金針菇菇根膳食纖維蒸汽爆破改性工藝優化研究

張明，馬百惠，吳茂玉，王崇隊，張博華，馬超*

（1.中華全國供銷合作總社濟南果品研究院，山東濟南 250014；2.山東農業工程學院，山東濟南 250100）

金針菇（Flammulina velutipes）又名冬菇、樸菇、構菌、青杠菌、毛柄金錢菌，隸屬擔子菌亞門、層菌綱、傘菌目、口蘑科、金錢菌屬[1]。金針菇菇根是工廠化金針菇生產包裝環節切除的下腳料，占原料的30%～40%。金針菇菇根干品中，主要以糖類、蛋白質、膳食纖維等成分為主，其中不溶性膳食纖維含量可達60%～80%[2]。金針菇菇根中還含有多糖、多肽等多種功能成分，具有降低膽固醇[3]、增強免疫力[4]、保胃護肝[5]和抗腫瘤[6-7]等功效。由于缺乏適宜的綜合利用途徑和技術，這些下腳料除少部分作為飼料外，絕大部分被直接丟棄，不僅造成了資源的極大浪費，同時污染了環境。目前對金針菇菇根的利用研究主要以提取多糖為主，多糖提取后的殘渣主要為不溶性粗纖維，可溶性膳食纖維含量較低，品質較差，需對其進行改性處理，提高可溶性膳食纖維含量，提升其品質及附加值。目前膳食纖維改性主要有化學方法、生物技術方法和物理方法等，化學方法主要以酸法、堿法等為主，對膳食纖維結構和功能特性破壞較為嚴重，且存在化學試劑殘留等問題。生物技術方法主要包括酶法、發酵法等，具有處理條件較為溫和，膳食纖維損失較少，但生產效率較低，成本較高。目前常用的物理改性方法包括超微粉碎技術、擠壓技術、超高壓技術等，該方法改性效果好，生產效率高，且無化學試劑殘留，被廣泛應用于膳食纖維等物質的改性處理[8-10]。

蒸汽爆破技術是一種物理化學相結合的纖維處理工藝，物料在高壓環境下采用蒸汽加熱至180～235 ℃，并維持一段時間高壓。期間，物料在高溫、高濕條件下發生熱降解和半纖維素自催化作用。之后突然釋壓噴放，產生二次蒸汽，體積猛增，在機械力的作用下，破壞固體物料結構。該方法具有處理量大、處理時間短、無化學殘留、能耗低等優點，是一種非常理想的膳食纖維改性處理技術[11-12]。目前尚未見蒸汽爆破技術在金針菇菇根膳食纖維改性方面的相關報道。本研究以金針菇菇根水提殘渣為原料，采用蒸汽爆破技術對其進行改進處理，并通過單因素和正交試驗對蒸汽爆破技術的工藝條件進行了優化，以期為金針菇菇根綜合利用提供理論和技術指導。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮金針菇下腳料由山東鄒城友和菌業有限公司提供。α-高溫淀粉酶（活力40 000 U/g）、中性蛋白酶（活力50 000 U/g）、淀粉葡萄糖苷酶（100 000 U/g），均購于北京索萊寶科技有限公司。

1.2 儀器與設備

蒸汽爆破試驗機KQ-80，鶴壁正道啟寶生物科技有限公司；熱風循環烘箱RXH-B-1，江陰市宏達粉體設備有限公司；標準檢驗篩60 目，浙江上虞市金鼎標準篩具廠；高速臺式離心機TGL-10B，上海安亭科學儀器廠；高速粉碎機RH-600A，永康市榮浩工貿有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 金針菇菇根膳食纖維鮮渣制備

將鮮金針菇菇根按照料液比1:10 加蒸餾水，于90 ℃恒溫條件下提取1.5 h，冷卻至室溫，料液用尼龍布包裹置于帶孔鋼桶中進行壓榨，至無水分榨出為止。渣餅用自封袋封裝，置于-18 ℃待用，蒸汽爆破前拿出解凍即可。

1.3.2 金針菇菇根膳食纖維改性單因素試驗（1）料腔比對金針菇菇根膳食纖維改性的影響

按照料腔比為1:4、2:4、3:4、4:4 分別取金針菇菇根鮮渣，置于料腔中，蒸汽爆破壓強1.5 MPa，爆破時間90 s，物料經蒸汽爆破處理后，置于60 ℃熱風干燥箱中烘干至水分含量10%以下，冷卻后采用高速粉碎機打粉，粉體過60 目篩用于測定分析。以SDF 含量為評價指標，分別考察不同的料腔比對金針菇菇根膳食纖維改性的影響。以未經蒸汽爆破處理的菇根纖維作為對照。

（2）保壓時間對金針菇菇根膳食纖維改性的影響

按照料腔比為4:4 分別取金針菇菇根鮮渣，蒸汽爆破壓強1.5 MPa，蒸汽保壓時間設置為30、90、150、210、270 s，考察對金針菇菇根膳食纖維改性的影響。

（3）蒸汽爆破壓強對金針菇菇根膳食纖維改性的影響

按照料腔比為4:4 分別取金針菇菇根鮮渣，保壓時間90 s，蒸汽爆破壓強設置為0.5、1、1.5、2 MPa，考察對金針菇菇根膳食纖維改性的影響。

1.3.3 正交試驗

選用料腔比、保壓時間、蒸汽爆破壓強三個因素進行正交優化試驗，從而確定最佳工藝條件。正交試驗因素與水平如表1 所示。

表1 正交試驗因素與水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experimental

1.4 測定指標與方法

SDF 含量參照GB5009.88-2014《食品中膳食纖維的測定》所述方法進行測定。

1.5 數據處理與分析

數據均采用Microcal Origin 8.0 軟件進行處理，采用SPSS 20.0 進行ANOVA 單因素方差分析和Ducan’s 多重檢驗（P＜0.05）。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗

2.1.1 料腔比對金針菇菇根膳食纖維SDF 含量的影響

料腔比對金針菇菇根膳食纖維SDF 含量的影響如圖1 所示。由圖可知，在不同料腔比條件下，與對照相比，各類蒸汽爆破改性處理均能不同程度地提高金針菇菇根膳食纖維中SDF 的含量。在一定范圍內，隨著料腔比的上升，SDF 含量呈先上升后下降的趨勢，當料腔比為2:4時，SDF 含量最高，為6.42%。可能是由于適宜的料腔比更有利于蒸汽與物料間充分接觸作用，當加料量過大時，蒸汽不易滲透到物料內部，導致SDF 含量減少；當加料量過小時，瞬間釋壓過程中纖維相互撞擊作用力減弱，導致SDF 含量減少。因此，初步確定最適料腔比為2:4。

2.1.2 保壓時間對金針菇菇根膳食纖維SDF 含量的影響

保壓時間對金針菇菇根膳食纖維SDF 含量的影響如圖2 所示。由圖可知，在不同保壓時間下，與對照相比，蒸汽爆破改性處理均能不同程度地提高金針菇菇根膳食纖維中SDF 的含量。在一定范圍內，隨著保壓時間的延長，SDF 含量呈先上升后緩慢下降的趨勢，當保壓時間為90 s 時，SDF 含量最高，為6.66%。可能是因為隨著保壓時間延長，蒸汽與物料能更好地接觸和作用，從而使SDF含量增加。但當保壓時間過高時，物料發生焦糖化等反應，導致部分可溶性成分被降解，不能被乙醇沉淀，從而使SDF 含量降低[13]。因此，最適保壓時間為90 s。

2.1.3 汽爆壓強對菇根膳食纖維SDF 含量的影響

蒸汽爆破壓強對金針菇菇根膳食纖維SDF 含量的影響如圖3 所示。由圖可知，在不同蒸汽爆破壓強下，與對照相比，蒸汽爆破改性處理均能不同程度地提高金針菇菇根膳食纖維中SDF 的含量。在一定范圍內，隨著蒸汽爆破壓強的增大，SDF 含量呈先上升后緩慢降低趨勢，當爆破壓強為1 MPa 時，SDF 含量最大，為6.71%。可能是因為在高溫高壓條件下，隨著蒸汽爆破壓強的增大，大分子聚合物降解為小分子物質，糖類溶出并重新聚合為半乳糖醛酸等物質，使SDF 含量上升；蒸汽爆破壓強過高，引起焦糖化等反應，使可溶性糖類發生降解，從而導致SDF 含量下降[14-15]。因此，蒸汽爆破壓強選擇1 MPa。

2.2 正交優化試驗

由表2 極差結果可以看出，各因素對金針菇菇根膳食纖維的SDF 含量影響大小依次為C＞B＞A，即蒸汽爆破壓強＞保壓時間＞料腔比。最佳工藝參數組合為A3B3C2，即料腔比5:8，保壓時間105 s，蒸汽爆破壓強1 MPa。經進一步試驗驗證，在此條件下，金針菇菇根膳食纖維的SDF含量最高可達7.08%，均高于其他試驗組，SDF 含量較改性前提高了31.35%。

3 結論

本研究針對金針菇菇根膳食纖維SDF 含量低、品質差等問題，采用蒸汽爆破技術對金針菇菇根膳食纖維進行改性，并通過單因素和正交試驗對改性條件進行了優化。極差分析結果表明各因素對金針菇菇根膳食纖維的SDF 含量影響大小依次為蒸汽爆破壓強＞保壓時間＞料腔比。金針菇菇根膳食纖維的蒸汽爆破改性的最佳工藝為料腔比5:8、保壓時間105 s、蒸汽爆破壓強1 MPa；在此條件下，SDF 含量為7.08%，較改性前提高了31.35%。通過改性處理，提高了金針菇菇根膳食纖維的品質和附加值，為金針菇菇根的綜合利用提供借鑒和指導。

表2 金針菇菇根膳食纖維蒸汽爆破工藝的正交試驗Table 2 Orthogonal experiment on steam explosion technology of dietary fiber from Flammulina velutipes root