黑曲霉降解绿豆皮工艺优化及效果_赵一帆.pdf

184 食 品 科 技FOOD SCIENCE AND TECHNOLOGY粮食与油脂2023年 第48卷 第04期0 引言绿豆是温带地区广泛种植的豆类，产量极为收稿日期：2022-11-14 *通信作者 基金项目：国家自然科学基金联合基金项目(U1304330)；河南省科技攻关计划项目(182102110140)。作者简介：赵一帆(1997)，男，河南洛阳人，硕士，研究方向为天然产物化学与功能性食品。丰富1。绿豆清热之功在皮，解毒之功在肉2。绿豆皮是绿豆加工过程中的副产物。有研究表明，绿豆皮中含有大量的膳食纤维及黄酮类化合物、赵一帆，罗 磊*，马 潇(河南科技大学食品与生物工程学院，河南 洛阳 471023)摘要：为提高绿豆皮粉碎率，使用黑曲霉降解绿豆皮，并评价其功能特性。结果表明：在接种量4 mL、温度36、时间7 d、料液比1:3的条件下，绿豆皮粉碎率可由原来的26%左右提高至80.12%；制得的绿豆皮粉，中值粒径减小，比表面积增大；蛋白质与总膳食纤维含量分别提升了30.37%与10.45%；胆酸钠吸附能力、阳离子交换能力及葡萄糖吸附能力均有明显提升，依次为1.66 mg/g、8.34 mL/g及10.54 mmol/g。该结果说明黑曲霉降解后的绿豆皮具有更高的营养价值与更好的功能特性。关键词：微生物降解；黑曲霉；绿豆皮；粉碎率；响应面；功能特性中图分类号：TS 210.9 文献标志码：A 文章编号：1005-9989(2023)04-0184-06Optimization and Effect of Process of Mung Bean Peel Degradation by Aspergillus NigerZHAO Yifan,LUO Lei*,MA Xiao(School of Food and Bioengineering,Henan University of Science and Technology,Luoyang 471023,China)Abstract:In order to improve the crushing rate of mung bean peel,Aspergillus niger was used to degrade mung bean peel and evaluate its functional characteristics.The results showed that under the conditions of inoculation volume of 4 mL,temperature of 36,time of 7 days and material-liquid ratio of 1:3,the crushing rate of mung bean peel could be increased from about 26%to 80.12%.The median particle size of the prepared mung bean peel powder decreases and the specific surface area increases.The content of protein and crude fiber increased by 30.37%and 10.45%,respectively.The adsorption capacity of sodium cholate,cation exchange capacity and glucose adsorption capacity were significantly improved,which were 1.66 mg/g,8.34 mL/g and 10.54 mmol/g,respectively.This indicates that the degraded mung bean peel after Aspergillus niger has higher nutritional value and better functional properties.Key words:microbial decomposition;Aspergillus niger;mung bean peel;comminution rate;response surface;functional properties黑曲霉降解绿豆皮工艺优化及效果DOI:10.13684/ki.spkj.2023.04.016 185 食 品 科 技FOOD SCIENCE AND TECHNOLOGY粮食与油脂2023年 第48卷 第04期牡荆素和生物碱等活性成分，而这些成分正是赋予绿豆抗氧化活性及消炎等作用的关键3-6，这说明绿豆皮才是绿豆保健功能的来源7。绿豆皮因为纤维素的含量较高8、空间结构紧密难以粉碎，导致其中大部分不溶性物质被抛弃。目前大多数绿豆皮都被弃置为垃圾或用作饲料9，造成极大浪费。绿豆皮传统的粉碎方法一般通过高温高压、螺杆挤压和超微粉碎等物理方式破坏绿豆皮的结构，但存在设备要求高、能耗大的问题。微生物能够分泌多种酶均可有效破坏植物的细胞壁10，同时不需要像传统方法一样耗费大量能源。徐安民11使用白腐菌降解麦麸中的木质纤维素来改善小麦麸皮面条的粗糙口感。WU J F等12使用米曲根瘤菌改善麦麸风味的同时也增加了其淀粉消化率。裴曾薇13对香菇柄膳食纤维使用黑曲霉改性后性能得到提升。黑曲霉作为一种常见发酵曲霉，已广泛应用于工业生产中，其能产生多种酶如纤维素酶、木聚糖酶、糖化酶等，且不产生真菌毒素14。本文使用黑曲霉对绿豆皮进行降解，破坏绿豆皮致密结构，进行单因素及响应面试验探究提升绿豆皮粉碎率的工艺，以期为提高绿豆皮利用率以及扩宽其应用领域提供参考。1 材料与方法1.1 菌种与样品黑曲霉(Aspergillus niger)：本实验室保藏菌种；绿豆皮：产地为河南洛阳。1.2 试剂与设备PDA营养琼脂、LB肉汤、LB营养琼脂：北京奥博星生物技术有限公司；凡士林、石蜡油：洛阳昊华化学试剂有限公司；氯化钠：江苏强盛功能化学股份有限公司。SW-CJ-1D型单人净化工作台：浙江孚夏医疗科技有限公司；恒温水浴锅：力辰科技公司；电热鼓风干燥箱、DHP9272电热恒温培养箱：上海一恒仪器公司；YXQ-LS-50S自动高压灭菌锅：上海博讯公司；T6新世纪紫外可见分光光度计：北京普析公司；BJ-150多功能粉碎机：浙江德清拜杰电器有限公司；标准检验筛：绍兴上虞华丰五金仪器有限公司。1.3 试验方法1.3.1 工艺流程 绿豆皮除杂干燥灭菌接种分解烘干粉碎。1.3.2 菌种活化及种子液的制备 黑曲霉孢子悬浮液的制备：参考吴红影等15的方法并稍作修改。1.3.3 绿豆皮降解前处理 取清洗、烘干后的绿豆皮约50 g于1 L锥形瓶中，用透气膜封口，于全自动高压锅121 下灭菌20 min。1.3.4 绿豆皮粉碎及粉碎率测定 取经过菌种降解的绿豆皮，摊开后放入55 鼓风干燥箱烘干过夜。使用多功能粉碎机对烘干后绿豆皮进行粉碎并过125 m筛网，粉碎时间为2 min。粉碎率按照下列公式计算：粉碎率(%)=(过125 m筛网的粉体质量/原绿豆皮质量)100 (1)1.3.5 黑曲霉降解绿豆皮单因素试验设计 设置基本条件为接种量5 mL，降解温度28，降解时间3 d，料液比1:2，考察不同接种量(1、3、5、7、9 mL)、不同降解温度(23、28、33、38、43)、不同降解时间(1、3、5、7、9 d)、不同料液比(1:1、1:2、1:3、1:4、1:5)对粉碎率的影响。1.3.6 响应面优化试验设计 根据单因素试验的结果，选取接种量、降解温度、降解时间、料液比为4因素，粉碎率为响应值，分别以1、0、1代表低、中、高3水平，利用Design Expert 12软件进行响应面工艺优化试验设计，设计因素水平编码表如表1所示。表1 响应面设计优化因素及水平表因素水平101接种量/mL A345温度/B3335.538时间/d C678料液比 D2341.3.7 绿豆皮粒径与比表面积的测定 粒径分布及比表面积测定：取适量样品于烧杯，置入激光粒度分布仪进行测定，物质折射率为1.52，介质为水，折射率为1.33。1.3.8 绿豆皮成分的测定 水分含量测定：采用直接干燥法；蛋白质含量测定：采用凯氏定氮法，参照GB 5009.52016食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定；灰分测定：采用灼烧法；膳食纤维含量测定：采用SOEST P J V16的方法。1.3.9 绿豆皮功能特性的测定 胆酸钠吸附能力测定：参照王雅琪4的方法稍作修改；阳离子交换 186 食 品 科 技FOOD SCIENCE AND TECHNOLOGY粮食与油脂2023年 第48卷 第04期能力测定：参照WEI C H等17的方法稍作修改；葡萄糖吸附能力测定：参照PEERAJIT P等18的方法稍作修改。1.3.10 数据处理 每组样品做3次平行试验，取平均值。试验数据采用IBM SPSS statistics 26进行数据统计，利用Origin 2021软件作图，利用Design Expert 12软件进行响应面分析。2 结果与分析2.1 单因素试验结果2.1.1 接种量对绿豆皮粉碎率的影响 由图1可知，接种量在15 mL时，粉碎率呈现连续的上升趋势；5 mL时达到最大值55.93%；之后又不断下降。可能是因为接种量较低时，黑曲霉数量少，其分泌的酶也少，不能充分降解绿豆皮；继续增加接种量，使其能够产生足够量的酶降解绿豆皮，因此粉碎率上升。再继续增加接种量，此时绿豆皮中的营养物质有限，接种量过多导致互相竞争19，难以进入产酶阶段，进而导致粉碎率下降。度，粉粹率又不断下降。原因可能是当温度较低时，黑曲霉生长较缓慢，产酶较少甚至不产酶，不能充分降解绿豆皮。温度持续升高，黑曲霉能够充分生长并产生酶10来降解绿豆皮，因此粉碎率上升。继续增加温度，黑曲霉难以生长甚至死亡，无法产生酶，导致粉碎率下降。2.1.3 降解时间对绿豆皮粉碎率的影响 由图3可知，随时间的增加，粉碎率呈现连续的上升趋势，7 d时达到最大值69.79%。原因可能是当时间较短时，黑曲霉正处于生长期不产酶，不能充分降解绿豆皮。随着时间继续增加，使其能够充分生长并产生足够酶20降解绿豆皮，因此粉碎率上升。继续增加时间，粉碎率变化很小，这可能是因为达到一定时间后，黑曲霉进入衰退期不再生长甚至死亡，无法产生更多酶不能提升粉碎率，且会增加成本及感染杂菌风险。图1 接种量对绿豆皮粉碎率的影响图2 降解温度对绿豆皮粉碎率的影响图3 降解时间对绿豆皮粉碎率的影响图4 料液比对绿豆皮粉碎率的影响02468105253545556粉碎率/%接种量/mL12345495051525354555657粉碎率/%料液比1357930354045505560657075粉碎率/%时间/d23283338434244464850525456586062粉碎率/%温度/2.1.2 降解温度对绿豆皮粉碎率的影响 由图2可知，温度在2333 时，粉碎率呈现连续的上升趋势；33 时达到最大值59.6%；继续升高温2.1.4 料液比对绿豆皮粉碎率的影响 由图4可知，料液比为13时，粉碎率增加较显著；1:3时达到最大值56.51%；之后随着料液比的增加粉碎率反而下降。可能是因为黑曲霉的生长需要一定的水分支持，在料液比为13时，增加的水分充分满足了黑曲霉的需求，使其能够充分产生相应酶21降解绿豆皮，因此粉碎率随之逐渐上升。在 187 食 品 科 技FOOD SCIENCE AND TECHNOLOGY粮食与油脂2023年 第48卷 第04期料液比大于3时，由于黑曲霉为好氧菌，生长发育需要大量氧气的供给，过高的料液比会增加水的含量，使物料中氧气难以传递给黑曲霉，导致大部分黑曲霉无法生长，进而无法产酶，粉碎率反而下降。综上所述，选取