平菇各生長期菌質中低聚木糖的提取工藝研究

呂文亭， 于明鶴， 王國輝

（1.河北北方學院動物科技學院，河北張家口 075131；2.文安縣畜牧獸醫局，河北廊坊 065800）

平菇菌質是以稻草、棉籽殼、玉米芯等農業副產品為主要原料栽培平菇后的剩余培養基 （許艷麗等，2015）。我國平菇栽培極為廣泛，平菇菌質資源豐富，卻未得到有效利用（宮福臣等，2012）。低聚木糖 （XOs）是一種新型的功能性低聚糖添加劑，具有促進腸道有益菌增殖、抑制有害菌生長、提高動物生產性能和機體免疫力等獨特的生理功能（孫羅美等，2012）。研究表明，食用真菌能在生長繁殖過程中，產生大量的胞內酶和胞外酶，將稻草等培養基中的纖維素、半纖維素、木質素等高分子物質降解成單糖、雙糖及低聚糖等低分子物質，使培養基中的營養成分含量大幅度提高 （岳新葉等，2005）。本試驗以各生長時期的平菇菌質為原料，以菌質的顆粒細度、浸泡時間、浸煮時間和處理液的pH值為影響因素，采用L9（34）正交試驗設計，篩選出平菇菌質中XOs的最佳提取工藝，為增加平菇菌質的附加值，實現平菇菌質的推廣和XOs產品的低成本應用提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及主要設備 各生長時期平菇菌質，由河北北方學院農林科技學院提供。

95%低聚木糖（XOs）標準品（山東龍力生物科技有限公司）；3，5-二硝基水楊酸 （化學純）；NaOH、酒石酸鉀鈉、結晶酚、亞硫酸鈉、鹽酸和NaHCO3均為分析純。

101C-2型電熱鼓風干燥箱 （上海實驗儀器廠）、UV755B型紫外可見分光光度計 （上海分析儀器總廠）、SHA-C型水浴恒溫振蕩器（江蘇金壇中大儀器廠）、LD4-2型低速離心機 （北京醫用離心機廠）、調節式萬用電爐（上海華聯環境試驗設備公司恒昌儀器廠）、DS-1型高速組織搗碎機（上海標本模型廠）、6511型電動攪拌機（上海標本模型廠）、JY3002型電子天平（上海精密科學儀器有限公司）、FA1104型上皿電子天平（上海天平儀器廠）、JZ7114單相感應電動機（上海微型電機廠）、pHS-3C型精密pH計（上海雷磁儀器廠）。

1.2 試驗方法

1.2.1 10 mg/mL XOs標準液的制備 準確稱取干燥至恒重的95%XOs標準品1052.632 mg，置于小燒杯中，加少量蒸餾水溶解后，定量轉移到100 mL容量瓶中，以蒸餾水定容至刻度，冰箱中保存備用。

1.2.2 3，5-二硝基水楊酸試劑的制備 6.3 g 3，5-二硝基水楊酸和262 mL 2 mol/L NaOH溶液，加到500 mL含有185 g酒石酸鉀鈉的熱水溶液中，再加5 g結晶酚和5 g亞硫酸鈉，攪拌溶解。冷卻后加蒸餾水定容至1000 mL，貯于棕色瓶中備用。

1.2.3 XOs標準曲線的繪制 按表1要求取24支具有25 mL刻度的試管分成3組，分別加入不同劑量10 mg/mL XOs標準液和蒸餾水，最后每個試管加入3，5-二硝基水楊酸試劑1.5 mL，將各管搖勻，在沸水浴中加熱5 min，取出后立即放入盛有冷水的燒杯中冷卻至室溫，再以蒸餾水定容至25 mL刻度處，搖勻。將第一個試管樣品作為空白對照，在波長540 nm處測定吸光度值。以XOs濃度（C）為橫坐標，吸光度值（Y）為縱坐標繪制 XOs標準曲線，得回歸方程：Y=0.2843C+0.0065，R2=0.9999。

表1 XOs標準曲線的繪制

1.2.4 正交試驗設計 選取平菇菌質的顆粒細度（A）、浸泡時間（B）、浸煮時間（C）和處理液的 pH值（D）4 個因素，采用 L9（34）正交設計，進行 4 因素3水平試驗 （表2），根據所測定平菇菌質中XOs的含量確定最佳提取工藝條件。

表2 正交試驗因素與水平

1.2.5 待測樣品液的制備 平菇菌質→烘干→粉碎→浸泡→浸煮→抽提→濃縮→定容→平菇菌質待測樣品液。

具體步驟：在平菇菌絲降解稻草過程中，分別采集各個生長時期的菌質樣品，將其剪成小段在干燥箱中80℃烘干后裝袋保存。準確稱取樣品50 g，按表2正交試驗設計進行樣品液的制備，搗碎后放入燒杯中20℃浸泡，之后將樣品燒杯放于電爐上煮沸，并用玻璃棒不停攪拌，浸煮后的樣品用單相感應電動機進行抽提，反復抽提3次，收集浸提液，浸提液60℃真空濃縮，在4000 r/min的離心機上離心15 min，然后用蒸餾水定容至50 mL，搖勻，即為待測樣品液。

1.2.6 樣品中XOs含量的測定 采用3，5-二硝基水楊酸法（DNS 法）（寧正祥，1998），取待測樣品液1 mL、蒸餾水1 mL、3，5-二硝基水楊酸試劑1.5 mL加入25 mL刻度試管中，其余操作均與制作標準曲線相同，在波長540 nm處測定吸光度值。做3個平行試驗，取平均值。依據標準回歸方程，計算樣品中XOs的含量。

1.3 數據統計分析 對所有測定值的差異顯著性進行方差分析（AOV），當差異顯著時，用多重比較方法來確定各組間的差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 直觀分析 稱取9份50 g第三次出菇期平菇菌質干燥樣品，進行9種不同試驗處理。由表3可知，按照極差R值的大小，影響提取效果的因素的主次順序為：A＞D＞B＞C （即顆粒細度＞處理液的pH值＞浸泡時間＞浸煮時間），各因素水平的優劣順序為：A3＞A2＞A1、B3＞B2＞B1、C3＞C2＞C1、D1＞D3＞D2。

表3 正交試驗設計與試驗結果

2.2 方差分析 由表4可見，顆粒細度（A）、pH值（D）對XOs提取效果的影響差異極顯著（P＜0.01）；浸泡時間（B）對XOs提取效果的影響差異顯著（P ＜ 0.05）；而浸煮時間（C）對 XOs提取效果的影響差異不顯著（P＞0.05）。由上述試驗結果可知，第三次出菇期平菇菌質中XOs的最佳提取工藝確定為A3B3C3D1，即平菇菌質12000 r/min搗碎，浸泡48 h，浸煮1.5 h，處理液pH值為3.50。

表4 正交試驗設計方差分析結果

2.3 各生長時期平菇菌質中XOs含量的檢測 根據正交試驗所確定的最佳提取工藝處理各生長時期菌質樣品，再利用DNS法結合標準回歸方程即可得到各時期樣品中XOs的含量，試驗結果見圖1。

圖1 各生長時期平菇菌質中XOs含量

由圖1可知，在平菇的整個生長過程中，XOs含量基本呈先上升后下降的趨勢，在第一次出菇期達到高峰。

3 討論與結論

隨著平菇的規模化生產和栽培技術的普及，平菇菌質已成為數量十分可觀的一種重要飼料資源，經過平菇菌絲體的生物固氮和酶解作用等一系列生物轉化過程，平菇菌質中粗蛋白質和粗脂肪的含量有所提高，而其中的纖維素、半纖維素和木質素等均被不同程度地降解，其營養價值得到顯著改善（張純等，2012）。制備XOs的主要原料就是木聚糖類半纖維素，目前XOs的生產多數是使用化學方法處理木聚糖后，再進行XOs的酶法水解，此法對工業規模和成本有較高要求，而且會產生大量廢水。因此，XOs產品主要應用于人類食品添加劑，由于成本較高，在飼料行業的應用受到限制（徐光勝和丁小玲，2013；謝全喜等，2012）。本試驗利用稻草為培養基栽培平菇菌種，通過菌絲體在生長繁殖過程中產生的木聚糖酶降解木聚糖類半纖維素，從而生成XOs。然后通過生理生化方法處理各生長時期菌質樣品，從中提取XOs。結果表明：12000 r/min搗碎，用pH=3.50的酸性液浸泡48 h，再浸煮1.5 h是從平菇菌質中提取XOs的最佳處理組合，其中菌質的顆粒細度及處理液的pH值對提取XOs的影響最大。

平菇真菌自擔孢子萌發后，至少要經過三個階段才能完成其整個生活史：即菌絲生長階段、子實體分化和子實體發育階段（凌麗絹，1995）。本試驗發現XOs的含量在第一次出菇期達到最高。其原因可能是平菇真菌在生長過程中，所需的碳素營養是通過菌絲體分泌的各種胞內酶或胞外酶（如纖維素酶、木聚糖酶等）將稻草基質中的纖維素、半纖維素等大分子物質逐步降解成可溶性小分子而提供的，菌絲體內貯藏的碳源越來越多，為子實體的形成提供基礎，其中纖維素的吸收利用優于半纖維素，故XOs的峰值出現在第一次出菇期，但隨著出菇次數的增加，菌絲不斷生長，基質中的養分消耗增多，XOs的含量也逐漸降低，具體機制仍有待于進一步研究。

綜上所述，平菇菌質中含有一定量具有眾多優良生理活性的低聚木糖，增加了菌質的附加值，經適當加工處理，即可制成一種新型、高效、安全的功能性飼料或飼料添加劑，降低了低聚木糖產品的應用成本。進一步開發和合理利用平菇菌質，有利于食用菌生產和畜牧業的相互促進和共同發展。

[1]宮福臣，張東雷，張玉鐸，等.平菇菌糠飼料的營養價值與安全性評估分析[J].中國畜牧獸醫，2012，39（11）：86～89.

[2]凌麗絹.食用真菌栽培學[M].北京：中國農業科技出版社，1995.5～36.

[3]寧正祥.食品成分分析手冊[M].北京：中國輕工業出版社，1998.9～10.

[4]孫羅美，陳征義，鄒勝龍.低聚木糖的研究進展[J].廣東飼料，2012，21（9）：30～32.

[5]謝全喜，徐海燕，陳靜，等.低聚木糖的研究進展[J].畜牧與飼料科學，2012，33（5-6）：30～34.

[6]徐光勝，丁小玲.低聚木糖的功效及其對蛋雞生產性能的影響[J].安徽農學通報，2013，19（10）：106～108.

[7]許艷麗，劉利娥，韓萍，等.平菇培養基及其菌糠營養成分分析[J].中國飼料，2015，3：31～34.

[8]岳新葉，蔡靜平，朱利，等.種植食用菌綜合利用玉米芯的研究[J].食品科學，2005，26（3）：141～144.

[9]張純，晏家友，張錦秀，等.平菇菌糠的營養價值研究[J].中國飼料，2012，3：13～15.