黑曲霉改性葛渣膳食纖維的工藝優化及其理化功能特性

符慧珍，鄧梅，張名位，賈栩超，董麗紅，黃菲，馬勤，趙東，張瑞芬

黑曲霉改性葛渣膳食纖維的工藝優化及其理化功能特性

符慧珍1,2，鄧梅2，張名位2，賈栩超2，董麗紅2，黃菲2，馬勤2，趙東2，張瑞芬2

1海南大學食品科學與工程學院，海口 570228；2廣東省農業科學院蠶業與農產品加工研究所/農業農村部功能食品重點實驗室/廣東省農產品加工重點實驗室，廣州 510610

【目的】篩選適宜粉葛渣膳食纖維（dietary fiber，DF）改性的微生物種類，優化建立其最佳改性條件，分析改性前后葛渣DF結構和理化功能特性差異，為粉葛加工副產物的綜合利用提供理論依據和技術支撐。【方法】比較黑曲霉、米根霉、綠色木霉和枯草芽孢桿菌發酵對葛渣可溶性DF（soluble dietary fiber，SDF）得率的影響，確定最佳發酵菌種；以料液比、接種量、發酵時間、發酵溫度和pH為條件進行單因素試驗，以SDF得率為考察指標，通過Box-Benhnken中心組合試驗設計優化葛渣DF的最佳改性工藝條件；通過酶解法從發酵改性前后的葛渣中提取不溶性DF（insoluble dietary fiber，IDF）和SDF，利用掃描電鏡觀察其微觀結構，對比分析葛渣發酵改性對其IDF理化（持水力、持油力和溶脹力）和功能特性（葡萄糖、膽酸鹽和膽固醇吸附能力）的影響。【結果】黑曲霉、米根霉和綠色木霉發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，而枯草芽孢桿菌發酵對葛渣中SDF得率無顯著影響。因此，本研究選定黑曲霉為葛渣DF微生物改性菌種。通過響應面優化確定黑曲霉最佳發酵條件為料液比1﹕5.8（m/v）、接種量4.9%（v/v）、發酵時間100 h、發酵溫度24.9 ℃，在該條件下SDF得率由發酵前的6.34%增加到13.75%，IDF/SDF的比例由6.14下降至2.83。與發酵前相比，黑曲霉發酵后葛渣IDF和SDF呈現更為疏松多孔的微觀結構。發酵后葛渣IDF的持水力和溶脹力均是發酵前的1.2倍，但持油力無顯著變化。此外，發酵后葛渣IDF的葡萄糖吸附能力是發酵前的1.70倍，膽固醇吸附能力在pH 2.0和pH 7.0條件下分別是發酵前的1.44倍和1.28倍。【結論】4種受試菌株中，黑曲霉促進葛渣IDF轉化為SDF的作用最顯著，以SDF得率為指標優化建立了黑曲霉發酵改性葛渣DF的最佳工藝；發酵后葛渣SDF得率提高2.17倍，IDF的理化和功能特性均得到改善。

葛渣；黑曲霉；不溶性膳食纖維；可溶性膳食纖維；理化功能特性

0 引言

【研究意義】粉葛（）是一種藥食同源的豆科葛屬植物。制備葛根淀粉是目前粉葛最主要的加工方式。葛渣是粉葛制備淀粉過程中產生的副產物。據統計，我國每年葛渣產量近百萬噸。葛渣是制備膳食纖維（dietary fiber，DF）食品配料或高纖食品的潛在資源[1]，但目前僅少部分作為肥料或飼料利用，大部分作為廢棄物被丟棄，造成嚴重的資源浪費和環境污染。大量研究表明，DF具有調節腸道菌群、控制血糖和體重、降低癌癥和心血管疾病發生風險等多種健康功效[2]。增加日常膳食中DF的攝入量是提升健康水平的重要措施。許多富含DF的農產品加工副產物，如果渣、谷物糠麩成為加工生產DF配料的重要原料。除了被直接加工成膳食營養素補充劑外，DF也在許多傳統食品加工中得到應用，如面條、面包、餅干、火腿腸等，以提升產品的營養品質。根據DF在水中的溶解性可分為不溶性（IDF）和可溶性（SDF）膳食纖維，二者的理化和功能特性都具有明顯的差異。有研究者認為DF中的IDF與SDF比值在3﹕1—2﹕1時，屬于優質DF的范疇[3]。而且，SDF的可發酵特性使其在調節腸道微生態結構、改善腸道菌群失調等方面的作用明顯優于IDF。葛渣DF主要為纖維素、半纖維素和木質素等IDF，SDF所占比例很低，過高含量的IDF導致其口感粗糙，感官品質差，限制了其在食品中的應用。因此，通過改性處理，提高葛渣中SDF比例，改善其理化和功能特性，對提高葛渣的綜合利用價值、提升粉葛產業的經濟效益具有重要意義。【前人研究進展】常見DF改性方法包括生物改性法，通過酶解或微生物發酵降解IDF；化學改性法，通過酸、堿和過氧化氫等化學試劑降解IDF，使其轉化為SDF；物理改性法，通過擠壓、超微粉碎、蒸汽爆破等過程中的高溫、高壓、剪切等作用破壞DF的糖苷鍵；也有研究將上述不同類型的方法聯合使用，如超微粉碎—酶解、擠壓—酶解[2,4]。龍偉等[5]比較不同改性方法對葛渣DF的影響，發現單獨的超聲和纖維素酶解對葛渣SDF含量無顯著影響，超聲輔助纖維素酶解則能夠顯著增加葛渣SDF得率（從9.63%增加至12.31%）。LIN等[6]比較不同改性方法對豆渣DF的影響，發現微波處理、微生物（保加利亞乳桿菌、粗糙脈孢菌）發酵均能顯著增加SDF含量，其中微波處理效果最好。盡管前人已經開展了一些葛渣DF改性的研究，但多采用酶解[5]和化學改性[7]的方法，與其他DF改性方法相比，微生物發酵較酶法改性具有環保、條件溫和的優點，同時還能克服酶價格昂貴導致的改性處理成本過高的缺陷。此外，微生物發酵過程中產生的代謝產物還能起到改善發酵產物風味品質的作用，具有較好應用前景。【本研究切入點】關于微生物發酵對葛渣DF的改性效果鮮見報道。另外，以往有關葛渣DF改性的相關研究多集中在改性處理提高SDF的得率方面，關于改性前后葛渣DF的理化和功能特性變化未進行系統研究，難以指導其在營養健康食品加工中的應用。【擬解決的關鍵問題】通過比較不同微生物發酵對葛渣DF的改性效果，篩選適宜的發酵菌種并優化建立其最佳的改性工藝，對比分析改性前后的葛渣中IDF（SDF）含量、微觀結構、理化和功能特性等的差異，為粉葛加工副產物的綜合利用提供理論依據和技術支撐。

1 材料與方法

試驗于2022年在廣東省農業科學院蠶業與農產品加工研究所農業農村部功能食品重點實驗室進行。

1.1 主要材料與試劑

葛渣由張葛老葛根有限公司提供；黑曲霉（GIM 3.576）、米根霉（AS 3.866）、綠色木霉（GIM 3.597）和枯草芽孢桿菌枯草亞種（subsp GIM 1.372）均購自廣東省微生物菌種保藏中心。液化酶（Termamyl 120 L，120 KNU-S/mL）、糖化酶（AMG 300 L，300 AGU/mL）、蛋白酶（Alcalase 2.4 L，2.4 AU/mL）購于諾維信（中國）有限責任公司；PDA培養基購自廣州市齊云生物技術有限公司；LB培養基購自廣東環凱微生物科技有限公司；其他試劑均為分析純。

1.2 主要儀器與設備

Eyelan-1100旋轉蒸發器（東京理化器械株式會社），GL-20M高速冷凍離心機（湖南易達公司），LS—75HD高壓滅菌鍋（江陰濱江公司），干燥箱PH-030A（上海一恒科學儀器有限公司），恒溫恒濕培養箱（上海躍進醫療器械有限公司），FW80粉碎機（天津泰斯特儀器有限公司），掃描電鏡（SU-3400N，Hitachi，Japan）。

1.3 方法

1.3.1 發酵菌種的制備 菌株（黑曲霉、米根霉和綠色木霉）于30 ℃在PDA培養基上培養48—72 h至長滿菌絲。用10 mL無菌水洗滌瓊脂表面的菌絲，將洗滌下來的菌懸液移入裝有無菌脫脂棉的離心管過濾，濾液用無菌水稀釋成1×107—1×108CFU·mL-1的種子液備用[8]。枯草芽孢桿菌接種于10 mL LB培養基中，于培養箱中37 ℃震蕩培養（180 r/min）24 h[9]，離心（4 000 r/min，10 min），棄上清液，再加入10 mL無菌水，混勻，得到種子液（1×107—1×108CFU·mL-1）備用。

1.3.2 葛渣發酵實驗 準確稱取10 g葛渣，以1﹕5（m/v）的料液比加入蒸餾水后混勻，封口膜密封，經高壓滅菌（121 ℃，15 min）后接入活化后的黑曲霉、米根霉、綠色木霉或枯草芽孢桿菌，接種量5%（v/v），30 ℃恒溫培養箱中分別發酵0、24、48、72、96、120和144 h。

1.3.3 單因素試驗 稱取10 g葛渣，固定的單因素條件為：料液比1﹕5，接種量5%，發酵時間96 h，發酵溫度30℃，pH 6。設計單因素試驗見表1。考察料液比、接種量、發酵時間、pH和發酵溫度5個因素對葛渣發酵產物中SDF得率的影響。各單因素試驗中，除了考察因素參照表1中的水平設置不同的處理外，其余各因素均采用上述固定的單因素條件。

1.3.4 Box-Behnken響應面試驗設計 在單因素試驗的基礎上，以料液比、接種量、發酵時間和發酵溫度為響應面因素，SDF得率為響應值，運用Box- Behnken試驗設計原理，進行4因素3水平響應面優化試驗設計，因素水平表見表2。

1.3.5 葛渣IDF和SDF的提取 采用ZHAO等[10]的方法分別提取葛渣中的IDF和SDF。分別取10 g發酵前后的葛渣，加入100 mL蒸餾水混勻，95 ℃水浴糊化10 min，依次加入下述各種酶液進行酶解處理：10 μL液化酶（pH 6.0，95 ℃水浴90 min），20 μL蛋白酶（pH 7.5，60 ℃水浴60 min）和10 μL糖化酶（pH 4.5，60 ℃水浴 60 min），反應結束后沸水中加熱20 min使酶失活，離心（4 000 r/min，10 min）分離上清液和殘渣，殘渣經60 ℃蒸餾水洗滌2次后，50 ℃干燥24 h，得IDF。合并上清液和殘渣洗滌液，60 ℃下旋蒸濃縮至原體積的1/4，加入4倍濃縮液體積的95%乙醇混勻，室溫靜置過夜，離心（4 000 r/min，10 min），所得沉淀物50 ℃干燥72 h，得SDF。樣品中IDF（X）和SDF（Y）得率的計算公式如下：X（%）=M2/M1×100，Y（%）=M3/M1×100。其中，M2為IDF質量（g），M3為SDF質量（g），M1為葛渣質量（g）。將IDF和SDF粉碎，過60目篩，裝入鋁箔袋中于4 ℃冰箱保存用于后續分析。

表1 單因素試驗設計水平表

表2 Box-Behnken響應面因素水平表

1.3.6 葛渣IDF和SDF的純度測定 參照國標的方法測定發酵前后葛渣IDF和SDF中水分（GB 5009.3—2016）、灰分（GB 5009.4—2016）、蛋白質（GB 5009.5—2016）、脂肪（GB 5009.6—2016）和淀粉（GB 5009.9—2016）的含量。IDF或SDF的純度（%）=（M2-M1）×100，其中M1為IDF或SDF中水分、灰分、蛋白質、脂肪和淀粉的總量，M2為IDF或SDF的質量。

1.3.7 葛渣IDF和SDF的微觀結構分析 采用Hitachi掃描電子顯微鏡觀察葛渣IDF和SDF的微觀結構。葛渣IDF和SDF粉末用膠帶固定，采用真空濺射鍍膜機鍍金，置于掃描電子顯微鏡下觀察并拍照，圖片掃描倍數分別為500×和2 000×。

1.3.8 葛渣IDF的理化特性分析 持水力（WHC）測定：采用ZHENG等[11]的方法測定發酵前后葛渣IDF的持水力。將0.5 g葛渣IDF樣品與50 mL蒸餾水充分混勻，室溫靜置18 h，10 000 r/min離心20 min。棄去上清液，稱量吸水后樣品的質量。

WHC（g·g-1）=（M1-M0）/M0

式中，M1：樣品吸水后的質量（g）；M0：樣品吸水前的質量（g）。

持油力（OHC）測定：采用ZHENG等[11]的方法測定發酵前后葛渣IDF的持油力。將0.5 g葛渣IDF樣品與30 mL大豆油充分混勻，室溫靜置18 h，10 000 r/min離心20 min，棄上清液，稱量殘渣質量。

OHC（g·g-1）=（M1-M0）/M0

式中，M1：樣品吸油后的質量（g）；M0：樣品吸油前的質量（g）。

溶脹力（WSC）測定：采用ZHENG等[11]的方法測定發酵前后葛渣IDF的溶脹力。稱取0.5 g葛渣IDF樣品于刻度離心管中，加20 mL蒸餾水，充分混勻，室溫靜置18 h，測量溶脹前后樣品的體積。

WSC（mL·g-1）=（V1-V0）/M

式中，V0：吸水溶脹前樣品體積（mL）；V1：吸水溶脹后樣品體積（mL）；M：吸水溶脹前樣品質量（g）。

1.3.9 葛渣IDF的功能特性分析 葡萄糖吸附能力（GAC）的測定：參照DENG等[12]的方法測定發酵前后葛渣IDF的葡萄糖吸附能力。準確稱取0.5 g葛渣IDF樣品，加入50 mL 100 mmol·L-1葡萄糖標準液，混勻，恒溫水浴振蕩（37 ℃，150 r/min）6 h后，10 000 r/min離心20 min，收集上清液，測定上清液中葡萄糖濃度。取1 mL上清液至20 mL潔凈試管中，向其中加入0.75 mL 3,5-二硝基水楊酸（DNS）試劑（DNS試劑配制參照文獻[11]的方法），沸水浴5 min后迅速冰水浴至室溫，再加入10.75 mL蒸餾水，振蕩混勻，于540 nm測定其吸光度值。樣品中葡萄糖濃度根據葡萄糖標準溶液繪制的標準曲線確定。GAC以每克IDF樣品吸收葡萄糖毫克數表示。

GAC（mmol·g-1）=（C1-C2）×V/M

式中，C1：初始濃度中葡萄糖的濃度（mmol·L-1）；C2：經樣品吸附后上清液中葡萄糖的濃度（mmol·L-1）；V：上清液體積（mL）；M：樣品重量（g）。

膽固醇吸附能力（CAC）的測定：參照DENG等[12]的方法測定發酵前后葛渣IDF的膽固醇吸附能力。新鮮的雞蛋黃用蒸餾水（v/v，1﹕9）稀釋，攪拌均勻得蛋黃溶液。準確稱取1.0 g葛渣IDF樣品置于50 mL離心管中，加入25 mL蛋黃溶液，振蕩混勻，分別用6 mol·L-1的HCl溶液和2 mol·L-1NaOH溶液將pH調至2.0和7.0，恒溫水浴振蕩（37 ℃，150 r/min）2 h后，10 000 r/min離心20 min，得上清液，取0.5 mL用冰乙酸稀釋5倍后的上清液，加入0.2 mL 0.5 mg·mL-1的鄰苯二甲醛和4 mL硫酸和冰乙酸混合物（v/v，1﹕1），室溫靜置10 min，于550 nm處測定其吸光值。樣品中膽固醇濃度根據膽固醇標準溶液繪制的標準曲線確定。CAC以每克IDF樣品吸收膽固醇毫克數表示。

CAC（mg·g-1）=[（Cb-Cd）-（Cy- Cb）]×V/M

式中，Cy：蛋黃溶液的膽固醇濃度（mg·mL-1）；Cd：樣品吸附試驗后蛋黃溶液的膽固醇濃度（mg·mL-1）；Cb：不含樣品的蛋黃溶液的膽固醇濃度；V：蛋黃溶液的體積（mL）；M：樣品重量（g）。

膽酸鹽吸附能力（SCAC）測定：參照ZHENG等[11]的方法測定發酵前后葛渣IDF的膽酸鹽吸附能力。向100 mL錐形瓶中加入1.0 g葛渣IDF樣品和50 mL 2 mg·mL-1膽酸鈉溶液，混勻，37 ℃水浴振蕩2 h后，10 000 r/min離心20 min，得上清液，利用糠醛比色法測定膽酸鈉濃度，取1 mL上清液加入6 mL 45%的硫酸水溶液和1 mL 0.3%的糠醛溶液，充分混勻，置于65 ℃恒溫水浴鍋中反應30 min，冷卻至室溫，于620 nm處測定其吸光度值。樣品中膽酸鈉濃度根據膽酸鈉標準溶液繪制的標準曲線確定。SCAC以每克IDF樣品吸收膽酸鈉毫克數表示。

SCAC（mg·g-1）=（C1-C2）×V/M

式中，C1：膽酸鈉溶液初始濃度（mg·mL-1）；C2：經樣品吸附上清液中膽酸鈉的濃度（mg·mL-1）；V：上清液體積（mL）；M：樣品質量（g）。

1.4 數據統計與分析

每個樣品每個指標重復測定3次，結果以均值（Means）±標準差（SD）表示，不同處理或不同樣品間差異比較采用SPSS 23進行單因素方差分析或檢驗，＜0.05時表示差異達到顯著性水平。

2 結果

2.1 不同微生物發酵下葛渣SDF得率的變化

4種微生物發酵不同時間后，葛渣中SDF得率變化如圖1所示。黑曲霉、米根霉和綠色木霉發酵均能增加葛渣中SDF的得率，而枯草芽孢桿菌發酵對葛渣中SDF得率影響不顯著。黑曲霉和米根霉發酵24 h后，葛渣中SDF的得率開始增加；綠色木霉發酵至48 h后，葛渣中SDF的得率開始增加。3種真菌均在發酵96 h時葛渣中SDF得率均達到最大水平（＜0.05），由發酵前的6.30%、6.92%和6.27%分別增加至13.54%（黑曲霉）、12.39%（米根霉）和8.92%（綠色木霉），其中黑曲霉發酵96 h的葛渣SDF得率高于其他2種真菌（＜0.05）。96 h后，3種真菌發酵的葛渣中，SDF得率開始持續下降，但在發酵終點（144 h），綠色木霉發酵的葛渣SDF得率與發酵前相當（6.25%），黑曲霉和米根霉發酵葛渣SDF的得率相當（9.05%和10.05%），但仍顯著高于發酵前（＜0.05）。由此可知，黑曲霉發酵對葛渣DF的改性效果優于其他3種微生物，因此，后續采用黑曲霉進行發酵處理。

不同小寫字母代表同一菌株不同發酵時間點具有顯著性差異（P＜0.05）。下同

2.2 葛渣黑曲霉發酵單因素試驗結果

葛渣SDF得率隨料液比、黑曲霉接種量、發酵時間和發酵溫度的變化，均呈現先增加后降低的趨勢，其最高點分別為料液比1﹕6（g?mL-1）、黑曲霉接種量5%、發酵時間96 h、發酵溫度25 ℃，發酵過程中pH對葛渣SDF得率無顯著性影響（圖2）。

2.3 葛渣黑曲霉發酵條件的響應面優化試驗結果

采用Box-Behnken進行響應面優化設計，結果見表3。利用Design-Expert 8.0.6軟件對表2所得的試驗數據進行回歸分析，得到多元二次回歸方程：= 13.181-0.48-0.15+0.48+0.092-0.23+0.93-0.045+1.000-0.02+0.19-0.96-1.392-1.622- 1.132-1.782，其中Y為SDF得率，A為料液比，B為接種量，C為發酵溫度，D為發酵時間。由表4回歸模型方差分析可知，該回歸模型具有極顯著性（＜0.0001）；失擬項不顯著（＞0.05），2=0.9122，表明回歸模型擬合程度較好，試驗誤差小，此模型可用來預測黑曲霉發酵改性葛渣SDF的最優工藝條件。該模型還反映出因素AC、CD、A2、B2、C2和D2對Y影響極顯著，A和C對Y影響顯著，B、D、AB、AD、BC和BD對Y影響不顯著，可見因素A和C、C和D之間存在交互作用。從各因素對回歸模型貢獻的統計學顯著性分析結果（值）可以看出，各因素對葛渣SDF得率的影響程度從大到小依次為：料液比＞發酵時間＞接種量＞發酵溫度。圖3顯示，響應曲面越陡，因素對試驗結果影響越大。料液比A和發酵溫度C、發酵溫度C和發酵時間D的響應面等高線呈橢圓形，進一步證明A和C、C和D之間有顯著的交互作用[13]。

圖2 不同因素對黑曲霉發酵葛渣SDF得率的影響

表3 響應面優化設計與結果

表4 回歸模型的方差分析

*:＜0.05; **:＜0.01. 下同The same as below

結合多元回歸方程，利用Design-Expert 8.0.6軟件分析，得最大理論預測值為13.26%，最優發酵條件為料液比1﹕5.78、接種量4.82%、發酵時間100.24 h、發酵溫度24.89 ℃。為方便操作，將試驗條件修正為料液比1﹕5.8、接種量4.9%、發酵時間100 h、發酵溫度24.9 ℃。在此條件下重復3次以驗證，得到實際SDF得率為（13.75±0.58）%，比理論預測值僅高0.49%，說明建立的回歸模型有較好的擬合性，該模型可用于實際生產中進行預測。

2.4 黑曲霉發酵前后葛渣膳食纖維的含量變化

發酵前后葛渣IDF和SDF純度相當，且均處于較高水平（＞0.05）。黑曲霉發酵前后葛渣的IDF得率無顯著變化，但發酵后葛渣的SDF和TDF得率分別較發酵前提高2.17倍（＜0.01）和1.16倍（＜0.05），且發酵后葛渣中IDF/SDF比例由6.14下降至2.83（＜0.05）（表5）。由此可知，黑曲霉發酵可顯著提高葛渣SDF的比例，使葛渣DF的IDF/SDF比值較為均衡。

2.5 黑曲霉發酵前后葛渣膳食纖維微觀結構的變化

黑曲霉發酵前后葛渣IDF和SDF的微觀結構如圖4所示。發酵前后葛渣IDF和SDF形態結構區別明顯。未發酵葛渣IDF結構致密，表面較為光滑平整；發酵后葛渣IDF表層結構破壞嚴重，出現較多褶皺和孔洞，表面較為粗糙。未發酵葛渣SDF的微觀結構表面呈現致密的網狀結構，發酵后葛渣SDF結構更顯蓬松。由此可知，黑曲霉發酵可破壞葛渣IDF和SDF微觀結構，增加其表面積。

A：料液比和發酵溫度；B：發酵溫度和發酵時間 A: solid-liquid ratio and fermentation time; B: fermentation temperature and fermentation time

圖4 黑曲霉發酵前后葛渣IDF（A、B）和SDF（C、D）的微觀結構

表5 黑曲霉發酵前后葛渣中膳食纖維的組成及含量

TDF為IDF與SDF的和。括號內數據表示IDF或SDF的純度

TDF: The sum of IDF and SDF. Values in parentheses indicate purity of the IDF or SDF

2.6 黑曲霉發酵前后葛渣膳食纖維理化特性的變化

黑曲霉發酵后的葛渣IDF的持水力（（11.49±0.16）g?g-1DW）和溶脹力（（10.04±0.04）g?g-1DW）顯著高于未發酵葛渣IDF（＜0.05），均是未發酵葛渣IDF的1.2倍，但黑曲霉發酵對葛渣IDF的持油力影響不顯著（＞0.05）（圖5）。

2.7 黑曲霉發酵前后葛渣膳食纖維功能特性的變化

發酵前后葛渣IDF的葡萄糖、膽酸鹽和膽固醇吸附特性如圖6所示。黑曲霉發酵處理葛渣IDF的葡萄糖吸附能力和膽酸鹽吸附能力均顯著增加，其中發酵后葛渣IDF的葡萄糖吸附能力極顯著高于發酵前（＜0.01），是后者的1.70倍。分別采用pH 2.0和pH 7.0的體系模擬胃和小腸環境，評價葛渣IDF的膽固醇吸附性能。黑曲霉發酵葛渣IDF在pH 2.0和pH 7.0時的膽固醇吸附能力均極顯著高于未發酵葛渣IDF（＜0.01），分別是后者的1.44倍和1.28倍。此外，發酵前后葛渣IDF在pH 7.0時的膽固醇吸附能力高于pH 2.0，提示葛渣IDF在腸道中的膽固醇吸附能力比在胃中強。

*: P＜0.05; **: P＜0.01. 下同The same as below

圖6 黑曲霉發酵前后葛渣IDF的功能特性

3 討論

3.1 不同微生物發酵影響葛渣的SDF得率

微生物生長過程中可分泌多種酶催化降解DF類大分子物質。如黑曲霉具有產纖維素酶、半纖維素酶和聚半乳糖醛酸酶（果膠酶）等活性[14]，且黑曲霉被證明纖維素酶產量最高的菌株之一[15]。米根霉具有產糖化酶、果膠酶和纖維素酶活性[16]，胡畔等[17]研究表明米根霉發酵玉米粉可降解其纖維素，從而降低其纖維素含量。綠色木霉可分泌纖維素酶和木聚糖酶等[18]。余強等[19-20]研究表明綠色木霉能夠降解纖維素和半纖維素成為可溶性物質，從而提高SDF的含量和改善其生理功能。枯草芽孢桿菌可分泌纖維素酶、蛋白酶、葡糖淀粉酶、脂肪酶和淀粉酶等[21-22]。枯草芽孢桿菌枯草亞種能夠分解纖維素和半纖維素，可降低木質纖維素和半纖維素含量，產生有益活性成分[23]。微生物分泌的這些酶可使DF組分之間的連接鍵斷裂，從而使部分IDF轉化成SDF。因此，本研究選取黑曲霉、米根霉、綠色木霉和枯草芽孢桿菌4種代表性的微生物發酵葛渣。黑曲霉、米根霉和綠色木霉發酵96 h時，葛渣SDF得率分別達到最大，之后逐漸降低，其原因可能是隨著發酵時間延長，微生物不斷繁殖，其產酶量也逐漸增加，降解葛渣中的IDF，使其部分轉化成SDF，至發酵后期，隨著微生物總量的不斷增加，分泌的酶在降解IDF的同時開始分解利用SDF，將其降解為小分子糖等[24-25]，從而導致SDF得率降低。本研究中黑曲霉改性效果優于其他菌種，這可能與葛渣IDF主要由纖維素、半纖維素和木質素組成[26]，而黑曲霉主要分泌纖維素酶、半纖維素酶[14]有關。黑曲霉在很多不同來源的DF改性處理中，顯示出優于其他微生物的效果。吳麗萍等[27]比較毛霉和黑曲霉發酵對毛竹筍SDF提取率的影響，發現經黑曲霉發酵后毛竹筍SDF提取效果最佳。李偉偉等[28]比較了米曲霉、黑曲霉和毛霉發酵對豆渣DF的影響，發現與未發酵豆渣相比，米曲霉、黑曲霉和毛霉發酵均能顯著增加豆渣SDF含量，其中黑曲霉發酵后豆渣SDF含量最高。

3.2 葛渣黑曲霉發酵條件的響應面優化

不同微生物有其適宜的生長代謝條件，溫度和水分含量均是影響黑曲霉生長繁殖的重要因素。本研究中，料液比為1﹕6、溫度為25 ℃時葛渣SDF得率最大，后逐漸降低。表明上述條件是黑曲霉在葛渣中生長繁殖的適宜條件。當水分較少時，黑曲霉的繁殖速度受到影響，且樣品與菌種接觸不充分，影響微生物分泌的酶與IDF的作用，使SDF得率較低。當水分過多時，培養基通氣性變差，影響菌體對氧的利用，不利于黑曲霉的生長[29-31]，從而影響改性效果；同樣地，在適宜的溫度下，黑曲霉的代謝最旺盛，溫度過高時，黑曲霉容易過早老化，產酶速度也相應降低[24]。葛渣SDF得率隨黑曲霉接種量先升高后降低的原因可能是因為接種量過大時，營養物質不能滿足菌體生長的需要，菌體開始利用SDF所致[30,32]。當發酵時間為96 h時葛渣SDF得率最大，后隨發酵時間延長而下降并趨于平緩。這可能是因為發酵前菌體生長迅速，分泌纖維素酶、木聚糖酶和淀粉酶等不斷增加[33]，使IDF部分轉化成SDF，從而提高SDF得率，但隨著發酵時間延長，基質中的能源物質被消耗殆盡，微生物開始利用SDF[34]，使SDF得率降低。適宜黑曲霉生長的pH值范圍較寬（pH 3—7），這可能是本研究在體系pH 4—6內葛渣SDF得率影響不顯著的主要原因。

王宏勛等[26]采用藥用真菌粉葛渣，在發酵溫度37 ℃、接種量15%、種齡96 h、發酵時間8 d條件下，葛渣SDF含量達到13.6%，與本研究結果相當。黑曲霉發酵后葛渣中SDF得率高于乳酸菌發酵的小米麩皮（7.6%）[35]、納豆芽孢桿菌發酵的小米麩皮（13.2%）[9]和黑曲霉A020發酵的香蕉皮（12.83%）[36]，但低于綠色木霉發酵的杏渣（15.69%）[37]、黑曲霉發酵的柚子皮（19.08%）[30]和綠色木霉發酵的脫脂米糠SDF（33.4%）[38]。當DF中IDF/SDF比值在3﹕1— 2﹕1時，具有更好的生理功能[3]。本研究中，黑曲霉發酵后葛渣IDF/SDF比值（2.9）在3﹕1—2﹕1內，由此可知，發酵后的葛渣可作為DF配料在食品加工中應用。

3.3 黑曲霉發酵影響葛渣IDF理化功能特性

微生物發酵除降解IDF使其轉化為SDF外，在酶的分解作用下IDF自身的結構和功能特性也可能發生一些變化。王宏勛等[26]和吳德智等[39]分別利用藥用真菌和混合菌（保加利亞乳桿菌﹕嗜熱鏈球菌=1﹕1）發酵葛渣后，發現葛渣粉的持水力和溶脹力均增加。但對于微生物改性對葛渣IDF理化和功能特性的影響尚不清楚。因此，本研究對葛渣發酵前后的IDF理化和功能特性進行了分析。IDF持水力和溶脹力受IDF基本成分、孔隙率、粒度、比表面積和微觀結構等因素的影響[12,40]。黑曲霉發酵后，葛渣IDF的持水力和溶脹力顯著增加，可能是因為發酵使葛渣IDF微觀結構更為疏松多孔，增大了其比表面積，暴露更多可與水結合的位點，有助于水分子的滲透和吸收。IDF持油力與其疏水性、總電荷密度和表面性質等因素有關[41]。葛渣發酵后，其IDF的持油力與發酵前差異不顯著，這可能是由于發酵后其結構變化所致。SUN等[42]采用紅曲霉發酵豆渣后，其DF的持水力和溶脹力顯著增加，但其持油力無顯著變化。田亞紅等[43]采用黑曲霉發酵甘薯渣后，其IDF的持水力和溶脹力顯著增加。上述研究均與本研究的結果一致。本研究中，葛渣IDF的持水力、持油力和溶脹力均高于柚皮IDF（分別為8.47 g·g-1、2.15 g·g-1和5.40 mL·g-1）[41]和麥麩IDF（分別為4.32 g·g-1、3.09 g·g-1和3.55 mL·g-1）[44]。

DF的功能特性因其來源而異，各種加工處理會導致DF組成和微觀結構的改變，進而影響其功能特性。本研究采用葡萄糖、膽酸鹽和膽固醇吸附能力評價葛渣IDF的功能特性。黑曲霉發酵顯著提高葛渣IDF的葡萄糖、膽酸鹽和膽固醇吸附能力，這可能與發酵后葛渣IDF較發酵前呈現更疏松多孔的微觀結構有關。本研究中，發酵前后葛渣IDF的葡萄糖吸附能力分別為6.73和11.41 mmol?g-1DW，高于燕麥（0.43 mmol·g-1）[45]、桃子（0.72 mmol·g-1）[45]、胡蘿卜渣IDF（2.634 mmol·g-1）[46]。發酵前后葛渣IDF膽酸鹽吸附能力分別為96.78和98.20 mg?g-1DW，高于人參（21.86 mg·g-1）[47]和荷葉IDF（90.95 mg·g-1）[48]。膽固醇吸附能力是體外評價DF潛在降血脂功能的重要指標，葛渣IDF在pH 7.0時的膽固醇吸附能力高于pH 2.0，表明IDF對膽固醇的吸附主要發生在腸道而不是胃中，這與小米麩皮[9]和人參DF[47]的膽固醇吸附特性一致。葛渣IDF的膽固醇吸附能力高于小米麩皮DF（pH 2.0，9.2 mg·g-1；pH 7.0，14.3 mg·g-1）[9]，但低于人參IDF（pH 2.0，20.48 mg·g-1；pH 7.0，36.30 mg·g-1）[47]。

DF的理化和功能特性與其生理功能密切相關，DF的持水力和溶脹力可延遲胃排空，減少小腸通過時間，持油力可抑制腸腔中脂質吸收。DF對葡萄糖、膽酸鹽和膽固醇等的吸附性能可以延緩膳食中葡萄糖和脂質的吸收速度，是DF發揮潛在調節糖、脂代謝等生理功能的基礎[11]。黑曲霉發酵提高葛渣DF中SDF比例的同時，也顯著改善其IDF的理化和功能特性，發酵葛渣IDF具有較強的葡萄糖、膽酸鹽和膽固醇吸附能力。由此可知，發酵后葛渣是優質DF的來源，作為功能性成分在功能性食品中具有潛在的應用價值。

4 結論

本研究通過比較黑曲霉、米根霉、綠色木霉和枯草芽孢桿菌發酵對葛渣SDF得率的影響，篩選出促進SDF轉化作用最顯著的黑曲霉為發酵菌種；通過響應面優化試驗建立了葛渣黑曲霉發酵改性DF的最佳工藝條件：料液比1﹕5.8，接種量4.9%，發酵時間100 h，發酵溫度24.9 ℃，發酵后葛渣SDF的得率從6.34%提高至13.75%，葛渣IDF/SDF比值從6.14降為2.83。此外，與發酵前葛渣IDF相比，黑曲霉發酵后葛渣IDF的持水力、溶脹力及葡萄糖、膽酸鹽和膽固醇吸附能力均顯著增強。黑曲霉發酵后葛渣IDF/SDF比例均衡，且IDF的理化功能特性明顯改善。因此，黑曲霉發酵是一種適宜葛渣DF改性的加工方式，改性后的葛渣是一種適用于加工功能性食品的食品配料。

[1] 蔡沙, 何建軍, 施建斌, 隋勇, 陳學玲, 蔡芳, 王少華, 梅新. 葛渣可溶性膳食纖維酶法制備工藝的研究. 湖北農業科學, 2017, 56(24): 4863-4868, 4874.

CAI S, HE J J, SHI J B, SUI Y, CHEN X L, CAI F, WANG S H, MEI X. Studies on the enzymatic extraction of soluble dietary fiber from pueraia roots residues. Hubei Agricultural Sciences, 2017, 56(24): 4863-4868, 4874. (in Chinese)

[2] GAN J P, XIE L, PENG G Y, XIE J H, CHEN Y, YU Q. Systematic review on modification methods of dietary fiber. Food Hydrocolloids, 2021, 119: 106872.

[3] HE Y Y, LI W, ZHANG X Y, LI T T, REN D F, LU J. Physicochemical, functional, and microstructural properties of modified insoluble dietary fiber extracted from rose pomace. Journal of Food Science and Technology, 2020, 57(4): 1421-1429.

[4] YE G D, WU Y N, WANG L P, TAN B, SHEN W Y, LI X N, LIU Y X, TIAN X H, ZHANG D Q. Comparison of six modification methods on the chemical composition, functional properties and antioxidant capacity of wheat bran. LWT-Science and Technology, 2021, 149: 111996.

[5] 龍偉. 葛渣膳食纖維的制備及其應用[D]. 南昌: 江西中醫藥大學, 2020.

LONG W. Preparation and application of dietary fiber fromresidue [D]. Nanchang: Jiangxi University of Traditional Chinese Medicine, 2020. (in Chinese)

[6] LIN D R, LONG X M, HUANG Y C, YANG Y M, WU Z J, CHEN H, ZHANG Q, WU D T, QIN W, TU Z C. Effects of microbial fermentation and microwave treatment on the composition, structural characteristics, and functional properties of modified okara dietary fiber. LWT-Science and Technology, 2020, 123: 109059.

[7] 梅新, 涂艷華, 何建軍, 施建斌, 張金木, 陳學玲, 蔡芳, 王少華, 蔡沙. 葛渣膳食纖維的過氧化氫改性工藝研究. 湖北農業科學, 2016, 55(24): 6553-6556.

MEI X, TU Y H, HE J J, SHI J B, ZHANG J M, CHEN X L, CAI F, WANG S H, CAI S. Study on hydrogen peroxide modification technology of dietary fiber fromresidue. Hubei Agricultural Sciences, 2016, 55(24): 6553-6556. (in Chinese)

[8] CHEN J J, HUANG H R, CHEN Y, XIE J H, SONG Y M, CHANG X X, LIU S Q, WANG Z P, HU X B, YU Q. Effects of fermentation on the structural characteristics andbinding capacity of soluble dietary fiber from tea residues. LWT-Food Science and Technology, 2020, 131: 109818.

[9] CHU J X, ZHAO H Z, LU Z X, LU F X, BIE X M, ZHANG C. Improved physicochemical and functional properties of dietary fiber from millet bran fermented by. Food Chemistry, 2019, 294: 79-86.

[10] ZHAO G H, ZHANG R F, DONG L H, HUANG F, TANG X J, WEI Z C, ZHANG M W. Particle size of insoluble dietary fiber from rice bran affects its phenolic profile, bioaccessibility and functional properties. LWT-Food Science and Technology, 2018, 87: 450-456.

[11] ZHENG Y J, WANG X Y, TIAN H L, LI Y, SHI P Q, GUO W Y, ZHU Q Q. Effect of four modification methods on adsorption capacities andhypoglycemic properties of millet bran dietary fibre. Food Research International, 2021, 147: 110565.

[12] DENG M, LIN Y S, DONG L H, JIA X C, SHEN Y L, LIU L, CHI J W, HUANG F, ZHANG M W, ZHANG R F. Physicochemical and functional properties of dietary fiber from pummelo (L. Osbeck) and grapefruit (Mcfad) cultivars. Food Bioscience, 2021, 40: 100890.

[13] 陳文偉, 蔣家新, 賈振寶, 孫志芳, 胡志卓. 中心組合設計優化綠茶色素提取研究. 食品科技, 2008, 33(7): 186-189.

CHEN W W, JIANG J X, JIA Z B, SUN Z F, HU Z Z. Optimization of extractimg pigment from green tea by central composite design process. Food Science and Technology, 2008, 33(7): 186-189. (in Chinese)

[14] 謝歡, 涂宗財, 張露, 王輝, 阮傳英. 黑曲霉發酵制備高可溶性膳食纖維豆渣工藝優化及其水合性質研究. 中國糧油學報, 2017, 32(4): 116-121, 132

XIE H, TU Z C, ZHANG L, WANG H, RUAN C Y. Process optimization of preparation of soluble dietary fiber bean dregs byand hydration properties. Journal of the Chinese Cereals and Oils Association, 2017, 32(4): 116-121, 132. (in Chinese)

[15] 張熙, 韓雙艷. 黑曲霉發酵產酶研究進展. 化學與生物工程, 2016, 33(1): 13-16.

ZHANG X, HAN S Y. Research progress on fermentation production of enzyme by. Chemistry & Bioengineering, 2016, 33(1): 13-16. (in Chinese)

[16] 夏瑤瑤, 閆裕峰, 郎繁繁, 梁楷, 周景麗, 張旭姣, 田莉. 一種糯高粱曲制備工藝及利用糯高粱曲制備老陳醋的方法. CN114933946A, 2022-08-23.

XIA Y Y, REN Y F, LANG F F, LIANG J, ZHOU L J, ZHANG X J, TIAN L. A preparation process of waxy sorghum koji and a method for preparing aged vinegar by using waxy sorghum koji are provided. CN114933946A, 2022-08-23. (in Chinese)

[17] 胡畔, 楊萍, 郭天時. 植物乳桿菌與米根霉混合固態發酵改善玉米粉理化加工特性. 食品與發酵工業, 2020, 46(7): 161-166

HU P, YANG P, GUO T S. Change in physicochemical and processing properties of maize flour after solid fermentation withand. Food and Fermentation Industries, 2020, 46(7): 161-166 (in Chinese)

[18] XIE J Y, LIU S, DONG R H, XIE J H, CHEN Y, PENG G Y, LIAO W, XUE P Y, FENG L, YU Q. Bound polyphenols from insoluble dietary fiber of defatted rice bran by solid-state fermentation with: Profile, activity, and release mechanism. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2021, 69(17): 5026-5039.

[19] 余強, 賈夢云, 謝明勇, 聶少平, 陳家俊. 一種脫脂米糠中的膳食纖維的改性方法. CN109601846B, 2022-06-14.

YU Q, JIA M Y, XIE M Y, NIE S P, CHEN J J. A modification method of dietary fiber in defatted rice bran. CN109601846B, 2022-06-14. (in Chinese)

[20] 余強, 陳家俊, 謝建華, 陳奕, 汪子沛, 宋一鳴, 常馨心. 一種茶渣可溶性膳食纖維重金屬吸附劑的制備方法及其應用. CN109985606B, 2020-06-16.

YU Q, CHEN J J, XIE J H, CHEN Y, WANG Z P, SONG Y M, CHANG X X. A preparation method and application of tea residue soluble dietary fiber heavy metal adsorbent. CN109985606B, 2020-06-16. (in Chinese)

[21] MALIK W A, JAVED S. Biochemical characterization of cellulase fromstrain and its effect on digestibility and structural modifications of lignocellulose rich biomass. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 2021, 9: 800265.

[22] CHAN K Y, AU K S. Studies on cellulase production by a. Antonie Van Leeuwenhoek, 1987, 53(2): 125-136.

[23] 鐘榮珍, 房義, 肖雄飛, 顧啟超. 一種干玉米秸稈與龍須菜混貯飼料的制備方法. CN114041532A, 2022-02-15.

ZHONG R Z, FANG Y, XIAO X F, GU Q C. A preparation method of mixed storage feed of dried corn stalks and. CN114041532A, 2022-02-15. (in Chinese)

[24] 閔鐘熳, 高路, 高育哲, 徐彩紅, 鄧雪雪, 肖志剛. 黑曲霉發酵法制備米糠粕可溶性膳食纖維工藝優化及其理化分析. 食品科學, 2018, 39(2): 112-118.

MIN Z M, GAO L, GAO Y Z, XU C H, DENG X X, XIAO Z G. Optimization of the preparation process for soluble dietary fiber from rice bran byfermentation and its physicochemical properties. Food Science, 2018, 39(2): 112-118. (in Chinese)

[25] 孫婕, 尹國友, 王超, 王琦, 李文建, 張現青. 混合發酵法制備韭籽粕水溶性膳食纖維. 食品研究與開發, 2017, 38(11): 95-99.

SUN J, YIN G Y, WANG C, WANG Q, LI W J, ZHANG X Q. Preparation of soluble dietary fiber from Chinese leek seed meal by mixed fermentation. Food Research and Development, 2017, 38(11): 95-99. (in Chinese)

[26] 王宏勛, 王巖巖, 毛一兵, 張曉昱. 粉葛渣膳食纖維生物改性研究. 食品工業科技, 2007(7): 101-102, 106.

WANG H X, WANG Y Y, MAO Y B, ZHANG X Y. Study on bio-modification of dietary fibre fromresidue. Science and Technology of Food Industry, 2007(7): 101-102, 106. (in Chinese)

[27] 吳麗萍, 孫虹, 朱婷婷, 陳佳鈺, 蔡永久, 胡曉倩. 發酵毛竹筍制備水溶性膳食纖維工藝優化及功能特性研究. 中國調味品, 2021, 46(12): 42-48.

WU L P, SUN H, ZHU T T, CHEN J Y, CAI Y J, HU X Q. Study on process optimization and functional properties of soluble dietary fiber from fermented bamboo shoots. China Condiment, 2021, 46(12): 42-48. (in Chinese)

[28] 李偉偉, 曲俊雅, 周才瓊. 真菌及乳酸菌聯合發酵對豆渣膳食纖維及理化特性的影響. 食品與發酵工業, 2018, 44(11): 159-166

LI W W, QU J Y, ZHOU C Q. Effects of combined fermentation of fungi and lactic acid bacteria on dietary fiber and physicochemical properties of soybean dregs. Food and Fermentation Industries, 2018, 44(11): 159-166. (in Chinese)

[29] 劉俊紅, 林青青, 劉瑞芳, 張苗玉, 王錕宇. 發酵法提取葡萄皮渣中可溶性膳食纖維的研究. 河南城建學院學報, 2022, 31(1): 75-79, 92.

LIU J H, LIN Q Q, LIU R F, ZHANG M Y, WANG K Y. Extraction of soluble dietary fiber from grape skin pomace by fermentation method. Journal of Henan University of Urban Construction, 2022, 31(1): 75-79, 92. (in Chinese)

[30] 王曉穎, 黃榮冰, 譚詩穎, 吳嘉良, 丘勁霖, 張素斌. 黑曲霉發酵法制備柚子皮可溶性膳食纖維的研究. 輕工科技, 2021, 37(12): 15-17, 38.

WANG X Y, HUANG R B, TAN S Y, WU J L, QIU J L, ZHANG S B. Studies on preparation of soluble dietary fiber from pomelo peel byfermentation. Light Industry Science and Technology, 2021, 37(12): 15-17, 38. (in Chinese)

[31] 陽暉, 盧凌霄, 王晴, 張川雨, 曹沁倩, 周先容. 發酵法制備蘿卜硫素的工藝優化. 食品工業, 2021, 42(12): 218-223.

YANG H, LU L X, WANG Q, ZHANG C Y, CAO Q Q, ZHOU X R. Optimization of preparation of sulforaphane by fermentation. The Food Industry, 2021, 42(12): 218-223. (in Chinese)

[32] 羅文, 王曉力, 朱新強, 麻文姣, 王永剛, 孫啟忠. 固態發酵豆渣和蘋果渣復合蛋白飼料的研究. 糧食與飼料工業, 2017(2): 44-48.

LUO W, WANG X L, ZHU X Q, MA W J, WANG Y G, SUN Q Z. Production of compound protein feedstuff from bean dregs and apple pomace by solid-state fermentation. Cereal & Feed Industry, 2017(2): 44-48. (in Chinese)

[33] PEL H J, DE WINDE J H, ARCHER D B, DYER P S, HOFMANN G, SCHAAP P J, TURNER G, DE VRIES R P, ALBANG R, ALBERMANN K,. Genome sequencing and analysis of the versatile cell factoryCBS 513.88. Nature Biotechnology, 2007, 25(2): 221-231.

[34] 令博, 田云波, 吳洪斌, 明建. 微生物發酵法制取葡萄皮渣膳食纖維的工藝優化. 食品科學, 2012, 33(15): 178-182.

LING B, TIAN Y B, WU H B, MING J. Optimization of microbial fermentation of grape pomace for dietary fiber preparation. Food Science, 2012, 33(15): 178-182. (in Chinese)

[35] LI Y X, NIU L, GUO Q Q, SHI L C, DENG X, LIU X B, XIAO C X. Effects of fermentation with lactic bacteria on the structural characteristics and physicochemical and functional properties of soluble dietary fiber from prosomillet bran. LWT, 2022, 154: 112609.

[36] 李靜. 黑曲霉發酵制備香蕉皮可溶性膳食纖維研究. 中國食品添加劑, 2015(5): 137-141.

LI J. Study on extraction of soluble dietary fiber from banana peel with. China Food Additives, 2015(5): 137-141. (in Chinese)

[37] CUI J, GU X, ZHANG Q H, OU Y J, WANG J Z. Production and anti-diabetic activity of soluble dietary fiber from apricot pulp byfermentation. Food & Function, 2015, 6(5): 1635-1642.

[38] JIA M Y, CHEN J J, LIU X Z, XIE M, NIE S P, CHEN Y, XIE J H, YU Q. Structural characteristics and functional properties of soluble dietary fiber from defatted rice bran obtained throughfermentation. Food Hydrocolloids, 2019, 94: 468-474.

[39] 吳德智, 郭偉, 甘貴芳, 吳孟, 李小紅. 發酵法制備葛根渣膳食纖維及其酥性餅干的研制. 食品與發酵工業, 2017, 43(7): 146-151.

WU D Z, GUO W, GAN G F, WU M, LI X H. Dietary fiber preparation byresidue fermentation and formula optimization of biscuit. Food and Fermentation Industries, 2017, 43(7): 146-151. (in Chinese)

[40] JIANG G H, BAI X S, WU Z G, LI S J, ZHAO C, RAMACHANDRAIAH K. Modification of ginseng insoluble dietary fiber through alkaline hydrogen peroxide treatment and its impact on structure, physicochemical and functional properties. LWT-Food Science and Technolog, 2021, 150: 111956.

[41] XIAO Z Q, YANG X Y, ZHAO W W, WANG Z Z, GE Q. Physicochemical properties of insoluble dietary fiber from pomelo () peel modified by ball milling. Journal of Food Processing and Preservation, 2022, 46(2): e16242.

[42] SUN C C, WU X F, CHEN X J, LI X J, ZHENG Z, JIANG S W. Production and characterization of okara dietary fiber produced by fermentation withanka. Food Chemistry, 2020, 316: 126243.

[43] 田亞紅, 常麗新, 賈長虹, 孟繁博. 黑曲霉發酵提取甘薯渣中水不溶性膳食纖維的工藝研究. 糧油食品科技, 2014, 22(4): 86-88.

TIAN Y H, CHANG L X, JIA C H, MENG F B. Study on extraction of insoluble dietary fiber from sweet potato residue byfermentation. Science and Technology of Cereals, Oils and Foods, 2014, 22(4): 86-88. (in Chinese)

[44] WANG L, TIAN Y P, CHEN Y X, CHEN J. Effects of acid treatment on the physicochemical and functional properties of wheat bran insoluble dietary fiber. Cereal Chemistry, 2022, 99(2): 343-354.

[45] CHEN J L, GAO D X, YANG L T, GAO Y X. Effect of microfluidization process on the functional properties of insoluble dietary fiber. Food Research International, 2013, 54(2): 1821-1827.

[46] YU G Y, BEI J, ZHAO J, LI Q H, CHENG C. Modification of carrot (Linn. var. Sativa Hoffm.) pomace insoluble dietary fiber with complex enzyme method, ultrafine comminution, and high hydrostatic pressure. Food Chemistry, 2018, 257: 333-340.

[47] HUA M, LU J X, QU D, LIU C, ZHANG L, LI S S, CHEN J B, SUN Y S. Structure, physicochemical properties and adsorption function of insoluble dietary fiber from ginseng residue: a potential functional ingredient. Food Chemistry, 2019, 286: 522-529.

[48] 鄭慧, 孫艷, 張眙曼, 李婭迪, 肖玥, 蔣益繁, 楊勇. 顆粒粒徑對荷葉不溶性膳食纖維結構、理化及感官品質的影響. 天然產物研究與開發, 2022, 34(9): 1530-1538.

ZHENG H, SUN Y, ZHANG Y M, LI Y D, XIAO Y, JIANG Y F, YANG Y. Effects of particle size on the structure, physicochemical and sensory qualities of insoluble dietary fiber from lotus leaf. Natural Product Research and Development, 2022, 34(9): 1530-1538. (in Chinese)

The Optimal Fermentation Technique ofResidues byfor Dietary Fiber Modification and the Consequent Changes of Physicochemical and Functional Properties of Dietary Fibers

FU HuiZhen1,2, DENG Mei2, ZHANG MingWei2, JIA XuChao2, DONG LiHong2, HUANG Fei2, MA Qin2, ZHAO Dong2, ZHANG RuiFen2

1College of Food Science and Engineering, Hainan University, Haikou 570228;2Sericultural & Agri-Food Research Institute, Guangdong Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Functional Foods, Ministry of Agriculture and Rural Affairs /Guangdong Key Laboratory of Agricultural Products Processing, Guangzhou 510610

【Objective】 The objectives of the present study were to screen the microbial species suitable for modification of dietary fiber (DF) ofresidues, to establish the optimum fermentation conditions, and to clarify the changes of microstructure, physicochemical and functional properties ofresidues DF before and after fermentation modification.【Method】,,andsubsp were used to fermentresidues, respectively, and the most effective microbial strain was screened by comparing the SDF yield ofresidues. The single factor experiments were carried out to screen the factors influencing DF modification. Then, the Box-Benhnken central composite experiment was designed to establish the optimum DF modification conditions ofresidues with the SDF yield as the index of evaluation. The insoluble DF (IDF) and SDF ofresidues before and after modification under optimal fermentation conditionswere extracted by enzymatichydrolysis method. The microstructures of IDF and SDF were observed by scanning electron microscope, and the physicochemical (water holding, oil holding, and water swelling capacity) and functional properties (adsorption capacity of glucose, sodium cholate and cholesterol) of IDF samples from unfermented and fermentedresidues were analyzed.【Result】The fermentation ofresidues, by,orall increased the SDF yield, andwas the most effective species. However, the fermentation withsubsp had no significant effects on the SDF yield. Therefore,was selected as the most suitable strain forresidues fermentation. The optimal fermentation condition determined by response surface optimization was as follows: The ratio of solid-liquid was 1:5.8 (m/v), the inoculation volume was 4.9% (v/v), the fermentation time was 100 h, and the fermentation temperature was 24.9 ℃. Under this condition, the yield of SDF increased from 6.34% to 13.75%, while the ratio of IDF/SDF decreased from 6.14 to 2.83. Both IDF and SDF extracted from fermentedresidues byshowed more porous microstructure than those from unfermentedresidues. Fermentation ofresidues increased the water holding and swelling capacity of its IDF by 20 percent approximately, while it showed no significant effects on the oil holding capacity. In addition, after fermentation, the adsorption capacity of IDF ofresidues for glucose increased by 70%, and the adsorption capacity for cholesterol increased by 44% and 28% at pH 2.0 and pH 7.0, respectively. 【Conclusion】could modify DF ofresidues more effectively than other 3 microbial strains. Under the fermentation condition, the SDF yield ofresidues increased by 2.17 times after modification by, and the physicochemical and functional properties of its IDF were also improved significantly.

residues;; insoluble dietary fiber; soluble dietary fiber; physicochemical and functional properties

10.3864/j.issn.0578-1752.2023.12.012

2022-09-25；

2023-04-04

國家自然科學基金（31972082）、廣東省特支計劃本土創新團隊項目（2019BT02N112）、科技創新戰略專項資金（高水平農科院建設）（R2020PY-JG011，202108TD）、廣州市重點研發計劃（2023B03J1371）

符慧珍，E-mail：fuhuizhen1104@163.com。通信作者張瑞芬，E-mail：ruifenzhang@163.com

（責任編輯 趙伶俐）