量在不斷增加。經(jīng)蜜環(huán)菌發(fā)酵所得樣品具有最好的吸附效果，吸附時(shí)間150 min在pH 2下和pH 7下的吸附量達(dá)1 642.37 μg/g和1 249.13 μg/g。IDF對(duì)亞硝酸鹽的吸附主要通過(guò)其蓬松的結(jié)構(gòu)進(jìn)行物理吸附以及分子的活性基團(tuán)，特別是酚酸基團(tuán)進(jìn)行化學(xué)吸附[40]。SEM結(jié)果顯示發(fā)酵使人參IDF表面結(jié)構(gòu)變得疏松，F(xiàn)TIR結(jié)果顯示發(fā)酵后的樣品酚酸基團(tuán)增多，二者共同促進(jìn)了人參IDF對(duì)亞硝酸鹽的物理和化學(xué)吸附。此外，pH 2時(shí)IDF吸附效果好于pH 7，表明pH值對(duì)IDF吸附亞硝酸鹽有較大影響，這可能是由于pH值的升高使IDF中的羧基解離，表面負(fù)電荷增多，產(chǎn)生排斥作用，從而阻礙了樣品對(duì)N吸附，這也說(shuō)明人參IDF在胃中比在腸中能吸收更多的N[48]。

圖10 人參IDF的亞硝酸鹽吸附能力Fig.10 Nitrite adsorption capacity of ginseng IDF

2.12 陽(yáng)離子交換能力

如圖11所示，隨著NaOH溶液的添加，幾個(gè)樣品所在的溶液體系的pH值持續(xù)升高，其中未發(fā)酵IDF-C溶液的pH值從3.12升高至9.45，經(jīng)3 種食用菌發(fā)酵后的IDF-M（2.91～9.30）、IDF-H（2.69～9.16）和IDF-A（2.63～9.12）所在溶液體系pH值升高幅度以及起始、終止pH值都明顯低于IDF-C，其中經(jīng)蜜環(huán)菌發(fā)酵IDF保持較低pH值的時(shí)間最長(zhǎng)。研究表明IDF的結(jié)構(gòu)中含有大量特殊官能團(tuán)，如羥基、羧基等，因此被賦予弱酸性陽(yáng)離子交換能力[49]。結(jié)合對(duì)結(jié)構(gòu)的分析，發(fā)酵處理能夠破壞人參IDF結(jié)構(gòu)，使其變得疏松，暴露出更多的羧基和羥基等功能性基團(tuán)，F(xiàn)TIR結(jié)果對(duì)官能團(tuán)的分析也印證了這一點(diǎn)，發(fā)酵后的樣品擁有更多的糖醛酸基團(tuán)，包含大量羥基和羧基，從而更加有利于樣品發(fā)揮其陽(yáng)離子交換性能，這與Ren Feiyue[50]、Wang Chaofan[31]等研究結(jié)果一致。

圖11 人參IDF陽(yáng)離子交換能力Fig.11 Cation exchange capacity of ginseng IDF

3 結(jié)論

采用羊肚菌、猴頭菌、蜜環(huán)菌發(fā)酵人參渣制備人參IDF，并對(duì)人參IDF進(jìn)行結(jié)構(gòu)的表征和功能特性的測(cè)定。結(jié)果表明，3 種食用真菌發(fā)酵都能夠?qū)θ藚DF產(chǎn)生一定的降解作用，使其粒徑減小，表面結(jié)構(gòu)變得疏松多孔，暴露出更多的活性基團(tuán)，結(jié)晶度提高，擁有更高的熱穩(wěn)定性。結(jié)構(gòu)的變化進(jìn)而影響了人參IDF的功能特性，對(duì)比3 個(gè)菌種，經(jīng)蜜環(huán)菌發(fā)酵得到的人參IDF具有最好的功能特性，其持水力、持油力、水膨脹力、葡萄糖吸附能力、葡萄糖透析延緩能力、膽固醇吸附能力、膽酸鈉吸附能力、亞硝酸鹽吸附能力較未發(fā)酵樣品分別提高了74.2%、93.6%、124.38%、82.17%、20.24%、14.04%、49.41%、24.49%，陽(yáng)離子交換能力較未發(fā)酵也有顯著提高。綜上，大型食用真菌發(fā)酵可作為制備高活性人參IDF的方法之一，為人參渣中大量IDF的高品質(zhì)利用提供思路。