金针菇菇根膳食纤维蒸汽爆破改性工艺优化研究

张明，马百惠，吴茂玉，王崇队，张博华，马超*

（1.中华全国供销合作总社济南果品研究院，山东济南 250014；2.山东农业工程学院，山东济南 250100）

金针菇（Flammulina velutipes）又名冬菇、朴菇、构菌、青杠菌、毛柄金钱菌，隶属担子菌亚门、层菌纲、伞菌目、口蘑科、金钱菌属[1]。金针菇菇根是工厂化金针菇生产包装环节切除的下脚料，占原料的30%～40%。金针菇菇根干品中，主要以糖类、蛋白质、膳食纤维等成分为主，其中不溶性膳食纤维含量可达60%～80%[2]。金针菇菇根中还含有多糖、多肽等多种功能成分，具有降低胆固醇[3]、增强免疫力[4]、保胃护肝[5]和抗肿瘤[6-7]等功效。由于缺乏适宜的综合利用途径和技术，这些下脚料除少部分作为饲料外，绝大部分被直接丢弃，不仅造成了资源的极大浪费，同时污染了环境。目前对金针菇菇根的利用研究主要以提取多糖为主，多糖提取后的残渣主要为不溶性粗纤维，可溶性膳食纤维含量较低，品质较差，需对其进行改性处理，提高可溶性膳食纤维含量，提升其品质及附加值。目前膳食纤维改性主要有化学方法、生物技术方法和物理方法等，化学方法主要以酸法、碱法等为主，对膳食纤维结构和功能特性破坏较为严重，且存在化学试剂残留等问题。生物技术方法主要包括酶法、发酵法等，具有处理条件较为温和，膳食纤维损失较少，但生产效率较低，成本较高。目前常用的物理改性方法包括超微粉碎技术、挤压技术、超高压技术等，该方法改性效果好，生产效率高，且无化学试剂残留，被广泛应用于膳食纤维等物质的改性处理[8-10]。

蒸汽爆破技术是一种物理化学相结合的纤维处理工艺，物料在高压环境下采用蒸汽加热至180～235 ℃，并维持一段时间高压。期间，物料在高温、高湿条件下发生热降解和半纤维素自催化作用。之后突然释压喷放，产生二次蒸汽，体积猛增，在机械力的作用下，破坏固体物料结构。该方法具有处理量大、处理时间短、无化学残留、能耗低等优点，是一种非常理想的膳食纤维改性处理技术[11-12]。目前尚未见蒸汽爆破技术在金针菇菇根膳食纤维改性方面的相关报道。本研究以金针菇菇根水提残渣为原料，采用蒸汽爆破技术对其进行改进处理，并通过单因素和正交试验对蒸汽爆破技术的工艺条件进行了优化，以期为金针菇菇根综合利用提供理论和技术指导。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

新鲜金针菇下脚料由山东邹城友和菌业有限公司提供。α-高温淀粉酶（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），均购于北京索莱宝科技有限公司。

1.2 仪器与设备

蒸汽爆破试验机KQ-80，鹤壁正道启宝生物科技有限公司；热风循环烘箱RXH-B-1，江阴市宏达粉体设备有限公司；标准检验筛60 目，浙江上虞市金鼎标准筛具厂；高速台式离心机TGL-10B，上海安亭科学仪器厂；高速粉碎机RH-600A，永康市荣浩工贸有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 金针菇菇根膳食纤维鲜渣制备

将鲜金针菇菇根按照料液比1:10 加蒸馏水，于90 ℃恒温条件下提取1.5 h，冷却至室温，料液用尼龙布包裹置于带孔钢桶中进行压榨，至无水分榨出为止。渣饼用自封袋封装，置于-18 ℃待用，蒸汽爆破前拿出解冻即可。

1.3.2 金针菇菇根膳食纤维改性单因素试验（1）料腔比对金针菇菇根膳食纤维改性的影响

按照料腔比为1:4、2:4、3:4、4:4 分别取金针菇菇根鲜渣，置于料腔中，蒸汽爆破压强1.5 MPa，爆破时间90 s，物料经蒸汽爆破处理后，置于60 ℃热风干燥箱中烘干至水分含量10%以下，冷却后采用高速粉碎机打粉，粉体过60 目筛用于测定分析。以SDF 含量为评价指标，分别考察不同的料腔比对金针菇菇根膳食纤维改性的影响。以未经蒸汽爆破处理的菇根纤维作为对照。

（2）保压时间对金针菇菇根膳食纤维改性的影响

按照料腔比为4:4 分别取金针菇菇根鲜渣，蒸汽爆破压强1.5 MPa，蒸汽保压时间设置为30、90、150、210、270 s，考察对金针菇菇根膳食纤维改性的影响。

（3）蒸汽爆破压强对金针菇菇根膳食纤维改性的影响

按照料腔比为4:4 分别取金针菇菇根鲜渣，保压时间90 s，蒸汽爆破压强设置为0.5、1、1.5、2 MPa，考察对金针菇菇根膳食纤维改性的影响。

1.3.3 正交试验

选用料腔比、保压时间、蒸汽爆破压强三个因素进行正交优化试验，从而确定最佳工艺条件。正交试验因素与水平如表1 所示。

表1 正交试验因素与水平Table 1 Factors and levels of orthogonal experimental

1.4 测定指标与方法

SDF 含量参照GB5009.88-2014《食品中膳食纤维的测定》所述方法进行测定。

1.5 数据处理与分析

数据均采用Microcal Origin 8.0 软件进行处理，采用SPSS 20.0 进行ANOVA 单因素方差分析和Ducan’s 多重检验（P＜0.05）。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 料腔比对金针菇菇根膳食纤维SDF 含量的影响

料腔比对金针菇菇根膳食纤维SDF 含量的影响如图1 所示。由图可知，在不同料腔比条件下，与对照相比，各类蒸汽爆破改性处理均能不同程度地提高金针菇菇根膳食纤维中SDF 的含量。在一定范围内，随着料腔比的上升，SDF 含量呈先上升后下降的趋势，当料腔比为2:4时，SDF 含量最高，为6.42%。可能是由于适宜的料腔比更有利于蒸汽与物料间充分接触作用，当加料量过大时，蒸汽不易渗透到物料内部，导致SDF 含量减少；当加料量过小时，瞬间释压过程中纤维相互撞击作用力减弱，导致SDF 含量减少。因此，初步确定最适料腔比为2:4。

2.1.2 保压时间对金针菇菇根膳食纤维SDF 含量的影响

保压时间对金针菇菇根膳食纤维SDF 含量的影响如图2 所示。由图可知，在不同保压时间下，与对照相比，蒸汽爆破改性处理均能不同程度地提高金针菇菇根膳食纤维中SDF 的含量。在一定范围内，随着保压时间的延长，SDF 含量呈先上升后缓慢下降的趋势，当保压时间为90 s 时，SDF 含量最高，为6.66%。可能是因为随着保压时间延长，蒸汽与物料能更好地接触和作用，从而使SDF含量增加。但当保压时间过高时，物料发生焦糖化等反应，导致部分可溶性成分被降解，不能被乙醇沉淀，从而使SDF 含量降低[13]。因此，最适保压时间为90 s。

2.1.3 汽爆压强对菇根膳食纤维SDF 含量的影响

蒸汽爆破压强对金针菇菇根膳食纤维SDF 含量的影响如图3 所示。由图可知，在不同蒸汽爆破压强下，与对照相比，蒸汽爆破改性处理均能不同程度地提高金针菇菇根膳食纤维中SDF 的含量。在一定范围内，随着蒸汽爆破压强的增大，SDF 含量呈先上升后缓慢降低趋势，当爆破压强为1 MPa 时，SDF 含量最大，为6.71%。可能是因为在高温高压条件下，随着蒸汽爆破压强的增大，大分子聚合物降解为小分子物质，糖类溶出并重新聚合为半乳糖醛酸等物质，使SDF 含量上升；蒸汽爆破压强过高，引起焦糖化等反应，使可溶性糖类发生降解，从而导致SDF 含量下降[14-15]。因此，蒸汽爆破压强选择1 MPa。

2.2 正交优化试验

由表2 极差结果可以看出，各因素对金针菇菇根膳食纤维的SDF 含量影响大小依次为C＞B＞A，即蒸汽爆破压强＞保压时间＞料腔比。最佳工艺参数组合为A3B3C2，即料腔比5:8，保压时间105 s，蒸汽爆破压强1 MPa。经进一步试验验证，在此条件下，金针菇菇根膳食纤维的SDF含量最高可达7.08%，均高于其他试验组，SDF 含量较改性前提高了31.35%。

3 结论

本研究针对金针菇菇根膳食纤维SDF 含量低、品质差等问题，采用蒸汽爆破技术对金针菇菇根膳食纤维进行改性，并通过单因素和正交试验对改性条件进行了优化。极差分析结果表明各因素对金针菇菇根膳食纤维的SDF 含量影响大小依次为蒸汽爆破压强＞保压时间＞料腔比。金针菇菇根膳食纤维的蒸汽爆破改性的最佳工艺为料腔比5:8、保压时间105 s、蒸汽爆破压强1 MPa；在此条件下，SDF 含量为7.08%，较改性前提高了31.35%。通过改性处理，提高了金针菇菇根膳食纤维的品质和附加值，为金针菇菇根的综合利用提供借鉴和指导。

表2 金针菇菇根膳食纤维蒸汽爆破工艺的正交试验Table 2 Orthogonal experiment on steam explosion technology of dietary fiber from Flammulina velutipes root