酵素发酵工艺进展

□ 于佳楠 王 佳 冯楚亭 韩诚武 佳木斯大学生命科学学院

1 酵素概述

“酵素”是以不同植物为原料，经微生物（酵母菌、乳酸菌、醋酸菌和食用真菌等）发酵形成的功能性发酵产品。通过一定时间的发酵，植物中的营养物质经微生物分解释放，如维生素、氨基酸等功能性成分被分解释放，更易被人体吸收。酵素具有多种功能[1]，如美容养颜抗衰老[2—3]，增强机体免疫；改善便秘[4]，加速消化，抑制致病菌群生长[5]，保护酒精性肝损伤等[6]。

2 酵素应用

在保健方面的应用。Hiroaki SAKURAI 等发现糙米经米曲霉发酵后可提高小鼠巨噬细胞中谷胱甘肽（GSH）含量[7]，国外学者Abdul Gofur研究发现黑豆纳豆提取物能影响患高胆固醇血症雄性小鼠的生殖系统，改善高胆固醇血症[8]。

在动物饲料方面的应用。鲍娟研究发现将酵素添加于肉鸡饲料中，可使家禽生长茁壮，死亡率降低，增加生产性能[9]。

在食品方面的应用。Koyama M等用糙米发酵出了含0.3%黄原胶的糙米饮料[10]。

3 酵素分类

3.1 根据酵素的原料种类分类

①单一型酵素，包括蔬菜酵素、水果酵素、谷物酵素和药食同源植物酵素[11]。②复合型酵素，大多是按比例混合多种原料（如果蔬，豆类，谷物）后，加入多元糖醇，室温下密封发酵一定时间后得到[12]。

3.2 根据酵素的发酵方式分类

3.2.1 自然发酵酵素

发酵方式为自然发酵，利用附着在原材料表面的微生物（酵母菌、乳酸菌及米曲霉等）自发发酵得到的产物，如传统酿造品、酱油、白酒等。但自然发酵的发酵周期较长，原材料上附着的微生物种类、数量不可控，产品质量良莠不齐，难以进行大规模工业化生产。

3.2.2 人工接种发酵酵素

发酵方式为人工接种发酵，是利用微生物菌群对原材料进行人工接种发酵，根据接种菌种数量可分为单一菌种发酵和多菌混合发酵[13]，常用的发酵菌种有酵母菌、醋酸菌和乳酸菌等。共同发酵过程中，菌种按不同比例复配混合，相互作用，形成独有的口味。

3.3 根据酵素产品形态不同分类

固态酵素：呈粉末、颗粒片状，块状等，如白芸豆酵素。半固态酵素：膏状，胶冻状等，如酵素果冻。液态酵素：常温下呈液态的酵素，最为普遍。

4 酵素发酵条件

4.1 菌种

酵母菌、醋酸菌和乳酸菌等为酵素常用发酵菌种[14—15]。在共同发酵过程中菌种之间会相互作用，可根据需要选用一种或同时使用多种菌种进行复合发酵。刘加友在葛根素发酵中发现酵母菌和醋酸菌之间，嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌之间存在共生关系，利于酵素发酵利于酵素发酵[16]；张丽萍等发现酵母菌和乳酸菌混合体系发酵效果明显优于某单一菌种[17]。

Lee C K 等采用rRNA 序列分析植物提取物发酵饮料，在所有浓缩培养样品中，L. homohiochii是优势菌种[18]，蔡倪以天麻为研究对象，发现在天麻发酵中添加乳酸菌，可降低总酚含量，增强发酵液的还原能力[19]。魏东东等分离纯化红树莓酵素，得到菌株库德毕赤酵母、盔形毕赤酵母、酿酒酵母和植物乳杆菌[20]；杜丽萍提取自然发酵的木瓜酵素液，结合 DGGE 指纹图谱发现植物乳杆菌、酿酒酵母和毕赤酵母为全程优势菌，假肠膜串珠菌和假丝酵母为初期优势菌[21]。

4.2 发酵最适温度及接种量

Jungwoo Park 研究表明[22]，酵素对饮食配方很敏感，不同因素限制下，每种酵素合适的浓度不同，所以不同酵素根据原料组成的不同所需料液比、温度等也不同。宋佳等确定传统果蔬酵素最佳发酵条件为料液比为18%，蔗糖浓度为7%，菌液比为2%，硒浓度为4 mg/L[23]。张静雯研究发现酿酒酵母最佳生长条件为34～38 ℃，pH4.0 ～6.0；植物乳杆菌最佳生长条件为37 ℃，pH6.0 左右，两菌最佳接种量为5%[24]。张媛媛在制作银瓜酵素中发现酵母菌最佳生长条件为30 ℃，醋酸菌最佳生长条件为32 ℃，两菌最佳接种量为12.5%[25]。杨培青发现在pH 3.5 下先接种0.15%葡萄酒用酵母，再接种0.50%干酪乳杆菌，18 ～20 ℃静置发酵24 h 后得到的蓝莓果渣酵素粉剂，其蛋白酶活力、SOD 活力、脂肪酶含量均有显著提高[26]。王巨成通过单因素试验，确定沙棘酵素发酵中最佳发酵条件为37 ℃，酵母菌粉的最佳接种量为0.01%，乳酸菌粉的接种量为0.1[27]。

5 酵素生产工艺

5.1 固态酵素生产工艺

以固体发酵豆粕为例，程友飞在具有一定湿度、可维持细菌生长代谢的固态发酵基质（果蔬渣，谷物等）上进行无水发酵[28]，接种量12%，接种顺序：枯草芽孢杆菌24 h，其次是干酪乳杆菌和酵母，发酵时间72 h，接种系数比为2 ∶1 ∶1。固态酵素发酵搅拌困难，难以混合充分，整体发酵速率和温度难以控制[29]。

5.2 液体酵素生产工艺

新鲜果蔬被加工成液态后，加入复合型果胶酶进行酶解，在18 ～25 ℃下接种酿酒酵母发酵7 ～15 d，再接种醋酸菌，二次发酵10 ～30 d[30]，提取浓缩原发酵液，能保留最原始的高活性发酵产物。

5.3 改良发酵工艺

胡肖利等以当归、黄芪、党参和甘草为原料，按1 ∶3 ∶1 比例接种纤维素酶、淀粉酶和糖化酶，37 ℃下发酵48 h 得到归芪参草功能酵素[31]。

董洁等以枣泥为原料，接种0.1%酵母，30 ℃下发酵12 h，第二次接种0.5%乳酸菌，37 ℃发酵28 h，6 ～8 ℃恒温发酵24 h 得到金丝小枣枣泥酵素[32]。

李建强等以果蔬为原料处理后，接种酵母，搅拌（100 g 0.5%果酵母粉，用5%蔗糖溶液在37 ～40 ℃下活化30 min），装桶常温发酵90 天，得到一级发酵液；相同条件下植入醋酸菌（100 g 0.5%的醋酸菌粉）二次发酵90 天，得到二次发酵液，然后植入乳酸菌（100 g 0.5%乳酸菌粉），再次发酵，得到螯合发酵的酶基液（三级发酵液）[15]。

6 结语

①国内酵素研究方向单一，主要测定功能性成分含量，侧重于食物的保健作用研究，酵素原材料选择单一。应更综合系统的研究多种酵素，挖掘更多潜在功能。比如可以考虑将酵素发酵产生的果蔬渣应用于固体酵素发酵，增加资源的合理利用率，减少废弃，实现最大化。②优化发酵工艺，解决发酵时间周期长、效率低的问题。人工接种发酵选用菌种应增加安全性评估，不同原料发酵的菌种配比应根据其抗氧化活性、酶活力及相关代谢产物含量的变化确定最优比，计算出最佳接种量。③酵素发酵产品质量难以控制，杂菌易污染，产品形式单一，缺乏创新，影响后续开发及利用。希望未来酵素能真正得到大家的喜爱，完善发酵工艺。