全 文 ：!#$
邬建国，葛! 娟，余! 伟，邓小华，张晓昱!
（华中科技大学生命科学与技术学院，湖北武汉 !##$!）
摘% 要：在摇瓶上对裂褶菌固体发酵葛根渣获取功能产品的工艺进行了优化，并进行了规模放大验证。通过优化，获
得了优化条件：采用混合葛根渣作为发酵基质，固液比为 &’&()，麸皮添加量为 &#*，采用 + 菌龄的种子接种，接种量
为 ,-. / &##0，发酵温度为 123。在该条件下，葛根异黄酮提升了 $#*以上，膳食纤维含量提升了 )*以上。通过太空
包放大工艺验证，可初步实现摇瓶发酵结果。
关键词：葛根渣，异黄酮，膳食纤维，裂褶菌，发酵
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中图分类号：?51#K% % % % 文献标识码：L% % % % 文 章 编 号：&##14##,（1#&#）&14#&K14#
收稿日期：1##K4&14#K% !通讯联系人
作者简介：邬建国（&K$$4），男，在职博士研究生，研究方向：中药生物
技术和发酵工程。
基金项目：武汉市科技计划资助（1##21#!11&K#）。
% % 葛根是一种常用的可食中药，因其富含异黄酮、
淀粉等物质，使其具有较高的经济应用价值。经研
究发现，葛根对心血管系统［&41］、降血糖［4!］、雌激素调
节［)］等具有显著的疗效。安伟建［,］通过研究发现不
同产地和不同品种的葛根其异黄酮含量差异较大，
从而出现了不同的葛根加工方法，其中葛根淀粉加
工是葛根加工的主流。葛根渣是葛根淀粉加工产生
的副产物，邬建国等［$］人研究发现可以通过裂褶菌固
体发酵葛根渣获取葛根功能产品，从而对葛根渣的
资源化利用开辟了新的途径。本文在邬建国等人研
究基础之上对固体发酵条件进行进一步的优化，以
期获得更优的结果。
9! 材料与方法
9:9! 实验材料
葛根渣% 来源于湖北省武汉市黄陂区野生葛根
渣；裂褶菌（ !#$%&’#())*+ &++*,-）% 本研究所保
藏，编号 M5&；一级种子培养基 % 去皮马铃薯 1##0，
煮沸 #-;= 后过滤，蔗糖 1#0，自来水定容至
&###-.；固态发酵培养基% 葛渣 �，自来水 &2-.。
9:;! 实验方法
&(1(&% 固态发酵方法% 将待试菌株活化培养 $+，转
接于一级种子培养基中培养 !+，接 &#-.种子液到固
体发酵培养基中，1)3静止发酵 &)+，发酵物烘干、粉
碎，保存备用。
&(1(1% 黄酮检测方法% 参照文献［2］。
&(1(% 膳食纤维检测方法［K］% 包括不溶性膳食纤维
（NMO）、可溶性膳食纤维（5MO）和总膳食纤维（?MO）
的测定。
;! 结果与分析
;:9! 不同状态葛根渣对发酵的影响
获取的葛根渣纤维比较发达，故需机械粉碎，粉
!#$
碎后通过 ! 目筛，将葛根渣分成两类，即绒毛状（未
过筛部分）和粉末状（过筛部分），不同状态的葛根渣
可能会对发酵产生影响，结果见表 # 和表 !。
表 #$ 不同状态葛根渣发酵前主效成分含量
葛根渣
状态
异黄酮
（%& ’ &）
()
*()
（+）
,()
（+）
-()
（+）
绒毛状 !!./0 1 #.!2 3!.4 1 !.0 54.! 1 .3 #/./ 1 #./
粉状 !2./0 1 !.0# 54.6 1 /.0 /5.6 1 0.0 ##. 1 !.
混合 !0.#! 1 .36 42.# 1 !./ 5#.! 1 .2 #!.6 1 !.#
表 !$ 不同状态葛根渣裂褶菌发酵后主效成分含量
葛根渣
状态
异黄酮
（%& ’ &）
()
*()
（+）
,()
（+）
-()
（+）
绒毛状 04.#2 1 #.!3 4/.2 1 #.! 5!.! 1 #. #0.! 1 .!
粉状 02.40 1 .# 4#.# 1 ./ /5.6 1 ./ #2.! 1 .
混合 04./! 1 !.36 44.6 1 2.0 50.4 1 !.0 #2.! 1 !.
$ $ 由表 # 可知，不同状态的葛根渣其主成分的含
量差异较大，其中绒毛状的葛根渣膳食纤维含量较
高。而粉状葛根渣异黄酮含量较高，经对各种状态
的葛根渣木质纤维素成分检测后，分析其原因可能
是绒毛状木质纤维素含量较高，尤其是纤维素含量，
从而导致了其膳食纤维含量较高，而粉状葛根渣木
质纤维素含量相对较少，且含有一定量的淀粉，通过
前面的机械粉碎作用使得部分异黄酮在粉状葛根渣
中得到了一定的富集。
由表 ! 可知，发酵后三种状态的葛根渣其异黄
酮含量和膳食纤维含量有较大的变化，其中异黄酮
含量普遍有显著的提升，以混合态葛根渣提升最为
显著，而膳食纤维含量除绒毛状葛根渣之外均有少
量提升。分析其原因在于葛根渣中木质纤维素被菌
株 (-# 降解，导致木质纤维素类膳食纤维含量显著
性减少，但同时也进行了一定程度的转化，如多糖等物
质，使得非木质纤维素类膳食纤维含量有一定的提升；
同时因为木质纤维素结构被菌株 (-# 破坏，从而使得
葛根渣中异黄酮得到了一定程度的富集和易于溶出，
使其异黄酮含量得到了显著提升。以上结果及分析可
知，混合葛根渣是较好的发酵基质。
!!# 不同固液比对发酵的影响
对于固体发酵，湿度（固液比）尤为重要，若湿度
过大，则会影响发酵基质的氧气传递，从而影响发
酵；若湿度过低，则不利于菌种的生长代谢。为考察
最佳的固液比，实验结果见表 0。
表 0$ 葛根渣不同固液比对发酵的影响
固液比
（%7%）
异黄酮
（%& ’ &）
()
*()
（+）
,()
（+）
-()
（+）
#7./ !522 1 #.4 4/. 1 !.0 5#.3 1 #.# #0.! 1 #.!
#7#. 00.4# 1 #.## 45.2 1 #.2 5!.6 1 .6 #0./ 1 ./
#7#./ 04.6! 1 #.// 43.2 1 2.# 52.! 1 !.# #2.! 1 !.
#7!. 0/.!2 1 ./5 45./ 1 0.5 50.# 1 #./ #0.2 1 !.#
$ $ 由表 0 可知，随着固液比中水（液）含量的提升，
发酵物异黄酮和膳食纤维含量均先上升后下降，葛
根异黄酮和膳食纤维均在 # 7#./ 的固液比下达到最
大值，故 #7#./ 的固液比为最佳。
!$# 不同麸皮添加量对发酵的影响
89:;<［#］等人研究发现在固体发酵基质中添加一
定量的麸皮有利于提高发酵基质的孔隙度，使得其
有利于发酵，尤其是产物的合成，本实验也考察了麸
皮对发酵的影响，结果见表 2。
表 2$ 葛根渣中添加不同量的麸皮对发酵的影响
麸皮添加量
（+）
异黄酮
（%& ’ &）
()
*()
（+）
,()
（+）
-()
（+）
04.!/ 1 ./0 45.# 1 0.! 5!./ 1 #./ #0.5 1 #.4
/ 04.4# 1 #./# 45.3 1 0.3 5!.6 1 !.6 #0.6 1 .6
# 03.! 1 #.# 43.2 1 2.# 52.! 1 !.# #2.! 1 !.
#/ 03.# 1 #.!5 43.5 1 0.2 52./ 1 #.# #2.# 1 !.0
! 04.63 1 .34 43.4 1 5. 5/.! 1 0.# #0./ 1 !.6
$ $ 由表 2 可知，麸皮添加在发酵体系中对发酵的
影响不显著，但也有一定的作用，当麸皮添加量超过
#+后，发酵物中葛根异黄酮和膳食纤维含量稳定，
故最佳的麸皮添加量选择为 #+。
!%# 不同种龄对发酵的影响
通过对菌株 (-# 的生长动力学研究发现，(-#
在生长 #=后即进入对数生长期，对于不同生长阶段
的菌种对发酵的活力有所不同，实验结果见表 /。
表 /$ 裂褶菌不同种龄对发酵的影响
种龄
（=）
异黄酮
（%& ’ &）
()
*()
（+）
,()
（+）
-()
（+）
# 0#.!/ 1 ./0 45.# 1 0.! 5!./ 1 #./ #0.5 1 #.4
! 05.4# 1 #./# 45.3 1 0.3 5!.6 1 !.6 #0.6 1 .6
0 03.! 1 #.# 43.2 1 2.# 52.! 1 !.# #2.! 1 !.
2 03.# 1 #.!5 43.5 1 0.2 52./ 1 #.# #2.# 1 !.0
/ 04.63 1 .34 43.4 1 5. 5/.! 1 0.# #0./ 1 !.6
$ $ 从表 / 可知，随着菌株 (-# 种龄的延长，发酵物
中异黄酮先增后减，而膳食纤维含量一直呈增长趋
势。其原因在于低种龄的种子生物量较少，从而导
致发酵不完全，而种龄在 0= 后其种子从肉眼观察接
近饱和，到 /= 后种子液中部分菌种活力下降，从而
影响了葛根异黄酮的发酵富集和释放。另外，菌株
(-# 可产生大量的多糖，多糖含量随着种龄的延长
不断累积，故在膳食纤维含量上就表现为一直上升，
但 2、/=后变化不显著，故最佳种龄为 0=。
!&# 不同接种量对发酵的影响
不同种龄的种子实际接种量是不同的，而不同
的实际接种量对发酵的影响不同，结果见表 5。
表 5$ 不同接种量对发酵的影响
接种量
（%> ’ #&）
异黄酮
（%& ’ &）
()
*()
（+）
,()
（+）
-()
（+）
! 05.!/ 1 ./3 45.5 1 0.4 50./ 1 #.3 #0.# 1 #.6
2 04.4# 1 .22 3.! 1 !.3 55.4 1 #./ #0./ 1 #.0
5 2./ 1 .6/ 46.3 1 2.3 5/.! 1 0.0 #2.5 1 #./
3 06.22 1 .2# 43.6 1 0.# 52./ 1 !.# #2.2 1 #.
# 03.!/ 1 #.2 46.4 1 2.0 5/. 1 !.! #2.4 1 !.#
$ $ 从表 5 可知，随着接种量的增大，葛根异黄酮含
量先增后减；当接种量大于 !%> ’ #& 以后，葛根膳
食纤维含量稳定在一个较小的范围。故最佳的接种
!#$
量为 !# $ %&&’。
!#$ 不同温度对发酵的影响
菌株 ()% 属于大型真菌，过低的温度可使其生
长不良，对发酵不利；较高的温度可在短时间内生
长，但长时间的高温会抑制菌株的代谢，甚至进入休
眠和死亡。不同温度对菌株 ()% 发酵的影响见表 *。
表 *+ 不同温度对发酵的影响
温度
（,）
异黄酮
（’ $ ’）
(-
.(-
（/）
0(-
（/）
)(-
（/）
1& 23451 6 %411 *34* 6 741 !143 6 14* %241 6 %43
13 714%& 6 1451 *541 6 14% !242 6 &48 %748 6 %41
2& 7%4%7 6 2472 **48 6 74% !243 6 %4! %747 6 143
23 2*45& 6 &4!1 *!45 6 24* !14* 6 14% %74% 6 %4!
+ + 由表 * 可知，菌株 ()% 在温度 1392&,范围内生
长代谢较好，当温度达到 23,时，菌株在开始阶段长
势较好，但长势越长越差，又因为在高温下水分散发
较大，发酵基质湿度不宜控制，故选择发酵温度
为 15,。
!%$ 太空包放大工艺验证
为进一步实现固体发酵能较为方便地扩大化生
产，在优化条件基础之上进行了固体太空包发酵的
验证，结果发现，太空包发酵样品中葛根异黄酮含量
达到 274!& 6243!’ $ ’，较之摇瓶固体培养水平的葛根
异黄酮含量低，但较之原料仍然提升了 3&/；膳食纤
维含量与摇瓶发酵水平持平。太空包固体发酵结果初
步验证了摇瓶的发酵结果，但尚需做进一步的优化，以
便进一步提升葛根异黄酮和膳食纤维的含量。
将太空包发酵前后的样品衡重后各取样品 %&’
进行粉碎，分别依次过筛 1&、7&、!&、5&、%&& 目，结果
见表 5。
表 5+ 发酵对样品粒度分布的影响
目数（目） 发酵前过筛质量（’） 发酵后过筛质量（’）
1& 34*8* 8458%
7& 241%& 54&%*
!& 14%&8 341!!
5& %4832 74%!!
%&& &485! 14183
+ + 由表 5 可知，混合葛根渣经 ()% 发酵后其微观
+ + + +
物理特性发生了改变，使样品更容易粉碎。
&$ 结论
通过条件优化，得到优化条件为：采用混合葛根
渣作为发酵基质，固液比为 % : %43，麸皮添加量为
%&/，采用 2;菌龄的种子接种，接种量为 !# $ %&&’，
发酵温度为 15,。在该条件下，葛根异黄酮提升了
*&/以上，膳食纤维含量提升了 3/。通过太空包放
大工艺验证，可初步实现摇瓶发酵结果，发酵后发酵
物更有利于粉碎。
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（上接第 %8% 页）
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