茯苓（Wolfiporia cocos）固态发酵改性麦麸：生物活性释放增强、抗营养因子削减与体外消化特性改善

《Foods》：Modification of Wheat Bran by Solid-State Fermentation with Wolfiporia cocos: Enhanced Bioactive Release, Reduced Anti-Nutritional Factors, and Improved In Vitro Digestion Properties

　　

为提升麦麸的综合利用价值，研究人员采用茯苓（Wolfiporia cocos）进行固态发酵（solid-state fermentation，SSF）生物改性。通过单因素试验与响应面法优化发酵条件，最优参数为接种量5.20%、固液比1:2.35、28 °C发酵17天，获得铁还原抗氧化能力（ferric reducing antioxidant power，FRAP）值为115.20 μmol/g。随后比较了未发酵麦麸（control group，CG）与发酵麦麸（fermented wheat bran，FWB）在基本组成、植酸（phytic acid）、总酚（total phenolics）、黄酮（flavonoids）、三萜类化合物（triterpenoids）及体外模拟消化特性上的差异。发酵后，粗蛋白含量提高16.0%，水溶性膳食纤维含量提高102.6%，而植酸含量降低18.0%。总酚、黄酮和三萜类化合物的可提取含量分别增加40.53%、188.55%和28.86%。体外消化结果表明，FWB在肠道阶段比CG释放了更多营养物质和生物活性化合物，蛋白质消化率从55.5%提高到74.2%。消化液的抗氧化能力亦得到增强。相关性分析提示这种增强与酚类物质和黄酮的释放相关；然而，该关系应视为探索性结果，需进一步确认。总之，茯苓发酵改善了麦麸的营养组成，降低了抗营养因子含量，并促进了活性物质的释放，支持麦麸作为功能性食品配料的增值利用，并有助于这一低价值制粉副产物的循环利用。

麦麸（wheat bran，WB）是小麦制粉的主要副产物，占麦粒质量的15%–20%，富含膳食纤维、酚酸和类黄酮等活性成分，但植酸等抗营养因子限制了其营养利用。固态发酵（solid-state fermentation，SSF）被证明可改善谷物副产物的营养品质，而茯苓（Wolfiporia cocos）作为药食两用真菌，具有安全性好、可分泌木质纤维素酶系和合成三萜类化合物的特点。研究人员推测，茯苓SSF能通过酶解释放细胞壁结合态活性物质、降解植酸并从头合成三萜，从而提升麦麸附加值。该研究采用响应面法优化发酵条件，并系统比较了发酵前后麦麸的基本组成、抗营养因子、生物活性物质及体外消化特性。

研究人员以山西农业大学山西功能食品研究院提供的茯苓菌株（编号sxgny2018002）为发酵菌，以安徽淮南产普通小麦麦麸为原料。采用完全随机设计和Box-Behnken响应面法优化接种量、固液比、温度和发酵时间。使用凯氏定氮法、索氏抽提法、比色法等测定基本组成；以Folin-Ciocalteu法、硝酸铝-醋酸钾法、香草醛-冰醋酸-高氯酸法分别测定总酚、黄酮和三萜类化合物；利用试剂盒测定植酸和膳食纤维；采用INFOGEST 2.0三段静态体外消化模型评价蛋白质消化率和活性物质释放；以DPPH、FRAP和总还原力评价抗氧化活性；同时检测霉菌毒素和微生物指标。

3.1 固态发酵工艺优化结果：通过单因素试验筛选出接种量、固液比和发酵时间三个显著影响因素，随后采用Box-Behnken响应面优化，得到最优工艺为接种量5.20%、固液比1:2.35、28 °C发酵17天。验证实验的FRAP值为115.20 μmol/g，与预测值偏差仅0.44%，较未发酵原料（69.09 μmol/g）高66.7%。模型方差分析显示回归显著（p=0.0054），失拟不显著（p=0.8518），R²=0.9141。

3.2 抗氧化活性：经三种抗氧化方法测定，发酵后DPPH自由基清除率由37.00%升至58.96%（+59.35%），FRAP值由69.09 μmol/g升至115.20 μmol/g（+66.71%），总还原力由6.08 μmol/g升至58.20 μmol/g（约9.57倍），表明茯苓SSF显著增强了麦麸的抗氧化活性。

3.3 基本组成：发酵后粗蛋白含量从195.22 mg/g DW增加至226.54 mg/g DW（+16.0%），粗灰分从42.33 mg/g DW增加至52.22 mg/g DW（+23.4%），水溶性膳食纤维从43.20 mg/g DW增加至87.53 mg/g DW（+102.6%），纤维素无显著变化，粗脂肪从2.43 mg/g DW降至1.95 mg/g DW。水溶性膳食纤维的显著增加主要源于茯苓分泌的纤维素酶和木聚糖酶对半纤维素的选择性水解。

3.4 抗营养因子：植酸含量从8.72 μmol/g DW降至7.15 μmol/g DW，相对降低18.0%，但该变化未达到统计学显著水平，应视为下降趋势。研究人员认为，这一减少可能来自茯苓产生的植酸酶。

3.5 生物活性化合物：发酵后三萜类化合物含量从7.00 mg OAE/g DW升至9.02 mg OAE/g DW（+28.86%），总酚从12.41 mg GAE/g DW升至17.44 mg GAE/g DW（+40.53%），黄酮从1.31 mg RE/g DW升至3.78 mg RE/g DW（+188.55%）。三萜增加主要归因于茯苓自身合成，而总酚和黄酮的增加与细胞壁中结合态物质的酶解释放有关。

3.6 霉菌毒素污染：发酵后脱氧雪腐镰刀菌烯醇（deoxynivalenol，DON）从4.96 μg/kg降至2.20 μg/kg，赭曲霉毒素A（ochratoxin A，OTA）从25.06 μg/kg降至21.93 μg/kg，黄曲霉毒素B1（aflatoxin B1，AFB1）从8.10 μg/kg降至7.33 μg/kg；玉米赤霉烯酮（zearalenone，ZEN）未检出。虽然多数毒素下降，但初始OTA和AFB1超出欧盟限量，发酵后仍超标。总细菌数从1.1×10⁵ CFU/g降至2×10⁴ CFU/g，总霉菌数从3×10⁴ CFU/g降至1×10⁴ CFU/g。可见茯苓SSF不会引入新的霉菌毒素风险，但对超标原料仍需额外的脱毒步骤。

3.7 体外消化模拟：在INFOGEST静态体外消化中，发酵后蛋白质消化率由55.5%提高到74.2%。在肠道阶段，总酚释放量较原料增加389%，黄酮增加93%，三萜增加36%。消化液总抗氧化能力由98.11 μmol/g升至164.65 μmol/g。Pearson相关分析显示，总酚和黄酮释放与总抗氧化能力呈显著正相关（r值范围分别0.959–0.974和0.850–0.973，p<0.05或p<0.01），但该分析样本量小（n=6），属探索性结果。

讨论部分总结，研究人员认为茯苓SSF改性麦麸的机制是多种生物过程协同：细胞壁多糖酶解促使结合态酚类和黄酮释放；植酸酶降解植酸；自身代谢合成三萜类化合物。与黑曲霉、米根霉、酵母和乳酸菌等常规菌株相比，茯苓的优势在于同时获得膳食纤维增溶、抗营养因子减少、三萜等活性物质富集和蛋白质消化率提高，而非单一指标最优。研究存在发酵周期长、未测定干物质回收率、比色法为总当量测定且未进行化合物级鉴定、缺乏细胞/动物验证等局限性，未来需通过HPLC/LC-MS、Caco-2细胞模型、体内实验及工艺优化加以改进。总之，茯苓固态发酵改变了麦麸的化学特性，提高了粗蛋白和水溶性膳食纤维含量，表现出降低植酸的趋势，增强了酚类、黄酮和三萜类化合物的释放，并提高了体外蛋白质消化率和生物活性物质释放。因此，该技术为麦麸从低价值制粉副产物转化为功能性食品配料提供了可行途径，有助于实现麦麸的循环利用。