食用菌發(fā)酵對人參不溶性膳食纖維結構及功能特性的影響

趙宇楠，賈丹丹，蔡 丹，王澤賢，高 飛，劉景圣

（吉林農業(yè)大學食品科學與工程學院，小麥和玉米深加工國家工程中心，吉林 長春 130000）

人參是我國傳統(tǒng)名貴中藥材，也是藥食同源的滋補佳品[1]。人參渣是人參活性成分提取過程中伴隨產生的副產物，含有大量膳食纖維[2]，在生產加工中常常被丟棄，造成了資源的浪費和環(huán)境的污染[3]。不溶性膳食纖維（insoluble dietary fiber，IDF）是膳食纖維的主要成分，含有大量如羥基、羧基、酰胺基等活性基團，賦予其較好的水油保持能力、吸附能力和陽離子交換能力，能夠調節(jié)血糖、降低膽固醇和預防肥胖等[4]。但是天然IDF結構緊密，不能使這些活性基團充分暴露出來，功能特性也因此受限[5]，而且由于其不溶于水、口感粗糙的特點，被加入到食品中后，可能會對食品的顏色、質地、風味和味道產生不利影響。因此，采用適當?shù)母男约夹g充分改善IDF的結構和理化性質，進而提高其功能特性成為近年來的研究熱點[6]。

目前，IDF的改性方法主要有物理法、化學法和生物法，如擠壓法、蒸汽熱處理法、超聲處理法、纖維素酶法、木聚糖酶法以及微生物發(fā)酵法。微生物發(fā)酵法是一種溫和、高效的改性膳食纖維方法[7]，利用微生物發(fā)酵制備的IDF，通常具有更好的結構和功能特性[8-9]。Chu Jiaxi等[10]用納豆芽孢桿菌處理小米糠IDF，改性后樣品結構更加疏松多孔，對葡萄糖、膽固醇和膽酸鹽的吸附能力顯著提高。Wang Xiujuan等[11]用馬克思克魯維酵母對豆渣IDF進行改性，改性后的樣品具有疏松多孔的微觀結構，熱穩(wěn)定性提高，持水力、持油力、膽固醇吸附能力、膽汁酸吸附能力、葡萄糖吸附能力均得到改善，可作為食品中的功能成分。羊肚菌、猴頭菌和蜜環(huán)菌是我國著名的食藥兩用型真菌，也是公認的安全菌株[12-14]，其子實體含有大量營養(yǎng)物質和活性成分，被廣泛應用于功能食品的開發(fā)和利用中。但食用菌子實體栽培時間較長、且對環(huán)境有較高要求，因此通過液態(tài)發(fā)酵技術獲得食用菌發(fā)酵產物成為近年來的研究熱點[15-16]。研究表明，食用菌發(fā)酵物（菌體和發(fā)酵液）和子實體一樣不僅富含營養(yǎng)成分，還富含多糖、多酚、酶類等活性成分，可應用于功能性食品的開發(fā)與研制中[17-18]。羊肚菌、猴頭菌和蜜環(huán)菌在液態(tài)發(fā)酵過程中能產生豐富的酶系，包括羧甲基纖維素酶、木聚糖酶、漆酶等，可以分解利用IDF的主要成分——纖維素、半纖維素和木質素[14,19-20]，在實現(xiàn)對IDF改性的同時賦予其更多功效。

本研究以人參渣為主要研究對象，采用羊肚菌、猴頭菌和蜜環(huán)菌生物轉化人參IDF，比較發(fā)酵前后人參IDF的結構差異和功能特性，探究食用真菌發(fā)酵對人參IDF的影響，為人參渣的綜合利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

人參渣由陜西鑫田生物科技有限公司提供；蜜環(huán)菌Am-07-22（Armillaria mellea）、猴頭菌He-02-06（Hericium erinaceus）、羊肚菌Me-01-09（Morchella esculenta）由吉林農業(yè)大學小麥和玉米深加工國家工程中心提供。

熱穩(wěn)定α-淀粉酶液、蛋白酶液、淀粉葡萄糖苷酶液上海今品化學技術有限公司；其他試劑均為分析純。

1.2 儀器與設備

Sigma 300掃描電鏡（scanning electron microscope，SEM）德國ZEISS公司；VERTEX 70傅里葉變換紅外光譜（Fourier transform infrared spectroscopy，F(xiàn)TIR）儀德國Bruker公司；Q2000差示掃描量熱（differential scanning calorimetry，DSC）儀 美國TA公司；BT-9300HT型激光粒度分布儀 丹東百特科技有限公司；FD-1A-50冷凍干燥機 北京博醫(yī)康實驗儀器有限公司；DK-S-S24數(shù)顯恒溫水浴鍋 常州市金壇友聯(lián)儀器研究所；S/N415-1966全波長全自動多功能酶標儀 美國Omega公司；LD5-2B低速離心機 北京雷勃爾離心機有限公司；HZQ-F160全溫振蕩培養(yǎng)箱 哈爾濱市東聯(lián)電子技術開發(fā)有限公司；DSX-18L-I手提式高壓蒸汽滅菌器上海申安醫(yī)療器械廠；FW100高速粉碎機 天津市泰斯特儀器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 菌種活化與培養(yǎng)基制備

菌種活化：將保藏的蜜環(huán)菌、猴頭菌及羊肚菌轉接至麥芽汁斜面培養(yǎng)基，放置于培養(yǎng)箱，在27 ℃條件下培養(yǎng)12 d至菌絲體長滿斜面后，分別接種到各自發(fā)酵培養(yǎng)基，接種量10%、轉速160 r/min、27 ℃的條件下恒溫培養(yǎng)6 d，制備發(fā)酵種子液。

Am-07-22發(fā)酵培養(yǎng)基：馬鈴薯20%、蠶蛹粉0.5%、葡萄糖1%、蔗糖1%、酵母浸粉2%、磷酸二氫鉀0.15%、七水合硫酸鎂0.075%、VB10.001%，pH值自然，121 ℃滅菌20 min；He-02-06發(fā)酵培養(yǎng)基：葡萄糖2%、酵母浸粉1%、磷酸二氫鉀0.12%、七水合硫酸鎂0.075%、七水合硫酸鐵0.001%，pH值自然，121 ℃滅菌20 min；Me-01-09發(fā)酵培養(yǎng)基：葡萄糖2%、酵母浸粉1%、可溶性淀粉2%、磷酸二氫鉀0.3%、七水合硫酸鎂0.06%，pH值自然，121 ℃滅菌20 min。

人參發(fā)酵培養(yǎng)基的制備：按照料液比1∶15（g/mL）配制人參發(fā)酵培養(yǎng)基，121 ℃滅菌20 min，完成后冷卻備用，根據實驗室前期研究，接入發(fā)酵種子液（8%）于發(fā)酵培養(yǎng)基中，培養(yǎng)條件27 ℃、160 r/min，培養(yǎng)6 d后備用。

1.3.2 人參IDF的提取

參照GB 5009.88—2014《食品中膳食纖維的測定》中的酶解方法。

1.3.3 人參IDF的結構測定

1.3.3.1 SEM分析

通過SEM對人參IDF的微觀結構進行表征，設置加速電壓為5 kV，將冷凍干燥樣品鍍金后上機觀察。

1.3.3.2 粒徑分析

使用激光粒度分析儀測定樣品粒度分布，顆粒折射率與分散劑折射率分別為1.470和1.330。

1.3.3.3 FTIR

將樣品與溴化鉀以1∶100的比例混勻，研磨成粉后壓制成片，進行全波段掃描（4 000～500 cm－1），測定FTIR光譜曲線。

1.3.3.4 X射線衍射

利用X射線衍射儀分析樣品的晶體結構。主要參數(shù)：Cu靶，管壓20 kV，掃描速率4°/min，測試范圍5°～50°（2θ角），角度步長為0.02°。

1.3.3.5 DSC分析

參考牛希等[21]的方法，IDF熱特性通過DSC儀測定，取3 mg樣品于鋁盒中，壓片并以空鋁盒為對照。以10 ℃/min速率由30 ℃升至300 ℃。使用Universal Analysis軟件分析得到熱曲線。

1.3.4 人參IDF功能特性的測定

1.3.4.1 持水力

參照周賀霞等[22]方法稍作修改，將50 mL離心管干燥至質量恒定，準確稱取0.1 g（精確到0.001 g）樣品干粉于離心管中，加入10 mL蒸餾水，搖勻，室溫下浸泡1 h，隨后4 500 r/min離心15 min，棄上清液，稱樣品質量，重復3 次。持水力計算公式如下：

式中：M0為樣品質量/g；M1為吸水后品質量/g。

1.3.4.2 持油力

參照Marcin等[23]方法稍作修改，將50 mL離心管干燥至質量恒定，準確稱取0.1 g（精確到0.001 g）樣品干粉于離心管中，加入10 mL食用油，室溫下混合1 h。在4 500 r/min離心15 min，棄上清液，稱樣品質量，重復3 次。持油力計算公式如下：

式中：M0為樣品質量/g；M1為吸油后樣品質量/g。

1.3.4.3 水膨脹力

參照Zhang Zipei等[24]的方法略作修改，準確稱取0.3 g樣品于干燥后的10 mL量筒中，使表面平整，記錄體積讀數(shù)V2。倒入5 mL蒸餾水，室溫下混合24 h，記錄水合后體積讀數(shù)V1，重復3 次。水膨脹力計算公式如下：

式中：M0為樣品質量/g；V2為膨脹前樣品體積/mL；V1為靜置24 h后液體體積/mL。

1.3.4.4 葡萄糖吸附能力

參考Peerajit等[25]的方法稍作修改，向50 mL濃度分別為50、100、150、200 mmol/L的葡萄糖溶液中加入0.5 g樣品，充分振搖。37 ℃水浴6 h后以4 000 r/min離心20 min，取上清液，利用3,5-二硝基水楊酸（3,5-dinitrosalicylic acid，DNS）法測定葡萄糖質量濃度，以未加入樣品的葡萄糖溶液為對照。測定吸附前后葡萄糖質量濃度，根據下式計算樣品的葡萄糖吸附能力：

式中：M0為樣品質量/g；C1為吸附前上清液中葡萄糖質量濃度/（mg/mL）；C2為吸附后上清液中葡萄糖質量濃度/（mg/mL）；V為葡萄糖溶液體積/mL。

1.3.4.5 葡萄糖透析延緩能力

參考Zheng Yajun等[26]的方法稍作修改，將0.5 g樣品與15 mL 0.2 g/100 mL葡萄糖溶液混勻并裝入透析袋（mw=80 000～14 000 Da）中。將透析袋放入含200 mL蒸餾水的三角瓶中，37 ℃振蕩1.5 h，每隔15 min取2 mL透析液，利用DNS法測定葡萄糖質量濃度。用蒸餾水替換葡萄糖以除去樣品中的糖作為空白組，以不含樣品的葡萄糖溶液作為對照組，根據下式計算樣品葡萄糖透析延緩能力：

式中：A1為樣品組中的葡萄糖質量濃度/（mg/mL）；A2為樣品空白組中的葡萄糖質量濃度/（mg/mL）；A3為對照組中的葡萄糖質量濃度/（mg/mL）。

1.3.4.6 膽固醇吸附能力

參考程明明[27]的方法稍作修改，取雞蛋黃，用9 倍蒸餾水將其充分攪打成乳液，調節(jié)體系pH 2（模擬胃環(huán)境）和pH 7（模擬腸道環(huán)境），準確稱取1.0 g樣品于100 mL三角瓶中，加入25 mL蛋黃乳液，充分攪拌后置于搖床中，在37 ℃充分振蕩2 h，隨后4 000 r/min離心20 min，采用鄰苯二甲醛法測定膽固醇含量，根據下式計算樣品膽固醇吸附能力：

式中：M1為吸附前上清液中膽固醇含量/mg；M2為吸附后上清液中膽固醇含量/mg；M0為樣品質量/g。

1.3.4.7 膽酸鈉吸附能力

稱取0.1 g樣品于100 mL三角瓶中，加入0.2 mg/mL膽酸鈉溶液20 mL，調節(jié)體系pH 7（膽汁酸只在腸道中代謝，只需模擬腸道環(huán)境），37 ℃振蕩，分別進行15、30、45、60、75、90 min后，4 000 r/min離心20 min，采用糠醛比色法測定膽酸鈉含量，根據下式計算樣品膽酸鈉吸附能力：

式中：M1為吸附前上清液中膽酸鈉含量/mg；M2為吸附后上清液中膽酸鈉含量/mg；M0為樣品質量/g。

1.3.4.8 亞硝酸鈉吸附能力

參考楊曉寬等[28]方法稍作改動，準確稱取0.1 g樣品于250 mL三角瓶中，加入50 mL 20.0 μg/mL NaNO2溶液，調節(jié)體系pH 2（模擬胃環(huán)境）和pH 7（模擬腸道環(huán)境），37 ℃振蕩，分別進行15、30、60、120、150、180 min后，各取5 mL樣液稀釋至100 mL，再取25.0 mL稀釋液，加入2 mL 4 g/L對氨基苯磺酸溶液，混勻靜置3 min，再加入1 mL 2 g/L鹽酸萘乙二胺溶液，加蒸餾水至刻度并混勻，靜置15 min后在538 nm波長處測定吸光度。以等比稀釋的未添加樣品溶液為空白組進行對照實驗，根據下式計算樣品的亞硝酸鹽吸附能力：

式中：M1為吸附前體系中亞硝酸鹽含量/μg；M2為吸附后體系中亞硝酸鹽含量/μg；M0為樣品質量/g。

1.3.4.9 陽離子交換能力

參考Zhang Mengyun等[29]的方法稍作修改。準確稱取1.0 g樣品，與50 mL 0.1 mol/L鹽酸溶液充分混合，并于37 ℃充分酸化24 h。酸化結束后，4 000 r/min離心15 min，收集沉淀并用蒸餾水進行充分洗滌，直到無Cl－檢出為止。隨后放置于60 ℃烘箱中干燥得到酸化后的樣品。稱取0.1 g樣品，加入50 mL 5%的NaCl溶液并充分混勻，用0.01 mol/L NaOH溶液進行滴定，記錄初始pH值和每加入50 μL NaOH溶液后混合物體系的pH值。

1.4 數(shù)據處理與分析

2 結果與分析

2.1 SEM分析

如圖1所示，經3 種食用菌發(fā)酵后的樣品相比發(fā)酵前出現(xiàn)大量片狀結構以及蜂窩狀孔洞，比表面積增大，整體結構變得疏松。說明3 種食用菌在發(fā)酵過程中都能產生活性物質破壞纖維的結構，使原本較為致密的結構變得疏松多孔。這種疏松多孔的結構可以導致更多的極性和非極性基團暴露，從而提高膳食纖維的水合特性和吸附能力[30]。Chu Jiaxi等[10]報道了經納豆芽孢桿菌發(fā)酵后小米糠膳食纖維結構更加松散，疏松多孔，使其吸附特性增強。Wang Chaofan等[31]報道了經纖維素酶處理過的姜渣IDF結構由致密變得松散，表面出現(xiàn)類似海綿狀結構且產生大量孔隙。本研究也表現(xiàn)出類似的變化及特征。

圖1 不同食用菌發(fā)酵人參SEM圖Fig.1 SEM images of ginseng fermented with different edible fungi

2.2 粒徑分析

如圖2所示，經3 種食用菌發(fā)酵后的人參IDF粒徑分布的主峰都出現(xiàn)了左移現(xiàn)象，未發(fā)酵樣品只有一個粒徑分布峰，發(fā)酵后的樣品在3～26 μm出現(xiàn)小峰，說明發(fā)酵產生的纖維素酶等活性物質對人參IDF有一定降解作用，人參IDF的大顆粒物質被分解成小分子顆粒[32]，這與SEM結果一致。粒徑的減小會使人參IDF暴露出更多功能基團，有助于人參IDF發(fā)揮出更好的理化及功能特性[6]。

圖2 人參IDF的粒徑分布Fig.2 Particle size distribution of ginseng IDF

2.3 FTIR分析

如圖3所示，發(fā)酵前后人參IDF均具有膳食纖維的典型特征，具有基本一致的吸收峰，在吸收強度上有所變化[33]。3 413 cm－1對應纖維素和半纖維素羥基伸縮振動峰，2 800～3 000 cm－1間對應纖維素—CH和—CH2基團的振動峰，發(fā)酵后人參IDF在這兩處的峰強度變弱，說明發(fā)酵產生的活性物質對樣品中的纖維素和半纖維素產生了一定的降解作用，破壞了其組內氫鍵，促進了羥基基團的暴露[6]。位于1 620 cm－1附近的特征峰與糖醛酸和多酚中的羧基有關[34]，發(fā)酵后的人參IDF在此處峰強度有一定程度的增強。1 345 cm－1處對應纖維素與半纖維素的O—H或C—O基團振動的特征峰，峰強度無明顯變化。1 050 cm－1處的吸收峰則源于木質素或半纖維素的C—O—O伸縮振動，發(fā)酵后人參IDF在此處的峰強度明顯減弱，說明發(fā)酵產生的活性物質對樣品中的木質素也有一定的降解作用。綜上，食用菌發(fā)酵并沒有破壞纖維的基本化學結構。但峰值強度的差異表明發(fā)酵處理能夠有效地去除人參IDF結構中的非晶態(tài)成分。

圖3 人參IDF的FTIR圖Fig.3 FTIR spectra of ginseng IDF

2.4 X射線衍射分析

如圖4所示，發(fā)酵前后樣品在2θ為21.72°時出現(xiàn)較強的吸收峰，在2θ為14.81°時出現(xiàn)微弱吸收峰，具有典型的纖維素I型結構特征[35]，說明發(fā)酵并未使人參IDF晶體構型發(fā)生變化，只是在峰強度上有所差異。Origin軟件計算結果顯示，未發(fā)酵樣品結晶度為13.78%，經羊肚菌、猴頭菌和蜜環(huán)菌發(fā)酵后的樣品結晶度分別為15.37%、18.57%和19.36%。結晶度的增加說明3 種食用菌發(fā)酵產生的活性物質對人參IDF的非結晶物質產生了一定的降解作用，促進了結晶區(qū)的暴露，從而導致人參IDF持水力、持油力、水膨脹力等理化特性的變化[36]。

圖4 人參IDF X射線衍射圖像Fig.4 XRD patterns of ginseng IDF

2.5 DSC分析

如圖5所示，所有樣品均出現(xiàn)兩個吸熱峰，IDF-C、IDF-M、IDF-H和IDF-A第1個吸熱峰分別出現(xiàn)在110.82、137.84、139.80 ℃以及145.84 ℃，推斷是在此溫度下樣品中的水分出現(xiàn)吸熱蒸發(fā)現(xiàn)象。IDF-C、IDF-M、IDF-H和IDF-A第2個吸熱峰分別出現(xiàn)在203.02、248.41、250.15 ℃以及257.56 ℃，可能是樣品中的一些可溶性物質以及半纖維素多糖受熱分解，也可以看作纖維素的預碳化過程[37]。與未發(fā)酵相比，經3 種食用菌發(fā)酵后的人參IDF兩個吸熱峰均呈現(xiàn)明顯右移的趨勢，說明發(fā)酵后的人參IDF具有更高的熱穩(wěn)定性[38]，這可能是由于在發(fā)酵過程中去除了部分纖維素和木質素，使IDF具有更高的結晶度導致。

圖5 人參IDF DSC熱分析圖Fig.5 DSC thermograms of ginseng IDF

2.6 水合特性

如表1所示，經3 種食用菌發(fā)酵，人參IDF的持水力、持油力和水膨脹力都顯著提高，這是由于發(fā)酵使其結構發(fā)生變化，表面出現(xiàn)大量孔洞，比表面積增大，親水、親油的功能基團得以暴露，從而增加了樣品對水分子、油分子的滲透和吸收能力[39-41]，SEM、粒徑分析結果也印證了這一結果。對比3 個菌種，蜜環(huán)菌發(fā)酵后的人參IDF對比未發(fā)酵提高程度最大，持水力、持油力和水膨脹力分別提高了74.2%、93.6%和124.38%。綜上，食用菌發(fā)酵能夠賦予人參IDF更好的水合性能，有助于其發(fā)揮出更好的功能特性。

表1 人參IDF的水合特性Table 1 Hydration properties of ginseng IDF

2.7 葡萄糖吸附能力

如圖6所示，對比未發(fā)酵處理，經3 種食用菌發(fā)酵處理后的人參IDF葡萄糖吸附能力顯著提高，其中經蜜環(huán)菌發(fā)酵樣品的葡萄糖吸附能力顯著強于其他兩個菌種，且隨著葡萄糖濃度的梯度上升，樣品的吸附能力在大幅提高，最高達到83.56 mg/g。這可能是由于粒度減小使內部的功能基團暴露出來，從而增加了與葡萄糖的接觸面積，且發(fā)酵后樣品疏松多孔的結構也有利于促進葡萄糖的吸附作用，這與Meng Xuemei[35]、Jiang Guihun[33]等的研究結果一致。膳食纖維具有體外降血糖的功能主要源于其有效吸附葡萄糖的能力，能夠在葡萄糖擴散和吸收過程中產生阻礙作用，從而降低腸道中葡萄糖濃度，減少腸壁吸收，維持餐后血糖水平[42]，發(fā)酵后人參IDF所表現(xiàn)的有效吸附葡萄糖的能力為功能性食品的開發(fā)提供了思路。

圖6 人參IDF的葡萄糖吸附能力Fig.6 Glucose adsorption capacity of ginseng IDF

2.8 葡萄糖透析延緩能力

如圖7所示，經3 種食用菌發(fā)酵的人參IDF的葡萄糖透析延緩能力明顯高于未發(fā)酵樣品，其中經蜜環(huán)菌發(fā)酵樣品的葡萄糖透析延緩能力較未發(fā)酵樣品提升最大為68.27%。在15～45 min內，所有樣品的葡萄糖透析延緩能力隨透析時間的延長而不斷增大，到45 min達到最大值后迅速降低。2.7節(jié)結果表明人參IDF可以有效吸附葡萄糖，把葡萄糖阻截在纖維網絡結構內，發(fā)酵后的人參IDF表面變得疏松，出現(xiàn)大量蜂窩狀孔洞，增強了對葡萄糖的吸附作用，從而阻截了更多的葡萄糖分子。樣品對葡萄糖的阻截能夠降低小腸內葡萄糖的有效濃度，從而降低餐后血糖水平[43]，但這種吸附和阻截作用有時間限制，很快會達到飽和，45 min之后擴散速度加快，這是由于IDF吸水膨脹達到飽和，黏度降低，從而降低了對葡萄糖的束縛力[44]。

圖7 人參IDF的葡萄糖透析延緩能力Fig.7 GDRI of ginseng IDF

2.9 膽固醇吸附能力

如圖8所示，與對未發(fā)酵人參IDF相比，經3 種食用菌發(fā)酵后人參IDF具有更好的膽固醇吸附能力，其中經蜜環(huán)菌發(fā)酵的人參IDF在pH 2和pH 7下的膽固醇吸附能力分別為8.44 mg/g和12.35 mg/g，是未發(fā)酵的1.28 倍和1.14 倍，這可能是發(fā)酵使人參IDF表面結構變得疏松，孔隙增加，粒徑減小，從而增強了對膽固醇吸附作用。此外，體系的酸堿性也會影響人參IDF對膽固醇的吸附能力，在中性條件下的吸附能力大于在酸性環(huán)境中的吸附能力，這表明腸道環(huán)境更有利于膳食纖維對膽固醇的吸附，這是由于在酸性條件下體系中存在大量氫離子。隨著pH值的升高，膳食纖維分子中的羧基解離并轉化為與膽固醇分子具有較強結合能力的羧基陰離子，從而增強了膳食纖維對膽固醇的吸附能力，這與Wang Yanqiu[45]、Si Jiangyu[46]等的研究結果一致。2.10 膽酸鈉吸附能力

圖8 人參IDF的膽固醇吸附能力Fig.8 Cholesterol adsorption capacity of ginseng IDF

如圖9所示，與對未發(fā)酵人參IDF相比，發(fā)酵后人參IDF的膽酸鈉吸附能力均有不同程度的提升，隨著吸附時間的延長呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，在45～60 min達到最大值為12.7 mg/g，這與田海龍[47]研究結果一致。研究表明，膳食纖維對膽酸鹽的吸附能力主要是由于IDF的吸附和裹挾能力。食用菌發(fā)酵過程中會產生纖維素酶等物質，對IDF有一定的降解作用，結構測定顯示發(fā)酵后的人參IDF表面出現(xiàn)大量孔洞，能夠有效束縛和裹挾膽酸鹽分子，從而提高樣品對膽酸鈉的結合能力。

圖9 人參IDF的膽酸鈉吸附能力Fig.9 Sodium cholate adsorption capacity of ginseng IDF

2.11 亞硝酸鹽吸附能力

如圖10所示，與未發(fā)酵人參IDF相比，經3 種食用菌發(fā)酵后的人參IDF對亞硝酸鹽的吸附能力都顯著增強，且隨著吸附時間的延長，吸附量在不斷增加。經蜜環(huán)菌發(fā)酵所得樣品具有最好的吸附效果，吸附時間150 min在pH 2下和pH 7下的吸附量達1 642.37 μg/g和1 249.13 μg/g。IDF對亞硝酸鹽的吸附主要通過其蓬松的結構進行物理吸附以及分子的活性基團，特別是酚酸基團進行化學吸附[40]。SEM結果顯示發(fā)酵使人參IDF表面結構變得疏松，F(xiàn)TIR結果顯示發(fā)酵后的樣品酚酸基團增多，二者共同促進了人參IDF對亞硝酸鹽的物理和化學吸附。此外，pH 2時IDF吸附效果好于pH 7，表明pH值對IDF吸附亞硝酸鹽有較大影響，這可能是由于pH值的升高使IDF中的羧基解離，表面負電荷增多，產生排斥作用，從而阻礙了樣品對N吸附，這也說明人參IDF在胃中比在腸中能吸收更多的N[48]。

圖10 人參IDF的亞硝酸鹽吸附能力Fig.10 Nitrite adsorption capacity of ginseng IDF

2.12 陽離子交換能力

如圖11所示，隨著NaOH溶液的添加，幾個樣品所在的溶液體系的pH值持續(xù)升高，其中未發(fā)酵IDF-C溶液的pH值從3.12升高至9.45，經3 種食用菌發(fā)酵后的IDF-M（2.91～9.30）、IDF-H（2.69～9.16）和IDF-A（2.63～9.12）所在溶液體系pH值升高幅度以及起始、終止pH值都明顯低于IDF-C，其中經蜜環(huán)菌發(fā)酵IDF保持較低pH值的時間最長。研究表明IDF的結構中含有大量特殊官能團，如羥基、羧基等，因此被賦予弱酸性陽離子交換能力[49]。結合對結構的分析，發(fā)酵處理能夠破壞人參IDF結構，使其變得疏松，暴露出更多的羧基和羥基等功能性基團，F(xiàn)TIR結果對官能團的分析也印證了這一點，發(fā)酵后的樣品擁有更多的糖醛酸基團，包含大量羥基和羧基，從而更加有利于樣品發(fā)揮其陽離子交換性能，這與Ren Feiyue[50]、Wang Chaofan[31]等研究結果一致。

圖11 人參IDF陽離子交換能力Fig.11 Cation exchange capacity of ginseng IDF

3 結論

采用羊肚菌、猴頭菌、蜜環(huán)菌發(fā)酵人參渣制備人參IDF，并對人參IDF進行結構的表征和功能特性的測定。結果表明，3 種食用真菌發(fā)酵都能夠對人參IDF產生一定的降解作用，使其粒徑減小，表面結構變得疏松多孔，暴露出更多的活性基團，結晶度提高，擁有更高的熱穩(wěn)定性。結構的變化進而影響了人參IDF的功能特性，對比3 個菌種，經蜜環(huán)菌發(fā)酵得到的人參IDF具有最好的功能特性，其持水力、持油力、水膨脹力、葡萄糖吸附能力、葡萄糖透析延緩能力、膽固醇吸附能力、膽酸鈉吸附能力、亞硝酸鹽吸附能力較未發(fā)酵樣品分別提高了74.2%、93.6%、124.38%、82.17%、20.24%、14.04%、49.41%、24.49%，陽離子交換能力較未發(fā)酵也有顯著提高。綜上，大型食用真菌發(fā)酵可作為制備高活性人參IDF的方法之一，為人參渣中大量IDF的高品質利用提供思路。