張春月，劉珊娜

（天津農(nóng)學(xué)院食品科學(xué)與生物工程學(xué)院，天津 300392）

0 引言

食用酵素是指以一種或多種新鮮蔬菜、水果、菌菇、藥食同源中草藥等為原料，經(jīng)多種有益菌發(fā)酵而成的功能性產(chǎn)品，含有豐富的酶、維生素、礦物質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)成分[1]。自然發(fā)酵的酵素食品中微生物資源多樣，對(duì)人體健康有著多種益處。酵素不僅含有豐富的次生代謝產(chǎn)物，而且保留了水果蔬菜等原料本身具有的營(yíng)養(yǎng)成分及發(fā)酵帶來的功能成分，具有美白護(hù)膚、分解消化、抗癌解毒、調(diào)節(jié)免疫等多種保健功能[2]。與消費(fèi)者對(duì)食品口感、色澤等方面的要求有所差異，酵素產(chǎn)品更強(qiáng)調(diào)功能性。但在發(fā)酵過程中，產(chǎn)品品質(zhì)難以控制，易受到環(huán)境微生物、發(fā)酵體系和雜菌污染等因素的影響[3]。對(duì)食用酵素中的微生物資源進(jìn)行深入研究，有利于獲得酵素食品中蘊(yùn)含的微生物菌種、闡明酵素品質(zhì)的形成機(jī)理、進(jìn)一步改進(jìn)食用酵素的生產(chǎn)工藝。隨著現(xiàn)代發(fā)酵技術(shù)的發(fā)展，將已知優(yōu)良菌種和發(fā)酵技術(shù)應(yīng)用于酵素產(chǎn)品的生產(chǎn)中，成為酵素行業(yè)未來發(fā)展的研究方向之一。

1 食用酵素種類

1.1 水果類

水果中富含多種維生素、膳食纖維、有機(jī)酸及其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，可以補(bǔ)充人體所需的微量元素，具有調(diào)理腸胃的功效。我國(guó)水果資源豐富，但由于保存期有限，即使市場(chǎng)需求量大，仍然會(huì)造成資源浪費(fèi)。酵素等食用發(fā)酵型產(chǎn)品提高了水果的利用率，而且發(fā)酵后還可發(fā)揮保健功能。目前，用于食用酵素發(fā)酵的水果種類很多，研究證實(shí)了水果酵素中的酶活力并據(jù)此優(yōu)化生產(chǎn)工藝。例如，郭偉峰等人[4]以桑葚為原料，SOD 酶活力為指標(biāo)，利用單因素試驗(yàn)及正交試驗(yàn)優(yōu)化桑葚酵素飲料的發(fā)酵工藝。郭樂[5]通過建立腸道菌群失調(diào)小鼠模型，證實(shí)自制蘋果酵素對(duì)腸道菌群失調(diào)小鼠腸道微生態(tài)有恢復(fù)重建的作用。蔣增良等人[6]研究了葡萄酵素在天然發(fā)酵過程中體外抗氧化能力的變化，為闡明酵素產(chǎn)品的保健功能機(jī)理和綜合性開發(fā)提供基礎(chǔ)和依據(jù)。

1.2 蔬菜類

蔬菜原料簡(jiǎn)單易得，也可用于制作食用酵素，如胡蘿卜、白蘿卜、辣椒等，而更多蔬菜品種也在進(jìn)行研究和應(yīng)用。例如，韋仕靜等人[7]以西蘭花為原料考查了酵素發(fā)酵過程中生化指標(biāo)變化并證實(shí)其具有較好的抗氧化活性。馮彥君等人[8]以大麥幼苗為原料，利用酵母菌發(fā)酵制得麥苗酵素產(chǎn)品，并證實(shí)其具有較好的抗氧化功能。張艷明等人[9]還研制了牛蒡山藥復(fù)合酵素的發(fā)酵工藝，拓展了蔬菜類酵素食品的開發(fā)領(lǐng)域。

1.3 谷類

作為酵素發(fā)酵原料的谷類包括糯米、糙米、燕麥等。唐思煜等人[10]測(cè)定了燕麥酵素發(fā)酵過程中還原糖、pH 值、酒精含量、可溶性蛋白、多酚等含量，證實(shí)蔗糖添加更有利于營(yíng)養(yǎng)成分的析出和活性物質(zhì)的富集。呂美等人[11]開展糙米酵素發(fā)酵工藝優(yōu)化研究，以糙米、米糠為主要原料，以還原型谷胱甘肽為指標(biāo)，配入適量玉米胚油、蜂蜜，得到最優(yōu)發(fā)酵條件，糙米酵素中谷胱甘肽的含量可達(dá)2.62 mg/g。

1.4 其他類

除上述幾類之外，可用于生產(chǎn)食用酵素的菌菇類品種有香菇、金針菇、茶樹菇、蟹味菇、白玉菇、杏鮑菇等。中草藥或藥食兩用草本類，如石斛花、人參等，也可作為酵素自然發(fā)酵的原材料，不僅具有藥用價(jià)值也兼有保健功能。例如，李凡等人[12]以白首烏為原料，采用復(fù)合發(fā)酵制備酵素并對(duì)發(fā)酵工藝進(jìn)行了優(yōu)化。

食用酵素原料見表1。

表1 食用酵素原料

2 功能特性

2.1 生物酶活性

食用酵素中含有的蛋白酶能夠催化蛋白質(zhì)水解，促進(jìn)機(jī)體的消化吸收；脂肪酶能夠水解油脂中的脂肪酸和甘油相連接的酯鍵，分解油脂[13]；超氧化物歧化酶（SOD） 能夠清除對(duì)生物體有害的超氧陰離子自由基（O2-·），維持生物體內(nèi)活性氧（ROS） 的動(dòng)態(tài)平衡，是細(xì)胞抗氧化系統(tǒng)中的關(guān)鍵酶[14]。

2.2 抗氧化性

酵素加工過程中可形成SOD、谷胱甘肽等抗氧化活性成分[15-16]，使其抗氧化能力得到進(jìn)一步的提高。賈麗麗等人[17]以冬棗加工副產(chǎn)物棗泥為原料進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)現(xiàn)酵母菌和乳酸菌均能夠產(chǎn)生SOD，提高冬棗酵素的抗氧化活性。

2.3 抑菌性

張玉梅等人[18]研究表明，紅茶菌酵素在酸性條件下對(duì)金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的生長(zhǎng)有明顯的抑制，紅茶菌酵素的蛋白提取液同樣具有抑制作用。呂愛軍等人[19]研究也表明，紅茶菌酵素液對(duì)金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和枯草芽孢桿菌的生長(zhǎng)具有抑制作用，且抑菌作用與紅茶菌菌液用量有關(guān)。

2.4 提高免疫能力

酵素具有調(diào)節(jié)免疫的功能，研究表明酵素能顯著增強(qiáng)NK 細(xì)胞殺傷活性、機(jī)體非特異性免疫功能和體液免疫功能[20]。例如，李波清等人[21]研究了紅茶菌酵素對(duì)小鼠免疫功能的調(diào)節(jié)作用，發(fā)現(xiàn)紅茶菌酵素能增強(qiáng)巨噬細(xì)胞吞噬功能和NK 細(xì)胞的殺傷活性。

2.5 其他功能

在醫(yī)藥領(lǐng)域方面，蘋果酵素能夠降低Ⅱ型糖尿病小鼠的血糖、調(diào)節(jié)脂代謝、降低膽固醇等，對(duì)Ⅱ型糖尿病小鼠具有一定的治療作用[22]；海棠果酵素在降解膽固醇方面具有潛在應(yīng)用前景[23]。食用酵素還可降低血清中天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶、丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶等活性，提高肝臟中乙醇脫氫酶、乙醛脫氫酶、還原性谷胱甘肽水平，預(yù)防和修復(fù)酒精對(duì)小鼠肝臟的損傷[24-25]。此外，酵素具有美白養(yǎng)顏、調(diào)節(jié)人體腸道菌群、促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)吸收等功效[26]。

3 食用酵素中的微生物資源

酵素食品中微生物種類繁多，其優(yōu)勢(shì)微生物主要集中在酵母菌、乳酸菌、醋酸菌等，這些微生物之間此消彼長(zhǎng)，對(duì)產(chǎn)品風(fēng)味和活性物質(zhì)產(chǎn)生起到重要作用[27]。通過研究，明確食用酵素中蘊(yùn)含的微生物資源、篩選得到具有潛在生產(chǎn)價(jià)值的菌種，對(duì)后續(xù)開發(fā)功能性酵素產(chǎn)品及進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)具有重要意義。

食用酵素中分離獲得的微生物見表2。

3.1 酵母菌

酵母菌是一種單細(xì)胞真菌，屬于兼性厭氧菌，可用于釀酒、調(diào)味品生產(chǎn)、烘焙等。當(dāng)氧氣充足時(shí)，酵母菌可將糖類分解成水和二氧化碳；當(dāng)環(huán)境中缺乏氧氣時(shí)，酵母菌會(huì)利用葡萄糖合成乙醇和二氧化碳。王珍珍等人[28]從樹莓酵素中分離出了魯氏接合酵母并證實(shí)其為樹莓酵素中的優(yōu)勢(shì)酵母，具有耐高糖、耐pH 值等特性。魏東東等人[29]通過對(duì)自制紅樹莓發(fā)酵飲料進(jìn)行稀釋涂布和劃線分離鑒定到優(yōu)勢(shì)菌株庫(kù)德畢赤酵母、盔形畢赤酵母、釀酒酵母，為紅樹莓酵素發(fā)酵劑的制備提供了參考和理論基礎(chǔ)。杜麗平等人[30]研究了木瓜酵素在自然發(fā)酵過程中主要存在的酵母有釀酒酵母、假絲酵母、畢赤酵母、棒孢酵母等。凌空等人[35]從6 個(gè)月果蔬酵素中分離出2 株毛榛畢赤酵母和2 株嗜酒假絲酵母，從12 個(gè)月和18 個(gè)月果蔬酵素中也分離出了毛榛畢赤酵母。因此，不同原料和發(fā)酵周期的酵素產(chǎn)品中酵母資源有所異同。

表2 食用酵素中分離獲得的微生物

3.2 醋酸菌

醋酸菌屬于醋酸單胞菌屬，是一種好氧型微生物，與酵母菌共生在一起培養(yǎng)有促進(jìn)生長(zhǎng)的作用。對(duì)紅茶菌酵素發(fā)酵過程的研究表明，酵母菌和細(xì)菌先把蔗糖分解成果糖和葡萄糖，酵母菌再優(yōu)先利用果糖代謝產(chǎn)生乙醇，同時(shí)醋酸菌把葡萄糖轉(zhuǎn)化為葡萄糖酸，將乙醇轉(zhuǎn)化為醋酸[36]。曹艷花等人[37]曾在諾尼果原漿中分離獲得可可豆醋桿菌CICC 10883 菌株。盧夢(mèng)瑤等人[38]從多種酵素中分離出1 株高產(chǎn)醋酸的庇儂醋酸桿菌并模擬進(jìn)行了酵素中的產(chǎn)酸特性研究，證實(shí)適合果蔬酵素的釀造。

3.3 乳酸菌

乳酸菌（Lactic acid bacteria，LAB） 是指能發(fā)酵碳水化合物產(chǎn)生乳酸并在自然界中廣泛分布的一類革蘭氏陽(yáng)性、無芽孢細(xì)菌的通稱，作為存在于人體內(nèi)的益生菌，利用乳酸菌進(jìn)行食品發(fā)酵的歷史悠久，包括酸奶、奶酪、泡菜等在內(nèi)的多種乳酸菌發(fā)酵食品被廣泛食用[39-41]。乳酸發(fā)酵使體系的pH 值降低，帶來特殊風(fēng)味的同時(shí)還能抑制一些不耐酸微生物的生長(zhǎng)繁殖[42]。酵素中分離獲得的乳酸菌包括植物乳桿菌[29-30，35]、干酪乳桿菌[35]、假腸膜明串珠菌[30]、類腸膜魏斯氏菌[30]等。

4 酵素中微生物的研究方法

4.1 傳統(tǒng)培養(yǎng)方法

傳統(tǒng)培養(yǎng)方法是研究食品體系中微生物最常見的研究方法，包括平板劃線分離法和稀釋涂布平板法，通過多次分離培養(yǎng)獲得純菌株用于鑒定及后續(xù)功能特征研究。利用這種方法，發(fā)酵食品中多種優(yōu)良菌株被分離獲得，甚至應(yīng)用于食品工業(yè)中。目前，該方法也是酵素微生物資源研究報(bào)道中的常用方法，已應(yīng)用于多種果蔬酵素中純種微生物菌株的分離獲得及其發(fā)酵性能研究。然而這種方法工作量較大，獲得的菌種資源及微生物信息十分有限，無法全面反映出發(fā)酵體系的真實(shí)情況，不適于發(fā)酵機(jī)理及代謝特征的分析。

4.2 分子生物學(xué)方法

聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)- 變性梯度凝膠電泳（PCRDGGE） 是根據(jù)DNA 在不同濃度的變性劑中解鏈行為的不同而導(dǎo)致電泳遷移率發(fā)生變化，從而將片段大小相同而堿基組成不同的DNA 片段分開，是一種研究微生物群落結(jié)構(gòu)及動(dòng)態(tài)變化的有效手段。通過利用該技術(shù)，能夠分析出木瓜酵素自然發(fā)酵過程中多種可培養(yǎng)及不可培養(yǎng)微生物的存在，同時(shí)確定不同發(fā)酵階段的優(yōu)勢(shì)菌群，為該類酵素產(chǎn)品的人工接菌發(fā)酵提供了理論基礎(chǔ)[30]。例如，楊芳[43]利用PCRDGGE 技術(shù)分析了自制酵素中微生物群落的特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過10 個(gè)月發(fā)酵的不同來源酵素樣品細(xì)菌群落相似性大于60%，群落結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；其中，乳桿菌屬、醋桿菌屬和擬桿菌屬為優(yōu)勢(shì)屬。該技術(shù)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)樣品中微生物菌群結(jié)構(gòu)的變化，為改進(jìn)原料配方、優(yōu)化發(fā)酵工藝提供了高效、可靠的研究手段。

4.3 高通量測(cè)序技術(shù)

隨著分子生物學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展, 高通量測(cè)序技術(shù)逐漸成為研究微生物多樣性及其群落結(jié)構(gòu)的一種有效、便捷技術(shù)手段[44-45]。一般采用的是非培養(yǎng)的方法，可獲得微生物群落中的全部微生物定性及相對(duì)定量的遺傳信息，在傳統(tǒng)發(fā)酵食品中的研究日趨廣泛[46]。例如，邸鵬月等人[47]采用宏基因組技術(shù)發(fā)現(xiàn)桑葚酵素不同發(fā)酵時(shí)期的樣品中細(xì)菌生物多樣性大于真菌生物多樣性，主要的優(yōu)勢(shì)菌群為乳桿菌屬和酵母屬。高慶超等人[48]采用高通量測(cè)序技術(shù)分析黑果枸杞酵素微生物的群落，發(fā)現(xiàn)發(fā)酵60 d 后的主要細(xì)菌為乳桿菌屬，主要真菌為酵母屬。趙菲等人[49]采用高通量測(cè)序技術(shù)分析魚腥草酵素對(duì)昆明雄性小鼠腸道菌群的影響，結(jié)果表明魚腥草酵素對(duì)小鼠的腸道菌群具有調(diào)節(jié)作用。目前，這種方法在研究酵素發(fā)酵過程微生物多樣性的報(bào)道仍不多。

5 結(jié)語(yǔ)

作為新型功能性食品，食用酵素產(chǎn)品在保健品市場(chǎng)的發(fā)展前景廣闊[50-51]。隨著人們對(duì)營(yíng)養(yǎng)、風(fēng)味等的追求，酵素也從水果、蔬菜類擴(kuò)展到谷物類酵素、中藥保健酵素、食用菌酵素、多種原料復(fù)配酵素等。目前，我國(guó)在酵素工藝的研究上雖然有了明顯提升，但是酵素中微生物的分布及發(fā)酵機(jī)理研究仍不深入，酵素用發(fā)酵劑資源仍需大力開發(fā)。特別是基于酵素生產(chǎn)中微生物菌種及代謝產(chǎn)物安全性的研究還不充分，現(xiàn)代發(fā)酵工程技術(shù)替代傳統(tǒng)發(fā)酵工藝將成為發(fā)展趨勢(shì)。