桑葉發(fā)酵綜合利用的研究進展

李 莎 王艷輝 楊加虎 崔 琛 張宸瑞 楊 文

(云南省農(nóng)業(yè)科學院蠶桑蜜蜂研究所，云南蒙自 661101)

桑(MorusAlbaL.)屬?？粕?，是一種多年生木本植物，在我國分布較廣泛[1]。桑葉為桑樹的主要產(chǎn)物，占桑樹資源的64%[2]。桑葉中含有氨基酸、蛋白質、多酚、黃酮類、生物堿等多種物質，在降血糖、抗氧化、抗炎等方面有顯著療效[3]。Arabshahi等[4]研究表明桑葉提取物具有抗氧化活性；Yang等[5]表明桑葉提取物在小鼠體內具有降壓作用；Sheng等[6]得到桑葉多糖有抑制腎纖維化治療糖尿病的結論。Kimura等[7]發(fā)現(xiàn)口服桑葉散劑后，顯著抑制餐后血糖升高和胰島素分泌，對預防糖尿病有顯著效果。雖然桑葉茶、桑豆腐、桑葉掛面、桑葉菜等已進入我們的生活，但由于成熟的桑葉中粗纖維含量較高，還含有單寧等抗營養(yǎng)因子，直接加工會導致產(chǎn)品的口感、色澤不佳[8]。在我們制作的桑葉綠茶產(chǎn)品中，通過沖泡之后的桑葉茶湯從色澤、感官方面都挺好，但是都同時出現(xiàn)一個問題——有一股難以接受的草腥味，因而需要尋找一個安全、健康、有效的解決方法。

近年來，有益微生物發(fā)酵技術得到長足發(fā)展。植物通過微生物發(fā)酵揮發(fā)性化合物會發(fā)生變化，活性成分也會發(fā)生轉化。向敏[9]等發(fā)現(xiàn)乳酸菌發(fā)酵過的桑葉中帶有明顯的青草味，腥味揮發(fā)性物質(順式-3-己烯醇、1-辛烯-3-醇、反-2-辛烯醛、壬醛、癸醛、肉豆蔻醛)含量顯著降低，還新增了帶有花果香味的酯類和醇類物質，改善了桑葉的感官品質。經(jīng)過發(fā)酵處理后，桑葉的抗營養(yǎng)因子、粗纖維含量顯著降低，非蛋白氮在微生物分泌物的作用下可轉化為菌體蛋白，提高其蛋白含量[10]。在牲畜飼料中添加發(fā)酵桑葉可改善肉質提高畜產(chǎn)品品質[11]。

如今人們對自身健康的關注度在不斷提高，發(fā)酵后的桑葉味道更好、價值更高。因此，有必要總結近年來國內外對桑葉發(fā)酵的研究進展情況，為桑葉發(fā)酵的產(chǎn)品開發(fā)與利用提供理論依據(jù)。

1 微生物發(fā)酵對植物揮發(fā)性物質的影響

微生物發(fā)酵是一種將原材料轉化為更高價值產(chǎn)品的方法，發(fā)酵可以使食物風味物質發(fā)生變化，食物中有許多揮發(fā)性化合物，但不是所有化合物都對產(chǎn)品的香味有貢獻，盡管大多數(shù)揮發(fā)性化合物都天然存在于植物中，但不可忽視的是，它們可能被微生物合成為次級代謝產(chǎn)物。研究表明，接種微生物有助于提高茶葉的醇厚口感，主要是因為微生物生長代謝產(chǎn)生代謝糖苷和多糖的酶，以及單寧酶、漆酶、香草醇氧化酶和苯醌等還原酶，其對茶葉中的酚類化合物進行水解、氧化、轉化和生物降解，降低茶多酚含量，提高茶褐素水平，從而降低茶湯的澀味，增加茶湯的醇香[12]。接種植物乳桿菌發(fā)酵后，豆乳飲料中具有草腥味的正己醇和豆腥味的1-辛烯-3-醇物質含量明顯減少，發(fā)酵前存在的香氣物質黃瓜香、柑橘香的含量明顯增加，此外發(fā)酵后的豆乳抗氧化性也明顯增強[13]。在乳酸菌誘導下柚子汁中的苦味物質減少，這是因為乳酸菌在生長過程中的分泌物將苦味的柚皮苷轉化為不苦的柚皮素，最終柚子汁的風味得到改善[14]。shang等[15]為了保證木瓜中單寧的有效去除，對發(fā)酵條件進行了優(yōu)化，通過甲基纖維素感知單寧測定，發(fā)現(xiàn)在優(yōu)化的條件下，細菌能夠減少木瓜中78%的單寧含量。大蒜素具有強烈的刺鼻味道，植物乳桿菌發(fā)酵之后韭菜中的大蒜素、硫醇減少[16]。乳酸菌發(fā)酵改善石榴汁風味，使芳香類化合物(如醇、酮和萜烯)的濃度增加，而甲基硫化物、二甲基二硫化物、甲硫醇帶有酸、苦、澀味物質濃度則明顯下降[17]。

2 桑葉發(fā)酵的物質變化

2.1 桑葉發(fā)酵后營養(yǎng)物質的變化

發(fā)酵不僅改變了揮發(fā)性物質，還有利于提高桑葉產(chǎn)品中的營養(yǎng)物質，其原因是：微生物在生長過程中會產(chǎn)生多種水解酶，這些酶可以加快植物分解；微生物會利用植物產(chǎn)生的次生代謝物為底物將其轉化為新的活性物質，同時會消耗一些非目標成分而使目標物質得到濃縮。發(fā)酵技術逐漸成為植物資源高效利用的新方法[18]。桑葉發(fā)酵也可以通過微生物活動分泌的產(chǎn)物來改變桑葉中的營養(yǎng)成分及含量[19]。未發(fā)酵的桑葉中含有大量的粗蛋白、粗纖維、單寧、植物酸等，研究表明，乳酸菌和乳桿菌在生長過程中會分泌淀粉酶、纖維素酶等，這些酶類會使桑葉中抗營養(yǎng)因子等物質降解，芽孢桿菌主要產(chǎn)生蛋白酶，其作用是使桑葉中大分子蛋白質被降解為可溶性蛋白、小肽和游離氨基酸，其中非蛋白氮經(jīng)過微生物作用可轉化為菌體蛋白，使蛋白含量、氨基酸含量增加[20]。桑葉經(jīng)過微生物發(fā)酵后營養(yǎng)物質會發(fā)生變化，其結果見表1。

表1 桑葉發(fā)酵后營養(yǎng)物質含量的變化

2.2 桑葉發(fā)酵后活性物質的變化

桑葉在發(fā)酵過程中，通常發(fā)生生物轉化，使活性物質成分高效釋放，提高活性成分的產(chǎn)量和提取率。桑葉在多種酶的相互作用下，其結構被軟化，細胞壁結構被破壞，釋放出難溶、可溶和不溶的活性物質[26]。黃酮類化合物是桑葉中重要的活性物質成分之一，大多以酯類、糖基化、聚合物等形式存在，微生物會加快代謝分解，改變其原本的結構，從而提高桑葉中黃酮類化合物的利用率。除此之外桑葉中還有豐富的生物堿和多糖物質，桑葉發(fā)酵后，其1-DNJ及多糖含量增加隨之藥理活性增強，這些物質可抑制餐后小鼠的血糖升高，原因可能是桑葉水提物可抑制麥芽糖酶和乳糖酶的活性，降低小鼠對兩種糖的吸收[19]。但由于在發(fā)酵過程中往往會受到一些因素的影響，如桑樹品種不同、發(fā)酵菌種選擇、菌種間比例配伍、提取溶劑的選擇等，在不同因素影響下，桑葉中的活性物質會發(fā)生氧化、聚合、偶聯(lián)等一系列反應，導致其活性物質成分及含量發(fā)生較大變化[27]。桑葉發(fā)酵后活性物質的變化見表2。

表2 桑葉發(fā)酵后活性物質含量的變化

3 桑葉發(fā)酵在生產(chǎn)上的應用

3.1 桑葉發(fā)酵在食品中的應用

據(jù)查閱文獻所知，將發(fā)酵桑葉應用到食品加工的研究相對較少，桑葉發(fā)酵產(chǎn)品如表3所示，主要以發(fā)酵桑葉茶為主。優(yōu)勢微生物可改善桑葉茶的口感及茶湯色澤，優(yōu)勢菌分泌的酶類，刺激可溶性物質的生成，提高桑葉茶的營養(yǎng)價值和保健功能，研究表明以冠突散囊菌為發(fā)酵劑發(fā)酵的桑葉茶感官品評綜合得分高達93.8分，明顯優(yōu)于桑葉綠茶[21]。桑葉菜是一種新開發(fā)的蔬菜，具有清肺潤燥、清熱解毒等功效，桑葉菜的開發(fā)可以合理地利用桑葉資源，但桑葉只經(jīng)初加工會使獨特的草腥味保留，其味道不容易被人們所接受。陸春霞等[35]研究表明桑葉發(fā)酵不僅可以去除草腥味，還可以減少亞硝酸鹽的含量并增加香味物質，讓桑葉酸菜口感更佳、品質保證。聶衛(wèi)東等[36]研究表明經(jīng)發(fā)酵的酸奶奶質穩(wěn)定、口感細膩柔和、黏稠度好、具有桑葉清香。桑葉發(fā)酵在食品中的開發(fā)利用度高，如何通過發(fā)酵提高桑葉營養(yǎng)物質和活性物質含量，使發(fā)酵桑葉產(chǎn)品的價值更高，是今后的一個研究熱點。

表3 發(fā)酵桑葉在食品中的應用

3.2 桑葉發(fā)酵在動物生產(chǎn)中的應用

桑葉采摘后初加工為不同形式如碎桑葉、桑葉粉、青貯桑葉等，再將不同形式的桑葉添加至飼糧喂養(yǎng)能顯著提高豬、雞、牛等肉質，桑葉有抗菌的功效還可以改善養(yǎng)殖環(huán)境等。添加一定劑量的有益菌進行發(fā)酵可促進動物發(fā)育生長、日增重量提高、降低料重比等，如表4所示。Zhang等[40]研究表明在豬妊娠日糧中添加25.5%的發(fā)酵桑葉，增加了母豬糞便微生物群的多樣性和豐富度，其中擬桿菌增加、厚壁菌減少，在妊娠60 d時添加發(fā)酵桑葉組血清葡萄糖孕酮不受飲食的影響，而血清胰島素和短鏈脂肪酸水平降低，減少整個哺乳期背部厚度和體重損失。發(fā)酵桑葉對牛的生長同樣具有一定的改善作用，用8%的發(fā)酵桑葉代替玉米等谷物，對牛的生長發(fā)育及肉的品質改善具顯著影響，也大大降低了喂養(yǎng)成本，當發(fā)酵桑葉量添加至35%時不影響新晃黃牛脂質代謝，而且還可以提高其生長性能，增強機體免疫力[41]。發(fā)酵桑葉在雞、魚類等動物生產(chǎn)中也廣泛運用[20]。

表4 發(fā)酵桑葉在動物生產(chǎn)中的應用

4 展 望

我國桑樹資源較為豐富，桑葉在降血糖、降血脂、防癌、抗炎等方面效果顯著，在藥理學作用機制方面、在老年人保健食品開發(fā)與利用方面應得到研究人員重視，這對人類健康和桑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有重要意義。

桑葉中存在特殊的草腥味，但微生物發(fā)酵不僅可以將桑葉中特殊的草腥味除去，還可以使活性物質、營養(yǎng)物質含量增加，將多種抗營養(yǎng)因子含量降低。這在食品加工應用方面、動物飼料生產(chǎn)方面是一個多贏、健康、環(huán)保的解決方案。菌種選擇及發(fā)酵的每一個工藝對產(chǎn)品質量都至關重要，菌株、溫度、濕度、水分等因素都會對桑葉茶的湯色、口感產(chǎn)生較大的影響。雖然發(fā)酵桑葉在豬、雞、魚類等動物飼料加工中已被廣泛開發(fā)利用，但存在的問題如毒素超標、飼料長期效果不穩(wěn)定也時有發(fā)生。我國目前桑葉發(fā)酵技術還處于不成熟階段，由于桑樹種類多，在微生物菌種選擇方面范圍較大，發(fā)酵工藝等問題還需要進一步研究。