植物酵素的研究进展

◎ 周银唤

（青海大学生态环境工程学院，青海 西宁 810016）

21世纪以来，随着人类对食物及能源需求的日益增长，仅利用传统技术手段已不足以满足人们的需求。为了解决这一问题，科学家们在利用传统的技术手段的同时，逐渐将重心转移到生物技术的开发利用。而为了加快推进生物技术与生物技术产业发展，我国颁布了《“十三五”生物技术创新专项规划》，并提出到2020年，生物技术产业将发展成为国民经济的支柱产业之一。由此可见，我国已将生物产业作为推动未来科技以及经济发展进步的一个重要领域[1]。

生物技术的研究和开发促进了食品、医药、农业、环保、能源化工、航天技术和海洋开发等领域的发展，为人们的生产生活带来了巨大的福音[2]。

我国生物食品技术产业取得了较大的进展，主要是发酵的应用和酶的研发等食品生物技术的研发应用，同时也促进食品产量的提高和质量的安全[3]。

在医药方面，生物技术的应用解决了一些困扰人类的疑难病症。通过生物技术手段生产或改良的药物和疫苗、基因治疗、临床诊断试剂、酶及细胞固定化技术、细胞工程及单克隆抗体技术和生物芯片等的出现，促进了医药的快速发展[4-5]。

在农业方面，转基因植物技术的应用显著地提高农作物产量以及质量，同时降低了农药污染和生产成本等。特别是生物农业、生物农药、农业生物产业是当前生物农业技术方面的研究热点[6]。

植物酵素便是利用生物技术中的发酵技术所产生的一种在食品、医药、农业以及保健品行业发挥着其独特作用的一种功能性产品。它的出现证明了生物技术对人们生产生活的重要性，而且未来或许会带人们进入全新的“保健时代”。因此对植物酵素的研究将有助于人们更好地生产生活。

1 植物酵素

植物酵素又称为植物发酵液（Plant Fermented Extract，PFE），是以新鲜的蔬菜、水果、糙米、药食同源中药等植物为原料，经过榨汁或萃取一系列工艺后，再添加酵母菌、乳酸菌等发酵菌株进行发酵所产生的含有丰富的糖类、有机酸、矿物质、维生素、酚类、萜类等营养成分以及一些重要的酶类等生物活性物质的混合发酵液[7-9]。

2 植物酵素的制备过程

酵素制备工艺流程：查阅文献制备方案，选育菌种以及植物原料，无菌水清洗消毒、干燥，切成小块并将各种原料根据比例进行混匀，根据方案和需求调节糖度及料水比例，投入适量的发酵菌种开始发酵，搅拌使其充分均匀，按设计的温度发酵一定的时间，根据需求稀释所得到的发酵产物，离心取上清为酵素液[10]。

不同植物酵素所需要的最适发酵条件以及菌种可能会不同，在发酵之前需要查阅参考相应的文献确定好合适的方案，按照方案进行发酵，发酵过程中要注意以下几个影响酵素发酵质量和产量的因素。

2.1 发酵原料

不同发酵原料产生的酵素成分不同，比如由发酵糙米所产生的糙米酵素中富含维生素B1和维生素E，且含量显著高于糙米本身，此外还富含γ-氨基丁酸、谷胱甘肽、γ-谷维醇、米糠纤维等多种生理活性成分。与此相类似的是以苹果汁、柑橘、梨汁和胡萝卜汁为发酵原料并按一定配制比例进行发酵时，得到的酵素中的维生素C、叶酸和β-胡萝卜素含量比单独用一种水果发酵所得到的物质含量更丰富[10]，这在一定程度上表明植物酵素的浓度和品质与所使用的发酵原料的种类和数量具有一定的正相关性[11]，所以不同的发酵原料将决定所产生的酵素的成分和功能。

2.2 发酵菌种的选育

目前，国内外有关酵素文献中大多是利用酵母菌、醋酸菌以及乳酸菌作为发酵菌种。目前我国主要是采用单一的酵母菌作为发酵菌种，这种发酵在发酵质量和产量上不如混合菌发酵[12]，所以在发酵中利用混合菌发酵的方法也是产植物酵素发酵研究中一个值得研究的方向。

2.3 发酵条件的设置

除了发酵原料和菌种这两个因素外，发酵条件也直接决定着发酵的成败。单因素实验和正交试验是目前用来确定包括发酵的最适温度、最佳pH、湿度、氧气含量、发酵时间等条件的主要方法。而且目前发酵一般都是依据菌种和产物，如蛋白酶的活力或产量等指标来标明最合适的发酵条件。

3 植物酵素的功能性研究进展

在研究探索出关于植物酵素的各种功能的基础上，科学家们开始对植物酵素的功能进行实验验证，为将植物酵素产品真正应用到实际生活中而提供了理论依据。具体的探索应用如下。

3.1 在免疫功能方面的研究

最新的研究表明，柠檬酵素[13-14]也可以通过提高麻鸭和鸡的一些免疫细胞来发挥免疫功能。此外，在证明了植物酵素的免疫功能的同时，越来越多的科学家也发现植物酵素在抗癌方面发挥一定的作用。吴彬彬等[15]表明植物酵素对于癌症（肝癌、S180肉瘤、人结肠癌等）具有抑制和预防作用，且这种抑制作用主要是植物酵素可增强免疫力且植物酵素中含有的一些抗癌物质在发挥作用。而这些研究将对与人类医学上的一些疑难杂症的破解提供一定的理论基础，促进植物酵素在医学方面的利用与发展。

3.2 在食品行业的研究

随着植物酵素逐渐进入人们的视野中，市场上也出现了各种进口或者国产的食用性固体和液体以及混合型酵素产品，如我国传统的酸奶、泡菜、豆瓣酱、豆腐乳、米醋、米酒和苹果醋等也可以称为食用型酵素产品[16]。艾学东[17]等人已经利用正交试验和改进的发酵方法，研发出了良好口感的水果酵素饮料的最佳配方。朱继元[18]也提出了植物酵素在运动食品领域可以作为功能性饮品，具有较好的市场前景。

3.3 在保健方面的研究

早在20世纪90年代，酵素的保健功能便被人们发现，直到现在，仍然有很多人在研究并推出新的酵素保健食品。现在科学家们已经对酵素的保健功能进行了大量的研究，将植物酵素的保健功能归于调节肠道菌群、润肠道通便[19-20]，分解酒精从而保护肝脏[21]。

3.4 在农业方面的研究

目前，植物酵素在农业方面的研究主要是集中在作为土壤肥料改善土壤品质[22-23]。且在这一方面的研究在提高作物产量和减少环境污染方面发挥了重要作用，尤其是最近流行的环保酵素的农业方面的应用很大程度上促进了生态农业的发展[24-25]。

3.5 在清洁抑菌方面的研究

植物发酵液稀释后能作为清洁剂，在去除异味、清洁油污等方面具有非常好的效果。此外，植物酵素中的蛋白酶、脂肪酶等酶类活性物可以分解一些污渍和病原微生物，进而在一定程度上达到抑菌的效果，有助于个人卫生的保持与维护。吕爱军等[26]研究表明，红茶菌酵素可以抑制金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和枯草芽孢杆菌的生长，且这种抑制能力与菌液的用量紧密相关。

4 植物酵素存在的一些问题以及展望

目前我国在植物酵素方面主要存在2个大的问题：①我国对植物酵素的研究和开发相对较晚，因此国内关于植物酵素方面的技术标准和产品的质量标准的相关规定不是很完善。此外国内QS认证或认证的酵素产品较少[27]，所以目前市场上的国产酵素类产品的质量仍不能完全得到大众的信任与推广，这在一定程度上阻碍了植物酵素的发展与进步。②发酵本身就是一个相对复杂的技术，尤其是对发酵工艺的控制一直都是发酵最大的难题。在这个大的前提下，相对于日美国家的酵素发酵工艺，酵素产品以及产生酵素的菌种来说，我国则处于发展较慢的阶段，所以目前国内生产的酵素和加工的产品相对来说种类缺乏多样性[27]，且工业发酵所得到的酵素无论是在营养价值还是保健功能方面的产率和质量并不是很高。

5 结语

要提高我国酵素方面的研究和应用能力，可从以下两方面入手：①在未来的发酵研究中，加快对酵素产品的研究速度。②大力开发具有我国知识产权的酵素产品加工的新工艺，促进我国酵素方面的发展，提高其竞争力与影响力，让酵素更好地服务于人们，使得大众可以使用和享受本国自己的酵素产品。