糄粑發(fā)酵微生態(tài)研究進展

賓冬梅， 朱涵予， 孫偉峰， 彭芳剛， 易誠

(衡陽師范學院 生命科學與環(huán)境學院，湖南 衡陽 421008)

糄粑系衡陽民間特產(chǎn)，以糯米粉為主料，用配伍的中草藥熬水和料、添加酒曲粉開發(fā)的一種具有保健功能生米發(fā)酵制品，具有發(fā)酵產(chǎn)品的特色與優(yōu)點，深受男女老少的青睞，在衡陽地區(qū)的各大酒樓和飯店作為主食或餐后甜點，據(jù)不完全統(tǒng)計，衡陽市場上每天銷售的糄粑數(shù)量達5 000 kg.本文從原料對糄粑發(fā)酵的影響、生米發(fā)酵及傳統(tǒng)發(fā)酵食品在發(fā)酵過程中的微生態(tài)變化以及功能成分進行綜述，為糄粑的發(fā)酵生產(chǎn)提供理論指導.

1 原料對糄粑發(fā)酵的影響

作為生米發(fā)酵制品，糄粑的主要原料為大米，根據(jù)米質(zhì)及產(chǎn)品要求不同，使用的米原料略有不同；為提高糄粑的糯性，一般選擇糯米為原料，糯米營養(yǎng)豐富、淀粉含量高，蛋白質(zhì)等營養(yǎng)成分比粳米和秈米含量低，糯米發(fā)酵的糯米酒風味純正、雜味較少[1].糯米中支鏈淀粉高達95%以上，吸水快，易蒸煮糊化[2-3].

為調(diào)節(jié)糄粑的軟硬度，傳統(tǒng)加工過程中常添加一定的粳米和秈米[4]；此外，為增加糄粑的特殊功效，往往會在糄粑制作時拌入了辣蓼草、薄荷、龍安草、海棠珠、野菊花、田珠草等中草藥：一是利用辣蓼草可以防止雜菌污染，保證發(fā)酵[5]，二是利用不同的中草藥使糄粑具有健胃消食等獨特功效.酒曲粉中酵母菌、乳酸菌等益生菌群可以有效改善胃腸內(nèi)環(huán)境和菌種結(jié)構(gòu)、抑制病原微生物繁殖、增強機體免疫力和抗病力.糯米經(jīng)發(fā)酵后有獨特的酒香味，因此賦予了糄粑獨一無二的風味，同時產(chǎn)生很多生理活性成分，如功能性低聚糖、多肽及氨基酸、抗氧化活性物質(zhì)、降膽固醇及降血壓物質(zhì)、益生菌及酶、B族維生素和功能性脂類等，對人體有抗氧化、降血脂、提高免疫力、抑制腫瘤、延緩衰老、預防腸胃疾病等作用.

近年來，隨著人民對美好生活需求及健康需要的提高，人們對日常食品的需求已從原來的溫飽型轉(zhuǎn)向于現(xiàn)在的營養(yǎng)和保健型，對健康食品的要求不斷增加，食品工業(yè)正在不斷朝著營養(yǎng)保健食品方向發(fā)展.

2 發(fā)酵食品微生態(tài)研究進展

2.1 傳統(tǒng)發(fā)酵研究進展

在傳統(tǒng)發(fā)酵研究過程中，原料如大米在微生物的作用，經(jīng)過酒曲中的微生物發(fā)酵，產(chǎn)生一些新的功能性物質(zhì).通常是發(fā)酵過程中大米中的淀粉、蛋白質(zhì)、脂類等營養(yǎng)成分在微生物發(fā)酵過程中分解成不同的代謝產(chǎn)物.淀粉質(zhì)成分在霉菌及酵母菌等益生菌及其酶的作用下，可被水解為葡萄糖、低聚糖和短鏈多糖等[6].葡萄糖在代謝過程中又可繼續(xù)被轉(zhuǎn)化為乙醇、乳酸和醋酸等[7]，產(chǎn)生功能性糖類化合物，包括真菌多糖、功能性低聚糖及單糖等，能改善人體消化系統(tǒng)功能，降低有毒物質(zhì)產(chǎn)生，增強人體免疫力，延緩細胞與器官衰老等，有些低聚糖還可以降低血壓和血清膽固醇；纖維素可被轉(zhuǎn)化為短鏈脂肪酸.蛋白質(zhì)類成分可被水解為小肽，具有多種生理功能，如具有抑制血管緊張素轉(zhuǎn)換酶(ACE)活性的二肽和三肽首先在日本腐乳和韓國大醬中被發(fā)現(xiàn)[8].被水解成的部分小肽還可繼續(xù)被水解為氨基酸，再進一步轉(zhuǎn)化形成生物胺、氨、硫化物、γ-氨基丁酸和芳香酯等[9]；脂類成分可被逐級轉(zhuǎn)化為甘油三酯、脂肪酸、醛、酸和醇等產(chǎn)物[10].益生菌在發(fā)酵過程中會分泌各種酶類，如納豆激酶、豆豉纖溶酶、神曲發(fā)酵過程中5種消化酶[11]，各種酶的功能不盡相同，如超氧化物岐化酶具有清除自由基作用[12].

微生物發(fā)酵還可產(chǎn)生維生素B12、核苷酸、類黑素和芳香族化合物，抗氧化活性物質(zhì)，紅曲霉色素、大豆皂苷、酚酸等物質(zhì)除具有良好的抗氧化活性物質(zhì)外，還能產(chǎn)生降血脂活性物質(zhì)，具有促進膽固醇和甘油三脂代謝以及抗血栓作用[13].

益生菌及代謝產(chǎn)物如酵母菌、枯草芽孢桿菌以及其分泌的溶栓酶，乳酸菌增加葉酸產(chǎn)量[14]，引起宿主腸道微生物菌群的微妙變化[15].

2.2 酒藥發(fā)酵的研究進展

“酒藥”是我國特有的傳統(tǒng)產(chǎn)品，又名甜米酒藥、甜酒曲、酒藥.因在生產(chǎn)過程中加人一定量的辣蓼[16]等中草藥防止雜菌污染而得名，酒藥中的微生物主要是霉菌、少量酵母和細菌[17，18]，霉菌包括根霉、曲霉、毛霉、紅曲霉、青霉等[19]，酵母主要有復膜孢酵母、畢赤酵母[20]、伊薩酵母、釀酒酵母及假絲酵母等，細菌包括乳酸菌.釀酒的過程中，甜酒藥中的根霉菌分泌出大量糖化酶，霉菌中根霉的淀粉酶和蛋白酶活力旺盛[18]，米中的淀粉糊精在α-1，6麥芽糖苷酶和α-1，4麥芽糖苷酶作用下生成麥芽糖，然后再經(jīng)α-1，4葡萄糖苷酶和α-1，6葡萄糖苷酶的作用生成葡萄糖[17]，酵母菌微弱的酒精發(fā)酵，使糄粑具有輕微的酒香味.因此，在糄粑的生產(chǎn)中，通常是以糄粑表面生長出豐富的白色霉菌絲體為度，但在發(fā)酵過程中發(fā)酵產(chǎn)物與發(fā)酵階段的響應關(guān)系尚未有相關(guān)報道.

2.3 生米發(fā)酵食品研究進展

生米發(fā)酵食品是一種重要的米制品種類[21]，在我國具有悠久的發(fā)展歷史.如傳統(tǒng)的米粉、米果、糍粑、米發(fā)糕等[21]都是將大米經(jīng)過浸泡而制成的，風味上都有較大的改善.關(guān)于生米發(fā)酵食品的研究進展主要集中在以下幾點：一是發(fā)酵工藝及其對米制品品質(zhì)的影響，如米發(fā)糕的疏松多孔，有酸味及酵香味；米粉的質(zhì)地筋道等.二是發(fā)酵過程中的微生物變化及其作用，乳酸菌、酵母菌、霉菌和芽孢桿菌等微生物會利用大米中的淀粉和蛋白質(zhì)進行發(fā)酵[22，23].三是發(fā)酵對大米化學組成的影響[24]，在發(fā)酵過程中，淀粉總含量有少量的增加[22]，發(fā)酵液中游離脂肪酸的含量增加[25]，長時間容易產(chǎn)生不良氣味[22].蛋白質(zhì)含量呈下降的趨勢[24]，大米中灰分的含量也有所降低[22].四是發(fā)酵對大米物化性質(zhì)的影響，發(fā)酵后淀粉的溶解度有所增大，使淀粉分子的水合能力增強，降低糊化溫度[22].由于糄粑為地方性產(chǎn)品，目前有關(guān)研究報道較少，但作為發(fā)酵米制品，糄粑的發(fā)酵過程及產(chǎn)物可參考常見生米發(fā)酵食品.

2.4 發(fā)酵食品功能成分研究進展

發(fā)酵是一種古老、傳統(tǒng)的食品儲存與加工的方法，微生物代謝產(chǎn)物及微生物酶對原料分解后產(chǎn)生的分解產(chǎn)物，形成了成百上千種其它代謝物，它們之間平衡協(xié)調(diào)構(gòu)成了發(fā)酵食品特有的質(zhì)構(gòu)與風味，增加和改善發(fā)酵食品的風味、香氣和組織結(jié)構(gòu)、產(chǎn)生活性酶和多種營養(yǎng)物質(zhì)、分解和去除食品原料中的有害物質(zhì)、產(chǎn)生乳酸、酒精等發(fā)酵產(chǎn)物以保存食物.其中，含有很多對人體有保健作用的功能成分，主要包括以下幾種：

2.4.1 對人體有益的微生物及酶

發(fā)酵食品仍然存有微生物，乳酸菌、酵母、紅曲霉等被國家藥品與食品管理局批準的可用于保健食品的菌種，發(fā)酵的乳酸菌、紅曲、霉菌、酵母菌等菌體本身對人體具有一定的保健功效[6，26].如乳酸菌在人體內(nèi)具有調(diào)節(jié)血脂、提高機體免疫力﹑緩解人體乳糖不耐癥、抑制腫瘤細胞產(chǎn)生及生長、延緩細胞衰老、防止腸胃疾病等作用[6，26-27].酵母菌菌體本身含含有50%左右的蛋白質(zhì)、6%的核糖核酸、2%的B族維生素，還有谷胱甘肽等生理活性物質(zhì)[27].傳統(tǒng)發(fā)酵食品中在微生物作用下，產(chǎn)生很多酶類物質(zhì)，這些酶類物質(zhì)具有抗氧化﹑溶解血栓﹑抗衰老等不同作用[6].如從日本傳統(tǒng)發(fā)酵食品納豆中提取的納豆激酶具有溶解血栓作用的絲氨酸蛋白酶，在人體中的作用時間可達8 h.超氧化物岐化酶(SOD)能夠?qū)е滤ダ系某踝杂苫纸猓侵淖杂苫宄齽?，具有抗衰老的作?

紅曲霉可以產(chǎn)生多種酶類，葡萄糖淀粉酶和蛋白酶是大家都很熟悉的.近年來，國內(nèi)對紅曲霉產(chǎn)生的酯酶進行了很多研究，主要是用于濃香型酒的生產(chǎn).用紅曲霉產(chǎn)生的聚氨基葡萄糖酶可以把高分子聚氨基葡萄糖降解為低分子聚氨基葡萄糖，該物質(zhì)可以抑制酪氨酸酶的活性，從而抑制黑素的形成.另外，紅曲霉產(chǎn)生的核酸酶、5’-磷酸二酯酶、乙酰輔酶A氧化酶、α-葡萄糖甘酶等都有專利報道.

2.4.2 多肽與氨基酸

蛋白質(zhì)不完全降解可以產(chǎn)生多肽與氨基酸.多肽是氨基酸聚合體，分子量比蛋白質(zhì)小很多，具有一些蛋白質(zhì)沒有的生理功能，而且抗原性非常小，過敏體質(zhì)一般不會產(chǎn)生過敏反應.目前是醫(yī)藥與食品界研究的熱點之一.蛋白酶可使蛋白質(zhì)降解產(chǎn)生大量的多肽和基礎(chǔ)氨基酸[26，28]，比如酵母中的谷胱甘肽是由谷氨酸、半胱氨酸、甘氨酸構(gòu)成的還原性三肽，具有重要生理功能；大豆多肽具有降脂、減肥、提高運動能力、促進消化等功能，并且它比蛋白質(zhì)更易于吸收.

2.4.3 多糖與低聚糖

低聚糖是由2～10個單糖分子通過糖苷鍵連接而成的寡糖，如果寡糖、木寡糖、葡寡糖、半乳寡糖和大豆寡糖等，這些寡糖不被人體胃腸淀粉酶分解，因而可直達大腸，具有促進雙岐桿菌生長，改善人體微生態(tài)環(huán)境的重要功能.糖基轉(zhuǎn)移酶和糖苷水解酶可以生成低聚糖，具有促進雙歧桿菌生長，改善人體微生態(tài)環(huán)境的重要功能[26].

2.4.4 降低膽固醇及降血壓物質(zhì)

紅曲霉發(fā)酵生產(chǎn)的降膽固醇主要成分莫納可林類物質(zhì)在化學結(jié)構(gòu)上與它汀類藥物是相似的，它們降低膽固醇的機理也是相同的：抑制膽固醇合成途徑上的關(guān)鍵酶，即HMG-CoA還原酶(3-羥基3-甲基戊二酰輔酶A還原酶)，從而減少膽固醇合成.但是紅曲霉固態(tài)發(fā)酵的完全產(chǎn)物—紅曲，卻很少有它汀類藥物的副作用—對肝臟有損害.它汀類藥物對肝臟有損害的原因是因為，它們在抑制膽固醇合成的同時也抑制了輔酶Q的生成，而輔酶Q對肝臟有保護作用.而在紅曲中不僅有莫納可林，還同時存在輔酶Q，所以當用紅曲的全部發(fā)酵物入藥就沒有它汀類藥物的副作用.遷啟介等研究表明，紅曲中含有降壓成分.實驗表明該物質(zhì)為耐高壓、水溶性組分，推測可能是γ-氨基丁酸或某種肽.雖然功能成分還不十分明確，但可以得出如下結(jié)論：紅曲具有綜合預防循環(huán)系統(tǒng)疾病的功效.

紅曲霉可以產(chǎn)生多種生理活性物質(zhì)，如莫納可林、氨基丁酸、輔酶Q等.HMG-CoA還原酶(3-羥基-3-甲基戊二酰輔酶A還原酶)是膽固醇合成途徑上的關(guān)鍵抑制酶，可以減少膽固醇合成[26]；血管緊張素轉(zhuǎn)換酶(ACE)是參與調(diào)節(jié)人體血壓的有關(guān)酶，可以通過抑制ACE的活性，實現(xiàn)降血壓目的.近來在發(fā)酵產(chǎn)物，尤其是紅曲發(fā)酵產(chǎn)生的Monacolin K與γ-氨基丁酸(GABA)成為發(fā)酵食品功能成分的研究熱點[29]，Monacolin K可以作為膽固醇合成的抑制劑，能減少人體內(nèi)膽固醇的合成，從而調(diào)節(jié)人體內(nèi)異常血脂，實現(xiàn)治療、預防心腦血管疾病的目的，是一種較為理想的降低膽固醇藥物[29-31]，此外Monacolin K還具有保護腎臟，抗腫瘤，預防和治療膽結(jié)石、動脈硬化、糖尿病等作用[32-34].γ-氨基丁酸(GABA)是一種非蛋白質(zhì)氨基酸[35]，為哺乳動物中樞神經(jīng)系統(tǒng)重要抑制性神經(jīng)遞質(zhì)，有降壓、改善腦機能、抗驚厥、提高長期記憶和促進生長激素分泌等功能[36].

2.4.5 其它

此外在許多發(fā)酵食品中都發(fā)現(xiàn)了抗氧化活性物質(zhì)及其它對人體有益的物質(zhì).如已從大豆中分離出3種游離型異黃酮，比糖苷型大豆異黃酮具有更強的抗自由基、抗氧化、抗腫瘤等生理活性.真菌酵母、曲霉、毛霉等能產(chǎn)生多不飽和脂肪酸，如亞油酸(LA)、亞麻酸(GLA)、花生四烯酸(AA)、二十碳五烯酸(EPA)、二十二碳六烯酸(DHA)等.豆類發(fā)酵制品中含有的乙酰膽堿和卵磷脂都對預防老年癡呆癥有效.

顯然，發(fā)酵產(chǎn)品中還有很多功能成分有待研究與開發(fā)，利用1HNMR(氫核磁共振)和HPLC(高效液相色譜)指紋圖譜技術(shù)對山西老陳醋功能成分進行研究，指認出包括氨基酸、有機酸、糖類等28種化合物，并有香草酸、原兒茶酸、二氫阿魏酸等13個色譜峰，并進行了山西老陳醋提取物抗衰老活性研究[37].

2.5 高通量測序在發(fā)酵食品中的應用

RNA測序(RNA-seq，RNA sequencing)又被稱為全轉(zhuǎn)錄組鳥槍法測序[38]，是應用高通量測序揭示某個生物樣本內(nèi)在特定時間的RNA的存在和數(shù)量(轉(zhuǎn)錄組)的一種技術(shù)手段[39].RNA測序可以用于檢測替代基因拼接轉(zhuǎn)錄，轉(zhuǎn)錄后修飾，基因融合，突變體，不同時間基因表達變化及不同分組(實驗處理)下基因表達的變化[40].RNA測序不僅能檢測mRNA的轉(zhuǎn)錄，還能觀察到包括總RNA和小RNA(miRNA、tRNA和核糖體RNA)在內(nèi)不同尺度的RNA表達譜[41].

RNA測序也被大量應用于食品微生物的研究，探究食品發(fā)酵過程中的功能微生物和功能基因等.Duan etal[42]運用宏轉(zhuǎn)錄組技術(shù)，探究了蝦醬發(fā)酵過程中存在的微生物及其與風味形成相關(guān)的基因，劉同杰[43]對傳統(tǒng)酸面團中微生物多樣性及其風味物質(zhì)代謝研究.

3 結(jié)束語

綜上所述，前人已對發(fā)酵米制品及發(fā)酵功能成分進行了相關(guān)的研究，糄粑在發(fā)酵過程中會產(chǎn)生有益菌和功能性低聚糖等生理活性成分，具有獨特的風味，對人體有一定的保健作用.結(jié)合前人的研究成果及糄粑自身的特點，利用1HNMR和HPLC指紋圖譜技術(shù)研究糄粑中的功能成分，利用RNA測序技術(shù)檢測糄粑中的微生物種群，并根據(jù)不同的發(fā)酵階段糄粑中的微生物群落與相應的功能成分的響應關(guān)系，研究糄粑功能性成分的形成機理，為下一步的優(yōu)勢菌種的分離與培養(yǎng)、功能性產(chǎn)品的開發(fā)提供前期基礎(chǔ)，可以為糄粑的工業(yè)化生產(chǎn)提供技術(shù)支撐.