徐新乐，刘婷婷，张闪闪，刘鸿铖，同政泉，王大为,

（1.吉林农业大学食品科学与工程学院，吉林长春 130118；2.吉林省粮食精深加工与高效利用工程研究中心，吉林长春 130118；3.农业农村部食用菌加工技术集成科研基地，吉林长春 130118；4.吉林省粮食精深加工与副产物高效利用技术创新重点实验室，吉林长春 130118）

猴头菇又称猴头菌、猴头蘑，是一种珍贵的药食兼用真菌[1]。近年来，关于猴头菇的报道主要集中于多糖、蛋白等活性成分的提取及生物活性研究[2−4]，然而，提取猴头菇多糖和蛋白后会产生大量残渣（HER），其主要成分为膳食纤维，目前仅提取了HER膳食纤维中的几丁质[5−6]，未对HER充分利用，仍会造成猴头菇资源的浪费。因此，以猴头菇渣为原料制备高品质膳食纤维，对提高猴头菇的利用效率具有重要意义。

膳食纤维被称为人体“第七大营养素”，根据溶解性分为水溶性膳食纤维（SDF）和水不溶性膳食纤维（IDF）。食用菌膳食纤维作为一种潜在的功能性膳食纤维已经引起国内外学者的广泛关注[7−8]，但食用菌中SDF含量一般较低[9]，难以达到高品质膳食纤维的要求（SDF含量>10%）[10−11]，因此研究学者通常采用一些技术提高SDF含量，进而获得高品质食用菌膳食纤维。李西腾[12]采用超声辅助碱法提高了鸡腿菇的SDF得率；Xue等[13]基于主成分分析，确定挤出处理香菇残渣的最佳条件，显著提高了SDF含量，改善了香菇DF的理化性质；刘学成[14]对金针菇DF进行高温蒸煮处理，其结构和理化性质均有改善，并且具有良好的减肥降脂作用。而目前对于猴头菇高品质膳食纤维的高效制备、结构及理化性质的研究鲜见报道。

超声-微波辅助酶法（UMAE）作为一种联合技术，可以有效破坏物料的细胞壁结构，有助于物料中SDF的溶出，具有条件温和、反应时间短、效率高等特点[15]，可作为一种高效制备高品质膳食纤维的理想技术。因此，本研究以猴头菇渣为原料，采用UMAE制备猴头菇高品质膳食纤维，通过正交试验筛选最佳工艺，同时对其结构及功能性质进行分析，为猴头菇渣作为高品质膳食纤维的潜在来源提供一定理论基础，实现猴头菇渣高附加值综合利用。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

猴头菇 沃尔玛超市；碱性蛋白酶（酶活20×104U/g） 诺维信（中国）生物技术有限公司；纤维素酶（酶活1000 U/g） 美国Sigma公司；胆固醇 上海新兴化工试剂研究所；邻苯二甲醛 山东西亚化学股份有限公司；其他试剂 均为为北京化工厂分析纯。

MB35水分测定仪 奥豪斯仪器（上海）有限公司；UWave-1000 微波·紫外·超声波三位一体合成萃取反应仪 上海新仪微波化学科技有限公司；UV2100紫外可见分光光度计 北京普析通用仪器有限公司；IR RESTIGE-21傅里叶变换红外光谱仪 日本岛津公司；MiniFlx 600台式X射线衍射仪 日本理学株式会社。

1.2 实验方法

1.2.1 猴头菇渣的制备 挑选形态不完整的猴头菇，粉碎后过80目筛，称取一定质量按料液比1:20加入0.075 mol/L NaOH溶液，用磁力搅拌器提取猴头菇蛋白，在温度45 ℃下提取3 h，提取次数为2次，提取完毕，离心分离，合并沉淀调节pH为中性。参考Wu等[16]的方法提取沉淀中的多糖，提取后离心分离，沉淀即为猴头菇渣，在55 ℃下干燥，备用。

1.2.2 基础成分的测定 水分测定参照GB 5009.3-2016；脂肪测定参照GB 5009.6-2016，蛋白测定参照GB 5009.5-2016；灰分测定参照GB 5009.4-2016；膳食纤维测定参照GB 5009.88-2014。

1.2.3 普通猴头菇膳食纤维（HE-DF1）的制备 参照GB 5009.88-2014《食品中膳食纤维的测定》，称取5.0 g猴头菇渣按料液比1:40加入蒸馏水，经碱性蛋白酶酶解，沸水浴灭酶，用4倍体积的95%乙醇溶液醇沉，经洗涤、抽滤、干燥后即得HE-DF1。

1.2.4 高品质猴头菇膳食纤维（HE-DF2）制备的工艺优化

1.2.4.1 制备工艺 准确称取所需粒度的猴头菇渣5.0 g，按料液比1:40加入蒸馏水，经碱性蛋白酶酶解后，调节pH5.5，加入一定量的纤维素酶，在一定的温度、时间和功率下对猴头菇渣进行处理，取出后沸水浴灭酶，用4倍体积的95%乙醇溶液醇沉，经洗涤、抽滤、干燥后即得HE-DF2。

1.2.4.2 单因素实验 选取物料粒度、酶添加量、微波温度、超声功率、酶解时间为单因素考察因素。物料粒度40、60、80、100、120目，纤维素酶添加量1%、2%、3%、4%、5%、6%，微波温度35、40、45、50、55、60 ℃，超声功率250、300、350、400、450、500 W，酶解时间15、30、45、60、75、90 min，以产物HE-DF2的SDF含量、持油力和胆固醇吸附能力为指标，平行做3组试验。单因素实验中固定试验条件为物料粒度80目，酶添加量3%，微波温度50 ℃，超声功率400 W，酶解时间 45 min。

1.2.4.3 正交试验 根据单因素实验结果，以HEDF2的SDF含量、持油力、胆固醇吸附能力及综合评分为评价指标，设计L16（45）正交试验，因素与水平如表1所示。

利用综合评价的方法[17]，根据指标对工艺的影响，给予不同的权重系数。SDF含量通常是衡量DF品质优劣的关键指标，将SDF含量的权重系数设为0.4；为提高猴头菇膳食纤维的体外降血脂功能，将持油力和胆固醇吸附能力设为考察指标，权重系数均为0.3，各指标中以最高者为100分，再进行加权求和。按照下列公式计算综合评分。

1.2.5 HE-DF2的SDF含量、持油力（OHC）和胆固醇吸附能力（CBC）的测定 SDF含量测定参照GB 5009.88-2014《食品中膳食纤维的测定》；OHC测定参考张艳荣等[18]的方法；CBC（pH=7，模拟肠的环境）测定参考赵梅[19]的方法。

1.2.6 傅里叶红外光谱（FT-IR）分析 将干燥样品2 mg与KBr粉末200 mg充分混匀，研磨、压片，在4000~400 cm−1进行红外光谱扫描。

1.2.7 X-射线衍射扫描（XRD）分析 取干燥后的样品于样品凹槽内用玻璃板压紧，将其放入衍射仪扫描。X-衍射条件为：Cu辐射，电压40 kV，电流15 mA，步宽0.01°，扫描速率10 °/min，扫描范围3°~90°。

1.2.8 理化性质测定 持水力（WHC）测定参考刘婷婷等[20]的方法；OHC测定同1.25；膨胀力（SC）测定参考Liu等[21]的方法；结合水力（WBC）测定参考樊红秀[22]的方法；CBC测定同1.2.5，并同时测定HE-DF1和HE-DF2在pH=2（模拟胃的环境）时的CBC值。

1.3 数据处理

每组实验重复3次，实验数据采用SPSS17.0软件进行方差及显著性分析，Origin7.5软件进行绘图。

2 结果与分析

2.1 基础成分分析

由表2可知，HER中TDF含量高达87.35%，其可作为一种良好的膳食纤维来源。HE-DF1和HE-DF2中TDF含量无显著性差异，但HE-DF2中SDF含量显著高于HER与HE-DF1（P<0.05）。

2.2 单因素实验结果

2.2.1 物料粒度的影响 由表3可知，物料粒度对SDF含量有一定影响，目数越高，粒度越小，物料与溶剂接触的表面积增大，有助于SDF溶出。但粒度过小，物料容易粘聚成团，与溶剂接触的表面积减小，SDF含量下降。整个过程中持油力随粒度的减小一直增大，这与不同物料粒度对孜然膳食纤维持油力的影响结果一致[23]。胆固醇吸附能力随粒度的变化先增大后减小，当粒度减小，其结构变得疏松，极性基团增多，但粒度过小又会对其结构造成一定程度的破坏[24]，胆固醇吸附能力下降。综合考虑选择60、80、100、120目进行正交试验。

2.2.2 酶添加量的影响 由表4可知，随着纤维素酶添加量的增加，HE-DF2的SDF含量、持油力和胆固醇吸附能力均升高，可能是由于物料与酶的接触机会增大，SDF因细胞壁的破裂而大量溶出，使HEDF2结构更加疏松[25]。当酶添加量到一定程度时，其底物作用完全，不会再有大量纤维素被降解，因此HE-DF2的SDF含量及体外吸附性能基本保持稳定。综合考虑选择酶添加量2%、3%、4%、5%进行正交试验。

表 1 正交试验因素和水平Table 1 Orthogonal test factors and levels

表 2 基础成分分析（%）Table 2 Basic ingredients analysis (%)

表 3 物料粒度对HE-DF2的SDF含量、持油力和胆固醇吸附能力的影响Table 3 Effects of material particle size on SDF content,OHC and CBC of HE-DF2

表 4 酶添加量对HE-DF2的SDF含量、持油力和胆固醇吸附能力的影响Table 4 Effects of enzyme addition on SDF content,OHC and CBC of HE-DF2

2.2.3 微波温度的影响 由表5可知，微波温度在35~50 ℃时，HE-DF2的SDF含量和胆固醇吸附能力不断增加，当微波温度超过55 ℃时呈降低趋势。适宜的微波温度可以加快酶的催化速率，促使IDF水解为SDF，继而胆固醇吸附能力增加。而微波温度过高，酶的活性降低或丧失，酶解反应受到抑制[26]，从而使SDF含量和胆固醇吸附能力降低。整个过程中，HE-DF2的持油力没有发生显著变化，可能是因为微波温度变化膳食纤维中亲脂基团的暴露影响不大[27]。综合考虑选择微波温度45、50、55、60 ℃进行正交试验。

表 5 微波温度对HE-DF2的SDF含量、持油力和胆固醇吸附能力的影响Table 5 Effects of microwave temperature on SDF content,OHC and CBC of HE-DF2

2.2.4 超声功率的影响 由表6可知，HE-DF2的SDF含量和体外吸附能力随超声功率的变化先升高后降低。当超声功率增加，其空化效应产生大量空化气泡，气泡破裂产生能量使细胞壁破裂，促使SDF溶出和物料结构发生变化，HE-DF2的吸附性能得到增强，但超声功率过大可能会使纤维素过度水解成小分子片段，破坏膳食纤维结构[15]，SDF含量和体外吸附能力降低。综合考虑选择超声功率250、300、350、400 W进行正交试验。

表 6 超声功率对HE-DF2的SDF含量、持油力和胆固醇吸附能力的影响Table 6 Effects of ultrasonic power on SDF content,OHC and CBC of HE-DF2

2.2.5 酶解时间的影响 由表7可知，酶解时间对HE-DF2的SDF含量和体外吸附性能有一定影响，酶解时间延长至60 min时，HE-DF2的SDF含量和持油力达到最高。酶解时间继续延长，纤维素的水解度增强，膳食纤维结构可能被破坏，影响其SDF含量及体外吸附性能[28]。综合考虑选择酶解时间45、60、75、90 min进行正交试验。

表 7 酶解时间对HE-DF2的SDF含量、持油力和胆固醇吸附能力的影响Table 7 Effects of enzymatic hydrolysis time on SDF content,OHC and CBC of HE-DF2

2.3 正交试验结果

由表8中R值可知，各因素对综合评分的影响顺序为A>C>B>E>D。表9的方差分析结果显示，A、B、C、E为极显著因素（P<0.01），D为显著因素（P<0.05），这一结果与极差分析结果一致。最优组合为A2B2C3D2E3，需进行验证试验，该工艺制备HEDF2的SDF含量为12.89%±0.12%，持油力为（2.05±0.01）g/g，胆固醇吸附能力为（36.84±0.59）mg/g，总体高于正交表中最佳组合A2B2C1D4E3，即最优组合为物料粒度80目、酶添加量3%、微波温度55 ℃、超声功率300 W、酶解时间75 min。此外，对16组HEDF2的SDF含量、持油力和胆固醇吸附能力进行相关性分析，表10显示，SDF含量与胆固醇吸附能力存在正相关关系（r=0.43，P<0.05），与持油力的相关关系不明显（P>0.05），这一结果与Zhu等[25]研究结果相似，木聚糖酶处理可以增加谷子麸皮膳食纤维中SDF含量，并与膳食纤维的胆固醇吸附能力呈正相关。

表 8 正交试验结果Table 8 Orthogonal experimental results

表 9 方差分析结果Table 9 ANOVA result of orthogonal test

表 10 相关性分析结果Table 10 Result of correlation analysis

2.4 FT-IR分析

由图1可看出，HE-DF1和HE-DF2具有相似的光谱分布，均具有多糖的特征吸收峰。经UMAE处理后，HE-DF2中的羟基吸收峰向低波数移动，由3417.05 cm−1变为3383.73 cm−1，并且此处吸收峰增强，表明纤维素分子内的糖苷键断裂，暴露出更多的羟基基团，这会增强其亲水性。HE-DF2没有新的化学基团出现，只是峰强度明显增加，说明UMAE主要破坏纤维素和半纤维素的β-糖苷键以及链间和链内氢键，使膳食纤维结构疏松，表面积增加，从而影响其体外吸附能力[29]。

图 1 样品的红外光谱扫描Fig.1 Infrared spectrum scanning of samples

2.5 XRD分析

纤维素类物质一般由结晶区（70%）和无定形区（30%）组成[30]。由图2可看出，HE-DF1与HE-DF2的X-射线衍射图在峰形上相似，分别在2θ为19.15°和20.05°处有明显的结晶衍射峰，表现为纤维素I型特征[31−34]。与HE-DF1相比，HE-DF2的峰形和出峰位置基本没有变化，说明该纤维的结晶构型未发生显著改变。衍射的强度有所降低，且经Jade 6.5拟合后发现，相对结晶度由10.84%降低为8.42%，可能是UMAE使结晶区纤维素分子间的部分氢键破坏，膳食纤维结构更加松散、无序[32]，从而影响其理化性质。

图 2 样品的X-射线衍射图Fig.2 X-ray diffraction pattern of samples

2.6 理化性质分析

由表11可看出，与HE-DF1相比，HE-DF2的WHC、OHC、SC、WBC分别提高了51.34%、73.73%、93.02%、59.94%，可能是因为超声-微波的机械破碎作用和高能穿透效应使物料断裂成更多小碎片，纤维素酶与物料充分接触，酶解效率提高，促使HE-DF2的结构更加松散、多孔，从而暴露出更多的亲水和亲油基团，使理化性质有所改善[34]。WHC、OHC和SC可以预示膳食纤维体外胆固醇吸附能力[35]，由此可初步推测，与HE-DF1相比，HE-DF2的体外降胆固醇效果更好。

表 11 样品的理化性质分析Table 11 Analysis of physical and chemical properties of samples

膳食纤维可以吸附胆固醇，使其随粪便排出，降低体内胆固醇含量[36]。由表11可以看出，HE-DF2比HE-DF1的胆固醇吸附能力明显增强，这可能是由于UMAE对猴头菇渣中IDF起到降解作用，SDF含量增加，并且HE-DF2的结构变得疏松，表面积增大，从而使其吸附能力有所增强。此外，pH=7.0时胆固醇吸附能力均大于pH=2.0时，由此可推测，猴头菇膳食纤维对胆固醇的吸附能力主要在肠道中起作用。

3 结论

以猴头菇渣为原料，利用UMAE制备猴头菇高品质膳食纤维，通过单因素和正交试验优化最佳工艺，当物料粒度80 目、酶添加量3%、微波温度55 ℃、超声功率300 W、酶解时间75 min时，HE-DF2的SDF含量为12.89%±0.12%，持油力为（2.05±0.01）g/g，胆固醇吸附能力为（36.84±0.59）mg/g。FT-IR、XRD结果显示UMAE可改变膳食纤维的微观结构，且与膳食纤维体外吸附性能的提高有密切的关系。理化性质结果表明，HE-DF2的持水力、膨胀力、结合水力分别为（10.76±0.10）g/g、（13.82±0.29）mL/g、（5.47±0.15）g/g，均符合高品质膳食纤维的要求，且具有良好的胆固醇吸附能力。本研究可为猴头菇高品质膳食纤维作为功能因子及进行体内降血脂研究奠定理论基础。