中国农业科学 ›› 2023, Vol. 56 ›› Issue (12): 2380-2394.doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2023.12.012
符慧珍1,2(), 邓梅2, 张名位2, 贾栩超2, 董丽红2, 黄菲2, 马勤2, 赵东2, 张瑞芬2(
)
收稿日期:
2022-09-25
接受日期:
2023-04-04
出版日期:
2023-06-16
发布日期:
2023-06-27
通信作者:
张瑞芬,E-mail:ruifenzhang@163.com
联系方式:
符慧珍,E-mail:fuhuizhen1104@163.com。
基金资助:
FU HuiZhen1,2(), DENG Mei2, ZHANG MingWei2, JIA XuChao2, DONG LiHong2, HUANG Fei2, MA Qin2, ZHAO Dong2, ZHANG RuiFen2(
)
Received:
2022-09-25
Accepted:
2023-04-04
Published:
2023-06-16
Online:
2023-06-27
摘要:
【目的】筛选适宜粉葛渣膳食纤维(dietary fiber,DF)改性的微生物种类,优化建立其最佳改性条件,分析改性前后葛渣DF结构和理化功能特性差异,为粉葛加工副产物的综合利用提供理论依据和技术支撑。【方法】比较黑曲霉、米根霉、绿色木霉和枯草芽孢杆菌发酵对葛渣可溶性DF(soluble dietary fiber,SDF)得率的影响,确定最佳发酵菌种;以料液比、接种量、发酵时间、发酵温度和pH为条件进行单因素试验,以SDF得率为考察指标,通过Box-Benhnken中心组合试验设计优化葛渣DF的最佳改性工艺条件;通过酶解法从发酵改性前后的葛渣中提取不溶性DF(insoluble dietary fiber,IDF)和SDF,利用扫描电镜观察其微观结构,对比分析葛渣发酵改性对其IDF理化(持水力、持油力和溶胀力)和功能特性(葡萄糖、胆酸盐和胆固醇吸附能力)的影响。【结果】黑曲霉、米根霉和绿色木霉发酵葛渣均能不同程度地增加葛渣中SDF得率,其中黑曲霉效果最好,而枯草芽孢杆菌发酵对葛渣中SDF得率无显著影响。因此,本研究选定黑曲霉为葛渣DF微生物改性菌种。通过响应面优化确定黑曲霉最佳发酵条件为料液比1﹕5.8(m/v)、接种量4.9%(v/v)、发酵时间100 h、发酵温度24.9 ℃,在该条件下SDF得率由发酵前的6.34%增加到13.75%,IDF/SDF的比例由6.14下降至2.83。与发酵前相比,黑曲霉发酵后葛渣IDF和SDF呈现更为疏松多孔的微观结构。发酵后葛渣IDF的持水力和溶胀力均是发酵前的1.2倍,但持油力无显著变化。此外,发酵后葛渣IDF的葡萄糖吸附能力是发酵前的1.70倍,胆固醇吸附能力在pH 2.0和pH 7.0条件下分别是发酵前的1.44倍和1.28倍。【结论】4种受试菌株中,黑曲霉促进葛渣IDF转化为SDF的作用最显著,以SDF得率为指标优化建立了黑曲霉发酵改性葛渣DF的最佳工艺;发酵后葛渣SDF得率提高2.17倍,IDF的理化和功能特性均得到改善。
符慧珍, 邓梅, 张名位, 贾栩超, 董丽红, 黄菲, 马勤, 赵东, 张瑞芬. 黑曲霉改性葛渣膳食纤维的工艺优化及其理化功能特性[J]. 中国农业科学, 2023, 56(12): 2380-2394.
FU HuiZhen, DENG Mei, ZHANG MingWei, JIA XuChao, DONG LiHong, HUANG Fei, MA Qin, ZHAO Dong, ZHANG RuiFen. The Optimal Fermentation Technique of Radix puerariae Residues by Aspergillus niger for Dietary Fiber Modification and the Consequent Changes of Physicochemical and Functional Properties of Dietary Fibers[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2023, 56(12): 2380-2394.
表3
响应面优化设计与结果"
序号 Number | A | B | C | D | Y |
---|---|---|---|---|---|
1 | 1:8 | 5 | 72 | 25 | 8.62 |
2 | 1:8 | 3 | 96 | 25 | 9.90 |
3 | 1:4 | 5 | 96 | 30 | 9.89 |
4 | 1:6 | 3 | 120 | 25 | 10.89 |
5 | 1:4 | 3 | 96 | 25 | 10.23 |
6 | 1:6 | 5 | 72 | 20 | 8.96 |
7 | 1:6 | 7 | 96 | 30 | 10.51 |
8 | 1:6 | 5 | 120 | 20 | 11.33 |
9 | 1:6 | 7 | 72 | 25 | 9.13 |
10 | 1:6 | 3 | 96 | 20 | 10.32 |
11 | 1:6 | 5 | 120 | 30 | 9.60 |
12 | 1:6 | 3 | 72 | 25 | 9.96 |
13 | 1:6 | 5 | 96 | 25 | 13.44 |
14 | 1:8 | 7 | 96 | 25 | 9.59 |
15 | 1:4 | 5 | 120 | 25 | 11.73 |
16 | 1:6 | 7 | 96 | 20 | 9.72 |
17 | 1:6 | 5 | 72 | 30 | 11.06 |
18 | 1:8 | 5 | 96 | 20 | 9.42 |
19 | 1:8 | 5 | 120 | 25 | 11.97 |
20 | 1:6 | 3 | 96 | 30 | 10.34 |
21 | 1:6 | 5 | 96 | 25 | 13.10 |
22 | 1:4 | 5 | 72 | 25 | 12.10 |
23 | 1:4 | 5 | 96 | 20 | 9.84 |
24 | 1:6 | 5 | 96 | 25 | 13.52 |
25 | 1:8 | 5 | 96 | 30 | 9.29 |
26 | 1:6 | 5 | 96 | 25 | 12.92 |
27 | 1:6 | 5 | 96 | 25 | 12.94 |
28 | 1:6 | 7 | 120 | 25 | 10.10 |
29 | 1:4 | 7 | 96 | 25 | 10.82 |
表4
回归模型的方差分析"
平方和 SS | 自由度 Freedom | 均方 MS | F值 F value | P值 P value | |
---|---|---|---|---|---|
模型Model | 51.69 | 14 | 3.69 | 10.39 | <0.0001** |
A | 2.82 | 1 | 2.82 | 7.94 | 0.0137* |
B | 0.26 | 1 | 0.26 | 0.73 | 0.4059 |
C | 2.79 | 1 | 2.79 | 7.86 | 0.0141* |
D | 0.1 | 1 | 0.1 | 0.28 | 0.6027 |
AB | 0.2 | 1 | 0.2 | 0.57 | 0.4629 |
AC | 3.46 | 1 | 3.46 | 9.73 | 0.0075** |
AD | 8.100×10-3 | 1 | 8.100×10-3 | 0.023 | 0.8822 |
BC | 4.000×10-4 | 1 | 4.000×10-4 | 1.125×10-3 | 0.9737 |
BD | 0.15 | 1 | 0.15 | 0.42 | 0.5289 |
CD | 3.67 | 1 | 3.67 | 10.32 | 0.0063** |
A2 | 12.51 | 1 | 12.51 | 35.18 | <0.0001** |
B2 | 17.13 | 1 | 17.13 | 48.17 | <0.0001** |
C2 | 8.32 | 1 | 8.32 | 23.4 | 0.0003** |
D2 | 20.52 | 1 | 20.52 | 57.72 | <0.0001** |
残差项 Residual | 4.98 | 14 | 0.36 | ||
失拟项 Missing item | 4.66 | 10 | 0.47 | 5.93 | 0.0506 |
纯误差 Pure error | 0.31 | 4 | 0.08 | ||
总和 Total | 56.67 | 28 | |||
相关系数 R2 | 0.9122 |
[1] |
蔡沙, 何建军, 施建斌, 隋勇, 陈学玲, 蔡芳, 王少华, 梅新. 葛渣可溶性膳食纤维酶法制备工艺的研究. 湖北农业科学, 2017, 56(24): 4863-4868, 4874.
|
|
|
[2] |
doi: 10.1016/j.foodhyd.2021.106872 |
[3] |
doi: 10.1007/s13197-019-04177-8 pmid: 32180638 |
[4] |
|
[5] |
龙伟. 葛渣膳食纤维的制备及其应用[D]. 南昌: 江西中医药大学, 2020.
|
|
|
[6] |
|
[7] |
梅新, 涂艳华, 何建军, 施建斌, 张金木, 陈学玲, 蔡芳, 王少华, 蔡沙. 葛渣膳食纤维的过氧化氢改性工艺研究. 湖北农业科学, 2016, 55(24): 6553-6556.
|
|
|
[8] |
doi: 10.1016/j.lwt.2020.109818 |
[9] |
doi: 10.1016/j.foodchem.2019.05.035 |
[10] |
doi: 10.1016/j.lwt.2017.09.016 |
[11] |
doi: 10.1016/j.foodres.2021.110565 |
[12] |
doi: 10.1016/j.fbio.2021.100890 |
[13] |
陈文伟, 蒋家新, 贾振宝, 孙志芳, 胡志卓. 中心组合设计优化绿茶色素提取研究. 食品科技, 2008, 33(7): 186-189.
|
doi: 10.1590/S0101-20612013005000013 |
|
[14] |
谢欢, 涂宗财, 张露, 王辉, 阮传英. 黑曲霉发酵制备高可溶性膳食纤维豆渣工艺优化及其水合性质研究. 中国粮油学报, 2017, 32(4): 116-121, 132
|
|
|
[15] |
张熙, 韩双艳. 黑曲霉发酵产酶研究进展. 化学与生物工程, 2016, 33(1): 13-16.
|
|
|
[16] |
夏瑶瑶, 闫裕峰, 郎繁繁, 梁楷, 周景丽, 张旭姣, 田莉. 一种糯高粱曲制备工艺及利用糯高粱曲制备老陈醋的方法. CN114933946A, 2022-08-23.
|
|
|
[17] |
胡畔, 杨萍, 郭天时. 植物乳杆菌与米根霉混合固态发酵改善玉米粉理化加工特性. 食品与发酵工业, 2020, 46(7): 161-166
|
|
|
[18] |
doi: 10.1021/acs.jafc.1c00752 |
[19] |
余强, 贾梦云, 谢明勇, 聂少平, 陈家俊. 一种脱脂米糠中的膳食纤维的改性方法. CN109601846B, 2022-06-14.
|
|
|
[20] |
余强, 陈家俊, 谢建华, 陈奕, 汪子沛, 宋一鸣, 常馨心. 一种茶渣可溶性膳食纤维重金属吸附剂的制备方法及其应用. CN109985606B, 2020-06-16.
|
|
|
[21] |
doi: 10.3389/fbioe.2021.800265 |
[22] |
doi: 10.1007/BF00419509 |
[23] |
钟荣珍, 房义, 肖雄飞, 顾啟超. 一种干玉米秸秆与龙须菜混贮饲料的制备方法. CN114041532A, 2022-02-15.
|
|
|
[24] |
闵钟熳, 高路, 高育哲, 徐彩红, 邓雪雪, 肖志刚. 黑曲霉发酵法制备米糠粕可溶性膳食纤维工艺优化及其理化分析. 食品科学, 2018, 39(2): 112-118.
doi: 10.7506/spkx1002-6630-201802018 |
doi: 10.1111/jfds.1974.39.issue-1 |
|
[25] |
孙婕, 尹国友, 王超, 王琦, 李文建, 张现青. 混合发酵法制备韭籽粕水溶性膳食纤维. 食品研究与开发, 2017, 38(11): 95-99.
|
|
|
[26] |
王宏勋, 王岩岩, 毛一兵, 张晓昱. 粉葛渣膳食纤维生物改性研究. 食品工业科技, 2007(7): 101-102, 106.
|
|
|
[27] |
吴丽萍, 孙虹, 朱婷婷, 陈佳钰, 蔡永久, 胡晓倩. 发酵毛竹笋制备水溶性膳食纤维工艺优化及功能特性研究. 中国调味品, 2021, 46(12): 42-48.
|
|
|
[28] |
李伟伟, 曲俊雅, 周才琼. 真菌及乳酸菌联合发酵对豆渣膳食纤维及理化特性的影响. 食品与发酵工业, 2018, 44(11): 159-166
|
|
|
[29] |
刘俊红, 林青青, 刘瑞芳, 张苗玉, 王锟宇. 发酵法提取葡萄皮渣中可溶性膳食纤维的研究. 河南城建学院学报, 2022, 31(1): 75-79, 92.
|
|
|
[30] |
王晓颖, 黄荣冰, 谭诗颖, 吴嘉良, 丘劲霖, 张素斌. 黑曲霉发酵法制备柚子皮可溶性膳食纤维的研究. 轻工科技, 2021, 37(12): 15-17, 38.
|
|
|
[31] |
阳晖, 卢凌霄, 王晴, 张川雨, 曹沁倩, 周先容. 发酵法制备萝卜硫素的工艺优化. 食品工业, 2021, 42(12): 218-223.
|
|
|
[32] |
罗文, 王晓力, 朱新强, 麻文姣, 王永刚, 孙启忠. 固态发酵豆渣和苹果渣复合蛋白饲料的研究. 粮食与饲料工业, 2017(2): 44-48.
|
|
|
[33] |
doi: 10.1038/nbt1282 |
[34] |
令博, 田云波, 吴洪斌, 明建. 微生物发酵法制取葡萄皮渣膳食纤维的工艺优化. 食品科学, 2012, 33(15): 178-182.
|
|
|
[35] |
doi: 10.1016/j.lwt.2021.112609 |
[36] |
李静. 黑曲霉发酵制备香蕉皮可溶性膳食纤维研究. 中国食品添加剂, 2015(5): 137-141.
|
|
|
[37] |
|
[38] |
doi: 10.1016/j.foodhyd.2019.03.047 |
[39] |
吴德智, 郭伟, 甘贵芳, 吴孟, 李小红. 发酵法制备葛根渣膳食纤维及其酥性饼干的研制. 食品与发酵工业, 2017, 43(7): 146-151.
|
|
|
[40] |
|
[41] |
|
[42] |
doi: 10.1016/j.foodchem.2020.126243 |
[43] |
田亚红, 常丽新, 贾长虹, 孟繁博. 黑曲霉发酵提取甘薯渣中水不溶性膳食纤维的工艺研究. 粮油食品科技, 2014, 22(4): 86-88.
|
|
|
[44] |
doi: 10.1002/cche.v99.2 |
[45] |
doi: 10.1016/j.foodres.2013.09.025 |
[46] |
doi: 10.1016/j.foodchem.2018.03.037 |
[47] |
doi: S0308-8146(19)30182-7 pmid: 30827642 |
[48] |
郑慧, 孙艳, 张眙曼, 李娅迪, 肖玥, 蒋益繁, 杨勇. 颗粒粒径对荷叶不溶性膳食纤维结构、理化及感官品质的影响. 天然产物研究与开发, 2022, 34(9): 1530-1538.
|
|
[1] | 孙德四1, 尹健美1, 陈晔1, 2, 曹飞1, 2. 钾矿物晶体结构对黑曲霉生长代谢及钾与硅的溶出影响[J]. 中国农业科学, 2014, 47(3): 503-513. |
[2] | 国春艳,刁其玉,乔宇,屠焰,张乃锋,姜成钢 . 酸性木聚糖酶产生菌株的筛选和酶学性质分析[J]. 中国农业科学, 2010, 43(7): 1524-1530 . |
|