食用酵素及其微生物资源的研究进展

张春月，刘珊娜

（天津农学院食品科学与生物工程学院，天津 300392）

0 引言

食用酵素是指以一种或多种新鲜蔬菜、水果、菌菇、药食同源中草药等为原料，经多种有益菌发酵而成的功能性产品，含有丰富的酶、维生素、矿物质等营养成分[1]。自然发酵的酵素食品中微生物资源多样，对人体健康有着多种益处。酵素不仅含有丰富的次生代谢产物，而且保留了水果蔬菜等原料本身具有的营养成分及发酵带来的功能成分，具有美白护肤、分解消化、抗癌解毒、调节免疫等多种保健功能[2]。与消费者对食品口感、色泽等方面的要求有所差异，酵素产品更强调功能性。但在发酵过程中，产品品质难以控制，易受到环境微生物、发酵体系和杂菌污染等因素的影响[3]。对食用酵素中的微生物资源进行深入研究，有利于获得酵素食品中蕴含的微生物菌种、阐明酵素品质的形成机理、进一步改进食用酵素的生产工艺。随着现代发酵技术的发展，将已知优良菌种和发酵技术应用于酵素产品的生产中，成为酵素行业未来发展的研究方向之一。

1 食用酵素种类

1.1 水果类

水果中富含多种维生素、膳食纤维、有机酸及其他营养物质，可以补充人体所需的微量元素，具有调理肠胃的功效。我国水果资源丰富，但由于保存期有限，即使市场需求量大，仍然会造成资源浪费。酵素等食用发酵型产品提高了水果的利用率，而且发酵后还可发挥保健功能。目前，用于食用酵素发酵的水果种类很多，研究证实了水果酵素中的酶活力并据此优化生产工艺。例如，郭伟峰等人[4]以桑葚为原料，SOD 酶活力为指标，利用单因素试验及正交试验优化桑葚酵素饮料的发酵工艺。郭乐[5]通过建立肠道菌群失调小鼠模型，证实自制苹果酵素对肠道菌群失调小鼠肠道微生态有恢复重建的作用。蒋增良等人[6]研究了葡萄酵素在天然发酵过程中体外抗氧化能力的变化，为阐明酵素产品的保健功能机理和综合性开发提供基础和依据。

1.2 蔬菜类

蔬菜原料简单易得，也可用于制作食用酵素，如胡萝卜、白萝卜、辣椒等，而更多蔬菜品种也在进行研究和应用。例如，韦仕静等人[7]以西兰花为原料考查了酵素发酵过程中生化指标变化并证实其具有较好的抗氧化活性。冯彦君等人[8]以大麦幼苗为原料，利用酵母菌发酵制得麦苗酵素产品，并证实其具有较好的抗氧化功能。张艳明等人[9]还研制了牛蒡山药复合酵素的发酵工艺，拓展了蔬菜类酵素食品的开发领域。

1.3 谷类

作为酵素发酵原料的谷类包括糯米、糙米、燕麦等。唐思煜等人[10]测定了燕麦酵素发酵过程中还原糖、pH 值、酒精含量、可溶性蛋白、多酚等含量，证实蔗糖添加更有利于营养成分的析出和活性物质的富集。吕美等人[11]开展糙米酵素发酵工艺优化研究，以糙米、米糠为主要原料，以还原型谷胱甘肽为指标，配入适量玉米胚油、蜂蜜，得到最优发酵条件，糙米酵素中谷胱甘肽的含量可达2.62 mg/g。

1.4 其他类

除上述几类之外，可用于生产食用酵素的菌菇类品种有香菇、金针菇、茶树菇、蟹味菇、白玉菇、杏鲍菇等。中草药或药食两用草本类，如石斛花、人参等，也可作为酵素自然发酵的原材料，不仅具有药用价值也兼有保健功能。例如，李凡等人[12]以白首乌为原料，采用复合发酵制备酵素并对发酵工艺进行了优化。

食用酵素原料见表1。

表1 食用酵素原料

2 功能特性

2.1 生物酶活性

食用酵素中含有的蛋白酶能够催化蛋白质水解，促进机体的消化吸收；脂肪酶能够水解油脂中的脂肪酸和甘油相连接的酯键，分解油脂[13]；超氧化物歧化酶（SOD） 能够清除对生物体有害的超氧阴离子自由基（O2-·），维持生物体内活性氧（ROS） 的动态平衡，是细胞抗氧化系统中的关键酶[14]。

2.2 抗氧化性

酵素加工过程中可形成SOD、谷胱甘肽等抗氧化活性成分[15-16]，使其抗氧化能力得到进一步的提高。贾丽丽等人[17]以冬枣加工副产物枣泥为原料进行发酵，发现酵母菌和乳酸菌均能够产生SOD，提高冬枣酵素的抗氧化活性。

2.3 抑菌性

张玉梅等人[18]研究表明，红茶菌酵素在酸性条件下对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的生长有明显的抑制，红茶菌酵素的蛋白提取液同样具有抑制作用。吕爱军等人[19]研究也表明，红茶菌酵素液对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和枯草芽孢杆菌的生长具有抑制作用，且抑菌作用与红茶菌菌液用量有关。

2.4 提高免疫能力

酵素具有调节免疫的功能，研究表明酵素能显著增强NK 细胞杀伤活性、机体非特异性免疫功能和体液免疫功能[20]。例如，李波清等人[21]研究了红茶菌酵素对小鼠免疫功能的调节作用，发现红茶菌酵素能增强巨噬细胞吞噬功能和NK 细胞的杀伤活性。

2.5 其他功能

在医药领域方面，苹果酵素能够降低Ⅱ型糖尿病小鼠的血糖、调节脂代谢、降低胆固醇等，对Ⅱ型糖尿病小鼠具有一定的治疗作用[22]；海棠果酵素在降解胆固醇方面具有潜在应用前景[23]。食用酵素还可降低血清中天冬氨酸氨基转移酶、丙氨酸氨基转移酶等活性，提高肝脏中乙醇脱氢酶、乙醛脱氢酶、还原性谷胱甘肽水平，预防和修复酒精对小鼠肝脏的损伤[24-25]。此外，酵素具有美白养颜、调节人体肠道菌群、促进营养吸收等功效[26]。

3 食用酵素中的微生物资源

酵素食品中微生物种类繁多，其优势微生物主要集中在酵母菌、乳酸菌、醋酸菌等，这些微生物之间此消彼长，对产品风味和活性物质产生起到重要作用[27]。通过研究，明确食用酵素中蕴含的微生物资源、筛选得到具有潜在生产价值的菌种，对后续开发功能性酵素产品及进一步实现工业化生产具有重要意义。

食用酵素中分离获得的微生物见表2。

3.1 酵母菌

酵母菌是一种单细胞真菌，属于兼性厌氧菌，可用于酿酒、调味品生产、烘焙等。当氧气充足时，酵母菌可将糖类分解成水和二氧化碳；当环境中缺乏氧气时，酵母菌会利用葡萄糖合成乙醇和二氧化碳。王珍珍等人[28]从树莓酵素中分离出了鲁氏接合酵母并证实其为树莓酵素中的优势酵母，具有耐高糖、耐pH 值等特性。魏东东等人[29]通过对自制红树莓发酵饮料进行稀释涂布和划线分离鉴定到优势菌株库德毕赤酵母、盔形毕赤酵母、酿酒酵母，为红树莓酵素发酵剂的制备提供了参考和理论基础。杜丽平等人[30]研究了木瓜酵素在自然发酵过程中主要存在的酵母有酿酒酵母、假丝酵母、毕赤酵母、棒孢酵母等。凌空等人[35]从6 个月果蔬酵素中分离出2 株毛榛毕赤酵母和2 株嗜酒假丝酵母，从12 个月和18 个月果蔬酵素中也分离出了毛榛毕赤酵母。因此，不同原料和发酵周期的酵素产品中酵母资源有所异同。

表2 食用酵素中分离获得的微生物

3.2 醋酸菌

醋酸菌属于醋酸单胞菌属，是一种好氧型微生物，与酵母菌共生在一起培养有促进生长的作用。对红茶菌酵素发酵过程的研究表明，酵母菌和细菌先把蔗糖分解成果糖和葡萄糖，酵母菌再优先利用果糖代谢产生乙醇，同时醋酸菌把葡萄糖转化为葡萄糖酸，将乙醇转化为醋酸[36]。曹艳花等人[37]曾在诺尼果原浆中分离获得可可豆醋杆菌CICC 10883 菌株。卢梦瑶等人[38]从多种酵素中分离出1 株高产醋酸的庇侬醋酸杆菌并模拟进行了酵素中的产酸特性研究，证实适合果蔬酵素的酿造。

3.3 乳酸菌

乳酸菌（Lactic acid bacteria，LAB） 是指能发酵碳水化合物产生乳酸并在自然界中广泛分布的一类革兰氏阳性、无芽孢细菌的通称，作为存在于人体内的益生菌，利用乳酸菌进行食品发酵的历史悠久，包括酸奶、奶酪、泡菜等在内的多种乳酸菌发酵食品被广泛食用[39-41]。乳酸发酵使体系的pH 值降低，带来特殊风味的同时还能抑制一些不耐酸微生物的生长繁殖[42]。酵素中分离获得的乳酸菌包括植物乳杆菌[29-30，35]、干酪乳杆菌[35]、假肠膜明串珠菌[30]、类肠膜魏斯氏菌[30]等。

4 酵素中微生物的研究方法

4.1 传统培养方法

传统培养方法是研究食品体系中微生物最常见的研究方法，包括平板划线分离法和稀释涂布平板法，通过多次分离培养获得纯菌株用于鉴定及后续功能特征研究。利用这种方法，发酵食品中多种优良菌株被分离获得，甚至应用于食品工业中。目前，该方法也是酵素微生物资源研究报道中的常用方法，已应用于多种果蔬酵素中纯种微生物菌株的分离获得及其发酵性能研究。然而这种方法工作量较大，获得的菌种资源及微生物信息十分有限，无法全面反映出发酵体系的真实情况，不适于发酵机理及代谢特征的分析。

4.2 分子生物学方法

聚合酶链式反应- 变性梯度凝胶电泳（PCRDGGE） 是根据DNA 在不同浓度的变性剂中解链行为的不同而导致电泳迁移率发生变化，从而将片段大小相同而碱基组成不同的DNA 片段分开，是一种研究微生物群落结构及动态变化的有效手段。通过利用该技术，能够分析出木瓜酵素自然发酵过程中多种可培养及不可培养微生物的存在，同时确定不同发酵阶段的优势菌群，为该类酵素产品的人工接菌发酵提供了理论基础[30]。例如，杨芳[43]利用PCRDGGE 技术分析了自制酵素中微生物群落的特点，发现经过10 个月发酵的不同来源酵素样品细菌群落相似性大于60%，群落结构稳定；其中，乳杆菌属、醋杆菌属和拟杆菌属为优势属。该技术能够实时监测样品中微生物菌群结构的变化，为改进原料配方、优化发酵工艺提供了高效、可靠的研究手段。

4.3 高通量测序技术

随着分子生物学技术的不断发展, 高通量测序技术逐渐成为研究微生物多样性及其群落结构的一种有效、便捷技术手段[44-45]。一般采用的是非培养的方法，可获得微生物群落中的全部微生物定性及相对定量的遗传信息，在传统发酵食品中的研究日趋广泛[46]。例如，邸鹏月等人[47]采用宏基因组技术发现桑葚酵素不同发酵时期的样品中细菌生物多样性大于真菌生物多样性，主要的优势菌群为乳杆菌属和酵母属。高庆超等人[48]采用高通量测序技术分析黑果枸杞酵素微生物的群落，发现发酵60 d 后的主要细菌为乳杆菌属，主要真菌为酵母属。赵菲等人[49]采用高通量测序技术分析鱼腥草酵素对昆明雄性小鼠肠道菌群的影响，结果表明鱼腥草酵素对小鼠的肠道菌群具有调节作用。目前，这种方法在研究酵素发酵过程微生物多样性的报道仍不多。

5 结语

作为新型功能性食品，食用酵素产品在保健品市场的发展前景广阔[50-51]。随着人们对营养、风味等的追求，酵素也从水果、蔬菜类扩展到谷物类酵素、中药保健酵素、食用菌酵素、多种原料复配酵素等。目前，我国在酵素工艺的研究上虽然有了明显提升，但是酵素中微生物的分布及发酵机理研究仍不深入，酵素用发酵剂资源仍需大力开发。特别是基于酵素生产中微生物菌种及代谢产物安全性的研究还不充分，现代发酵工程技术替代传统发酵工艺将成为发展趋势。