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谷物食品是人类最重要的主食和膳食营养的来源。已有研究表明谷物是较好的丝状真菌固态发酵培养基，固态发酵是有效的提高谷物营养价值和抗氧化性的手段。巴西蘑菇(Agaricus blazei)和双孢蘑菇(Agaricus bisporus)隶属于蘑菇属，不仅具有很高的营养价值，还有一定的保健功效。目前关于巴西蘑菇和双孢蘑菇的研究主要围绕栽培及其子实体，尚未发现将这两种菌接种于整粒的谷物培养基上进行固态发酵，并较全面地分析评价发酵产物的主要营养成分、多酚、酚酸化合物、麦角固醇及抗氧化性变化的文献报道。本论文选取小麦、大米、玉米、小米、糜米和燕麦等6种山西省常见的禾本科谷物为培养基进行了巴西蘑菇和双孢蘑菇的固态发酵研究，初步分析了这两种菌固态发酵对谷物碳水化合物含量、蛋白质质量、麦角固醇含量和多酚(包括游离态多酚、结合态多酚和总多酚)含量的影响，并采用液相色谱-质谱联用(UPLC-MS)技术对小麦固态发酵产物的酚酸进行了分离鉴定；在此基础上，着重进行了旨在提高小麦游离态多酚含量的固态发酵条件的优化研究，并测定了小麦固态发酵产物的体外抗氧化性(包括DPPH?清除能力、还原力、O2-?清除能力和Fe2+螯合能力)；最后利用麦粒煮汁作为基础培养基进行了两种菌的液态发酵研究。主要研究结果如下：
1.分析了巴西蘑菇和双孢蘑菇固态发酵对小麦、大米、玉米、小米、糜米和燕麦碳水化合物含量、蛋白质质量、麦角固醇含量和多酚含量的影响，结果表明，与对照相比，谷物发酵产物的还原糖含量有了不同程度的提高，总糖和淀粉含量有了不同程度的降低；固态发酵过程中均能产生α-?淀粉酶、β-葡糖苷酶和纤维素酶；除双孢蘑菇小麦发酵产物外，其余谷物发酵产物的粗蛋白和水溶性蛋白含量均得到了不同程度的提高；根据蛋白质的氨基酸评分、必需氨基酸指数、营养指数以及与鸡蛋蛋白之间的贴近度分析结果，表明除大米和巴西蘑菇发酵的糜米外，其余谷物经固态发酵后，蛋白质质量得到了不同程度的提高。未经发酵的谷物中均未检测到麦角固醇，双孢蘑菇发酵产物中的麦角固醇含量显著高于巴西蘑菇发酵产物(P＜0.05)，6种谷物的双孢蘑菇发酵产物中的麦角固醇含量分别为0.53、0.06、0.67、0.07、0.51和0.53mg/g，6种谷物的巴西蘑菇发酵产物中的麦角固醇含量分别为0.16、0.05、0.49、0.03、0.29和0.34mg/g。6种谷物的巴西蘑菇发酵产物中的总多酚(TPP)含量分别为3.21、0.07、0.94、4.03、2.44和0.60mgGAE/gDW，分别是其对照的1.93、1.08、1.38、3.87、11.61和1.73倍，6种谷物的双孢蘑菇发酵产物中的TPP含量分别为4.23、0.52、2.25、1.73、3.20和5.94mgGAE/gDW，分别为对照的2.54、7.99、3.26、1.66、15.25和16.98倍；与对照相比，谷物发酵产物中的游离态多酚(FPP)含量和TPP含量显著增加了，而结合态多酚(CPP)含量显著降低了(双孢蘑菇发酵的大米除外)(P＜0.05)。本实验结果说明巴西蘑菇和双孢蘑菇固态发酵可以显著提高小麦等6种谷物的营养价值、多酚含量(尤其是FPP含量)和麦角固醇含量。
2.采用液相色谱-质谱联用(UPLC-MS)技术分析了巴西蘑菇和双孢蘑菇小麦发酵产物的酚酸化合物。通过比较小麦发酵前后的酚酸分析结果，发现只有4-羟基苯甲醛同时存在于小麦及其发酵产物中，表明经两种菌固态发酵后，小麦的酚酸组成发生了较大改变；只有4-羟基苯甲酸和4-羟基苯甲醛同时存在于小麦发酵产物中，表明两种菌在小麦培养基上固态发酵期间的酚酸代谢有明显的区别。通过与两种菌子实体中的酚酸分析结果进行比较，发现在巴西蘑菇小麦发酵产物和子实体中只有4-羟基苯甲醛是相同的酚酸化合物，说明巴西蘑菇的酚酸代谢在小麦培养基上固态发酵期间与在子实体发育期间有较大差别；在双孢蘑菇小麦发酵产物和子实体中都有β-N-(γ-谷氨酰)-4-甲酰基苯肼、4-羟基苯甲醛和L-焦谷氨酰-L-亮氨酸，说明双孢蘑菇的酚酸代谢在子实体发育期间与在小麦培养基上的固态发酵期间有部分共同特征；合成伞菌氨酸(Agaritine)的前体物质——β-N-(γ-谷氨酰)-4-甲酰基苯肼是第一次从双孢蘑菇小麦发酵产物和两种菌的的子实体中分离获得。除了4-羟基苯甲酸和4-羟基苯甲醛之外，两种菌的小麦固态发酵产物中的其他16种酚酸化合物(即5-羟脯氨酰-L-谷氨酸、4-甲氧基异酞酸、放线菌光素、8-羟基-6-甲氧基-1-氧代-1H-异色烯-3-羧酸、2-氧代-1,2-二氢喹啉-3-羧酸、吲哚-2-羧酸、4-(2,2-二甲基-5-丁内酯基)-2-羟基-3-烯戊酸、4,4-二甲酸二苯甲酮、联苯二甲酸、β-N-(γ-谷氨酰)-4-甲酰基苯肼、plus-acromelicacidc、尿嘧啶-5-乙酸、2-羟基-5-甲酰基苯甲酸、4-甲基磺酰基苯甲酸、7-羟基-5-甲氧基-2-氧代-2H-色烯-3,6-二羧酸、L-焦谷氨酰-L-亮氨酸)均是第一次从蘑菇类(包括发酵产物)样品中分离获得。
3.以小麦发酵产物的FPP含量为指标，采用单因素试验和响应面试验对巴西蘑菇和双孢蘑菇的小麦培养基含水量和发酵温度进行了优化，得到了两种菌固态发酵产物的FPP含量与培养基含水量和发酵温度的二次回归方程，并得到了培养基含水量和发酵温度的最优值及相应的FPP最高含量。巴西蘑菇最优固态发酵条件为培养基含水量44.30%，温度28.5℃，在此条件下，巴西蘑菇小麦发酵产物的FPP含量为3.41mgGAE/gDW；双孢蘑菇最优固态发酵条件为培养基含水量43.50%，温度26℃，在此条件下，双孢蘑菇小麦发酵产物的FPP含量为4.23mgGAE/gDW。与优化前相比，巴西蘑菇和双孢蘑菇小麦发酵产物的FPP含量分别提高了9.29%和8.46%。经过优化后，巴西蘑菇和双孢蘑菇小麦发酵产物的FPP含量分别为对照小麦的3.13和3.88倍。
4.以DPPH?清除能力、还原力、O2-?清除能力和Fe2+螯合能力为指标，测定了巴西蘑菇和双孢蘑菇小麦发酵产物提取物的体外抗氧化性。结果显示，小麦的4个抗氧化指标的EC50值分别为11.66，53.87，35.71和17.06mg/ml。巴西蘑菇和双孢蘑菇小麦发酵产物提取物抗氧化性各指标均显著强于对照小麦；巴西蘑菇小麦发酵产物提取物的DPPH?清除能力和O2-?清除能力的EC50值分别为0.01和6.28mg/ml，均显著强于双孢蘑菇小麦发酵产物；双孢蘑菇小麦发酵产物提取物的还原力和Fe2+螯合能力的EC50值分别为0.26和2.82mg/ml，均显著强于巴西蘑菇小麦发酵产物(P＜0.05)。
5.以麦粒煮汁作为巴西蘑菇和双孢蘑菇的液态发酵基础培养基，通过单因素试验和响应面法对该培养基进行了优化，在此基础上采用正交试验对发酵条件进行了优化，并对所得菌丝体的多糖和多酚含量以及体外抗氧化性进行了测定。优化后的巴西蘑菇培养基和发酵条件为：麦粒煮汁添加3.44g/L蛋白胨和43.00g/L麦芽糖，接种量10%，装液量70mL，转速170r/min，在此条件下得到的巴西蘑菇菌丝体生物量为16.02g/L；优化后的双孢蘑菇培养基和发酵条件为：麦粒煮汁添加3.39g/L蛋白胨和41.00g/L麦芽糖，接种量15%，装液量60mL，转速170r/min，在此条件下得到的双孢蘑菇菌丝体生物量为16.99g/L。在以上条件下得到的巴西蘑菇和双孢蘑菇菌丝体的粗多糖含量分别为66.14和46.71mg/g，FPP含量分别为5.10和5.03mgGAE/gDW，CPP含量分别为0.69和0.15mgGAE/gDW。两种菌的菌丝体均具有较强的抗氧化性，巴西蘑菇菌丝体提取物的DPPH?清除能力、还原力、Fe2+螯合能力和O2-?清除能力的EC50值分别为4.16、8.28、6.54和6.16mg/mL，双孢蘑菇菌丝体提取物的以上各指标的EC50值分别为2.56、22.48、14.06和7.16mg/mL。本实验结果表明在麦粒煮汁培养基上不仅能得到较高的巴西蘑菇和双孢蘑菇菌丝体生物量，而且所得到的菌丝体具有较高的多糖和多酚含量及较强的抗氧化性。
本实验结果表明巴西蘑菇和双孢蘑菇固态发酵可以有效提高小麦等谷物的营养价值，增加麦角固醇和多种酚酸化合物，因而本课题既可以为开发小麦等谷物的功能食品或抗氧化产品提供理论依据，也可以为利用麦粒煮汁培养获得巴西蘑菇和双孢蘑菇(或更多的食用菌)菌丝体提供理论依据。
1.分析了巴西蘑菇和双孢蘑菇固态发酵对小麦、大米、玉米、小米、糜米和燕麦碳水化合物含量、蛋白质质量、麦角固醇含量和多酚含量的影响，结果表明，与对照相比，谷物发酵产物的还原糖含量有了不同程度的提高，总糖和淀粉含量有了不同程度的降低；固态发酵过程中均能产生α-?淀粉酶、β-葡糖苷酶和纤维素酶；除双孢蘑菇小麦发酵产物外，其余谷物发酵产物的粗蛋白和水溶性蛋白含量均得到了不同程度的提高；根据蛋白质的氨基酸评分、必需氨基酸指数、营养指数以及与鸡蛋蛋白之间的贴近度分析结果，表明除大米和巴西蘑菇发酵的糜米外，其余谷物经固态发酵后，蛋白质质量得到了不同程度的提高。未经发酵的谷物中均未检测到麦角固醇，双孢蘑菇发酵产物中的麦角固醇含量显著高于巴西蘑菇发酵产物(P＜0.05)，6种谷物的双孢蘑菇发酵产物中的麦角固醇含量分别为0.53、0.06、0.67、0.07、0.51和0.53mg/g，6种谷物的巴西蘑菇发酵产物中的麦角固醇含量分别为0.16、0.05、0.49、0.03、0.29和0.34mg/g。6种谷物的巴西蘑菇发酵产物中的总多酚(TPP)含量分别为3.21、0.07、0.94、4.03、2.44和0.60mgGAE/gDW，分别是其对照的1.93、1.08、1.38、3.87、11.61和1.73倍，6种谷物的双孢蘑菇发酵产物中的TPP含量分别为4.23、0.52、2.25、1.73、3.20和5.94mgGAE/gDW，分别为对照的2.54、7.99、3.26、1.66、15.25和16.98倍；与对照相比，谷物发酵产物中的游离态多酚(FPP)含量和TPP含量显著增加了，而结合态多酚(CPP)含量显著降低了(双孢蘑菇发酵的大米除外)(P＜0.05)。本实验结果说明巴西蘑菇和双孢蘑菇固态发酵可以显著提高小麦等6种谷物的营养价值、多酚含量(尤其是FPP含量)和麦角固醇含量。
2.采用液相色谱-质谱联用(UPLC-MS)技术分析了巴西蘑菇和双孢蘑菇小麦发酵产物的酚酸化合物。通过比较小麦发酵前后的酚酸分析结果，发现只有4-羟基苯甲醛同时存在于小麦及其发酵产物中，表明经两种菌固态发酵后，小麦的酚酸组成发生了较大改变；只有4-羟基苯甲酸和4-羟基苯甲醛同时存在于小麦发酵产物中，表明两种菌在小麦培养基上固态发酵期间的酚酸代谢有明显的区别。通过与两种菌子实体中的酚酸分析结果进行比较，发现在巴西蘑菇小麦发酵产物和子实体中只有4-羟基苯甲醛是相同的酚酸化合物，说明巴西蘑菇的酚酸代谢在小麦培养基上固态发酵期间与在子实体发育期间有较大差别；在双孢蘑菇小麦发酵产物和子实体中都有β-N-(γ-谷氨酰)-4-甲酰基苯肼、4-羟基苯甲醛和L-焦谷氨酰-L-亮氨酸，说明双孢蘑菇的酚酸代谢在子实体发育期间与在小麦培养基上的固态发酵期间有部分共同特征；合成伞菌氨酸(Agaritine)的前体物质——β-N-(γ-谷氨酰)-4-甲酰基苯肼是第一次从双孢蘑菇小麦发酵产物和两种菌的的子实体中分离获得。除了4-羟基苯甲酸和4-羟基苯甲醛之外，两种菌的小麦固态发酵产物中的其他16种酚酸化合物(即5-羟脯氨酰-L-谷氨酸、4-甲氧基异酞酸、放线菌光素、8-羟基-6-甲氧基-1-氧代-1H-异色烯-3-羧酸、2-氧代-1,2-二氢喹啉-3-羧酸、吲哚-2-羧酸、4-(2,2-二甲基-5-丁内酯基)-2-羟基-3-烯戊酸、4,4-二甲酸二苯甲酮、联苯二甲酸、β-N-(γ-谷氨酰)-4-甲酰基苯肼、plus-acromelicacidc、尿嘧啶-5-乙酸、2-羟基-5-甲酰基苯甲酸、4-甲基磺酰基苯甲酸、7-羟基-5-甲氧基-2-氧代-2H-色烯-3,6-二羧酸、L-焦谷氨酰-L-亮氨酸)均是第一次从蘑菇类(包括发酵产物)样品中分离获得。
3.以小麦发酵产物的FPP含量为指标，采用单因素试验和响应面试验对巴西蘑菇和双孢蘑菇的小麦培养基含水量和发酵温度进行了优化，得到了两种菌固态发酵产物的FPP含量与培养基含水量和发酵温度的二次回归方程，并得到了培养基含水量和发酵温度的最优值及相应的FPP最高含量。巴西蘑菇最优固态发酵条件为培养基含水量44.30%，温度28.5℃，在此条件下，巴西蘑菇小麦发酵产物的FPP含量为3.41mgGAE/gDW；双孢蘑菇最优固态发酵条件为培养基含水量43.50%，温度26℃，在此条件下，双孢蘑菇小麦发酵产物的FPP含量为4.23mgGAE/gDW。与优化前相比，巴西蘑菇和双孢蘑菇小麦发酵产物的FPP含量分别提高了9.29%和8.46%。经过优化后，巴西蘑菇和双孢蘑菇小麦发酵产物的FPP含量分别为对照小麦的3.13和3.88倍。
4.以DPPH?清除能力、还原力、O2-?清除能力和Fe2+螯合能力为指标，测定了巴西蘑菇和双孢蘑菇小麦发酵产物提取物的体外抗氧化性。结果显示，小麦的4个抗氧化指标的EC50值分别为11.66，53.87，35.71和17.06mg/ml。巴西蘑菇和双孢蘑菇小麦发酵产物提取物抗氧化性各指标均显著强于对照小麦；巴西蘑菇小麦发酵产物提取物的DPPH?清除能力和O2-?清除能力的EC50值分别为0.01和6.28mg/ml，均显著强于双孢蘑菇小麦发酵产物；双孢蘑菇小麦发酵产物提取物的还原力和Fe2+螯合能力的EC50值分别为0.26和2.82mg/ml，均显著强于巴西蘑菇小麦发酵产物(P＜0.05)。
5.以麦粒煮汁作为巴西蘑菇和双孢蘑菇的液态发酵基础培养基，通过单因素试验和响应面法对该培养基进行了优化，在此基础上采用正交试验对发酵条件进行了优化，并对所得菌丝体的多糖和多酚含量以及体外抗氧化性进行了测定。优化后的巴西蘑菇培养基和发酵条件为：麦粒煮汁添加3.44g/L蛋白胨和43.00g/L麦芽糖，接种量10%，装液量70mL，转速170r/min，在此条件下得到的巴西蘑菇菌丝体生物量为16.02g/L；优化后的双孢蘑菇培养基和发酵条件为：麦粒煮汁添加3.39g/L蛋白胨和41.00g/L麦芽糖，接种量15%，装液量60mL，转速170r/min，在此条件下得到的双孢蘑菇菌丝体生物量为16.99g/L。在以上条件下得到的巴西蘑菇和双孢蘑菇菌丝体的粗多糖含量分别为66.14和46.71mg/g，FPP含量分别为5.10和5.03mgGAE/gDW，CPP含量分别为0.69和0.15mgGAE/gDW。两种菌的菌丝体均具有较强的抗氧化性，巴西蘑菇菌丝体提取物的DPPH?清除能力、还原力、Fe2+螯合能力和O2-?清除能力的EC50值分别为4.16、8.28、6.54和6.16mg/mL，双孢蘑菇菌丝体提取物的以上各指标的EC50值分别为2.56、22.48、14.06和7.16mg/mL。本实验结果表明在麦粒煮汁培养基上不仅能得到较高的巴西蘑菇和双孢蘑菇菌丝体生物量，而且所得到的菌丝体具有较高的多糖和多酚含量及较强的抗氧化性。
本实验结果表明巴西蘑菇和双孢蘑菇固态发酵可以有效提高小麦等谷物的营养价值，增加麦角固醇和多种酚酸化合物，因而本课题既可以为开发小麦等谷物的功能食品或抗氧化产品提供理论依据，也可以为利用麦粒煮汁培养获得巴西蘑菇和双孢蘑菇(或更多的食用菌)菌丝体提供理论依据。