羊肚菌固态发酵青稞的营养、活性成分及抗氧化特性变化研究.pdf
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1、Food and Fermentation Science&Food and Fermentation Science&TechnologyTechnology收稿日期:2023-03-28作者简介:焦捷(1994-),女,硕士,助教。研究方向:食品加工与安全。#共同第一作者:雷梅英(2000-),女,本科。研究方向:天然活性产物及功能产物。*通信作者:王树林(1970-),男,博士,教授。研究方向:青藏高原特色食品资源开发。引用格式:焦捷,雷梅英,王树林.羊肚菌固态发酵青稞的营养、活性成分及抗氧化特性变化研究 J.食品与发酵科技,2023,59(4):37-43.羊肚菌固态发酵青稞的营养、活
2、性成分及抗氧化特性变化研究焦捷1,雷梅英2#,王树林2*(1.青海高等职业技术学院,青海海东 810700;2.青海大学农牧学院,青海西宁 810016)摘要:以青稞为原料,利用羊肚菌菌丝体固态发酵青稞,研究发酵过程中营养成分(总淀粉、可溶性蛋白、生物量、-葡聚糖)、活性成分(总三萜、-氨基丁酸、多酚、多糖)及抗氧化特性(ABTS自由基清除力、DPPH自由基清除力、超氧阴离子自由基清除力、总抗氧化能力)的变化。结果表明:发酵后青稞的主要营养及活性成分均发生了显著变化。随着发酵时间延长,生物量、可溶性蛋白、总三萜及总酚含量上升,-氨基丁酸、多糖含量先上升后下降,总淀粉、-葡聚糖含量下降。此外,羊
3、肚菌固态发酵青稞使其游离态提取物的抗氧化能力升高;结合态提取物的ABTS自由基清除能力升高,超氧阴离子自由基清除能力和DPPH自由基清除能力保持稳定。相关性分析表明,羊肚菌发酵过程中青稞总淀粉、-葡聚糖、可溶性蛋白、总三萜、-氨基丁酸、生物量和游离酚含量可以作为评估酚类物质含量及抗氧化活性的指标,羊肚菌固态发酵青稞后,青稞营养、活性成分及抗氧化能力得到提升。关键词:青稞;羊肚菌;固态发酵;营养成分;活性成分;抗氧化中图分类号:TS210文献标识码:A文章编号:1674-506X(2023)04-0037-0007Study on Changes of Nutrition,Active Comp
4、onents and AntioxidantProperties of Highland Barley Solid-fermented by MorchellaJIAO Jie1,LEI Meiying2#,WANG Shulin2*(1.Qinghai Higher Vocational and Technical Institute,Haidong Qinghai 810700,China;2.College of Agriculture and Animal Husbandry,Qinghai University,Xining Qinghai 810016,China)Abstract
5、:in this study,Morchella was used as a fermentation strain to fermented highland barley in solid-state.The nutrient components(total starch,soluble protein,biomass,-glucan),active components(total triterpene,-aminobutyric acid,polyphenols,polysacch-aride)and antioxidant properties(ABTSradical scaven
6、gingpower,DPPH radical scavenging power,superoxide anion radical scavenging capacity,total antioxidant capacity)during fermentation were determined to evaluate the changes.The results showed that the main nutrients andactive components of highland barley have changed significantly after fermentation
7、.The content of biomass,soluble protein,total triterpenes and total phenols increased,the content of-aminobutyric acidand polysaccharides increased first and then decreased,the content of total starch and-glucan decreasedwiththeextensionoffermentationtime.Inaddition,morelsolid-statefermentationofhig
8、hlandbarleyincreasesthe antioxidant capacity of the free extract;the combined extract has increased ABTSradicalscavenging power,superoxide anion radical scavenging capacity and DPPH radical scavenging power remainstable.Correlation analysis showed that the total barley starch,-glucan,soluble protein
9、,total triterpene,焦捷等:羊肚菌固态发酵青稞的营养、活性成分及抗氧化特性变化研究2023年第4期-aminobutyric acid,biomass and free phenol content in the fermentation process of Morchella can be used asindicators to evaluate the content of phenolic substances and antioxidant activity.After Morchella fermented,thenutrients,active ingredie
10、nts and antioxidant capacity of highland barley are improved.Keywords:highland barley;Morchella;solid fermentation;nutrition;active components;antioxidationdoi:10.3969/j.issn.1674-506X.2023.04-006青稞(Hordeum vulgare L.var.nudum Hook.f.)又称裸大麦,属于禾本科大麦属农作物,主要分布在西藏、青海、四川等地区,是青藏高原地区的主粮品种1。青稞营养成分均衡,其中-葡聚糖、
11、蛋白质、纤维素和各类维生素含量较高,而糖类和脂肪含量相对于其他粮食作物来说较低,富含多酚、黄酮、花青素等活性成分,在抗氧化、抗肿瘤、降糖、抗心血管疾病等方面具有独特的生理功效2。羊肚菌(Morchella esculenta)又称羊肚菜、羊肚磨,隶属于子囊菌亚门,盘菌纲,盘菌目,羊肚菌科,羊肚菌属。羊肚菌具有鲜美的味道,诱人的香气和极高的营养价值,其菌丝体具有抗氧化、抗炎症等作用3。目前,关于羊肚菌发酵的研究主要针对于羊肚菌发酵条件的优化和发酵产物胞外多糖的开发利用,佟维娜等4利用羊肚菌固态发酵玉米粉提升亲水性氨基酸含量;LI等5利用羊肚菌固态发酵豆渣提取多糖;LI等6用羊肚菌作为发酵微生物,
12、固态发酵生产多糖,并研究了其物理化学特征的变化。但关于羊肚菌固态发酵青稞的营养、活性成分及抗氧化特性研究鲜有报道。申春莉7、刘红艳8通过灵芝固态发酵豆渣及双胞蘑菇固态发酵谷物,发现食用菌菌丝体在固态发酵中能产生酶类使营养物质发生转化,从而提高谷物的营养价值及消化率,并使其中活性物质含量发生显著变化。通过固态发酵既实现青稞的整体加工利用又包含菌丝体的营养成分,可作为食品或配料,使之重新回到食品加工生产中9。因此本研究以青稞为原料,研究其在固态发酵过程中主要营养成分、活性成分及抗氧化特性的变化,以期为青稞的加工利用和功能性食品的开发提供理论参考。1材料与方法1.1材料与试剂青稞,青海新丁香粮油有限
13、责任公司;羊肚菌菌丝体,青海天地乐科技有限公司。牛血清蛋白标准品、没食子酸标准品(纯度98%)、芦丁标准品(纯度98%)、-氨基丁酸标准品(纯度98%)、齐墩果酸标准品(纯度98%)、1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)、2,2-联氮-二(3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸)二铵盐(ABTS)、总抗氧化能力(T-AOC)检测试剂盒、超氧阴离子自由基清除能力检测试剂盒,北京索莱宝科技有限公司;考马斯亮蓝G250、无水乙醇、磷酸、三氯乙酸、丙酮、甲醇、正己烷、硫酸、乙酸乙酯、福林酚、碳酸钠、亚硝酸钠、硝酸铝、硼酸、香草醛、冰醋酸、高氯酸、苯酚、葡萄糖、过硫酸钾,均为分析纯,天津化学试剂有限公司;淀
14、粉总量检测试剂盒、混联-葡聚糖检测试剂盒,爱尔兰Megazyme公司;实验所用水均为去离子水。1.2仪器与设备FA1004 分析天平,上海上平仪器有限公司;UV-1780紫外可见分光光度计,岛津企业管理有限公司;Tissuelyser-96多样品组织研磨仪,上海净信实业发展有限公司;1530酶标仪,赛默飞世尔科技公司;H/T16M台式高速离心机,湖南赫西仪器装备有限公司;R-1001VN旋转蒸发仪,郑州长城科工贸有限公司。1.3试验方法1.3.1固态发酵选成熟、饱满的青稞煮熟至无白心,将熟制青稞270.0g装于培养玻璃瓶(含水质量分数60%),在121灭菌3h,冷却后接种羊肚菌固态菌种(接种量
15、为 2.0 g),混合均匀,拧紧瓶盖封口,23 静置培养。发酵第7d开始取样,之后每隔3d取样,进行分析测定,样品对照为发酵0d时的样品。将取出的样品于50烘干、粉碎、过100目筛,贮藏备用。1.3.2营养成分测定总淀粉含量采用 Megazyme 淀粉总量检测试剂盒测定;可溶性蛋白含量测定采用考马斯亮蓝法10;生物量采用核酸法测定11;-葡聚糖含量采用Megazyme混联-葡聚糖检测试剂盒测定。1.3.3活性成分测定1.3.3.1游离态酚类物质提取参照张金宏12方法并稍做改进。38第59卷(总第236期)焦捷等:羊肚菌固态发酵青稞的营养、活性成分及抗氧化特性变化研究1.3.3.2结合态酚类物质
16、提取参照HARTZFELD等13方法稍做改进。1.3.3.3测定方法多酚含量测定采用福林-酚法14;总三萜含量测定采用香草醛-高氯酸法15;-氨基丁酸含量测定采用Berthelot比色法16。多糖含量测定采用苯酚-硫酸法。1.3.4抗氧化活性测定DPPH自由基清除力参考ABU BAKAR等17方法;ABTS自由基清除能力参考郭刚军等18方法;总抗氧化能力采用索莱宝总抗氧化能力(T-AOC)检测试剂盒测定,超氧阴离子自由基清除力测定采用索莱宝超氧阴离子自由基清除能力检测试剂盒测定。1.4数据处理与分析数据离散性由平均值和标准差表示,采用GraphPad Prism 8软件进行数据变化规律分析,以
17、Duncan 多重比较法(P0.05)进行数据差异显著性分析。2结果与分析2.1发酵过程中营养成分的变化如表1所示,与未发酵的青稞相比,青稞固态发酵不同时间的总淀粉、-葡聚糖含量均呈下降趋势,生物量呈上升趋势,可溶性蛋白变化复杂,基本也呈上升趋势。青稞在发酵过程中,淀粉含量由0d的48.96%降至32.54%,可能是羊肚菌生长过程中以大分子碳水化合物为碳源,诱导产生淀粉酶,将大分子淀粉转变为还原糖,导致淀粉含量持续下降。-葡聚糖含量在发酵过程中降低了55.73%,由于-葡聚糖作为可溶性膳食纤维,在羊肚菌菌丝体生长过程中纤维素酶、半纤维素酶、-葡萄糖苷酶活力上升,使-葡聚糖分解为低聚糖和还原糖,
18、-葡聚糖含量下降。这与史晓萌等19报道的燕麦发酵过程中-葡聚糖含量降低的结果一致。发酵710 d,生物量显著上升,说明菌丝体生长迅速。发酵1316d时,生物量变化不显著且与发酵初期相比略微下降,可能由于随着发酵时间的延长,羊肚菌菌丝体适应环境,进入稳定期,同时发酵过程菌丝体增多,营养物质被消耗,瓶内空气减少,菌丝体通过自溶以获得更多的氧气,导致生物量下降,发酵1625d菌丝体生物量呈上升趋势,此阶段为菌体的老化期,而此时生物量呈增加趋势,可能原因是老化自溶的菌体细胞为新的菌丝生长提供了养分,新产生的细胞数目大于老化的细胞数目,因此采用核酸法测定生物量时,生物量呈上升趋势。这与申春丽7的研究结果
19、一致。随着发酵时间的延长,青稞的可溶性蛋白含量在013 d显著增加(P0.05),之后稍有下降后继续上升,可溶性蛋白由发酵前的2.77mg/g上升至发酵后的4.70mg/g,上升了69.68%。羊肚菌在发酵过程中,青稞中蛋白质被蛋白酶分解成多肽和一些分子质量较小的蛋白质,增加了蛋白质的溶解性,所以可溶性蛋白质的含量增加。而在发酵1322d时青稞中蛋白质更多地被降解成氨基酸和小肽物质,而考马斯亮蓝法无法准确测定其中的氨基酸和小肽,从而造成后期可溶性蛋白含量呈下降趋势20。在25d时蛋白含量继续上升,可能因为在发酵后期产生了新的蛋白质。2.2发酵过程中活性成分的变化2.2.1发酵过程中总三萜含量的
20、变化三萜是萜类物质的一种,是真菌生长过程的次级代谢产物,具有增强免疫力、降血糖、抗氧化等功效。如图1所示,随着发酵时间的增长,总三萜呈上升趋势,在25d达到最大值15.01mg/g。由于发酵过程中结合态三萜释放出来,且在菌丝体生长过程中产生了新的三萜类化合物,使整个发酵过程三萜持续上升21。2.2.2发酵过程中-氨基丁酸含量变化如图2所示,-氨基丁酸在发酵07 d明显上表1发酵过程中营养成分的变化Tab.1Changes in nutrients during fermentation发酵时间/d总淀粉/%可溶性蛋白/(mg/g)生物量/(g/g)-葡聚糖/%048.961.25a2.770.
21、01d0.250.00e5.580.11a747.821.56a3.160.02c0.250.00e5.310.72a1044.740.25a3.410.22b0.270.00c5.200.31a1344.400.42a4.350.48a0.260.00d4.530.28b1641.210.86b3.830.40b0.260.00d3.790.09c1937.112.30b4.040.27a0.290.01b3.350.23c2235.351.10c3.960.26b0.300.01a3.020.17d2532.541.29c4.700.23a0.320.00a2.470.20e注:同行不同小
22、写字母表示差异显著(P0.05)。392023年第4期升,在7d时-氨基丁酸含量最高为5.04mg/g,表明该阶段微生物在次生代谢中参与了-氨基丁酸的合成。722 d时-氨基丁酸呈下降趋势,在22 d时达到最低为1.56mg/g,这可能是随着发酵时间增长,菌种进入衰亡期,菌丝体分泌的代谢产物逐渐减少。发酵 2225 d 时,-氨基丁酸含量升高至2.36mg/g,可能是随着发酵过程的进行,谷氨酸含量升高,而-氨基丁酸合成的主要途径是L-谷氨酸的脱羧反应22,使得-氨基丁酸上升。2.2.3发酵过程中多糖含量变化发酵产物的多糖主要包括羊肚菌菌丝体多糖及胞外多糖。如图3所示,多糖含量在016d时上升,
23、从0d的59.15mg/g提升到16d的103.49mg/g,其原因一方面是因为羊肚菌菌丝体的不断生长,产生大量菌丝体多糖,另一方面是碳水化合物在发酵时被酶分解为还原糖和多糖,菌丝体生长前期首先利用还原糖,多糖累积下来,其含量逐渐提高。随着发酵的继续,其他碳水化合物满足不了菌丝体的生长,菌丝体开始利用多糖,并且菌丝体生长处于老化期,生物量保持稳定,因此多糖含量在1625d下降。这与李佳欢等23的研究结果一致。2.2.4发酵过程中多酚含量变化如图4所示,发酵产物中酚类主要以结合酚形式存在,随着发酵时间的延长,游离酚和总酚含量上升。在25 d时游离酚含量最高为0.87 mg/g,是对照的2.63倍
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