傳統(tǒng)發(fā)酵制品中霉菌的應用研究

陳玉婷，烏日娜*

（沈陽農業(yè)大學 食品學院，遼寧 沈陽 110866）

發(fā)酵制品從字面上講即為經過發(fā)酵加工而成的產品。而發(fā)酵通常指復雜的有機物質被生物體分解的過程，這種生物體通常為微生物。因為人類較早的接觸到了這種生化反應，因此“發(fā)酵”被廣泛應用于食品、生物、化工等產業(yè)[1]。而發(fā)酵制品也成為了應用于食品行業(yè)中最成功的存在。傳統(tǒng)發(fā)酵食品中接觸最為廣泛的有發(fā)酵豆制品、發(fā)酵肉制品、發(fā)酵乳制品等。這些發(fā)酵產品通常由環(huán)境或通過人工接種的微生物而引起食物內部發(fā)生化學反應，這些微生物可能包括霉菌、酵母、細菌。而在發(fā)酵前期，霉菌做出的貢獻在整個反應體系起著不可或缺的作用。

霉菌屬于真菌的一部分，其生長繁殖迅速，肉眼可見菌落形態(tài)呈絨毛狀或蜘蛛網(wǎng)狀等形態(tài)。霉菌中的一些有益菌種現(xiàn)已在發(fā)酵制品中被廣泛使用。一般來說，發(fā)酵制品中絕大部分霉菌主要將原料中的糖類、淀粉、碳水化合物、蛋白質等化合物進行轉化[2]。在發(fā)酵制品中常用的霉菌菌種主要為具有優(yōu)良特性的曲霉屬、毛霉屬、青霉屬等。由于霉菌能產生霉菌毒素如黃曲霉毒素等，能污染食品使其腐敗變質，甚至會發(fā)生致畸、致癌、致突變作用，因此人們越發(fā)重視霉菌的使用以免發(fā)生霉菌污染的嚴重后果。

1 傳統(tǒng)發(fā)酵制品的分類

1.1 發(fā)酵豆制品

我國作為大豆的故鄉(xiāng)，也是最早制作豆制品的國家。在我國具有代表性的發(fā)酵豆制品有豆醬、醬油等[3]。與普通豆制品相比，發(fā)酵豆制品經過微生物發(fā)酵被賦予了更加濃郁的滋氣味。其中原料中的一些大分子組分經過發(fā)酵過程被分解成小分子組分被人體吸收，因此發(fā)酵豆制品也有著對人體健康良好的功效[4-5]。研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵豆制品有抗癌、抗氧化活性、抗誘變性方面的功效[6]。如研究發(fā)現(xiàn)青方腐乳中含有豐富的丁酸，而高濃度的丁酸可以預防控制多種疾病等[7-8]。

發(fā)酵豆制品根據(jù)其制作方法、發(fā)酵菌株等各方面的不同有著不同的分類[9]。如醬油根據(jù)工藝不同可分為釀造醬油與配制醬油。根據(jù)發(fā)酵菌株的不同，可分為細菌型發(fā)酵及霉菌型發(fā)酵。豆醬、腐乳為較傳統(tǒng)的霉菌型發(fā)酵豆制品，日本納豆則是細菌型發(fā)酵豆制品的代表。根據(jù)地區(qū)的不同又可將豆制品進行分類，如添加了辣椒使得豆醬具有辛辣味道的郫縣豆瓣醬、口味鮮中帶甘具有廣東特色的普寧豆醬、主要通過自然發(fā)酵而受到北方人民喜愛的黃醬等。

1.2 發(fā)酵肉制品

發(fā)酵肉制品以發(fā)酵香腸及發(fā)酵火腿為主，指在自然條件或人工控制條件下，利用微生物發(fā)酵使原料肉發(fā)生一系列化學及物理變化而形成的制品。在發(fā)酵過程中pH值會降低，低溫條件下脫水后會降低水分活度值，從而限制有害微生物及雜菌的生長，具有貨架期長、風味獨特、質地良好的特點。在我國廣東、四川等南方地區(qū)及一些西方國家，發(fā)酵肉制品被廣泛制作與使用。由于制作經驗與條件的不同，各個地區(qū)的發(fā)酵肉制品有著不同的風味與口感。

1.3 發(fā)酵乳制品

發(fā)酵乳制品是以乳為原料經過微生物發(fā)酵的產品。這些乳經過微生物發(fā)酵后風味獨特，其在此過程中生成的乳酸等營養(yǎng)物質不但可以改變乳的理化性質，還有一定的功效。有研究表明發(fā)酵乳制品中一些活性短肽對血管緊張素轉換酶有一定的抑制作用，起到降壓作用[10]。發(fā)酵乳中的乳酸可以有效緩解乳糖不耐受現(xiàn)象。同時發(fā)酵乳制品還有調節(jié)腸道菌群平衡、降膽固醇、防止動脈硬化等多種益生作用[11]。

2 發(fā)酵制品中的霉菌

2.1 發(fā)酵制品中的米曲霉

作為一株產復合酶的菌株，米曲霉（Aspergillusoryzae）可以產蛋白酶、淀粉酶、纖維素酶等多種酶類，將大分子物質降解為小分子氨基酸，提高原料利用率。目前米曲霉在發(fā)酵豆制品的運用上已經非常廣泛。如滬釀3.042，其安全性也已經得到驗證。

陳方博等[12]利用傳統(tǒng)分離培養(yǎng)法發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)豆醬中的霉菌主要為米曲霉、曲霉屬、犁頭霉屬，其中米曲霉作為優(yōu)勢菌屬大量存在。在豆醬固態(tài)發(fā)酵階段霉菌數(shù)量最高，在發(fā)酵中期發(fā)酵趨于平穩(wěn)，液態(tài)發(fā)酵階段數(shù)量減少，其中米曲霉一直為霉菌菌群中的優(yōu)勢菌。LEE S等[13]在分析工廠及改良工廠生產的醬時，從兩種不同生產工藝的醬中篩選出了12株霉菌，其中在兩種醬中都存在的霉菌為米曲霉。在研究氣味及其他組成成分時認為曲霉可能與糖代謝有關。康紅霞等[14]對慶陽市傳統(tǒng)發(fā)酵豆醬中的優(yōu)勢霉菌進行了分離篩選，篩選出一株產蛋白酶活力達4 351.68 U/g的菌株，經鑒定為米曲霉，并提出誘變育種及混合接種方法提高產酶能力的設想。MACHIDA M等[15]成功破譯了米曲霉的基因組，研究發(fā)現(xiàn)米曲霉基因有3 800萬堿基對，并首次從微觀角度對米曲霉進行了深入研究，這對米曲霉的實際應用起到了幫助。趙瑩等[16]通過測定蛋白酶活力、非產硫化氫及非產生物胺等試驗，對醬油豆豉中的霉菌進行分離篩選，并對其耐鹽、亞硝酸鹽及氨基態(tài)氮等方面測定，選出兩株性質均較好的霉菌，經判斷均為米曲霉，認為應用于醬油生產中能得到更多的氨基酸態(tài)氮含量。

研究表明，我國在發(fā)酵豆制品的釀造方面做出了很大的努力。誘變育種、雙菌種及多菌種混合發(fā)酵帶來的結果也有所成效[17]。一般主要使用米曲霉，并補充其他優(yōu)良菌株用于發(fā)酵。李保英[18]將滬釀米曲霉與滬釀黑曲霉等3株霉菌進行單獨及混合發(fā)酵對醬油制曲，結果表明米曲霉與黑曲霉混合制曲的蛋白酶及糖化酶比單獨要高，且先單獨制曲再混合成曲的酶活更高。對混合曲制得醬油的理化指標結論中得到其能夠有效提高原料利用率并提高醬油的風味及風味物質含量。通過米曲霉雙菌株組合制曲發(fā)現(xiàn)中性蛋白酶及氨肽酶活力較單一菌種相比都得到有效提升，可以提高醬油的風味且能縮短制曲的時間，對改善醬油品質具有重大意義[19]。梁亮等[20]通過對耐鹽米曲霉滬釀3.042菌株經復合誘變?yōu)橥蛔兙闔N01，發(fā)現(xiàn)中性蛋白酶活力約是出發(fā)菌株的1.9倍且食品安全性能穩(wěn)定。在制曲過程中添加食鹽誘導，提高了突變菌株HN01的中性蛋白酶的耐鹽性，經該菌種釀造出的天然醬油氨基酸態(tài)氮增加了8.6%，并將該菌用于醬油制作中。

2.2 發(fā)酵制品中的毛霉菌

毛霉（Mucor）屬濕性真菌，具有良好的發(fā)酵酒精及分解脂肪的能力。晏麗等[21]在豆醬的發(fā)酵前期中發(fā)現(xiàn)毛霉大量存在，其主要原因是因為此階段生長環(huán)境水分活度大，毛霉適宜在此環(huán)境下生長。劉思佳等[22]用三丁酸甘油酯平板法對豆醬中產脂肪酶的霉菌進行篩選，最后得到毛霉屬中的卷支毛霉（Mucor circinelloides）酶活最高，可作為分解大豆脂肪的優(yōu)良菌株。我國釀造腐乳主要應用的霉菌為毛霉及少量根霉。其中毛霉在我國大部分地區(qū)普遍使用。謝小本[23]在發(fā)酵房內進行總狀毛霉XH-22的培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)，XH-22發(fā)酵30 h是菌體產蛋白酶的高峰期。在發(fā)酵18～30 h內粗蛋白含量迅速下降，菌絲生物量在30 h達到高峰值?？梢哉J為通過對總狀毛霉的深層培養(yǎng)可以取代現(xiàn)有的腐乳生產方式，進而達到發(fā)酵周期短、菌種純度高、生產效率提高的效果。莊洋等[24]對接種不同毛霉菌種的腐乳風味進行研究，共檢測出76種揮發(fā)性化合物，發(fā)現(xiàn)不同菌種對腐乳的風味影響顯著，其中以總狀毛霉發(fā)酵的腐乳風味最佳。對于不同菌種發(fā)酵腐乳的研究，有文獻表明，在后期發(fā)酵過程中，毛霉發(fā)酵腐乳的氨基酸態(tài)氮和水溶性蛋白的含量較高。而毛霉和根霉混菌發(fā)酵腐乳的指標均達到一個相對較高的水平，使腐乳品質更好[25]。

2.3 發(fā)酵制品中的紅曲霉

紅曲霉（Monascus）又稱紅大米，廣泛存在于樹木、土壤、河川沉淀物中。屬真菌門、子囊菌綱、散囊菌目、紅曲科。由紅曲霉發(fā)酵而成的紅曲米，早在千年以前便已經被使用，在《本草綱目》中便可查到被使用的記載。隨著科學的發(fā)展，關于藥用價值及次級代謝產物的研究也逐漸深入。紅曲色素作為一種天然色素，其毒副作用遠小于合成色素，有著色力強、安全、性質穩(wěn)定等優(yōu)點，現(xiàn)被應用于食品藥品等產業(yè)中[26]。不僅如此，科學家們還發(fā)現(xiàn)它所產生的代謝產物有降脂降壓、抑菌、延緩衰老、防癌等諸多保健功能。

發(fā)酵食品雖然有一定營養(yǎng)價值，但是一些發(fā)酵制品由于添加劑及高鹽等環(huán)境影響，對人體有著一定的危害，其中亞硝酸鹽就是發(fā)酵食品中最受重視的因素。發(fā)酵肉制品為了延長其貨架期而添加了高濃度的鹽分等添加劑，這往往會引起亞硝酸鹽含量過高而對人體造成傷害。因此人們尋找一種可以替代亞硝酸鹽的應用菌株，既可以維持肉制品貨架期又能促進風味。研究表明紅曲菌可作為亞硝酸鹽的安全替代物[27]。MAMUCOD H F等[28]便應用紅曲色素及紅曲霉加入菲律賓香腸中，發(fā)現(xiàn)其對細菌及酵母菌顯現(xiàn)出一定的抑制作用，在添加量為1%的水平上可作為亞硝酸鈉的替代物。

紅曲霉具有較好的穩(wěn)定性、酯化力和糖化力等優(yōu)點[29]，因此在釀造腐乳等具有獨特顏色產品的企業(yè)也選用紅曲霉與其他菌株進行混菌制曲。其增色力可以提升產品的成色，賦予制品更好的外觀。

2.4 發(fā)酵制品中的青霉菌

青霉屬（Penicillium）作為一個有著多達220多種屬的龐大菌屬，廣泛存在于各個地方，在空氣及土壤中極易被分離。青霉菌不僅包括可以對細菌有著強烈作用的青霉素等抗生素，還包括可能產生毒素和引起霉變的有害青霉。在食品中，青霉雖然可能會造成蔬菜水果的腐爛，糧食的霉變等，但一些優(yōu)良青霉具有高產酶能力，因此也作為酶制劑被使用。如西方人喜食的奶酪干酪就是由青霉發(fā)酵而成。Camembert干酪上便使用專用青霉發(fā)酵干酪，卡地青霉組的白酪青霉（Penicillium caseicolum）可作干酪發(fā)酵劑。發(fā)酵肉制品中也常使用青霉菌作為發(fā)酵劑，由于有些青霉菌產毒素，因此會篩選不產毒素的青霉作為發(fā)酵菌株，最為常用的有納地青霉（Penicillium nalgiovense）及產黃青霉[30]（Penicillium chrysogenum）。

劉功明等[31]使用納地青霉為發(fā)酵劑接種在發(fā)酵鴨肉中，發(fā)現(xiàn)前發(fā)酵3 d肉質硬度最大，后熟5 d硬度降低；后熟1 d黏著性增加，彈性降低；7 d時黏著性達到最大，彈性達到最低。認為是納地青霉在表面成長時吸收水分使肉的硬度變大，后由于其分解了蛋白質使得肉質松軟，硬度下降。游離氨基酸與必需氨基酸總和均顯著上升。從揮發(fā)性物質來看，發(fā)酵鴨肉中醇、酯、芳香族物質增多，說明納地青霉有助于良好風味的形成。楊勇等[32]從四川發(fā)酵香腸中篩選優(yōu)良霉菌與其他菌種進行混合發(fā)酵，最后從中篩選出一株產蛋白酶與脂肪酶活性強的霉菌為產黃青霉，對其進行毒理學評價為無毒物質。

3 發(fā)酵制品蛋白質分解與霉菌的關系

發(fā)酵制品之所以受到大眾喜愛，不僅因為其與原料相比有著更高的營養(yǎng)，大多是因為發(fā)酵制品在經過發(fā)酵后有著更加豐富的口感，讓大眾在主觀上更容易接受及喜愛發(fā)酵食物。在這個過程中主要是微生物尤以霉菌產生的各種酶類分解原料中的蛋白質[33]，其不僅對食物的風味有重要影響，而且為其他微生物的生長提供了物質基礎。

楊伊磊[34]探究了毛霉型豆豉在發(fā)酵過程中蛋白質水解產物的變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)總酸、還原糖等因素與蛋白質水解產物生成在一定范圍內呈相關性。同時這株毛霉產生7種胞外酶，對蛋白質的合成水解有著重要聯(lián)系。其中將亮氨酸氨肽酶進行粗提取后添加到豆豉中，不僅酶活力提高，加酶豆豉的游離氨基酸總量提高了13.29%，說明毛霉產生的亮氨酸氨肽酶促進了蛋白質水解產物的形成。謝芳等[35]使用雅致放射毛霉（Actinomucor elegans）發(fā)酵水牛乳豆乳混合干酪并對其成熟特性進行分析，發(fā)現(xiàn)在成熟過程中由于毛霉產生的蛋白酶水解蛋白質及脂肪，產生的水溶性物質破壞酪蛋白的網(wǎng)絡結構，賦予了干酪更均勻松軟的組織結構且有良好的感官特性。金二慶等[36]利用紅曲菌對廣式臘腸進行發(fā)酵，在最佳工藝基礎上對其分解蛋白質能力進行分析，結果表明廣式臘腸在發(fā)酵6 h時紅曲霉發(fā)酵可加速分解大分子蛋白為小分子多肽及游離氨基酸，使發(fā)酵臘腸有更濃郁的滋味及更高的營養(yǎng)價值，且感官呈現(xiàn)更好的狀態(tài)。ALAPONT C等[37]對干腌火腿中的74株霉菌用作發(fā)酵劑，對酪蛋白及肌球蛋白水解活性進行研究。得到一半以上菌株對酪蛋白有蛋白水解活性，其中6株對豬肉肌球蛋白水解活性最高，大多都為產黃青霉、納地青霉等青霉菌屬，認為其適宜作為干腌火腿的發(fā)酵菌株且可與蛋白水解菌株聯(lián)合使用。4結論與展望

傳統(tǒng)發(fā)酵制品的保健功效及營養(yǎng)價值已經得到大眾充分認可及肯定。若想打開發(fā)酵制品更大市場，就須充分了解利用發(fā)酵菌株的特性。各國研究學者為了使發(fā)酵制品的品質得到提升，在利用霉菌發(fā)酵上做出了很多的研究。由于霉菌所屬范圍較廣、性質大不一樣，研究大多集中在單一蛋白酶能力、蛋白水解力、生產周期的縮短上，因此在霉菌的研究方面還有很大空間。在對于雜菌及有害菌的抑制方面，研究者們仍在尋找不同的方法去解決。相信在以后的研究中，在對發(fā)酵制品中的霉菌的研究利用上會取得更大的發(fā)展進步。