Introduction
随着人口增长和经济扩张，到2050年，全球人口预计将达到90亿至100亿，相应的肉类需求预计将达到4.55亿吨。然而，许多发展中国家没有足够的土地和粮食资源来发展畜牧业，导致动物蛋白资源短缺。与此同时，与肉类生产相关的环境问题、食品安全问题、健康、可持续性和动物福利使植物性饮食在素食者中更受欢迎，微生物蛋白，尤其是比动物蛋白更具生产力和生物效率的微生物蛋白，为缓解人类和地球面临的健康危机提供了一条有前景的途径。真菌固态发酵的使用可以将植物蛋白质转化为真菌蛋白质，从而提高蛋白质质量和氨基酸的种类和含量。大米蛋白渣（RPR）和玉米胚芽粕（CGM）是工业副产品，通常用作动物饲料，经济效益低。
浙江工业大学孙培龙教授课题组研究粮食蛋白渣资源化利用的新方法（图1），利用食用菌进行粮食渣固态发酵，选择适合RPR和CGM发酵的菌株，并通过单因素实验和响应面法优化谷物蛋白渣发酵的工艺参数。发酵后，100克RPR/CGM可以获得73.34克蛋白质，是初始蛋白质含量（56.96克）的1.28倍。此外，本研究还探讨了其营养价值（必需氨基酸、必需氨基酸指数、氨基酸评分、氨基酸比值系数评分、营养指数、蛋白质效率比）和理化性质（保水能力、吸油能力、乳化能力和乳化稳定性），旨在为粮食资源的综合利用和发酵谷物蛋白渣产品的开发提供技术支持。
图1 食用菌固态发酵谷物蛋白渣过程
Results and Discussion
谷物蛋白渣发酵条件优化
在微生物发酵中，需要综合考虑氮源、碳源、发酵时间、含水量等各种培养条件对目标产物合成的影响。这些因素在决定细胞生理特性和特定产品的生产中起着至关重要的作用。如图2 所示，5种食用菌中平菇菌发酵获得的蛋白最多；50克装载量条件下，发酵效率最高；随着发酵时间的增加，蛋白含量先快速增加后缓慢增加，在发酵6d时，蛋白含量增速变缓，发酵15d蛋白质含量最高；RPR和CGM比例为4:1时，发酵效率最高；初始水分含量保持在80%至120%范围内，蛋白含量较高，而水分过多则会限制氧气供应，阻碍菌丝的延伸，并增加细菌污染的风险，本研究选择1:0.8的固液比作为发酵过程的最佳初始水分条件。
如图3所示，使用Design Expert软件版本13进行分析和优化后，通过蛋白质残渣发酵最大化蛋白质产量的理想条件被确定为发酵时间为14.5天，固液比为1:0.8，装载质量为65.59克，预测蛋白质含量值为74.30%。
图2 发酵谷物蛋白渣单因素实验结果
图3 响应面法优化食用菌固态发酵大米蛋白/玉米胚芽粕的结果
发酵谷物蛋白渣营养价值评价
氨基酸组成作为蛋白质的基本成分，是人类和动物饮食中蛋白质营养价值的重要属性。不同谷物蛋白质残基的氨基酸含量和营养价值如表1所示。总氨基酸含量顺序为FPR（578.66mg/g）>SPR（526.06mg/g）>PRBF（512.63mg/g）。我们对蛋白质残基氨基酸组成的分析表明，Glu的含量最高，其次是Asp和Leu，而硫代氨基酸（Met+Cys）和His的比例最低。
AAS值（表1）被用作衡量人类营养中蛋白质质量的指标。结果表明，赖氨酸是第一个限制性氨基酸。经氨基酸评分计算，发酵前蛋白质残渣中的氨基酸不符合世界卫生组织、粮农组织和联合国大学标准模型的要求（>100%）。发酵后蛋白质残基的Phe和Tyr氨基酸评分大于100%，表明蛋白质完全。此外，Thr、Val和His均超过80%，表明发酵后蛋白质残基的氨基酸含量和组合能够满足人体的需求，人体的吸收和利用率很高。
表1 发酵谷物蛋白渣营养价值评价
发酵谷物蛋白渣理化性质评估
表2显示了发酵前后蛋白质残留的持水性（WHC），与未发酵的蛋白质残留物相比，发酵蛋白质残留物的WHC下降了22.35%。WHC取决于亲水性氨基酸侧链与水相互作用的可及性和可用性；WHC的减少可能是由于在发酵过程中与水分子结合的亲水基团减少。发酵前后蛋白质残基之间持油性（OHC）的显著差异。与未发酵形式相比，发酵蛋白残留物的OHC降低了30.86%；这可能是由于通过蛋白质水解活性暴露的疏水基团比亲水基团少。
发酵处理后的蛋白质残留物显示乳化性（EC）增加了3.5%，但乳液稳定性（ES）减少了。人们注意到侧耳菌丝体蛋白质的溶解度差，这会损害起泡能力和乳液稳定性。发酵蛋白残渣的ES下降（41.23%）可能与食用菌菌丝体的低溶解度有关。
表2 发酵前后谷物蛋白残渣的理化性质分析
Conclusion
本研究利用响应面法优化了大米蛋白渣和玉米胚芽粕的固态发酵条件。确定的最佳条件包括发酵时间为14.5天，固液比为1:0.8，底物装载量为65.59克。在这些参数下发酵，蛋白质含量达到每100克干蛋白残渣73.34克，与预测值相差1.29%，表明实验数据和理论数据之间非常接近。该研究得出的模型有效地优化了大米蛋白渣和玉米胚芽粕的固态发酵过程。此外，还研究了发酵蛋白残留物的营养价值和理化性质，注意到与发酵前水平相比，氨基酸含量和乳化能力相对增加，并评估了其在肉类产品配方中的初步应用。
作者简介
第一作者
李杨，女，硕士，浙工大生态工业创新研究院，未来食药技术创新研究中心职员。主要致力于食用菌固态发酵的研究。以第一作者在Food research international，沈阳农业大学学报等国内外高水平期刊发表论文两篇。邮箱：2197272053@qq.com。
通讯作者
王舰，男，博士，浙江工业大学校聘副教授。主要致力于蛋白与多糖等生物大分子之间相互作用及生物活性分子包埋释放应用的研究。主持浙江省自然科学基金与参与浙江重点研发项目，并作为项目成员参与由法国主导的PHC(Hubert Curien Partnerships)项目3项。多次参加国际学术会议，作会议口头报告及海报汇报。近五年以第一作者或通讯作者在Trends in Food Science & Technology, Food Hydrocolloids, Food Chemistry, International Journal of Biological Macromolecules, 食品与发酵工业等国内外高水平期刊发表论文十余篇。邮箱：wangjian1926@zjut.edu.cn。
孙培龙，博士，二级教授，博士生导师。现任浙工大生态工业创新研究院院长，为浙江省首批重点创新团队食用菌行业创新团队带头人，浙江省151人才。研究方向为食品化学与资源利用，主要从事大分子多糖的分离纯化、性质、功能及构效关系的研究，重点进行食用菌功能性提取物及其在保健食品中的应用研究。承担完成国家级、省部级科研项目30余项，获省部级科技进步奖一等奖2项，二等奖1项，三等奖5项，发表SCI论文130余篇，授权国家发明专利60余件，国际发明专利3件，出版教材或专著6部，培养食品科学及生物工程相关领域硕博士研究生160余名。
论文网址：https://www.sciopen.com/article/10.26599/FMH.2025.942.0047