全 文 ：2007年第07期
Vol.28,No.07,2007
王宏勋 1,王岩岩 2,毛一兵 2,张晓昱 2,*
(1.武汉工业学院食品学院,湖北武汉430023;2.华中科技大学生命科学与技术学院,湖北武汉430074)
摘 要:对粉葛渣进行生物改性研究。正交优化实验获得药用真菌
发酵粉葛渣工艺条件为温度 37℃,接种量 15%,种龄
96h,发酵时间8d。与对照相比,改性后葛渣发酵产品中可
溶性膳食纤维(SDF)含量增加 1倍,达到 13.6%;膨胀力
提高 10.5倍,达到 4.2mL/g;持水力提高 1.7倍,达到
2.80g/g,为粉葛渣深加工生产高品质膳食纤维产品提供
可行途径。
关键词:药用真菌,发酵,改性,膳食纤维
Abstract:ThemodificationofresidueofRadixpuerariaeby
oficinal fungus was studied. The orthogonal
experimentshowed thattheoptimalmodification
conditionswereinoculum15%(v/w),inoculum age
96h,fermenting interval8days under37℃ .The
contentofsolubledietaryfibreinfermentingproduct
couldreach13.6%,whichwastwiceofthecontent
ofthecrudematerial.The sweling capacityof
fermentingresidueofRadixpuerariae,whichwas
10.5timesofthatofthecrudematerial,couldarive
at4.2mL/g,andwaterretentioncapacitywas2.8g/g,
1.7foldofthatofthecrudematerial.Theresult
showedgreatpotentialinproducingdietaryfiberwith
high quality by fermenting residue of Radix
puerariae.
Keywords:oficinalfungus;fermentation;modification;dietary
fiber
中图分类号:TS201.2+3 文献标识码:A
文 章 编 号 :1002-0306(2007)07-0101-03
收稿日期:2006-12-11*通讯联系人
作者简介:王宏勋(1977-),男,博士,讲师,主要从事生物降解与转化
研究。
膳食纤维(DietFiber,以下简称DF)根据溶解性
可分为水溶性膳食纤维(SolubleDietFiber,以下简称
SDF)和水不溶性膳食纤维(InsolubleDietFiber,以下
简称 IDF)两大类。SDF比例是影响DF生理功能的
重要因素,专家认为,膳食纤维组成中SDF含量占
10%以上才能成为高品质DF,否则只能作为一般的
无能量填充料型DF。通常天然纤维中SDF远低于这
个数值,通过改性提高 SDF含量已经成为当前 DF
生产技术主要的研究途径[1]。现阶段对DF改性主要
采用的方法是机械降解法和化学处理法,如在挤压
机内各种较强作用力下,部分不溶性阿拉伯木聚糖
类半纤维素发生熔融现象或部分连接键断裂转变为
水溶性聚合物成分[2]。利用药用真菌发酵对DF改性
的研究尚未见报道。粉葛渣是葛根淀粉加工过程中
的附加产物,含有药用有效成分黄酮和膳食纤维,其
中IDF占干重的50%左右,SDF占6%左右,是一种
良好的DF来源,但直接作为 DF产品活性较低和口
感较差。本文旨在研究利用药用真菌发酵对粉葛渣
作为DF产品的改性的工艺条件与产品特性,在理论
上采用微生物发酵方法改性,在应用上提高粉葛渣
的用途,实现粉葛资源的综合利用。
1材料与方法
1.1实验材料
葛渣 葛根加工淀粉之后获得的葛渣 (广州佛
山);药用真菌 由本实验室筛选与保存,编号分别为
B(Tremetesp.);土豆蔗糖斜面培养基 20%土豆,2%
蔗糖,2%琼脂,1000mL水;土豆蔗糖种子培养基
20%土豆,2%蔗糖,1000mL水;发酵培养基 葛渣
10g,水 15mL,麸皮 1.176g,棉粕 0.353g,CaSO4
0.0588g,MnSO4 0.1764g。
1.2实验方法
1.2.1制种及培养 斜面种转入种子培养基中,25℃,
150r/min摇床培养。将活化的药用真菌液体种按照正
交实验操作接入固体培养基中。
1.2.2正交实验因素水平的选择 以培养时间、培养
温度、接种量、种龄为影响因素,选择了四因素三水
平的正交实验表。
1.2.3SDF的测定 按照美国谷物家协会AACC方法[3]
进行。
1.2.4纤维素、半纤维素、木质素测定 参考Vansoest[4]
粉葛渣膳食纤维生物改性研究
水平
因素
A天数(d) B温度(℃) C接种量(%) D种龄(h)
1 6 25 5.00 48
2 7 30 10.00 72
3 8 37 15.00 96
表1正交实验因素水平选择
研究与探讨
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DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2007.07.024
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方法。
1.2.5持水力的测定 [5]准确称取100mg样品于10mL
的离心管中,称量离心管重,准确移入5mL的蒸馏
水,静置过夜,搅拌悬浮液离心分离,14000r/min离
心10min,将上清液倒出,甩干,再次称量离心管重。
持水性=离心后重量-离心前重量
样品干重
(g/g)
1.2.6膨胀力的测定 [6]准确称取1.000g样品放入10mL
的量筒中,加入蒸馏水使总体积达到 10mL,在不同
时间段观察量筒中物料的体积数。
膨胀力=膨胀后体积-干品体积
样品干重
(mL/g)
2结果与分析
2.1改性工艺条件
采用了四因素三水平的正交实验(表 1)来确定
药用真菌B发酵对粉葛渣改性的最佳工艺条件。对
正交实验结果进行极差分析(表 2),结果表明,影响
SDF含量最大的因素为药用真菌的生长温度,其次
为种龄,培养时间及接种量影响并不显著。可得最佳
改性工艺条件为温度 37℃,接种量 15%,种龄 96h,
发酵时间8d,粉葛渣中SDF含量最高可达13.6%。
2.2改性机理
在优化条件下进一步研究药用真菌发酵粉葛渣
各种成分变化,结果(表 3)表明,SDF含量随着发酵
天数明显增加,在第8d达到12.2%,为粉葛渣原料中
SDF含量的2倍,IDF含量变化不大。发酵过程中半
纤维素含量由35%下降到9%,降解率为 74.3%;纤
维素由30.8%下降到14%,降解率为 54.6%。从成分
变化来推测,采用药用真菌对葛渣中膳食纤维进行
生物改性与挤压蒸煮法改性膳食纤维的机理相似,
即药用真菌发酵粉葛渣过程中,能够通过降解粉葛
渣中的大分子纤维素和半纤维素为水溶性大分子物
质,从而提高SDF含量。
2.3改性膳食纤维理化性质
DF的化学组成特性,奠定了它的一些独特物化
性质,主要有持水力和膨胀性。DF化学结构中含有
很多亲水基团,因此具有很强的持水性。研究表明,
DF持水性可以缓解诸如膀胱炎、膀胱结石和肾结石
这类泌尿系统疾病的症状,并能使毒物迅速排出体
外。DF体积较大,缚水之后体积更大,对肠道产生容
积作用,减慢了消化吸收过程,易引起饱腹感[7]。测定
膳食纤维的持水力和膨胀性可以初步评价膳食纤维
的生理功能。
2.3.1膨胀性 实验结果(表 4)表明:粉葛渣原料膨
胀性在 30h内没有变化,一直为 0.4mL/g;而改性葛
渣DF膨胀性有明显的提高,在0h时达到1.4mL/g,
然后随时间逐渐上升,12h为2.0mL/g,在24h后,改
性葛渣膳食纤维的膨胀性有明显的变化,每小时平
均升高0.2mL/g,30h后达到4.2mL/g,是粉葛渣原料
膨胀性的10.5倍。
2.3.2持水力 改性葛渣膳食纤维的持水力(表 5)也
较原料有明显的上升。其中,每克纤维的结合水克数
由原料的1.65g/g上升到2.80g/g,提高了1.7倍,持水
力达到380%。
3结论
药用真菌B发酵过程中能够降解粉葛渣中的纤
实验
号
A B C D
可溶性膳食
纤维SDF(%)
1 1 1 1 1 6.8
2 1 2 2 2 2.4
3 1 3 3 3 13.6
4 2 1 2 3 9.5
5 2 2 3 1 4.9
6 2 3 1 2 5.5
7 3 1 3 2 9.0
8 3 2 1 3 8.6
9 3 3 2 1 12.5
K1 0.228 0.253 0.209 0.242
K2 0.199 0.159 0.244 0.169
K3 0.301 0.316 0.275 0.317
R 0.102 0.157 0.066 0.148
S 0.0018 0.0042 0.0007 0.0037
表2正交实验结果
表3药用真菌降解葛根渣物质的变化情况
培养时
间(d)
IDF
(%)
SDF
(%)
纤维素
(%)
半纤维
素(%)
木质素
(%)
葛渣原料 40.9 6.60 30.80 35.00 1.8
4 41.85 9.70 14 9.2 3.6
5 38.75 10.70 14.4 9.4 3.4
6 44.65 11.70 14.0 9.6 4.0
7 42 11.3 13.4 9.0 3.8
8 41.7 12.2 14.2 8.8 3.6
时间(h)
原料的膨胀性
(mL/g)
发酵葛渣的膨胀性
(mL/g)
0 0.4 1.4
0.5 0.4 2.0
1 0.4 2.1
2 0.4 2.1
12 0.4 2.1
24 0.4 3.0
25 0.4 3.2
26 0.4 3.4
27 0.4 3.6
28 0.4 3.8
29 0.4 4.0
30 0.4 4.2
表4改性膳食纤维膨胀性
样品 持水力(%) 持水力(g/g)
原料 265 1.65
发酵葛渣 380 2.80
表5改性膳食纤维持水力
研究与探讨
(下转第106页)
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维素和半纤维素,产生水溶性大分子物质,使可溶性
膳食纤维上升。对粉葛渣膳食纤维进行改性,同时可
以有效改善纤维素和半纤维素带来的口感不好的问
题。优化改性工艺条件为:将种龄96h的药用真菌B
以 15%(V/W)的接种量接入粉葛渣培养基中,于
37℃发酵8d。经过发酵,粉葛渣中SDF含量可以增加
1倍,最高可达到13.6%。改性后的粉葛渣膳食纤维
持水力和膨胀性有明显的上升,膨胀力为原粉葛渣
膳食纤维的10.5倍,持水力高达380%,升高了1.7
倍,粉葛渣膳食纤维的生理活性增强。
参考文献:
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andfecalbeta-glucuronidaseactivityduring1,2dimethylby
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从图14可以看出,鹿角海萝多糖与卡拉胶以不
同比例复配,二者的协效性不同,二者的最佳复配比
例为1∶9(质量比),此时复配胶的粘度是同浓度鹿角
海萝多糖单溶液的粘度的7.9倍,是卡拉胶单溶液的
5.1倍。
2.14凝胶熔化温度的测定
实验表明,鹿角海萝多糖凝胶的熔化温度为
60℃。
2.15鹿角海萝多糖在冷水中的溶解度测定
CWS(%)=上清液中固体质量(g)/样品质量(g)×
100%=0.28/1×100=28%
鹿角海萝多糖在冷水中的溶解度为28%。
2.16鹿角海萝多糖溶液透明度测定
质量分数为 0.3%的溶液,以蒸馏水为空白(透光
率为 100%),用 UV-2800紫外分光光度仪在 620nm
处测得其透光率为77%。
3结论
鹿角海萝多糖溶液为“非牛顿流体”,具有良好
的抗降解性能,溶液的粘度随着浓度的升高而升高,
当溶液浓度达到 0.5%时,溶液成凝胶;80℃为多糖
溶液的最佳加热温度;该多糖在酸和碱中比较稳定
(pH5～10),可广泛应用于酸性和碱性食品中;冷藏
(4℃)对该多糖溶液的粘度没有影响,但冷冻(-20℃)
会使其粘度有一定幅度下降;盐(Na+)对多糖溶液粘
度的影响较小,可应用于高盐食品中;苯甲酸钠、超
声波和微波处理对该多糖溶液的粘度有一定影响;
不同的提取工艺及不同浓度的碱提取对多糖溶液的
粘度影响不大;该与卡拉胶有较强的协效性,二者配
比为1∶9(质量比)时,协效性最好。鹿角海萝多糖具
有良好的流变性能,且海萝多糖具有降血糖、抗肿瘤
和免疫增强作用等生物活性。可作为增稠剂、凝胶剂
及功能性添加剂,广泛应用于食品行业中。
参考文献:
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2～375.
1 2 3 4 5 6 7
图14鹿角海萝多糖与卡拉胶的协效性
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
0∶101∶9 2∶8 3∶7 4∶6 5∶5 6∶4 7∶3 8∶2 9∶1 10∶0
鹿角海萝多糖∶卡拉胶(质量比)
粘
度
( m
Pa
·
s)
(上接第102页)
研究与探讨
图13鹿角海萝多糖与其他多糖的协效性
1.0.3%鹿角海萝多糖;2.0.3%卡拉胶;3.0.3%
刺槐豆胶;4.0.3%魔芋胶;5.与卡拉胶 1∶1复配;
6.与刺槐豆胶1∶1复配;7.与魔芋胶1∶1复配
粘
度
( m
Pa
·
s) 600
500
400
300
200
100
0
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
106