真菌固態(tài)發(fā)酵對谷物營養(yǎng)與抗氧化能力的影響及其應(yīng)用研究進展

焦 捷

（青海高等職業(yè)技術(shù)學(xué)院，青海海東 810700）

谷物在我國傳統(tǒng)膳食中占有重要地位，五谷通常指稻、黍、麥、菽（豆類）和粟（谷子）。谷物的主要成分是碳水化合物、蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)、氨基酸和膳食纖維等營養(yǎng)成分，含有多種功能活性成分，如γ-氨基丁酸、酚類化合物等，具有降血壓、改善大腦功能、調(diào)控體內(nèi)激素分泌、調(diào)節(jié)睡眠和抗氧化等作用[1]。谷物營養(yǎng)價值高，產(chǎn)業(yè)發(fā)展?jié)摿薮?，但仍存在口感粗糙、消化率低等問題，使得谷物產(chǎn)品消費及產(chǎn)業(yè)規(guī)模化發(fā)展受限。迄今為止，谷物產(chǎn)業(yè)發(fā)展緩慢，仍處于傳統(tǒng)產(chǎn)品、傳統(tǒng)工藝、傳統(tǒng)市場的“三傳統(tǒng)”內(nèi)，產(chǎn)品效益低、深加工程度淺、附加值低，產(chǎn)品市場急需專業(yè)化和多樣化發(fā)展。因此，深入研究谷物的營養(yǎng)及抗氧化能力可提高谷物產(chǎn)品的附加值，有效推進谷物精深加工產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。

固態(tài)發(fā)酵具有操作簡單、經(jīng)濟環(huán)保、產(chǎn)物得率高和選擇性強等優(yōu)點，常被應(yīng)用于食品的發(fā)酵處理及活性成分結(jié)構(gòu)的修飾與合成中。研究表明，真菌在固態(tài)發(fā)酵中能產(chǎn)生酶類，使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)發(fā)生轉(zhuǎn)化，提高谷物的營養(yǎng)價值及消化率，增加菌質(zhì)活性物質(zhì)含量。因此，采用真菌固態(tài)發(fā)酵谷物可以改變谷物形態(tài)，拓展谷物深加工途徑，賦予谷物特有風(fēng)味，發(fā)酵產(chǎn)物可以實現(xiàn)谷物的整體加工利用。本文綜述真菌固態(tài)發(fā)酵對谷物營養(yǎng)與抗氧化能力的影響及其應(yīng)用，以期為真菌固態(tài)發(fā)酵在谷物加工中的應(yīng)用提供理論參考。

1 固態(tài)發(fā)酵

1.1 概述

固態(tài)發(fā)酵，即選用固態(tài)基質(zhì)為微生物生長提供所需的營養(yǎng)物質(zhì)，獲得微生物正常生長代謝的產(chǎn)物。相較于液態(tài)發(fā)酵，固態(tài)發(fā)酵的優(yōu)勢更為明顯。固態(tài)發(fā)酵的發(fā)酵基質(zhì)一般選用價格較便宜的谷物麩皮、豆渣或工業(yè)生產(chǎn)的下腳料，原料成本低、發(fā)酵技術(shù)簡單、產(chǎn)物得率高。固態(tài)發(fā)酵基質(zhì)所需水分少，不僅減少了后期廢液帶來的污染，而且可以節(jié)約后期干燥能耗。發(fā)酵過程不需要連續(xù)通風(fēng)，因此被污染的概率將大大降低。隨著生物技術(shù)的快速發(fā)展和進步，固態(tài)發(fā)酵技術(shù)已基本成熟。

1.2 固態(tài)發(fā)酵常見發(fā)酵菌種

在固態(tài)發(fā)酵過程中，合適的菌種對發(fā)酵過程的順利進行起決定性作用。細菌和真菌均可作為固態(tài)發(fā)酵菌種。采用乳酸菌即能降解谷物，且發(fā)酵過程中產(chǎn)生的乳酸還能增加谷物風(fēng)味。王梅等[2]分別用3 種益生菌固態(tài)發(fā)酵豆粕，發(fā)現(xiàn)3 種益生菌發(fā)酵劑均能夠明顯降低菌質(zhì)的pH 值、霉菌及大腸桿菌數(shù)量，而酸溶蛋白、粗蛋白、有機酸和總酸的含量以及益生菌數(shù)量顯著提高。甄莉娜等[3]采用乳酸菌對小麥麩皮進行固態(tài)發(fā)酵，發(fā)酵后麥麩中可溶性糖含量下降，淀粉含量降低，還原性糖含量上升，蛋白質(zhì)含量增加，均呈顯著差異（P＜0.01)。但乳酸菌發(fā)酵過程中其自身代謝產(chǎn)酶能力不足，無法直接利用基質(zhì)中的淀粉、纖維素等物質(zhì)，發(fā)酵效率低，且乳酸菌為厭氧菌，不易進行大規(guī)模發(fā)酵。不同于細菌，真菌通常能在缺少水的固態(tài)基質(zhì)中良好生長，除酵母菌產(chǎn)酶較為單一，難以充分利用纖維素、蛋白質(zhì)等物質(zhì)，改善谷物口感及營養(yǎng)結(jié)構(gòu)的能力較弱外，固態(tài)發(fā)酵技術(shù)中最常用的真菌為絲狀真菌，包括米根霉、紅曲霉、少孢根霉以及毛霉等，絲狀真菌的菌絲體可以穿透基質(zhì)內(nèi)部，從而能更加充分地利用基質(zhì)中的營養(yǎng)物質(zhì)[4]。SANGEETHA 等[5]利用米曲霉固態(tài)發(fā)酵谷物、甘蔗渣及麩皮，在發(fā)酵產(chǎn)物中提取到了果糖基轉(zhuǎn)移酶。凌阿靜等[6]利用黑曲霉、里氏木霉、米曲霉固態(tài)發(fā)酵麥麩，提高了菌質(zhì)可溶性膳食纖維含量及體外抗氧化能力。吳萍等[7]利用平菇固態(tài)發(fā)酵甘蔗渣生產(chǎn)木聚糖酶。

2 真菌固態(tài)發(fā)酵對谷物營養(yǎng)成分及抗氧化能力的影響

2.1 真菌固態(tài)發(fā)酵對谷物營養(yǎng)成分的影響

在發(fā)酵過程中，谷物中的大分子營養(yǎng)物質(zhì)在微生物的作用下被降解成小分子物質(zhì)，改善了谷物的營養(yǎng)構(gòu)成，有助于人體的消化吸收。發(fā)酵過程生成的具有生物活性的代謝產(chǎn)物，提升了谷物的附加值。目前，以真菌為菌種進行固態(tài)發(fā)酵的研究鮮有報道，但隨著人們對谷物研究的增多，利用真菌生物轉(zhuǎn)化谷物基質(zhì)中的淀粉、蛋白質(zhì)、維生素等營養(yǎng)物質(zhì)，產(chǎn)生具有生物活性功能的代謝產(chǎn)物，開發(fā)符合消費者需求的功能性產(chǎn)品已成為研究熱點。

李艷婷等[8]以小米、燕麥、薏米和黑豆4 種雜糧谷物為基質(zhì)，以雁北嗜藍孢孔菌菌絲體為菌種，經(jīng)固態(tài)發(fā)酵后菌質(zhì)中粗蛋白、可溶性蛋白和還原糖含量均隨發(fā)酵時間的延長而上升，總糖呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。佟維娜等[9]利用羊肚菌固態(tài)發(fā)酵玉米粉提升親水性氨基酸含量。郭尚等[10]采用雁北嗜藍孢孔菌固態(tài)發(fā)酵10 種雜糧谷物基質(zhì)，發(fā)現(xiàn)雁北嗜藍孢孔菌在各谷物中均可良好生長，但菌絲體生長速度在相同基質(zhì)不同階段下有明顯差異。肖愈[11]以蛹蟲草為菌種，對鷹嘴豆進行固態(tài)發(fā)酵處理，發(fā)酵后鷹嘴豆酚類物質(zhì)、粗蛋白、真蛋白和必需氨基酸的含量以及體外蛋白質(zhì)消化率均有所提升。LI 等[12]利用羊肚菌固態(tài)發(fā)酵豆渣提取多糖。申春莉[13]、劉紅艷[14]等通過靈芝固態(tài)發(fā)酵豆渣及雙胞蘑菇固態(tài)發(fā)酵谷物，發(fā)現(xiàn)食用菌菌絲體在固態(tài)發(fā)酵中能產(chǎn)生酶類，使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)發(fā)生轉(zhuǎn)化，提高谷物的營養(yǎng)價值及消化率，使其中的活性物質(zhì)含量發(fā)生明顯變化。由上述研究可見，發(fā)酵后谷物的蛋白質(zhì)、還原糖、氨基酸、多糖和酶類等物質(zhì)含量均有明顯提升。

2.2 真菌固態(tài)發(fā)酵對谷物抗氧化能力的影響

谷物富含酚類化合物，因此具有良好的自由基清除能力。研究表明，微生物發(fā)酵過程伴隨著復(fù)雜的生物化學(xué)變化，并產(chǎn)生多樣的代謝產(chǎn)物。因此，可利用微生物發(fā)酵提高谷物的多酚含量，從而提升其抗氧化性能，為開發(fā)功能性谷物新產(chǎn)品提供思路[15]。貝琦[16]利用紅曲霉固態(tài)發(fā)酵燕麥，測得發(fā)酵產(chǎn)物中酚類化合物含量高，提升了紅曲燕麥的生物活性。LEE 等[17]發(fā)現(xiàn)絲狀真菌發(fā)酵黑豆后菌質(zhì)中花青素及多酚含量顯著上升，抗氧化能力增強。周志昊等[18]用野生食用菌亞黃粘蓋牛肝菌分別對小麥、玉米、大米、燕麥和蕎麥5 種基質(zhì)進行固態(tài)發(fā)酵，發(fā)現(xiàn)固態(tài)發(fā)酵后5 種菌質(zhì)的抗氧化能力均有所提升，其中蕎麥發(fā)酵物具有最強的抗氧化能力。翟飛紅等[19]采用姬松茸固態(tài)發(fā)酵燕麥、大米、小麥等谷物，發(fā)酵后菌質(zhì)中總酚、氨基酸態(tài)氮、水溶性蛋白等營養(yǎng)成分升高。

3 固態(tài)發(fā)酵谷物產(chǎn)品的開發(fā)利用現(xiàn)狀

近年來，隨著消費者對膳食習(xí)慣改善健康狀況的日益關(guān)注，固態(tài)發(fā)酵技術(shù)在谷物再加工中的應(yīng)用前景十分可觀。固態(tài)發(fā)酵具有選擇性強、副產(chǎn)物少、經(jīng)濟環(huán)保等優(yōu)點，受到很多企業(yè)及研究者的青睞。利用真菌固態(tài)發(fā)酵生物轉(zhuǎn)化谷物，能改善谷物口感，提升谷物營養(yǎng)價值，發(fā)酵產(chǎn)物可以實現(xiàn)谷物的整體加工利用，發(fā)酵基質(zhì)中包含菌絲體的營養(yǎng)成分，可作為食品或配料，為開發(fā)新型發(fā)酵谷物功能性食品提供新思路。胡景霞等[20]用蛹蟲草菌株BYB-08 固態(tài)發(fā)酵燕麥生產(chǎn)蛹蟲草燕麥粉。陳孟等[21]探尋固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)白僵菌孢子粉的最佳條件。

4 結(jié)語

微生物固態(tài)發(fā)酵可以改變谷物形態(tài)，提升谷物營養(yǎng)價值，增加谷物附加值，豐富谷物加工形式，但目前關(guān)于固態(tài)發(fā)酵谷物的研究仍存在很多不足。谷物發(fā)酵方式依舊較為粗放，產(chǎn)業(yè)發(fā)展緩慢，產(chǎn)品深加工程度淺；對微生物固態(tài)發(fā)酵谷物的研究大多停留在討論代謝產(chǎn)物的生理活性，而未對整個發(fā)酵過程中代謝產(chǎn)物的變化規(guī)律進行深入探討；鮮有研究將發(fā)酵谷物轉(zhuǎn)變?yōu)槭鼙姀V、可規(guī)?；a(chǎn)的功能性食品。因此，急需加大對谷物發(fā)酵過程中代謝產(chǎn)物演替規(guī)律的研究，并依據(jù)市場需求，開發(fā)功能性谷物產(chǎn)品。