糖蜜及其發(fā)酵制品的應(yīng)用研究進(jìn)展

楊云東，王倩，張佳嬋，王昌濤*，劉繼濤

1. 北京工商大學(xué)北京食品營(yíng)養(yǎng)與人類(lèi)健康高精尖創(chuàng)新中心（北京 100048）；2. 云南白藥集團(tuán)股份有限公司（昆明 650000）

糖蜜是產(chǎn)糖工業(yè)的副產(chǎn)物，因制糖過(guò)程中加工條件的差異而有所區(qū)別。糖蜜的主要成分是糖類(lèi)，還含有其他多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，可作為微生物的碳源或基料。在食品方面，可以通過(guò)發(fā)酵生產(chǎn)酒精和一些食品添加劑等。糖蜜廉價(jià)易得，還常作為動(dòng)物飼料。此外，糖蜜還可用于建筑行業(yè)中的減水劑和絮凝劑，也可在造紙行業(yè)中作為添加劑以提高成紙強(qiáng)度，具有較高的研究?jī)r(jià)值。

糖蜜種類(lèi)繁多，根據(jù)其來(lái)源不同，主要分為甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜、大豆糖蜜、柑橘糖蜜、石榴糖蜜等。綜述不同糖蜜的活性成分，以及糖蜜發(fā)酵物的研究進(jìn)展，為擴(kuò)大糖蜜的資源化利用，給其在醫(yī)藥、食品、化妝品等行業(yè)的應(yīng)用提供思路。

1 糖蜜的分類(lèi)

糖蜜一般源于果蔬、農(nóng)作物，其成分會(huì)因種類(lèi)不同而不同，也會(huì)因?yàn)榧庸し椒ㄓ兴町悺２煌敲鄣臓I(yíng)養(yǎng)成分差異較大，以甘蔗糖蜜、大豆糖蜜以及柑橘糖蜜為例，對(duì)糖蜜的成分進(jìn)行了整理，具體見(jiàn)表1。除表中三種糖蜜外，甜菜糖蜜以及石榴糖蜜等也較為常見(jiàn)?，F(xiàn)階段糖蜜中的活性成分在醫(yī)藥、保健及食品等領(lǐng)域均有了一定的研究進(jìn)展。

1.1 甘蔗糖蜜

甘蔗糖蜜也被稱(chēng)為桔水、糖漿，多呈紅棕色或深棕色、黏稠狀和半流動(dòng)的液態(tài)，含多種活性物質(zhì)，在抗氧化、抗腫瘤、調(diào)節(jié)人體代謝、提高免疫力、保肝抗炎等方面具有較好的效果。目前已有文獻(xiàn)對(duì)其功效進(jìn)行了深入研究，具體總結(jié)見(jiàn)表2。

1.2 大豆糖蜜

大豆糖蜜是生產(chǎn)大豆?jié)饪s蛋白過(guò)程中所產(chǎn)生的副產(chǎn)品。1963年，Daniel Chajuss將醇提大豆蛋白質(zhì)過(guò)程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物命名為“大豆糖蜜”，用來(lái)區(qū)別大豆蛋白和大豆乳清液[12]。由于大豆糖蜜成分復(fù)雜，其活性成分及其相關(guān)用途見(jiàn)表3。

表1 常見(jiàn)糖蜜的主要成分

表2 甘蔗糖蜜成分與其相關(guān)用途

表3 大豆糖蜜成分與其相關(guān)用途

1.3 柑橘糖蜜

柑橘的年生產(chǎn)總量超過(guò)1億 t，占世界水果總數(shù)的1/5。世界上40%左右的柑橘用以加工，過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生果皮、果肉渣和種籽等廢棄物，這些廢棄物壓榨之后共同組成了糖蜜，主要含有糖類(lèi)、果膠、半纖維素、纖維素、類(lèi)黃酮、香精油和色素等諸多物質(zhì)，其活性成分及用途見(jiàn)表4。

表4 柑橘糖蜜成分與其相關(guān)用途

1.4 甜菜糖蜜

甜菜在制糖過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生廢蜜，被稱(chēng)之為甜菜糖蜜。甜菜糖蜜中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)豐富，隨著現(xiàn)代加工產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，甜菜糖蜜中的活性物質(zhì)得以分離，充分發(fā)揮了甜菜糖蜜的附加價(jià)值。目前甜菜糖蜜的分離提取物及其用途詳見(jiàn)表5。

1.5 石榴糖蜜

石榴分布在我國(guó)的20多個(gè)省區(qū)，種植面積呈逐年增長(zhǎng)的趨勢(shì)，總產(chǎn)量也不斷增加，年總產(chǎn)量已達(dá)到150萬(wàn) t[22]。每年都有大量石榴皮被直接廢棄，造成了環(huán)境的污染和資源的浪費(fèi)，石榴皮可以壓榨濃縮為石榴糖蜜，其過(guò)程產(chǎn)生果膠含量約8.5%，尿酸含量約62.0%，具有較高的開(kāi)發(fā)價(jià)值。石榴糖蜜的活性成分及應(yīng)用見(jiàn)表6。

表5 甜菜糖蜜成分與其相關(guān)用途

表6 石榴糖蜜成分與其相關(guān)用途

1.6 其他

糖蜜的種類(lèi)繁多，除以上介紹的幾種主要糖蜜，還有玉米糖蜜、枸杞糖蜜、葡萄糖蜜等，目前研究較少，有待進(jìn)一步探索。

2 糖蜜發(fā)酵制品的應(yīng)用研究進(jìn)展

糖蜜含糖量高、價(jià)格便宜，可以作為良好的碳源。在當(dāng)前糖蜜的研究中，它已經(jīng)作為培養(yǎng)基應(yīng)用到發(fā)酵中，利用不同的菌種發(fā)酵生產(chǎn)不同的物質(zhì)。有研究者用釀酒干酵母發(fā)酵糖蜜生產(chǎn)酒精、功能性低聚糖，另外有黑曲霉發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸、木醋桿菌生產(chǎn)細(xì)菌纖維素等。近幾年糖蜜的發(fā)酵制品越來(lái)越受到研究者們的關(guān)注，也開(kāi)始逐步得到應(yīng)用。

2.1 糖蜜發(fā)酵生產(chǎn)曲酸

近年來(lái)，大量的專(zhuān)利文獻(xiàn)報(bào)道曲酸具有一定的抗菌活性和美白作用，在醫(yī)藥、化妝品行業(yè)中均有一定的應(yīng)用。Wu等[29]通過(guò)研究食源性病原菌的抗菌活性和生物膜活性，評(píng)價(jià)了曲酸的抗菌活性和生物膜活性，證明曲酸能抑制細(xì)菌生物膜的形成，進(jìn)而引起細(xì)菌失活。Zhang等[30]以昆蟲(chóng)為試驗(yàn)對(duì)象，檢驗(yàn)了其發(fā)育過(guò)程中，曲酸對(duì)黑色素合成中酚氧化酶（Phenoloxidase，PO）的影響，結(jié)果表明PO活性顯著降低，并且會(huì)使幼蟲(chóng)發(fā)育異常。Ishak等[31]制備了一種生物活性材料殼聚糖低聚糖-n-曲酸聚合物，并通過(guò)小鼠試驗(yàn)，證明了具有其較強(qiáng)的抗菌性能和抗氧化能力。有相關(guān)報(bào)道表明，曲酸可開(kāi)發(fā)成一種新型的輻射防護(hù)劑[32-33]。Wang等[34]通過(guò)輻射小獵犬試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)曲酸對(duì)犬的輻射損傷有保護(hù)作用。王愷等[35-36]發(fā)現(xiàn)曲酸還能使輻射后細(xì)胞的存活率提高，減輕細(xì)胞損傷。

糖蜜可通過(guò)發(fā)酵產(chǎn)生曲酸。李軍委[37]探索糖蜜作為曲酸發(fā)酵原料，并發(fā)現(xiàn)當(dāng)糖蜜培養(yǎng)基中總糖濃度為80 g·L-1時(shí)，曲酸產(chǎn)物的濃度可達(dá)9.02 g·L-1。戴莉等[38]用米曲霉來(lái)發(fā)酵糖蜜，發(fā)現(xiàn)在最佳反應(yīng)條件下，可得到的曲酸濃度為15.43 g·L-1。而曲酸一般主要是利用淀粉糖進(jìn)行微生物發(fā)酵培養(yǎng)的，目前若采用糖蜜代替發(fā)酵底物，就會(huì)為降低曲酸的生產(chǎn)成本提供了更多思路，給糖蜜發(fā)酵生產(chǎn)曲酸，應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化妝品等行業(yè)帶來(lái)發(fā)展?jié)摿Α?/p>

2.2 糖蜜發(fā)酵生產(chǎn)谷胱甘肽

谷胱甘肽（L-Glutathione，GSH）幾乎存在于人體的所有細(xì)胞中。研究表明，GSH對(duì)細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的氧自由基有清除作用，是一種天然的抗氧化劑，能降低脂質(zhì)氧化形成的活性氧對(duì)細(xì)胞膜的損傷，另外還有緩解毒素的作用。Sen等[39]通過(guò)小鼠試驗(yàn)探究GSH的抗氧化作用，發(fā)現(xiàn)缺乏GSH的大鼠耐力下降了50%左右，表明其在氧化應(yīng)激和運(yùn)動(dòng)方面有重要作用。Townsend等[40]綜述了GSH代謝與人體癌癥、囊性纖維化、衰老等有密切關(guān)系，詳述了GSH在細(xì)胞和生物水平的生物重要性。Ballatori等[41]也證明了細(xì)胞內(nèi)GSH的含量與細(xì)胞的抗氧化應(yīng)激能力呈正相關(guān)關(guān)系。劉婷等[42]發(fā)現(xiàn)GSH可以通過(guò)抑制酪氨酸酶活性，降低多巴醌的生成，從而抑制黑色素的形成，并證明了GSH和維生素C聯(lián)合作用對(duì)黃褐斑有明顯的治療效果。

利用糖蜜生產(chǎn)谷胱甘肽已有報(bào)道。何海燕等[43]通過(guò)單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，用啤酒酵母SP3菌株發(fā)酵糖蜜，得到GSH的最大產(chǎn)量75.327 mg·L-1。周銘鋒[44]用流加的方式加入糖蜜和葡萄糖，并優(yōu)化發(fā)酵培養(yǎng)基的配比條件，得到GSH產(chǎn)量為1 442.017 mg·L-1。馮年群[45]研究了碳氮比對(duì)生產(chǎn)GSH的影響，確定當(dāng)工業(yè)葡萄糖與糖蜜的量為2∶1時(shí)，GSH的產(chǎn)量能達(dá)2 080 mg·L-1。這些研究表明通過(guò)發(fā)酵糖蜜生產(chǎn)GSH，具有良好的發(fā)展前景。

2.3 糖蜜發(fā)酵生產(chǎn)二十二碳六烯酸

二十二碳六烯酸（Docosahexaenoic Acid，DHA）是人體所必需的一種多不飽和脂肪酸，在DHA功效研究方面已有大量報(bào)道。徐綺嬪等[46]發(fā)現(xiàn)DHA能抑制促炎細(xì)胞因子TNF-α、IL-1β的釋放，促進(jìn)抗炎細(xì)胞因子IL-10的表達(dá)，表明DHA在脂多糖（LPS）誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞炎癥反應(yīng)中有抗炎作用。Sidhu等[47]通過(guò)用質(zhì)譜定量等方法，發(fā)現(xiàn)DHA可以緩解衰老誘導(dǎo)的突觸蛋白組變化，能抵消神經(jīng)傳遞調(diào)節(jié)突觸蛋白的損失，并推測(cè)DHA在減輕與年齡有關(guān)的認(rèn)知衰退方面有一定作用。He等[48]測(cè)試了色素上皮源性因子（Pigment epithelium derived factor，PEDF）聯(lián)合DHA治療小鼠角膜損傷和角膜神經(jīng)再生的效果，試驗(yàn)表明PEDF+DHA可以一定程度促進(jìn)角膜神經(jīng)再生和傷口愈合。鄭操等[49]以SD大鼠為試驗(yàn)對(duì)象，發(fā)現(xiàn)總抗氧化能力（Total Antioxidant Capacity，T-AOC）和過(guò)氧化氫酶（Catalase，CAT）活力與DHA的劑量呈正相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明DHA對(duì)于清除氧自由基、降低脂質(zhì)過(guò)氧化損傷有一定的作用。此外DHA對(duì)心肌梗塞、關(guān)節(jié)炎、高血壓、冠心病、某些癌癥等疾病具有積極的防治作用。

目前如裂壺藻（Schizochytrium limacinum）、寇氏隱甲藻（Crypthecodinium cohnii）和吾肯氏壺藻（Ulkenia amoeboida）等微生物已經(jīng)被應(yīng)用來(lái)產(chǎn)生二十二碳六烯酸，被稱(chēng)為DHA藻油[50]。這些微生物的發(fā)酵原料主要是葡萄糖，生產(chǎn)成本較高。班甲等[51]通過(guò)單因子變量和多因子變量法，考察了以糖蜜為碳源來(lái)生產(chǎn)DHA的情況，發(fā)現(xiàn)糖蜜發(fā)酵DHA有一定的局限性，但能部分代替糖類(lèi)生產(chǎn)DHA，另外他們還用糖蜜發(fā)酵培養(yǎng)基與普通發(fā)酵培養(yǎng)基做對(duì)比，表明糖蜜不僅能生產(chǎn)DHA，而且由于其自身物質(zhì)豐富，還能減少維生素和礦物質(zhì)的添加，節(jié)省財(cái)物，是優(yōu)良的、廉價(jià)的DHA發(fā)酵原料。

2.4 糖蜜發(fā)酵生產(chǎn)L-乳酸

L-乳酸是人體皮膚保濕因子的重要組成部分，常與乳酸鹽共同作為滋潤(rùn)劑，被廣泛地應(yīng)用于護(hù)膚品中。乳酸及其衍生物有使皮膚增白、防止老化、抗微生物的作用，可用于治療粉刺、痤瘡的產(chǎn)品中[52]。

目前乳酸主要以化學(xué)合成法、發(fā)酵法來(lái)進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)。由于化學(xué)合成法生產(chǎn)成本高、污染環(huán)境且不能合成高純度L-乳酸，現(xiàn)在逐漸被微生物發(fā)酵法取代。發(fā)酵法主要用的菌種有兩種[53-54]，一種是乳酸菌，另一種是根霉。L-乳酸發(fā)酵的營(yíng)養(yǎng)源主要有木薯淀粉、玉米淀粉等，而價(jià)格更為低廉的糖蜜，有諸多的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，可以作為微生物發(fā)酵的底物，具有更好的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。秦菊霞[55]通過(guò)試驗(yàn)選擇最佳的發(fā)酵菌株，用各種試驗(yàn)方法確定合適的培養(yǎng)條件，結(jié)果表明糖蜜發(fā)酵L-乳酸，產(chǎn)量可達(dá)61.88 g·L-1。黃靖華等[56]用鼠李糖乳桿菌SCT-10-10-60發(fā)酵糖蜜，生產(chǎn)得到L-乳酸，通過(guò)單因子變量法，發(fā)現(xiàn)在最優(yōu)條件下可生產(chǎn)106 g·L-1的L-乳酸?？梢?jiàn)，以糖蜜為底物發(fā)酵可得到較高產(chǎn)的L-乳酸，可用于擴(kuò)大生產(chǎn)。

2.5 糖蜜發(fā)酵生產(chǎn)細(xì)菌纖維素

細(xì)菌纖維素（Bacterial cellulose，BC）是一種高分子物質(zhì)，因其優(yōu)良的持水能力、機(jī)械強(qiáng)度、降解性以及發(fā)酵合成時(shí)的可調(diào)控性，常被用于食品、醫(yī)藥、化工等方面[28-30]。Revin等[31]以小麥為營(yíng)養(yǎng)培養(yǎng)基，在一定培養(yǎng)條件下，可獲得5.45 g·L-1的BC。為了降低獲得BC的成本，還有研究者通過(guò)木醋桿菌發(fā)酵大豆糖蜜產(chǎn)BC，發(fā)現(xiàn)發(fā)酵時(shí)間越長(zhǎng)，大豆糖蜜BC纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)越致密，拉伸強(qiáng)度明顯提高[32]。

康普茶中分離到的細(xì)菌（Komagataeibacter rhaeticus），在靜態(tài)甘蔗糖蜜（SCM）培養(yǎng)基中培養(yǎng)，可產(chǎn)生BC。采用傅里葉變換紅外光譜（FTIR）、X射線衍射（XRD）、場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡（FEG-SEM）、熱重分析（TGA）和峰力定量納米力學(xué)原子力顯微鏡（PeakForce-AFM）對(duì)BC膜進(jìn)行表征，結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著SCM濃度的增加，BC膜變得更光滑、更靈活，且可以制備出更高密度的納米纖維網(wǎng)絡(luò)。甘蔗糖蜜價(jià)格低廉，是降低BC生產(chǎn)成本（高達(dá)20.06%）的一種可行的替代辦法[33]。

3 展望

隨著國(guó)內(nèi)外環(huán)境復(fù)雜的變化，堅(jiān)持環(huán)境保護(hù)，走可持續(xù)發(fā)展道路，使廢物資源化利用已成為亟不可待的事情。糖蜜作為廢棄資源，成分復(fù)雜且營(yíng)養(yǎng)豐富，是資源化利用的重要研究對(duì)象?，F(xiàn)在很多企業(yè)對(duì)于糖蜜的開(kāi)發(fā)利用還不深入，對(duì)于糖蜜發(fā)酵終產(chǎn)物的分離提取技術(shù)還不夠成熟，在醫(yī)藥、食品、化妝品方面的應(yīng)用還不廣泛，但糖蜜作為發(fā)酵物底物可生產(chǎn)多種活性成分物質(zhì)，不僅可以降低醫(yī)藥、食品、化妝品原料成本，還可以做到資源最大化利用，擁有較深遠(yuǎn)的發(fā)展前景