酵素發(fā)酵工藝進展

□ 于佳楠 王 佳 馮楚亭 韓誠武 佳木斯大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院

1 酵素概述

“酵素”是以不同植物為原料，經(jīng)微生物（酵母菌、乳酸菌、醋酸菌和食用真菌等）發(fā)酵形成的功能性發(fā)酵產(chǎn)品。通過一定時間的發(fā)酵，植物中的營養(yǎng)物質(zhì)經(jīng)微生物分解釋放，如維生素、氨基酸等功能性成分被分解釋放，更易被人體吸收。酵素具有多種功能[1]，如美容養(yǎng)顏抗衰老[2—3]，增強機體免疫；改善便秘[4]，加速消化，抑制致病菌群生長[5]，保護酒精性肝損傷等[6]。

2 酵素應(yīng)用

在保健方面的應(yīng)用。Hiroaki SAKURAI 等發(fā)現(xiàn)糙米經(jīng)米曲霉發(fā)酵后可提高小鼠巨噬細(xì)胞中谷胱甘肽（GSH）含量[7]，國外學(xué)者Abdul Gofur研究發(fā)現(xiàn)黑豆納豆提取物能影響患高膽固醇血癥雄性小鼠的生殖系統(tǒng)，改善高膽固醇血癥[8]。

在動物飼料方面的應(yīng)用。鮑娟研究發(fā)現(xiàn)將酵素添加于肉雞飼料中，可使家禽生長茁壯，死亡率降低，增加生產(chǎn)性能[9]。

在食品方面的應(yīng)用。Koyama M等用糙米發(fā)酵出了含0.3%黃原膠的糙米飲料[10]。

3 酵素分類

3.1 根據(jù)酵素的原料種類分類

①單一型酵素，包括蔬菜酵素、水果酵素、谷物酵素和藥食同源植物酵素[11]。②復(fù)合型酵素，大多是按比例混合多種原料（如果蔬，豆類，谷物）后，加入多元糖醇，室溫下密封發(fā)酵一定時間后得到[12]。

3.2 根據(jù)酵素的發(fā)酵方式分類

3.2.1 自然發(fā)酵酵素

發(fā)酵方式為自然發(fā)酵，利用附著在原材料表面的微生物（酵母菌、乳酸菌及米曲霉等）自發(fā)發(fā)酵得到的產(chǎn)物，如傳統(tǒng)釀造品、醬油、白酒等。但自然發(fā)酵的發(fā)酵周期較長，原材料上附著的微生物種類、數(shù)量不可控，產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊，難以進行大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。

3.2.2 人工接種發(fā)酵酵素

發(fā)酵方式為人工接種發(fā)酵，是利用微生物菌群對原材料進行人工接種發(fā)酵，根據(jù)接種菌種數(shù)量可分為單一菌種發(fā)酵和多菌混合發(fā)酵[13]，常用的發(fā)酵菌種有酵母菌、醋酸菌和乳酸菌等。共同發(fā)酵過程中，菌種按不同比例復(fù)配混合，相互作用，形成獨有的口味。

3.3 根據(jù)酵素產(chǎn)品形態(tài)不同分類

固態(tài)酵素：呈粉末、顆粒片狀，塊狀等，如白蕓豆酵素。半固態(tài)酵素：膏狀，膠凍狀等，如酵素果凍。液態(tài)酵素：常溫下呈液態(tài)的酵素，最為普遍。

4 酵素發(fā)酵條件

4.1 菌種

酵母菌、醋酸菌和乳酸菌等為酵素常用發(fā)酵菌種[14—15]。在共同發(fā)酵過程中菌種之間會相互作用，可根據(jù)需要選用一種或同時使用多種菌種進行復(fù)合發(fā)酵。劉加友在葛根素發(fā)酵中發(fā)現(xiàn)酵母菌和醋酸菌之間，嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌之間存在共生關(guān)系，利于酵素發(fā)酵利于酵素發(fā)酵[16]；張麗萍等發(fā)現(xiàn)酵母菌和乳酸菌混合體系發(fā)酵效果明顯優(yōu)于某單一菌種[17]。

Lee C K 等采用rRNA 序列分析植物提取物發(fā)酵飲料，在所有濃縮培養(yǎng)樣品中，L. homohiochii是優(yōu)勢菌種[18]，蔡倪以天麻為研究對象，發(fā)現(xiàn)在天麻發(fā)酵中添加乳酸菌，可降低總酚含量，增強發(fā)酵液的還原能力[19]。魏東東等分離純化紅樹莓酵素，得到菌株庫德畢赤酵母、盔形畢赤酵母、釀酒酵母和植物乳桿菌[20]；杜麗萍提取自然發(fā)酵的木瓜酵素液，結(jié)合 DGGE 指紋圖譜發(fā)現(xiàn)植物乳桿菌、釀酒酵母和畢赤酵母為全程優(yōu)勢菌，假腸膜串珠菌和假絲酵母為初期優(yōu)勢菌[21]。

4.2 發(fā)酵最適溫度及接種量

Jungwoo Park 研究表明[22]，酵素對飲食配方很敏感，不同因素限制下，每種酵素合適的濃度不同，所以不同酵素根據(jù)原料組成的不同所需料液比、溫度等也不同。宋佳等確定傳統(tǒng)果蔬酵素最佳發(fā)酵條件為料液比為18%，蔗糖濃度為7%，菌液比為2%，硒濃度為4 mg/L[23]。張靜雯研究發(fā)現(xiàn)釀酒酵母最佳生長條件為34～38 ℃，pH4.0 ～6.0；植物乳桿菌最佳生長條件為37 ℃，pH6.0 左右，兩菌最佳接種量為5%[24]。張媛媛在制作銀瓜酵素中發(fā)現(xiàn)酵母菌最佳生長條件為30 ℃，醋酸菌最佳生長條件為32 ℃，兩菌最佳接種量為12.5%[25]。楊培青發(fā)現(xiàn)在pH 3.5 下先接種0.15%葡萄酒用酵母，再接種0.50%干酪乳桿菌，18 ～20 ℃靜置發(fā)酵24 h 后得到的藍莓果渣酵素粉劑，其蛋白酶活力、SOD 活力、脂肪酶含量均有顯著提高[26]。王巨成通過單因素試驗，確定沙棘酵素發(fā)酵中最佳發(fā)酵條件為37 ℃，酵母菌粉的最佳接種量為0.01%，乳酸菌粉的接種量為0.1[27]。

5 酵素生產(chǎn)工藝

5.1 固態(tài)酵素生產(chǎn)工藝

以固體發(fā)酵豆粕為例，程友飛在具有一定濕度、可維持細(xì)菌生長代謝的固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)（果蔬渣，谷物等）上進行無水發(fā)酵[28]，接種量12%，接種順序：枯草芽孢桿菌24 h，其次是干酪乳桿菌和酵母，發(fā)酵時間72 h，接種系數(shù)比為2 ∶1 ∶1。固態(tài)酵素發(fā)酵攪拌困難，難以混合充分，整體發(fā)酵速率和溫度難以控制[29]。

5.2 液體酵素生產(chǎn)工藝

新鮮果蔬被加工成液態(tài)后，加入復(fù)合型果膠酶進行酶解，在18 ～25 ℃下接種釀酒酵母發(fā)酵7 ～15 d，再接種醋酸菌，二次發(fā)酵10 ～30 d[30]，提取濃縮原發(fā)酵液，能保留最原始的高活性發(fā)酵產(chǎn)物。

5.3 改良發(fā)酵工藝

胡肖利等以當(dāng)歸、黃芪、黨參和甘草為原料，按1 ∶3 ∶1 比例接種纖維素酶、淀粉酶和糖化酶，37 ℃下發(fā)酵48 h 得到歸芪參草功能酵素[31]。

董潔等以棗泥為原料，接種0.1%酵母，30 ℃下發(fā)酵12 h，第二次接種0.5%乳酸菌，37 ℃發(fā)酵28 h，6 ～8 ℃恒溫發(fā)酵24 h 得到金絲小棗棗泥酵素[32]。

李建強等以果蔬為原料處理后，接種酵母，攪拌（100 g 0.5%果酵母粉，用5%蔗糖溶液在37 ～40 ℃下活化30 min），裝桶常溫發(fā)酵90 天，得到一級發(fā)酵液；相同條件下植入醋酸菌（100 g 0.5%的醋酸菌粉）二次發(fā)酵90 天，得到二次發(fā)酵液，然后植入乳酸菌（100 g 0.5%乳酸菌粉），再次發(fā)酵，得到螯合發(fā)酵的酶基液（三級發(fā)酵液）[15]。

6 結(jié)語

①國內(nèi)酵素研究方向單一，主要測定功能性成分含量，側(cè)重于食物的保健作用研究，酵素原材料選擇單一。應(yīng)更綜合系統(tǒng)的研究多種酵素，挖掘更多潛在功能。比如可以考慮將酵素發(fā)酵產(chǎn)生的果蔬渣應(yīng)用于固體酵素發(fā)酵，增加資源的合理利用率，減少廢棄，實現(xiàn)最大化。②優(yōu)化發(fā)酵工藝，解決發(fā)酵時間周期長、效率低的問題。人工接種發(fā)酵選用菌種應(yīng)增加安全性評估，不同原料發(fā)酵的菌種配比應(yīng)根據(jù)其抗氧化活性、酶活力及相關(guān)代謝產(chǎn)物含量的變化確定最優(yōu)比，計算出最佳接種量。③酵素發(fā)酵產(chǎn)品質(zhì)量難以控制，雜菌易污染，產(chǎn)品形式單一，缺乏創(chuàng)新，影響后續(xù)開發(fā)及利用。希望未來酵素能真正得到大家的喜愛，完善發(fā)酵工藝。