酸处理•酶制剂对杏鲍菇菌渣还原糖和纤维素降解的影响

摘要 为探究酸处理（酸浓度、时间、温度）、酶制剂（纤维素酶、木聚糖酶、β-葡聚糖酶）对杏鲍菇菌渣的影响，以河北采集的杏鲍菇菌渣为原料，以总还原糖含量为研究指标，通过主成分分析方法研究影响杏鲍菇菌渣酸处理的因素；以中性洗涤纤维减少量和酸性洗涤纤维减少量为响应值，开展正交试验，分析酶制剂对其的影响。结果表明：40 ℃条件下，2%和3%酸浓度处理随时间的延长会降解总还原糖；60 ℃条件下，酸浓度的增加可以减缓总还原糖的降解；80 ℃条件下，1%和2%酸浓度处理可以促进多糖的降解，提高总还原糖含量。根据主成分分析结果可知，温度与总还原糖含量呈正相关，是影响杏鲍菇菌渣多糖降解的最主要因素。正交试验结果表明，木聚糖酶添加量和纤维素酶添加量是影响中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维降解的最主要因素，最优酶解配方为纤维素酶85 U/mL、木聚糖酶220 U/mL、葡聚糖酶40 U/mL，说明菌渣经酸、酶处理后可作为反刍饲料。

关键词 杏鲍菇菌渣；酸处理；酶制剂；还原糖；纤维素

中图分类号 S548 文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2024）08-0086-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.08.020

Effects of Acid Treatment and Enzymatic Hydrolysis on Reducing Sugar and Cellulose Degradation of Pleurotus eryngii Residue

WANG Yan，YU Hong-min，LI Juan et al

（Dalian Sanyi Animal Medicine Co.，Ltd.，Dalian，Liaoning 116036）

Abstract In order to explore the effects of acid treatment （acid concentration，time and temperature），enzyme preparations （cellulase，xylanase，β-glucanase） on Pleurotus eryngii fungus residue.The experiment used the mushroom residue of Pleurotus eryngii collected in Hebei Province as the raw material，total reducing sugar content as the research index，the factors affecting the acid treatment of P.eryngii residue were analyzed by principal component analysis.At the same time，the effects of enzyme preparation on the reduction of neutral detergent cellulose and acid detergent cellulose were analyzed by orthogonal test.At 40 °C，2% and 3% acid concentrations would degrade the content of reducing sugar with time.At 60 °C，the increase of acid concentration could slow down the degradation of total  reducing sugar.At 80 ℃，1% and 2% acid concentrations could promote the degradation of polysaccharides and increase the content of total reducing sugar.According to the principal component analysis，temperature was the most important factor affecting the content of reducing sugar of P.eryngii slag.The orthogonal test results showed that the degradation of  xylanase and cellulase were the main factors affecting the reduced amount of neutral detergent cellulose and acid detergent cellulose respectively.The optimal enzymolysis formula was cellulase 85 U/mL，xylanase 220 U/mL and glucanase 40 U/mL.These results indicated that the bacterial residue after acid and enzyme treatment has nutritional value as a ruminant feed.

Key words Pleurotus eryngii residue;Acid treatment;Enzyme preparation;Reducing sugar;Cellulose

食用菌在收获后的培养基质称为菌渣，由于食用菌的栽培大多以木屑、玉米芯、秸秆、棉籽壳、甘蔗渣等为培养基质，因此含有大量的真菌菌丝体蛋白、半纤维素、纤维素、木质素以及氮、磷、钾、维生素等以及蘑菇分泌的用于降解底物的胞外水解酶、氧化酶，是潜在的反刍饲料来源［1］。菌渣的生产速度远远超过现有的应用需求，预计到2026年全世界产量将达到2 084万t［2］。作为一种木质纤维素材料，菌渣可作为生产生物燃料和其他生物材料的还原糖来源，但要通过预处理去除木质素和半纤维素并破坏纤维素的晶体结构，以克服菌渣中粗纤维、木质素等成分很难被动物直接利用的问题［3-4］，从而实现纤维素的有效转化。

菌渣处理可分为传统的溶剂提取方法和绿色高效的物理提取方法。其中，溶剂提取方法有碱水解和酸水解，物理提取方法有酶水解、热水解和超声提取。酸水解和热水解一般结合使用，破坏纤维素的致密结构，降低结晶性［5］和聚合度，将纤维素分解成葡萄糖，将半纤维素分解为木糖等可溶性糖类［6-7］。目前研究较多的是高温水解［8-9］，低温水解相关研究较少。低温（小于100 ℃）对设备要求较低，操作安全，节约成本。Wu等［8］研究表明酸水解获得的还原糖产量高于碱水解与酶制剂处理，酸处理可作为

将菌渣中的木质纤维素转化为糖的一种经济、高效方法。酶制剂处理条件温和，可以降低纤维素的含量。目前低温（小于100 ℃）酸处理对杏鲍菇菌渣的影响程度尚不清楚，纤维素酶、木聚糖酶和β-葡聚糖酶对菌渣纤维素的降解程度研究较少，因此通过酸浓度、时间和温度3个方面，以总还原糖含量为研究指标，通过主成分分析探究影响杏鲍菇菌渣酸处理的主要因素；以中性洗涤纤维减少量和酸性洗涤纤维减少量为研究指标，通过正交试验探究酶制剂对杏鲍菇菌渣纤维素的降解情况，以期为促进食用菌菌渣的循环利用、增加反刍动物饲料原料来源提供科学依据，为蘑菇工业副产品的综合利用及利用水解产物残渣生产生物肥料提供一条重要途径。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

1.1.1 杏鲍菇菌渣。

杏鲍菇菌渣采集于河北省廊坊市，采收后3 d内寄到大连三仪动物药品有限公司实验室。收到菌渣后，立即切成约1 cm×1 cm大小，置于电热鼓风干燥箱中30 ℃烘干，使用多功能粉碎机粉碎后，过60目筛备用。

1.1.2 主要试剂。

硫酸（丹东市龙海试剂厂）；3，5-二硝基水杨酸（天津市大茂化学试剂厂）；氢氧化钠（天津市科密欧化学试剂有限公司）；酒石酸钾钠（天津市科密欧化学试剂有限公司）；无水亚硫酸钠（天津市科密欧化学试剂有限公司）；无水葡萄糖（天津市科密欧化学试剂有限公司）等；纤维素酶、木聚糖酶和β-葡聚糖酶均由江苏三仪科研质量控制中心提供。

1.2 主要仪器

高速多功能粉碎机（型号CS-700，永康市天祺盛世工贸有限公司）、电热鼓风干燥箱（型号DHG-9240A，上海一恒科学仪器有限公司）、分析天平（型号FA2004，上海舜宇恒平科学仪器有限公司）、全自动凯氏定氮仪（型号K1100，山东海能科学仪器有限公司）、紫外可见分光光度计（型号TU-1810，北京普析通用仪器有限责任公司）、离心机（型号TDZ5-WS，长沙湘智离心机仪器有限公司）等。

1.3 试验方法

1.3.1 试验设计。

1.3.1.1 菌渣基本成分。试验前对菌渣基本成分进行检测。

1.3.1.2 酸处理菌渣。

根据文献［10］方法，结合生产工艺的可操作性，取粉碎后的干燥菌渣10 g置于250 mL烧杯中，分别加入1%、2%和3%硫酸10 mL，搅拌均匀后置于40 ℃电热鼓风干燥箱中反应。1、2、3 h时每个酸浓度各取2份，5 000 r/min 离心10 min取上清，测定总还原糖含量。按照相同方法进行60和80 ℃不同浓度酸处理。

1.3.1.3 酶制剂处理菌渣。

根据预试验的酶制剂添加量，选择纤维素酶添加量（45、65、85 U/mL）、木聚糖酶添加量（180、200、220 U/mL）和β-葡聚糖酶添加量（40、60、80 U/mL）进行3因素3水平正交试验。取9个100 mL三角瓶，分别加入5 g 经处理的干燥菌棒粉，加入15 mL水，酶制剂按照正交表添加量依次加入，盖上瓶塞后，于100 r/min、50 ℃的摇床中振荡水解。试验24 h时，试样按照张安荣［11］的方法处理，处理后测定中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量。

1.3.2 测定指标与方法。

菌渣的成分鉴定采用国标方法，具体如下：水分含量GB/T 6435—2014，粗脂肪含量GB/T 6433—2006，粗蛋白含量GB/T 6432—2018，中性洗涤纤维含量GB/T 20806—2006，酸性洗涤纤维含量NY/T 1459—2007，木质素含量GB/T 20805—2006，钙含量GB/T 6436—2018，磷含量GB/T 6437—2018。

总还原糖含量检测参照张美江［12］的二硝基水杨酸法，杏鲍菇菌渣中含有大量的酸性洗涤纤维、中性洗涤纤维以及木质素。二硝基水杨酸法是在碱性条件下与总还原糖发生氧化还原反应，产物煮沸后在540 nm下有吸收，故通过比色法测定总还原糖含量。

分别取1 mg/mL葡萄糖标准溶液0、0.2、0.4、0.6、0.8、1.0 mL 置于15 mL试管，用去离子水补足1.0 mL；分别加入DNS试剂2.0 mL，沸水浴加热5 min，流水冷却，用去离子水定容至15.0 mL，在540 nm波长下测定吸光度，绘制葡萄糖标准曲线。以吸光度为横坐标，以葡萄糖浓度为纵坐标，标准曲线方程为Y=0.064 6X+0.006 3（R2=0.999）。样品检测方法：将酸解液样品适当稀释，使糖浓度为0.1～1.0 mg/mL；取稀释后的样品溶液1.0 mL 置于15 mL试管中，加入DNS 试剂2.0 mL，沸水煮沸5 min，冷却后用去离子水补足15.0 mL，在540 nm 波长下测定吸光度。根据葡萄糖浓度的标准曲线，计算出样品总还原糖含量。

1.3.3 数据统计与分析。

应用SPSS 21.0统计软件对试验数据进行统计分析，数据间的比较采用Duncan模型进行差异显著性分析，P＜0.05表示差异显著，同时使用该软件中皮尔逊相关系数确定各因素间相关性；应用XLSTAT软件对各影响因素进行主成分分析（principal component analysis，PCA）和聚类分析。使用SPSS 21.0统计软件进行正交试验设计及方差分析，使用Excel软件进行数据计算。