菌酶協(xié)同處理在豆制品副產(chǎn)物開發(fā)利用中的研究進(jìn)展

尹樂斌，李樂樂，何平，劉椏麗，楊學(xué)為，羅雪韻

(1.邵陽學(xué)院 食品與化學(xué)工程學(xué)院，湖南 邵陽 422000;2.豆制品加工與安全控制湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 邵陽 422000)

隨著植物蛋白市場規(guī)模日益擴(kuò)大，豆制品廣泛地出現(xiàn)在民眾的日常飲食中。豆制品企業(yè)制造的大豆副產(chǎn)物(豆渣、黃漿水等)產(chǎn)量隨之提高，其中富含蛋白質(zhì)、膳食纖維、有機(jī)酸等[1-4]，在綠色發(fā)展的大環(huán)境中，企業(yè)生產(chǎn)的這類有機(jī)廢棄物不能直接排放，同時(shí)豆渣干燥、黃漿水凈化等成本昂貴，企業(yè)背負(fù)著沉重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)[5]，所以利用綠色高效的菌酶協(xié)同方法處理豆制品副產(chǎn)物顯得尤為重要。

菌酶協(xié)同技術(shù)在果蔬、豆制品副產(chǎn)物以及動物飼料處理上得到廣泛應(yīng)用，菌酶協(xié)同發(fā)酵可以綜合微生物發(fā)酵和酶解兩大優(yōu)勢[6]。酶解為微生物發(fā)酵提供碳源和氮源等基礎(chǔ)營養(yǎng)物質(zhì)，發(fā)酵又可以彌補(bǔ)獨(dú)立酶解造成的產(chǎn)物風(fēng)味口感差、活性成分不足等現(xiàn)象[7]，二者有機(jī)結(jié)合可顯著增加發(fā)酵效率，改善產(chǎn)物風(fēng)味，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

1 菌酶協(xié)處同理技術(shù)常用的微生物和酶類

芽孢桿菌、酵母菌、乳酸菌和霉菌等通常應(yīng)用在菌酶協(xié)同發(fā)酵中。芽孢桿菌主要是枯草芽孢桿菌、蠟質(zhì)芽孢桿菌等，其發(fā)酵可降解抗?fàn)I養(yǎng)因子，分泌纖維素酶和蛋白酶，調(diào)節(jié)動物腸道健康[8-9]。酵母菌主要是釀酒酵母和啤酒酵母，發(fā)酵產(chǎn)酒香味，顯著改善發(fā)酵產(chǎn)物的風(fēng)味[10-11]。乳酸菌類主要包括植物乳桿菌、乳酸桿菌等，產(chǎn)生的多種有機(jī)酸在改善風(fēng)味的同時(shí)也抑制了有害微生物的生長，賦予了發(fā)酵產(chǎn)品特有的品質(zhì)[12-13]。霉菌類主要用到米曲霉和黑曲霉，其能夠分泌大量的胞外酶，如蛋白酶、纖維素酶等水解粗質(zhì)纖維成分和大分子蛋白，因此也常用在動物飼料發(fā)酵方面[14]。常用酶制劑主要有纖維素酶和蛋白酶等。纖維素酶可降解木質(zhì)纖維為葡萄糖等小分子物質(zhì)給生物發(fā)酵提高碳源等基礎(chǔ)營養(yǎng)物質(zhì)。蛋白酶主要是中性蛋白酶、木瓜蛋白酶等，蛋白酶可將粗蛋白水解成短鏈多肽，提高多肽含量，同時(shí)改善原料中的不良風(fēng)味。菌酶協(xié)同處理常用的菌種和酶類見表1。

表1 菌酶協(xié)同處理常用菌種和酶類Table 1 The common strains and enzymes of co-treatment of bacteria and enzymes

2 常見豆制品副產(chǎn)物菌酶協(xié)同處理技術(shù)的應(yīng)用

2.1 菌酶協(xié)同技術(shù)在豆渣中的應(yīng)用

趙超等[18]探究乳酸菌和纖維素酶對豆渣與桑葉混貯發(fā)酵品質(zhì)及體外瘤胃發(fā)酵特性的影響。研究發(fā)現(xiàn)，菌酶組粗蛋白含量和有機(jī)酸含量提高。說明乳酸菌有效改善了豆渣和桑葉混貯的發(fā)酵品質(zhì)和體外牛瘤胃的發(fā)酵特性，而且菌酶混合使用時(shí)效果最好。曾杜文等[19]研究從豆渣中提取L-阿拉伯糖的工藝，并以釀酒酵母發(fā)酵玉米秸稈酶解液產(chǎn)乙醇，發(fā)現(xiàn)酸解和酶解豆渣都為發(fā)酵產(chǎn)乙醇提供了碳源。董偉亮[20]利用米曲霉發(fā)酵酶解豆渣液制備大豆多肽，研究發(fā)現(xiàn)發(fā)酵產(chǎn)物多肽和多糖含量增加。劉帥[21]利用黑曲霉發(fā)酵豆渣制備豆渣粗蛋白，在此基礎(chǔ)上引用復(fù)合蛋白酶酶解粗蛋白得到抗氧化肽，研究發(fā)現(xiàn)發(fā)酵豆渣蛋白提取率顯著提高，為后續(xù)的酶解粗蛋白制備多肽提供了更多原料。李琳等[22]利用纖維素酶和堿性蛋白酶水解新鮮豆渣，將酶解豆渣液接種米曲霉發(fā)酵制備食品添加劑，研究發(fā)現(xiàn)產(chǎn)物中主要成分為多肽、可溶纖維以及多糖。

2.2 菌酶協(xié)同技術(shù)在豆粕中的應(yīng)用

方樂等[23]研究酵母菌、芽孢桿菌和中性蛋白酶協(xié)同發(fā)酵豆粕制備飼用小肽的工藝，探究發(fā)酵條件對產(chǎn)小肽的影響，研究發(fā)現(xiàn)發(fā)酵豆粕后，其產(chǎn)物中小肽和蛋白含量顯著增加。毛銀等[24]研究利用植物乳桿菌和蛋白酶協(xié)同發(fā)酵豆粕工藝條件優(yōu)化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)相比較未發(fā)酵的豆粕，發(fā)酵豆粕的粗蛋白、多肽和總酸含量有所提升，為改善動物飼料品質(zhì)提供了新思路。周爽等[25]采用枯草芽孢桿菌和中性蛋白酶協(xié)同處理豆粕，研究發(fā)現(xiàn)菌酶協(xié)同發(fā)酵產(chǎn)物多肽和粗蛋白含量大幅提高，解決了簡單酶解和單純發(fā)酵豆粕存在的不足，為制備高質(zhì)量動物飼料提供了理論指導(dǎo)。張煜等[26]研究從乳酸菌、釀酒酵母和枯草芽孢桿菌中篩選最優(yōu)菌株，加入相關(guān)復(fù)合酶，考察菌酶協(xié)同發(fā)酵對玉米-豆粕型飼料品質(zhì)改善和仔豬飼喂的效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)菌酶協(xié)同發(fā)酵飼料質(zhì)量改善，相關(guān)抗?fàn)I養(yǎng)因子降低，乳酸含量增加等。

3 菌酶協(xié)同處理效果的優(yōu)勢

3.1 壓縮發(fā)酵時(shí)間，提高發(fā)酵效率

菌酶協(xié)同常會用到纖維素酶、蛋白酶或者復(fù)合酶等，添加酶制劑可加快底物中粗質(zhì)纖維和粗蛋白水解成小分子物質(zhì)，為發(fā)酵補(bǔ)充碳源、氮源等營養(yǎng)成分，促進(jìn)發(fā)酵快速進(jìn)行。與獨(dú)立發(fā)酵相比，大大縮短了發(fā)酵周期，提高了發(fā)酵效率。岳麗等研究菌酶協(xié)同發(fā)酵甜高粱秸稈工藝，研究發(fā)現(xiàn)菌酶協(xié)同技術(shù)顯著提高了微生物對發(fā)酵底物大分子物質(zhì)的利用效率，如纖維素酶酶解秸稈中粗質(zhì)纖維生成單糖可為發(fā)酵提供能源。張志強(qiáng)[27]利用纖維素酶水解甘蔗渣，并添加釀酒酵母發(fā)酵水解液制備乙醇，發(fā)現(xiàn)乙醇得率提高，發(fā)酵效率提升。

3.2 降低抗?fàn)I養(yǎng)因子，改善產(chǎn)物風(fēng)味

常用作動物飼料的植物秸稈、果渣中存在大量的抗?fàn)I養(yǎng)因子，比如豆渣中的植酸、抗原蛋白、硫苷等，這類物質(zhì)的存在嚴(yán)重影響動物消化吸收，引起腸胃不適。利用菌酶協(xié)同發(fā)酵處理可顯著降解抗?fàn)I養(yǎng)因子，將其轉(zhuǎn)化為可吸收利用的糖類等物質(zhì)，將霉菌毒素、酚類有害物質(zhì)分解，降低其毒害性。帖余等[28]研究發(fā)現(xiàn)，黑曲霉固態(tài)發(fā)酵菜籽粕，再進(jìn)行酶解處理，植酸和硫苷含量顯著降低，較單獨(dú)發(fā)酵效果更佳。李家明等利用植酸酶結(jié)合黑曲霉、釀酒酵母以及枯草芽孢桿菌混菌發(fā)酵辣木莖稈粉，研究發(fā)現(xiàn)不同菌種組合發(fā)酵產(chǎn)物的營養(yǎng)成分和植酸含量存在差異，混菌發(fā)酵提高了蛋白和乳酸含量，纖維和植酸等抗?fàn)I養(yǎng)因子顯著降低。韓麗等利用菌酶協(xié)同發(fā)酵大豆皮，探究不同的發(fā)酵組合和條件對大豆皮抗?fàn)I養(yǎng)因子降解作用。研究發(fā)現(xiàn)釀酒酵母結(jié)合植物乳桿菌，同時(shí)添加3號蛋白酶發(fā)酵大豆皮，其抗原蛋白降解率超過80%?？?fàn)I養(yǎng)因子的降低有助于提高產(chǎn)品的安全性，特別是在動物飼料方面，能夠改善動物消化不良，調(diào)節(jié)腸道健康。

3.3 提高產(chǎn)品質(zhì)量和營養(yǎng)價(jià)值

菌酶協(xié)同將微生物發(fā)酵和酶解進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，充分發(fā)輝兩者優(yōu)勢，發(fā)酵產(chǎn)物苦澀味降低，產(chǎn)物營養(yǎng)組成更加豐富。姚曉紅等利用枯草芽孢桿菌和中性蛋白酶協(xié)同發(fā)酵菜籽粕，發(fā)現(xiàn)菌酶協(xié)同發(fā)酵產(chǎn)物中單寧、植酸和硫苷含量大大降低，粗蛋白、還原糖、多肽等成分含量顯著提高。郝磊等研究黑曲霉和米曲霉制曲工藝，探究其產(chǎn)蛋白酶活力，然后加入復(fù)合酶協(xié)同發(fā)酵，發(fā)現(xiàn)菌酶協(xié)同發(fā)酵組中總氨基氮和還原糖占比強(qiáng)于對照組，感官評價(jià)中菌酶協(xié)同組風(fēng)味更優(yōu)。徐磊等利用不同蛋白酶和干酪乳桿菌協(xié)同發(fā)酵脫脂薏米，發(fā)現(xiàn)相比于單獨(dú)發(fā)酵，協(xié)同發(fā)酵加快了反應(yīng)速率，促進(jìn)了蛋白水解，水提液中多肽、還原糖和游離氨基酸顯著提高，同時(shí)抗氧化能力較單獨(dú)發(fā)酵也有所提高。趙小惠等利用枯草芽孢桿菌結(jié)合中性蛋白酶發(fā)酵金槍魚暗色肉制備飼用肽，研究發(fā)現(xiàn)協(xié)同發(fā)酵后多肽含量明顯提高，為開發(fā)利用高質(zhì)量動物飼料提供了理論基礎(chǔ)。由此可見，菌酶協(xié)同在提升產(chǎn)物質(zhì)量和營養(yǎng)價(jià)值方面頗具潛力，也為開發(fā)高質(zhì)量產(chǎn)品開拓了思路。

4 菌酶協(xié)同處理技術(shù)的前景與展望

當(dāng)前菌酶協(xié)同技術(shù)主要應(yīng)用在動物飼料、調(diào)味品生產(chǎn)等方面。菌酶協(xié)同技術(shù)優(yōu)勢明顯，但在工藝處理上較為復(fù)雜，而且微生物菌種和酶制劑添加順序(酶解與發(fā)酵前后順序)、菌酶比例以及酶解和發(fā)酵的機(jī)制尚未清晰，這些原因制約了菌酶協(xié)同的廣泛應(yīng)用。接下來的研究需更多地放在菌酶協(xié)同發(fā)酵機(jī)理以及發(fā)酵產(chǎn)物活性提取和分析上，利用菌酶協(xié)同開發(fā)生物活性肽的高值化產(chǎn)品等。

植物蛋白產(chǎn)品近幾年發(fā)展迅速，其中大豆制品在民眾餐飲方面?zhèn)涫芮嗖A，隨之而來的豆制品副產(chǎn)物(豆渣、豆粕)[29]等產(chǎn)量增加，這類固體廢棄物處理復(fù)雜，處理成本高昂，期待菌酶協(xié)同未來更廣泛地應(yīng)用在豆制品副產(chǎn)物開發(fā)方面，如此不僅可以緩解生態(tài)環(huán)保壓力，也能更高效地利用蛋白資源。

5 結(jié)論

菌酶協(xié)同處理在提高發(fā)酵效率、提升產(chǎn)物質(zhì)量、降低抗?fàn)I養(yǎng)因子和改善產(chǎn)品風(fēng)味等方面潛力巨大。但是菌酶協(xié)同技術(shù)涉及到微生物和酶制劑復(fù)合作用，機(jī)理研究相當(dāng)復(fù)雜，對于菌酶添加，工藝處理方面還需深入研究，本文綜述了菌酶協(xié)同技術(shù)常用菌種和酶類，在豆制品副產(chǎn)物方面的應(yīng)用，以及存在的優(yōu)勢，同時(shí)也期待菌酶協(xié)同技術(shù)更多地應(yīng)用在豆制品副產(chǎn)物開發(fā)上，制作出高質(zhì)量的產(chǎn)品。