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《食品科学》:河北师范大学王立安教授等:利用灵芝发酵生产糙米灵芝菌粮
添加时间:2025-08-04

  米乐(MILE)-官方首页稻谷脱壳成糙米,其富含蛋白质、碳水化合物、脂肪、B族维生素等营养成分,尤其是膳食纤维。糙米中含量丰富的非淀粉多糖(NSP)是膳食纤维中的重要组成部分,具有降低胆固醇、降血糖、调节肠道菌群等生理作用,对人体健康具有重要影响。然而,糙米虽营养丰富,但其粗纤维含量多、结构致密,直接蒸煮时水分难进入胚乳,淀粉难以糊化,导致其适口性与消化性不佳。

  利用食用菌对谷物进行固态发酵制成菌粮,能有效提升全谷物的营养特性与理化特性,具有广阔的应用前景。灵芝(

  Ganoderma lucidum)作为食药用菌,含有丰富的灵芝多糖、酶类、三萜类、甾醇、生物碱、灵芝酸以及铁、硒、锗等多种矿物质元素,具有抗肿瘤、抗糖尿病、抗氧化、抑菌、保肝等作用。利用灵芝发酵制备灵芝菌粮能够切实提高菌粮的营养价值,并提升其功能活性物质含量,满足人们对健康食品的需求,对发展壮大食用菌产业具有重要推动作用。在众多灵芝菌粮产品中,糙米灵芝菌粮(BRFG)具有独特的开发潜力。

  石家庄学院化工学院的顾丹丹和河北师范大学生命科学学院的董雪、王立安*等人采用灵芝菌丝对糙米进行发酵,通过单因素试验和正交试验优化菌粮固态发酵工艺,分析菌粮的营养成分及理化特性,并进一步研发糙米灵芝即食米稀产品,旨在为改善糙米营养品质、优化口感,同时提升其加工产品品质提供理论支撑。

《食品科学》:河北师范大学王立安教授等:利用灵芝发酵生产糙米灵芝菌粮(图1)

  如图1A所示,料液比在1∶0.7~1∶0.9时,BRFG的粗纤维质量分数从1.80%降至1.23%,NSP相对含量从8.52%升至9.28%。料液比在1∶0.9~1∶1.1时,粗纤维质量分数从1.23%升至1.93%,NSP相对含量从9.28%降至8.70%。当料液比为1∶0.9时,BRFG的粗纤维含量最低,NSP含量最高。在发酵体系里,糙米作为灵芝菌丝生长的基质,当含水量不足时,灵芝菌丝会因缺水而生长缓慢;而含水量过高时,基质变得紧实、透气性差,致使氧气供应不足,抑制菌丝呼吸和代谢过程,均会降低其对糙米粗纤维的分解及NSP的转化能力。

  P<0.05)。当pH 7.0~8.0时,粗纤维质量分数从1.23%升至1.76%,NSP相对含量从9.28%降至8.50%。基质起始pH值为7.0时,BRFG粗纤维质量分数最低(1.23%)、NSP相对含量最高(9.28%),该pH值处于灵芝菌丝生长的适宜pH值范围内,此时菌丝长速快、酶活性强,对粗纤维分解与NSP转化能力最强。pH值高于或低于7.0,灵芝菌丝的酶活性降低,从而影响菌丝的生长及转化能力。

  如图1C所示,接种量为1~3 块时,粗纤维质量分数从1.89%降至1.31%,当接种量为4 块时,粗纤维质量分数达最低值(1.25%),而接种量超4 块后,粗纤维含量变化趋于平缓,表明适宜接种量能为菌丝提供充足生长空间与营养,进而增强其分解粗纤维的能力。NSP相对含量先增加后趋于平缓,接种量为4 块时其相对含量最高,达到9.33%,这可能是菌丝在适宜条件下生长旺盛,从而提高了对NSP的转化能力所致。

  如图1D所示,菌丝长满培养基后发酵时间在5~15 d时,BRFG粗纤维质量分数从1.62%降至1.23%,NSP相对含量从8.32%升至9.28%;在15~25 d时,粗纤维质量分数从1.23%升至2.01%,NSP相对含量从9.28%降至8.09%,可能是由于随发酵时间延长菌丝代谢逐渐增强,对粗纤维分解和NSP转化的能力逐渐增强,但发酵时间过长会使得菌丝老化加快,衰老菌丝积累,分解能力减弱,导致粗纤维含量逐渐增多。此外,在发酵后期菌丝生长变缓、NSP转化能力降低,部分NSP在菌丝生长过程中被消耗,导致其含量下降;在发酵15 d时,菌丝生长代谢最旺盛,分解转化能力最强,此时粗纤维含量最低、NSP含量最高。

  如表2所示,不同正交试验组中BRFG的粗纤维和NSP含量差异显著。极差(

  R值)分析结果表明,粗纤维含量的影响因素排序为D发酵时间>C接种量>B起始pH值>A料液比,NSP含量影响因素排序为D发酵时间>C接种量>B起始pH值=A料液比,可见菌丝长满培养基后的发酵时间对二者含量影响最大,这可能是因为发酵时间影响菌丝的生长代谢活动,从而影响糙米中营养成分的转化。基质起始pH值和料液比对二者含量的影响较小,可能由于所选的3 个pH值水平和料液比为灵芝适宜生长的范围,在此范围内对灵芝菌丝的生长过程影响不大,进而对这两种成分的含量影响较小。K值结果分析表明,粗纤维含量最低的组合为A2B2C3D1 ,NSP含量最高的组合为A2B2C1D2 。正交试验分析结果表明,粗纤维质量分数最低(1.05%)和NSP相对含量最高(9.34%)的组合均为A2B2C3D1 。分别对A2B2C3D1 和A2B2C1D2 两种工艺进行验证,结果表明,A2B2C3D1 条件下菌粮的粗纤维质量分数为(1.07±0.08)%、NSP相对含量为(9.36±0.13)%,A2B2C1D2 条件下菌粮的粗纤维质量分数为(1.25±0.12)%、NSP相对含量为(9.33±0.13)%,两种工艺条件下的结果相似,但A2B2C3D1 条件下的发酵时间较短,大幅缩短了生产周期,因此,A2B2C3D1 为BRFG的最佳制备工艺,即料液比1∶0.9、起始pH 7.0、接种量5 块、发酵时间10 d。

《食品科学》:河北师范大学王立安教授等:利用灵芝发酵生产糙米灵芝菌粮(图2)

  如表3所示,与未发酵糙米相比,BRFG中的蛋白质量分数提高至10.40%,这可能是在发酵过程中灵芝菌丝体将大分子蛋白质降解为多肽类物质和氨基酸等小分子物质,灵芝菌丝体可以利用分解后的氨基酸合成新的蛋白质,使蛋白质含量升高。与未发酵糙米相比,BRFG中的脂肪质量分数降低至2.50%,碳水化合物含量变化不明显(

  P>0.05);SDF质量分数显著提高至2.14%,IDF质量分数显著降低至5.51%,TDF质量分数变化不明显,其原因可能是在灵芝菌丝体发酵糙米的过程中,菌丝体的生长代谢消耗了糙米中的部分脂肪,脂肪可能被灵芝菌丝体作为能量来源进行分解利用,以支持其自身的生长、繁殖和代谢活动。而膳食纤维的变化可能是由于灵芝菌丝中分泌的纤维素酶、木质素酶等酶类,将部分IDF分解为SDF。SDF具有多种健康益处,如调节肠道菌群、减少胆固醇吸收、延缓碳水化合物的吸收从而控制血糖上升速度等。虽然TDF含量不变,但膳食纤维的组成发生了变化,这可能会使BRFG在肠道健康方面展现出不同的功效特性,对人体健康产生更积极的影响。

《食品科学》:河北师范大学王立安教授等:利用灵芝发酵生产糙米灵芝菌粮(图3)

  如图2所示,未发酵糙米表面可见流畅的致密结构,表面少量褶皱,淀粉颗粒多为圆形,饱满圆润,多个淀粉颗粒聚集在一起形成大的淀粉粒团。BRFG表面致密结构遭到明显破坏,其破碎化程度和褶皱显著增加,表面变得粗糙不平,出现许多随机分布的小型孔洞。淀粉颗粒变形明显,部分颗粒失去了原本饱满圆润的外观,呈现出干瘪、扭曲等不规则形状,淀粉颗粒数量也比未发酵时明显减少。在灵芝发酵糙米的过程中,灵芝分泌的淀粉酶、纤维素酶以及蛋白酶等将糙米中的淀粉、纤维素、蛋白质等分解,打破其稳定连接结构从而使整体致密结构松散,表面褶皱增多,形成孔洞结构;淀粉颗粒的减少变形主要因为淀粉酶将其水解为小分子糖类被灵芝菌丝作为碳源利用。营养成分的改变可能是微观结构变化的内在原因,通过自身的代谢活动以及分泌的各类酶对糙米中的营养物质进行分解与转化,在此过程中,糙米原本的微观结构被重塑,从表面致密、结构稳定转变为表面粗糙、孔洞增多且结构松散。糙米微观结构的改变又为其营养成分转化利用创造了有利条件,糙米表面的孔洞及松散结构增大了酶与底物接触面积,加速了营养成分分解转化。灵芝菌丝的固态发酵不仅显著提升了BRFG的营养价值,使其在蛋白质、膳食纤维等关键营养成分上更具优势,还可能改变了其加工特性,为BRFG在食品与健康领域的应用提供新思路。

《食品科学》:河北师范大学王立安教授等:利用灵芝发酵生产糙米灵芝菌粮(图4)

  糙米在经过灵芝发酵之后,其表面会被洁白且浓密的菌丝包裹,当进行烘干处理后,糙米的颜色会变成焦黄色(图3)。与高温高压处理的未发酵糙米相比,BRFG的色度变暗,未发酵糙米破碎1 min的细颗粒和稻米糠等物质(粒径>0.6 mm)占5.7%,在相同破碎时间下得到的BRFG粉质更为细腻,细颗粒和稻米糠等物质(粒径>0.6 mm)占3.9%。目前,BRFG的制备工艺已从600 mL锥形瓶放大至1 000 mL培养袋,为工厂化生产提供了基础。经灵芝发酵的糙米所制菌粮粉易粉碎、米糠少、质地细腻且风味独特,展现出BRFG的产业应用价值,后续可深入研究推动其产业发展。

《食品科学》:河北师范大学王立安教授等:利用灵芝发酵生产糙米灵芝菌粮(图5)

  如表4所示,与发酵前相比,BRFG的持水力、持油力和膨胀力均显著提高,持水力为发酵前的1.52 倍,可能由于灵芝发酵后使得糙米中部分IDF转化为SDF,BRFG中的亲水分子含量增加,亲水性基团暴露在分子表面,能够更有效地捕捉和结合周围的水分子,从而显著提高了BRFG的持水能力;对不饱和脂肪酸与饱和脂肪酸的吸附能力分别为发酵前的1.43、1.74 倍,可能由于灵芝菌丝分泌的纤维素酶等将糙米表面的致密结构破坏,产生大量褶皱和孔洞,增加了比表面积,与油作用的面积增加,对油脂的吸附能力增加;BRFG吸附水分子和油脂的能力均增加,使得进入BRFG内部的水分子和油脂均大幅增多,表现为BRFG的膨胀力为发酵前的2.16 倍。灵芝发酵促使糙米的营养成分与微观结构发生改变,显著提升了BRFG的持水力、持油力和膨胀力。这些特性为BRFG在食品与健康领域的应用拓展了广阔空间。在食品加工中,BRFG出色的持水作用可有效锁水,防止食品快速干燥,延长其保质期。凭借良好的膨胀力,BRFG在加工时可塑性更强,能优化食品的口感与质地,让食品更加美味可口。而在油脂含量较高的食品中加入BRFG,它能充分发挥持油力优势,吸附部分油脂,降低食品的脂肪含量,契合消费者对健康饮食的追求。

《食品科学》:河北师范大学王立安教授等:利用灵芝发酵生产糙米灵芝菌粮(图6)

  如表5所示,BRFG在pH 2.0和pH 7.0条件下胆固醇的吸附率分别为发酵前的2.59 倍和1.96 倍,说明在体外模拟胃和小肠的环境下BRFG对胆固醇的吸附率均大幅提升。由于BRFG中SDF增加,能够更有效地吸附胆固醇,这意味着在人体消化道中,它可以减少胆固醇与肠道吸收细胞的接触机会,进而降低胆固醇在消化道的吸收效率。同时,吸附了胆固醇的BRFG会随着粪便排出体外,促进胆固醇在体内的排泄。这说明BRFG有助于降低人体血液中的胆固醇水平,对预防和改善高血脂等相关疾病具有积极意义,展现出BRFG在降血脂方面的应用潜力。

《食品科学》:河北师范大学王立安教授等:利用灵芝发酵生产糙米灵芝菌粮(图7)

  如表5所示,与未经发酵糙米相比,BRFG的DPPH自由基、羟自由基、超氧阴离子自由基清除率以及总抗氧化活性均有显著提升,分别增加了35.56%、8.22%、94.07%和19.49%,其中超氧阴离子自由基清除能力提升最显著。这表明相较于未经发酵的糙米,经过灵芝发酵后的BRFG在抵御自由基氧化损伤方面具有更强的能力。BRFG抗氧化活性增强可能有两个原因:首先,BRFG中富含的灵芝菌丝体是其抗氧化能力的重要来源。灵芝菌丝体中蕴含灵芝多糖、三萜类化合物、甾醇、生物碱等多种具有抗氧化作用的成分。这些成分可以通过直接捕获自由基、抑制自由基的产生、调节抗氧化酶的活性等多种方式发挥抗氧化功效,特别是在清除超氧阴离子自由基方面,灵芝菌丝体表现出了尤为突出的活性,这直接导致了BRFG抗氧化能力的显著提高。其次,灵芝菌丝在发酵过程中对糙米营养成分的分解与转化,进一步强化了BRFG的抗氧化潜力。在发酵过程中,糙米中的膳食纤维、蛋白质等大分子物质被灵芝菌丝分解,这一过程可能产生新的具有抗氧化活性的小分子物质,如多糖或酚类化合物等,这一转化过程进一步增强了BRFG的抗氧化潜力。自由基在人体内会引发氧化应激反应,与多种疾病的发生发展密切相关,如衰老、心血管疾病、癌症等。BRFG较高的自由基清除率意味着它能够更有效地减少自由基对人体细胞和组织的损害,从而在预防和改善这些疾病方面发挥积极作用。

  以BRFG、白砂糖、糯米粉、全脂奶粉、小米粉为原料,综合米稀的形态和冲调效果,获得糙米灵芝即食米稀制作的适宜配方:BRFG 20 g、白砂糖8 g、糯米粉25 g、全脂奶粉15 g、小米粉55 g。该配方制备的粉状米稀颜色白中透红,存在少量肉眼可见的麸质;冲调后米稀糊状性质良好,偶有微量或少量结块,但不影响食用(图4)。该配方符合大众口味,冲调好的糙米灵芝米稀口感香甜、香气扑鼻,后续可通过研制无蔗糖配方糙米灵芝即食米稀,为减肥人士和糖尿病患者等提供更多的食品选择。

  探讨灵芝菌粮产品的安全性(重金属、农药残留等)需关注其栽培过程。灵芝等食药用菌易富集重金属。传统栽培常用木屑、秸秆等农业边角料,其可能含重金属残留,灵芝生长时会大量吸收,导致产品重金属超标。此外,食用菌生长环境特殊,易滋生病虫害,因此,栽培过程中合理施用农药防治病虫害对保障食用菌产量和质量至关重要,但是这也可能引发农药残留问题,给食品安全与生态环境带来潜在威胁。本研究所研发的灵芝菌粮产品以糙米为灵芝生长的培养基质,弃用农业废弃物,切断重金属富集途径。在病虫害防治上,通过灵芝菌丝发酵糙米制备菌粮,利用自身微生态抑制病虫害,可有效杜绝农药残留问题,满足安全性要求,为市场推广应用奠定基础。

  2023年,国家卫生健康委会同国家市场监督管理总局印发《关于党参等9种新增按照传统既是食品又是中药材的物质公告》(2023年第9号),将灵芝纳入按照传统既是食品又是中药材的物质目录。灵芝与粮食的结合是对新型食品资源的积极探索,有助于丰富食物供给品种,满足人民群众多元化的食物消费需求。灵芝菌丝具备增强免疫力、调节血糖、控制血压、保肝护肝等保健功效。本研究制备的BRFG具有更高的营养价值和功能特性,制备的糙米灵芝即食米稀兼顾营养与健康需求,契合大健康产业趋势,具有较好的市场前景。

  本研究以灵芝菌丝对糙米进行固态发酵,通过单因素试验和正交试验优化发酵工艺确定最佳工艺条件为料液比1∶0.9、起始pH 7.0、接种量5 块、发酵10 d,此时BRFG的粗纤维质量分数为1.05%、NSP相对含量为9.34%。与未发酵糙米相比,BRFG中蛋白质量分数增加至10.40%,脂肪质量分数降低至2.50%,SDF质量分数显著提高至2.14%。理化特性方面,BRFG的持水力、持油力、膨胀力和胆固醇吸附能力均显著提升,DPPH自由基、羟自由基、超氧阴离子自由基清除率以及总抗氧化活性方面均显著增强。菌粮营养丰富,理化性质良好,可用于制作糙米灵芝米稀等多品类食物,通过不同种食物的工艺优化,可获得外观口感俱佳的保健食品。BRFG具有更好的营养品质和功能特性,本研究可为其在食品领域的应用提供有力支持,也可为后续深入研究和产业开发奠定基础。

  本文《利用灵芝发酵生产糙米灵芝菌粮》来源于《食品科学》2025年46卷第12期148-155页,作者:顾丹丹,董雪,张金秀,吕建华,李壮,祁永浩,王立安*。DOI:10.7506/spkx1209-069。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

  实习编辑:普怡然;责任编辑:张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网

《食品科学》:河北师范大学王立安教授等:利用灵芝发酵生产糙米灵芝菌粮(图8)

  为了帮助食品及生物学科科技人员掌握英文科技论文的撰写技巧、提高SCI期刊收录的命中率,综合提升我国食品及生物学科科技人员的高质量科技论文写作能力。《食品科学》编辑部拟定于2025年8月7-8日在 中国 湖南 长沙 举办“第12届食品与生物学科高水平SCI论文撰写与投稿技巧研修班”,为期两天。

  为贯彻落实《中共中央国务院关于全面推进美丽中国建设的意见》《关于建设美丽中国先行区的实施意见》和“健康中国2030”国家战略,全面加强农业农村生态环境保护,推进美丽乡村建设,加快农产品加工与储运产业发展,实现食品产业在生产方式、技术创新、环境保护等方面的全面升级。由 中国工程院(环境与轻纺工程学部) 主办, 湖南省农业科学院、北京食品科学研究院、岳麓山工业创新中心承办,国际食品科技联盟(IUFoST)、国际谷物科技协会(ICC)、湖南省食品科学技术学会、洞庭实验室、湖南省农产品加工与质量安全研究所、中国食品杂志社 、中国工程科技发展战略湖南研究院 、湖南大学、湖南农业大学、中南林业科技大学、长沙理工大学、湘潭大学、湖南中医药大学、新疆维吾尔自治区农业科学院协办的“2025年中国工程院工程科技学术研讨会—推进美丽乡村建设-加快农产品加工与储运产业发展暨第十二届食品科学国际年会”,将于2025年8月8-10日在中国 湖南 长沙召开。

  为进一步促进动物源食品科学理论的完善与创新,加速科研成果向实际生产力的转化,助力产业实现高质量、可持续发展,由北京食品科学研究院、中国肉类食品综合研究中心、中国食品杂志社将与江西农业大学、江西科技师范大学、南昌师范学院、家禽遗传改良江西省重点实验室共同举办的“2025年动物源食品科学与人类健康国际研讨会”,将于2025年10月25-26日在中国 江西 南昌召开。

  北京食品科学研究院、中国食品杂志社和全国糖酒会组委会将于2025年10月16-18日在江苏省南京市南京国际博览中心举办第113 届全国糖酒会食品科技成果交流会。食品科技成果交流会期间举办食品科技成果展,本届科技成果展以我国当前食品产业科技需求为导向,重点邀请“十四五”以来获得国家和省部级重要科研项目支持产出的食品科技新成果、新技术、新产品参展,并针对企业技术需要开展精准对接服务。