薏米发酵及其产物功能活性研究进展

石庆楠，文安燕

（1.黔东南州食品药品检验检测中心，贵州 凯里 556000；2.贵州大学 酿酒与食品工程学院，贵州 贵阳 550025）

薏苡（Coxi lachrtmajobiL.）为禾本科玉蜀黍薏苡属植物，原产于东南亚的热带和亚热带以及中国云贵高原一带，常生于海拔2 000 m以下的温暖潮湿的十边地和山谷溪沟，我国辽宁、河北、河南、陕西、江苏、安徽、浙江、江西、湖北、福建、台湾、广东、广西、贵州、四川、云南等省区均有种植或野生[1]。根据《中国植物志》记录，薏米有5个种和2个变种，5个种分别为川谷（Coxi lachrtmajobiL.）、水生薏苡（C.aquaticaR.）、窄果薏苡（C.stenocarpaB.）、小株薏苡（C.puellarumB.）和薏米（C.chinensisT.），2个变种分别为念珠薏苡（Coxi lachrtma-jobiL.var.fruimentaceaM.）和薏苡原变种（Coxi lachrtma-jobiL.var.lacrymajobiL.）[2]。

薏苡的成熟种仁称为薏米，其含有丰富的碳水化合物、蛋白质、氨基酸、薏苡酯和薏苡素等，还有多种矿物质、酚酸、类黄酮、内酰胺和甾醇等功能性物质[3]。因其具有较高的营养保健功能和药用价值而被国家卫生部1988年首批公布为药食同源植物品种之一[4-5]。本文结合近年来国内外对微生物（红曲霉、酵母菌、裂蹄木层孔菌、米根霉、乳酸菌、枯草芽孢杆菌和醋酸菌等）发酵薏米的品质及其功能进行概述，旨在为延长薏米加工产业链和开发高值化新产品提供参考。

1 薏米结构及特征

薏苡籽粒是禾本科植物薏苡的干燥成熟种仁，呈椭圆形结构，最外层为坚韧的薏米壳，壳下为种皮层，加工脱壳后即得糙薏米，再精碾去皮抛光即为精薏米（药典名称为薏苡仁），同时产生碎薏米和薏米糠[6]。淀粉是薏米的重要组成成分，占其干质量的70%左右。薏米淀粉颗粒呈现典型的A型衍射特征，体积平均粒径（d4，3）为27.7～35.7 μm，颗粒呈球形、多边型或不规则图形[7]。薏米淀粉由直链淀粉和支链淀粉构成，且支链淀粉占比约为93%，其温度和焓变分别为71～76 ℃和7～11 J[8]。薏米蛋白质含量为12.2%～16.7%，约为大米的两倍。刘晓娟等[9]以糯米为参照，发现薏米中蛋白质含量高、水分和淀粉含量低，且薏米淀粉热焓值和初始糊化温度高，直链淀粉FRIII含量和高淀粉结晶度低。薏米脂肪含量为5.1%～9.4%，明显高于大多数谷物类。因此，薏米淀粉、蛋白质和脂肪含量高，颗粒结构紧密坚硬，淀粉颗粒间空隙小，米粒吸水速度慢和吸水量少，导致薏米蒸煮时间长，淀粉不易糊化，米粒黏度低且松散，对其消费和加工造成了一定程度的制约[10-11]。目前，微生物发酵植物基质，提升产品品质和生理功能，已成为薏米的研究热点。因此，薏米被开发成多种发酵产品，包括薏米乳酸饮料、薏米保健酒、薏米醋及薏米纳豆等。

2 真菌发酵薏米

2.1 红曲发酵薏米

红曲菌发酵谷物过程中会产生多种次级代谢产物，如Monacolin K、红曲色素、生育酚、谷维素、麦角固醇、γ-氨基丁酸、天然植物激素等活性成分[12]。TSENG Y等[13-14]研究发现，红曲霉分别发酵糙薏米和精薏米后，其脂肪、蛋白质、纤维素和总游离氨基酸均高于未发酵的原料；同时，红曲霉发酵糙薏米和精薏米的抗氧化能力强于原料糙薏米和精薏米。PATTANAGUL P等[15]研究发现，采用紫色红曲霉（Monascus purpureus）（ATCC 16365、BCC 6131、DMKU和FTCMU）和红色红曲霉（Monascus ruber）TISTR 3006分别发酵薏米，M.purpureusDMKU发酵的薏米桔霉素含量最低（0.26 mg/kg）、洛伐他汀含量最高（25.03 mg/kg）、色素含量适中。遇靓[6]以紫色红曲霉3.4629发酵薏米制备薏米红曲茶，其薏苡素、薏苡酯、洛伐他汀含量和色价分别为64.63 mg/kg、17.75×104mg/kg、1 678.82 mg/kg、1 058.34 U/g。贺圣凌等[16]研究发现，红曲发酵薏米糠的亲脂性化合物主要为α-生育酚和γ-谷维素，且在发酵过程中，两者含量均明显增加，且发酵成熟薏米糠理化指标及风味物质均优于未发酵薏米糠。宋增光等[17-18]研究表明，紫色红曲霉3.4629（CICC 5046）发酵薏米后，α-生育酚含量高达12.067 mg/mL；再以红曲发酵薏米与红茶复配，并测出25种挥发性风味物质，即为烷类（10种）、醇类（8种）、醛类（3种）、脂类（1种）、内酯类（1种）、其他类化合物（2种），其中反-4-羟基-3-甲基辛内酯为新增风味物质（含量高达28.98%）。

红曲菌发酵薏米后产生多种次级代谢产物，并赋予了薏米产品相应的功效。DING Y等[19]以红曲发酵薏米和大麦麸，经试验优化后可获得112.649 mg/kg的洛伐他汀；再将红曲发酵薏米和大麦麸与荷叶混合制成降脂颗粒茶，饲喂高脂血症大鼠，发现降脂颗粒茶具有降血脂作用，同时对大鼠肠道菌群和肝脏也有影响。TIEN A等[20]研究发现，红曲薏米可通过抑制细胞间黏附分子-1（intercellular cell adhesionmolecule-1，ICAM-1）的表达和氧化应激来改善FeCl3诱导大鼠动脉血栓。LI P等[21]采用紫色红曲霉（M.purpureus）发酵薏米，再将其饲喂吸烟诱导肺损伤的小鼠，发现M.purpureus发酵的薏米可以通过保护抗氧化防御机制、降低氧化应激和抑制内质网应激、自噬、凋亡及与肺气肿相关的方式改善小鼠的肺损伤。

2.2 酵母发酵薏米

因薏米富含多种营养素和药理成分，以酵母菌发酵薏米制成的薏米酒具有一定的市场潜力。郭克娜[22]以澳福酵母发酵薏米制取薏米酒，其色泽清透，香气浓郁，口感纯正；同时薏米酒中黄酮和薏苡素含量分别为138.97 mg/L和13.36 mg/L，酒精度为9.84%vol。杨祖滔[23]以薏米、糯米及茯苓为主要原料，采用1.5%活性干酵母液态发酵薏米糯米黄酒，其香味清幽、口感醇和、色泽橙黄带有琥珀色；且发酵过程中活性物质如薏苡素和茯苓酸的变化不大，而没食子酸、原儿茶酸、酚类物质、对香豆酸、阿魏酸、芦丁、儿茶素含量呈增加趋势。危晴等[24]以酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）1394酿造薏米酒，发现其香气成分包含酯类17种（60.32%）、醇类4种（6.66%）、酸类3种（3.06%）、酚类2种（10.39%），主要的香气成分为辛酸乙酯（29.54%）；同时，在香气成分中检测到活性成分二丁基羟基甲苯（9.28%），二丁基羟基甲苯为强体外抗氧化剂，具有预防心血管疾病和癌症等功能。

此外，XU L等[25]以酵母发酵脱脂薏米后，其还原糖和蛋白质含量降低，γ-氨基丁酸、低分子质量多肽、游离氨基酸和总酚含量增加；抗氧化能力、酪氨酸酶和黄嘌呤氧化酶抑制活性均增强，表明酵母发酵薏米可以改善其营养和生物学特性。HONG I等[26]研究发现，酿酒酵母（Saccha romyces cerevisiae）发酵的薏米通过抑制胶原诱导免疫性关节炎小鼠的白细胞介素-1β（interleukin-1β，IL-1β）和类风湿因子，降低胶原诱导性关节炎发生率，减轻炎症和关节破坏等方式而展现出具有抗类风湿性关节炎作用。

2.3 裂蹄木层孔菌发酵薏米

裂蹄木层孔菌（Phellinus linteus）在发酵过程中产生多糖和黄酮类等活性成分，被认为是国际公认的生物抗癌领域中药效最好的药用真菌之一[27]。LIANG C等[28-29]将裂蹄木层孔菌接种到蒸煮的薏米中，发现其产品灰分、脂肪、鲜味、蛋白质、可溶性糖和多元醇含量均显著高于未接种的蒸煮薏米，其中总游离氨基酸、5'-核苷酸含量和当量鲜味浓度尤为明显；同时，发酵薏米中总多酚和黄酮含量为2.67～9.10 mg/g和0.52～0.59 mg/g，抗氧化能力显著强于未发酵薏米。

2.4 米根霉发酵薏米

米根霉（Rhizopus oryzae）具有丰富的酶系资源，发酵后可产生富马酸、乳酸和乙醇等多种物质，是美国食品药品监督管理局（food and drug administration，FDA）认证的安全菌株[30]。徐磊等[31]研究发现，米根霉发酵脱脂薏米麸皮后，总游离氨基酸、低分子质量多肽比例、游离型多酚和黄酮含量增加，其中游离态3,4-二羟基苯甲酸、4-羟基苯甲酸、丁香酸、绿原酸、齐墩果酸和阿魏酸的含量也显著增加；此外，发酵脱脂薏米麸皮的游离型酚类物质提取物抗氧化能力较未发酵脱脂薏米麸皮增强。

3 细菌发酵薏米

3.1 乳酸菌发酵薏米

乳酸菌是一种重要的工业微生物，乳酸菌及其代谢产物在人体健康中起着至关重要的作用。YIN H等[32]以植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum）NCU137发酵薏米，发现游离氨基酸、游离脂肪酸、可溶性膳食纤维、有机酸等营养成分显著高于未发酵薏米，且风味独特和黏度特性稳定，口感和外观更符合消费者的口味，表明植物乳杆菌NCU137发酵薏米是一种潜在的绿色健康食品。苏颖晶等[33]用解淀粉乳杆菌（Lactobacillus amylolyticus）L6发酵含1.5%薏米的全谷物酸奶，发现全谷物酸奶质构较柔软和黏稠、抗氧化能力较强、且在模拟体外消化后生成的葡萄糖值显著低于理论葡萄糖值（P＜0.05）。徐粉林等[34]将薏米添加到发酵乳液中，当调配工艺配方为薏米浆添加量25%（V/V）、蔗糖添加量2 g/mL、羧甲基纤维素（carboxymethyl cellulose，CMC）0.4 g/mL、柠檬酸0.06 g/mL时，薏米发酵乳呈乳白色，乳液均匀细腻，风味特殊、奶香纯正、酸甜适当且口感爽滑。吴小燕[35]以接种量为3%的混合乳酸菌（菌株Sc6-3∶菌株NM01=1∶2）发酵10%薏米液，结果发现薏米液中多糖和多肽含量分别为3.09%和0.48%，且多糖和多肽抗氧化能力较强。王清爽等[36]以干酪乳杆菌（Lactobacillus casei）发酵发芽薏米后，低分子质量的多肽比例和面积、游离氨基酸含量和水提取液的总酚含量显著提高，抗氧化能力显著增强；发芽薏米水提取液的黄嘌呤氧化酶和酪氨酸酶抑制活性显著提高。同时，徐磊等[37]研究发现，与干酪乳杆菌单独发酵相比，菌酶协同可显著提高水提取液中多肽、还原糖和总酚含量，增强抗氧化能力、酪氨酸酶和黄嘌呤氧化酶抑制活性。此外，尚英等[38]分别以植物乳杆菌发酵、保加利亚乳杆菌（Lactobacillus bulgaricus）和瑞士乳杆菌（Lactobacillus helveticus）发酵薏米乳，通过非靶向代谢组学试验共测出947种代谢产物，其中植物乳杆菌发酵的薏米乳短肽类化合物最多，此外还有亚油酸、泛酸、吲哚乙酸、β-柠檬酰-L-谷氨酸以及脂类等多种功能性成分。

乳酸菌发酵薏米不仅赋予了其多种营养物质，还提高了薏米的药效。WANG C等[39]考察了植物乳杆菌或副干酪乳杆菌发酵薏米牛乳和薏米豆乳对高胆固醇饲料喂养的仓鼠脂质代谢的作用，发现饲喂发酵或未发酵薏米乳样品均显著降低血清胆固醇水平、低密度脂蛋白胆固醇与高密度脂蛋白胆固醇的比值，同时粪便中胆固醇和甘油三酯水平也有显著升高；而植物乳杆菌或副干酪乳杆菌发酵薏米乳液组的血液中超氧化物歧化酶和总抗氧化活性增加，从而减轻了硫代巴比妥酸反应物质的水平，表明植物乳杆菌或副干酪乳杆菌发酵薏米牛乳和薏米豆乳可改善高胆固醇血症。同时，WU S等[40]研究发现，植物乳杆菌发酵的薏米豆乳能抑制脂多糖诱导的巨噬细胞RAW 264.7中细胞因子（NO）、细胞内活性氧（reactive oxygen species，ROS）、前列腺素E2（prostaglandin E2，PGE2）、肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）和白细胞介素（interleukin，IL-6）、IL-1β产生、减少诱导型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）和环氧酶（cyclooxygenase，COX）表达、显著降低核转录因子-κB活性，表明植物乳杆菌发酵的薏米豆乳具有抗炎活性。

3.2 枯草芽孢杆菌发酵薏米

以枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）发酵薏米，不仅改良了薏米的组织结构和营养成分，而且赋予了独特风味，还增强了薏米的功能活性。董岳峰等[41]以枯草芽孢杆菌发酵薏米纳豆，其产品气味芳香，黏液较多，氨基酸成分丰富，感官品质良好；氨基酸态氮含量为0.4%，多糖含量为3.3%，总黄酮含量为0.043%。WEN A等[42]研究发现，枯草芽孢杆菌发酵薏米可高量富集川芎嗪（6.93 mg/mL）和纤溶酶，同时发酵薏米样品中总游离氨基酸、γ-氨基丁酸、总黄酮、总多酚、总三萜、薏苡酯含量均比原料薏米高。WANG C等[43]探究了枯草芽孢杆菌发酵薏米对以高胆固醇饲料喂养的高脂血症仓鼠的脂代谢、抗氧化状态和肠道菌群的影响，发现饲喂薏米发酵样品的仓鼠血清和肝总胆固醇（分别下降37%～43%和42%～49%）、甘油三酯（分别下降22%～27%和30%～35%）水平显著降低（P＜0.05）；降低血清中低密度脂蛋白胆固醇/高密度脂蛋白胆固醇的比值，增加粪便中胆固醇（47%～52%）和甘油三酯（40%～47%）的含量、降低硫代巴比妥酸反应性物质含量，从而增加了总抗氧化剂和超氧化物歧化酶活性。

3.3 醋杆菌发酵薏米

王颖[5]以巴氏醋杆菌巴氏亚种（Acetobacter rancensvar.turbidans）AS1.41发酵薏米制成薏米醋，发现薏米醋在制备过程中黄酮、多糖和薏苡素含量呈先增加后降低的趋势，但酸度、氨基酸态氮和有机酸含量呈现持续增加的趋势。张玉梅等[44-45]以碎薏米为原料、薏仁壳和麸皮为填充料和辅料，以醋酸杆菌为发酵菌株，研究表明固态法酿制的碎薏米醋醅的挥发性香气成分种类达39种，且酸味柔和、稍甜、醇香，具有薏仁特有的香气；同时，固态发酵的碎薏米醋中多糖、挥发性成分、不挥发酸以及可溶性无盐固形物含量均高于液态发酵。

4 结语

通过微生物（如红曲霉、酵母菌、乳杆菌和芽孢杆菌等）发酵方式对薏米进行深加工，其本质是通过微生物或酶的作用，实现改善薏米的组织结构，提高制品营养、风味及食用品质，增强产品功能活性。为了利用可控的发酵技术来提高薏米营养水平、营养医学和食品工业中的应用，主要从以下几个点开展：①加强菌种选育，为薏米发酵提供

优良菌株；②开发新型发酵技术对薏米进行加工，并探讨加工过程（粉碎、浸泡、蒸煮、糖化和发酵）及新型发酵技术对薏米组织结构、营养活性物质组成、含量、存在形式等的影响；③薏米发酵过程中功能性成分生成、释放或消化的内在机制；④薏米发酵产品中活性物质的健康效应（如降血糖血脂、调节肠道微生物、抗炎、抗类风湿性关节炎及抗癌等）及其作用机制；⑤加强多种加工方式（生物发酵与其他加工形式）的结合，深入探讨多种加工方式结合下新型薏米产品中品质变化及形成的科学机制，为新型薏米发酵产品的高值化利用提供科学的理论依据。