微生物酵素的研究进展

　　摘要：微生物酵素食品因其具有丰富的营养物质、活性成分及多种功能特性，在功能性食品开发领域具有很好的应用前景，受到诸多国内外科研学者的广泛关注。该文对国内外微生物酵素产品的研究进展展开综述，对微生物酵素的发酵工艺研究进行总结，阐述微生物酵素发酵过程中主要微生物及相关代谢物质变化的研究，对微生物酵素的生物活性进行归纳，同时对今后微生物酵素产品的研究方向作些许展望，期望能对今后功能性微生物酵素食品的开发研究提供参考。

　　关键词：微生物酵素;工艺;微生物;代谢物质;生物活性

　　1985年，由世界酵素之父、美国医学博士爱德华·豪威尔教授最早提出“酵素营养学理论”，酵素的发现也被公认为是人类生命科学领域的重大里程碑[1]。微生物酵素产品主要盛行于日本、美国、一些欧洲国家及东南亚地区，且形成了品牌产业规模，而近十多年来，在中国也开始盛行起来，越来越多的酵素理念被引入到农业、食品、美容保健等领域[2-3]。酵素是以乳酸菌、酵母菌等多菌种发酵果蔬、菌菇或中草药等，形成富含矿物质、氨基酸、多种酶及乳酸、醋酸和少量乙醇等代谢产物的液态和固态食品[4-5]。酵素的旧称是“酶”，但其不只是酶，还包含了产酶微生物及其相互作用的代谢产物，属于一个微生态整体[6]，其中包括微生物与微生物、微生物与底物及底物与底物之间的相互作用，不仅保留了发酵原料中原有的营养物质，而且通过微生物发酵代谢产生了新的生物活性成分[7]。

　　这些物质能够通过影响机体内的酶来调节细胞层面的生命活动，将大分子物质催化分解成小分子物质，比如多糖转化为葡萄糖、蛋白质分解成氨基酸、脂肪分解成脂肪酸，从而被机体细胞吸收利用来维持机体功能、组织修复、食物消化等生命活动[8]。正因为如此，使得酵素富含多种营养物质，比如总酚、各种酶、低聚糖、有机酸、氨基酸、脂肪酸及矿物质等，还具有多种生物活性功能。

　　近年来，酵素类产品因其在日本等地的风靡，而受到我国消费者的青睐，酵素食品的多种功能特性使得其在功能性食品开发领域具有一定的应用前景，受到诸多科研学者的关注。本文就微生物酵素的生产工艺、主要微生物、相关代谢物质及生物活性等相关研究展开综述，期望能对今后功能性微生物酵素食品的开发研究提供参考。

　　微生物方向论文范例：发酵食品中抗氧化乳酸菌的筛选与鉴定

　　1微生物酵素的工艺研究

　　由于酵素产品非常受欢迎，而且我国酵素产品的产业发展刚刚起步，针对不同原料酵素产品的发酵配方及工艺条件优化的相关研究也相继报道出来。对于酵素发酵工艺条件的优化研究相对较多，比如李世燕等[9]研究发现同时接种酵母菌和乳酸菌发酵的毛酸浆酵素的抗氧化性最好，还原力、DPPH自由基清除能力和超氧化物歧化酶(superoxidedismutase，SOD)分别高达1.051、30.97%、409.52U/mL。张旭普[10]通过响应面法对糙米酵素发酵工艺进行了优化，以总抗氧化、还原糖消耗量、SOD酶和还原型谷胱甘肽为指标，筛选出4种最佳发酵工艺条件。董洁[11]通过采用酵母菌和乳酸菌发酵金丝小枣制备金丝小枣酵素，得到最佳菌种添加量为酵母菌(0.1%)和乳酸菌(0.5%)。

　　战伟伟等[12]通过单因素试验与正交设计筛选出蓝靛果椰子复合酵素的最佳发酵工艺为发酵温度为33益，发酵时间为70d，酵母菌与双歧杆菌质量比为2颐1，蓝靛果果浆与椰子果浆质量比为5颐1。郭俊花等[13]对苹果皮渣酵素发酵工艺进行了优化，得到最佳发酵工艺条件：苹果皮渣添加量400g/L、加糖量90g/L、初始pH值5.5、发酵时间150d，在此条件下，各项营养物质含量指标为最佳。李豆[14]利用11种水果发酵制备水果酵素，通过单因素试验与正交设计确定最佳菌种比为1.0%双歧杆菌、1.0%葡萄酒酵母菌和1.5%嗜热链球菌。葛朋烨[15]对沙棘果汁酵素的发酵工艺进行优化，得到最佳工艺条件：先加入0.15%酵母菌(温度30益、pH=3.5、发酵16h)，后加入0.5%干酪乳巧菌(温度37益、pH=3.5，发酵24h)。对于酵素配方研究相对较少，杨婧娟等[16]以枸杞、芦荟、山药、山楂和薏苡仁为主要原料制备酵素，得到最佳配方为45.29%枸杞、10.00%芦荟、10.00%山药、24.71%山楂、10.00%薏苡仁。

　　为了缩短发酵时间及提高细胞营养物质溶出，有研究学者采用其他技术进行辅助发酵，如朱德艳等[17]利用超声波辅助发酵米糠酵素，通过单因素试验与正交优化设计得到最佳发酵工艺条件为超声时间90min，发酵温度25益，发酵pH值为6.0，发酵时间为25d。洪厚胜等[18]通过响应面设计对超声辅助葡萄果渣酵素发酵进行优化，得到最优工艺条件为初始pH值5.00，糖添加量8%，乳酸菌接种量12%，超声时间60min。针对以上研究可以看出，近年来各研究学者利用不同的发酵原料发酵制备酵素，并对发酵工艺、配方及辅助发酵工艺进行了优化，说明现今酵素产品的发展已非常之快，诸多科研工作者对于微生物酵素产品的开发产生了极大的兴趣，这将为今后酵素企业和产业的发展奠定良好的理论基础，在一定程度上会推动产学研合作的发展。

　　2酵素中微生物研究

　　由于酵素原料的不同，在发酵过程中微生物类型也不尽相同，但主要微生物为酵母菌、乳酸菌、醋酸菌和霉菌[19]，对于酵素类产品微生物分离鉴定的研究也成为近年来的研究热点。而目前国内对微生物酵素的研究处于起步阶段，同时由于其发酵菌种多、周期长、组分复杂、条件难控等问题[20]，研究报道相对较少。对于酵素中微生物的类型分析，AiLengTeoh等[21]从红茶菌酵素进行分离得到接合酵母。卢梦瑶等[22]通过以10种酵素样品为菌源，经分离纯化、产酸定性和定量试验，获得1株高产酸量醋酸菌，对其形态学、生理生化指标测定及16SrDNA鉴定，确定其为芝庇侬醋酸杆菌(Acetobactercibinongensis)。

　　Okada等[23]从植物酵素中分离鉴定出来的微生物主要是酵母菌(接合酵母属Zygosaccharomycesspp援、毕赤酵母Pichiaspp援)、曲霉(米曲霉Aspergillusoryzae)、乳酸菌(明串珠菌Leuconostocspp援)。SafakS等[24]从红茶菌酵素进行分离得到酿酒酵母。魏东东等[25]对红树莓酵素中的优势菌进行了分离鉴定，筛选出4种菌株：酿酒酵母、库德毕赤酵母、盔形毕赤酵母、植物乳杆菌。由此可以看出，在酵素发酵过程中的起主要作用的微生物是酵母菌、醋酸菌、乳酸菌、霉菌，经过相互作用，使得酵素形成一个微生态整体。

　　目前，高通量测序技术由于具备灵敏度高、读数长和效率高的特点，能更加真实的反映发酵食品中微生物群落定性及相对定量的遗传信息[26-27]，已广泛应用传统发酵食品微生物体系的研究。凌空等[28]通过16SrRNA、pheS基因和26SrRNA测序方法分析了发酵6月、12月和18月的果蔬酵素中的主要微生物类型。齐天翊[29]利用高通量测序技术对自制酵素不同发酵阶段的微生物多样性及群落结构动态变化进行了分析与比较。杜丽平等[30]利用聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳技术对木瓜酵素在自然发酵过程中微生物的多样性及变化规律进行了研究，发现植物乳杆菌为优势细菌，酿酒酵母和毕赤酵母为优势酵母菌。

　　Lee等[31]采用16S和26SrRNA序列分析法研究了一种植物酵素中的微生物多样性，结果表明，L.homohiochii是优势菌种;其它菌种的含量因含糖量不同而不同。随着高通量测序技术的发展，逐渐弥补了传统微生物分离鉴定方法的不足，但对于各类酵素中微生物的多样性、物种丰度及群落结构动态变化规律的研究鲜有报道，因此，利用高通量测序技术观测酵素发酵过程中的微生物动态变化将是今后研究的一个思路，以便为今后酵素发酵过程中菌群结构的调控提供参考。

　　3微生物酵素的相关代谢物质研究

　　由于微生物作用，酵素在发酵过程中会产生一些新的营养物质和活性成分。近年来对于酵素中的相关代谢产物的变化研究也成为热点对象，比如各类酶、总酚、总酸、总糖、还原糖、有机酸、pH值、总蛋白、总黄酮、氨基酸等物质，引起了科研学者极大的兴趣，关于酵素中代谢物质的变化研究也是非常之多。酵素的俗称为“酶”，人体机能的维持与酶密切相关，SOD酶、脂肪酶、蛋白酶和淀粉酶是酵素中主要的功效酶，所以酵素中酶活性的测定必然是重中之重。陈爽等[32]对液状水果酵素中酶活力进行了测定，发现SOD酶活性最高，蛋白酶次之，淀粉酶和脂肪酶活性较低。

　　邵颖等[33]研究植物酵素发酵过程中SOD酶、蛋白酶、纤维素酶的动态变化，发现纤维素酶有明显的提高。张静雯[34]通过比较添加菌种和未添加菌种的苹果酵素中酶的活力，发现SOD酶和脂肪酶活性分别降低了22.39%和69.49%，淀粉酶、蛋白酶和纤维素酶活性分别提高了50%、85.71%和54.19%。在发酵过程中会产生新的代谢产物，包括糖、有机酸、氨基酸及香气成分等，有机酸是酵素主要的呈味物质，近年来研究也相对较多，如Okada等[35-36]从一种植物酵素中分离出多种新型寡糖。

　　Arun等[37]测定了环保酵素不同发酵阶段的有机酸含量，且酵素食品中有机酸来源于果蔬原料及有益菌的代谢产物。蒋增良[38]对发酵一年的树莓酵素、蓝莓酵素和葡萄酵素的有机酸种类和含量及树莓酵素相关代谢产物的变化规律进行了研究。杨小幸等[39]对苹果酵素天然发酵过程中pH值、总酸、有机酸(乳酸、醋酸、苹果酸)、糖类(蔗糖、葡萄糖、果糖)、乙醇、总酚含量和DPPH自由基清除率的变化规律进行了研究。Shi等[40]在天然葡萄酵素中检测到102种香气成分，包括酯、醇、酮、烷烃、酸等芳香物质。张梦梅等[41]对23份酵素样品中有机酸的种类及含量进行了分析，发现酵素主要有机酸为草酸、苹果酸、乳酸和乙酸。Braga等[42]发现，苹果汁中主要芳香化合物是乙醛，而苹果酵素中主要是3-甲基-1-丁醇。

　　郭红莲等[43]研究发现枸杞酵素在天然发酵过程中pH值、可溶性固形物和总糖含量不断下降，可滴定酸逐渐上升，还原糖先升后降，并鉴定出64种风味物质，包括酯类、醛类、种酮类、醇类、酸类、芳香杂环类。Marisa等[44]从诺丽酵素中分离出来了欧文氏菌和葡萄糖杆菌，并检测到有机酸种类有乙酸，抗坏血酸，脱氢抗坏血酸，半乳糖醛酸，丙二酸，琥珀酸和酒石酸。Ghosh等[45]研究表明乳酸菌产生的酶类及有机酸使大米中酚类物质溶出并呈游离态，导致发酵过程中总酚含量上升。

　　程勇杰等[46]研究发现柘果酵素在天然发酵过程中蛋白质含量逐渐上升，在发酵过程中共含有16种氨基酸，且含量差异较大。陈小伟等[47]对草莓酵素发酵过程中氨基酸变化进行了分析，总氨基酸含量有明显上升，其中含量最高的是天冬氨酸和谷氨酸。以上研究表明，在酵素中含有的营养物质、活性成分及各种酶类物质确实极为丰富，酵素原料的不同会导致在各类酵素发酵过程中相关代谢产物的变化也不尽相同，发酵过程中代谢产物的变化与微生物的多样性和丰富度变化及酵素的保健功能性评价息息相关，它们之间肯定存在着某种联系，如何探索出代谢物质的变化与微生物及保健功能之间的关系或者机理将是今后科学研究中的热点和难点问题。

　　4微生物酵素的生物活性研究

　　酵素中富含的营养物质和活性成分使得其具有多种功能特性，但是由于酵素的多种功能作用的属实情况一直受到人们的疑惑，因此国内外诸多学者都对其功能效果有很大的研究兴趣。

　　4.1抗氧化功能研究

　　由于酵素中总酚、总黄酮及SOD酶等物质的存在，能够清除机体内自由基，对于酵素的抗氧化性能的研究相对较多，Liao等[48]利用乳酸菌发酵芒果汁，发现芒果汁酵素中的有机酸种类、酚类化合物等都比芒果原汁有所增加，并且清除DPPH自由基能力也显著提高。胡肖利[49]采用电化学方法研究了中草药功能酵素复配前后的抗氧化活性，发现功能酵素复配品对羟基自由基、超氧自由基、脂质过氧自由基、DPPH自由基的清除能力显著提高。冯彦君[50]通过体外模拟试验，发现麦苗酵素粉及其代餐粉在体外胃消化4h后，消化液总酚释放量分别是初始时的2.74倍和2.75倍，SOD活力分别下降了45.54%和38.99%，但总酚释放量的增加弥补了SOD的失活，使得消化液抗氧化性明显提高。周偏等[51]研究发现诺丽酵素的总还原能力、DPPH自由基、ABTS+自由基和羟基自由基清除能力分别高达0.593、71.22%、76.21%和58.64%。

　　4.2降血脂及减肥功效研究

　　自从酵素产品问世，酵素的降血脂及减肥功效一直被广泛关注，为证实效果到底如何，国内外科研学者也一直致力于验证其降血脂及减肥功效。Wang等[52]研究表明糙米酵素液能够降低小鼠血脂水平、肝脏脂肪水平和动脉粥样硬化指数，抑制辅酶A还原酶活性，并有效促进总脂质与总胆固醇的排泄。郭爽[53]对敖东酵素的减肥功能进行了研究，发现敖东酵素可以有效抑制大鼠体重增长和脂肪积累。

　　Revilla等[54]研究表明糙米酵素具有一定的降胆固醇活性。有研究学者[55-56]发现糙米酵素能够改善与Zucker大鼠肥胖相关的一些炎症反应，从而达到减肥效果。对于酵素降血脂及减肥功效的机理研究相对复杂，相关研究还未见报道，可能是酵素中脂肪酶将摄入脂肪分解成脂肪酸，增强了机体吸收效果，再加上微生物作用，达到降血脂及减肥效果。

　　4.3提高免疫力研究

　　细胞免疫活性与人类各种疾病密切相关，查阅国内外相关文献，发现酵素产品具有一定的提高免疫力和抗肿瘤活性，为人类健康提供了保障。袁周率[57]的研究发现，糙米酵素能够抑制缺氧/复氧处理诱导的海马神经元细胞调亡，对其有保护作用。LUMing等[58]的研究表明，一种日本植物酵素能够诱导细胞凋亡和延长H22荷瘤小鼠寿命，具有抗肿瘤特性。Revilla等[59]研究发现糙米酵素能够诱导MOLT-4细胞凋亡，并能诱导肿瘤坏死因子(TNF)-琢的表达对N13胶质细胞施加免疫活化效果。

　　4.4解酒与护肝功能研究

　　微生物酵素中的乙醇脱氢酶可以分解乙醇，降低谷草转氨酶、谷丙转氨酶和丙二醛等水平，从而达到解酒护肝的效果。刘加友[60]针对葛根酵素的解酒功能进行了研究，发现葛根酵素可以显著延长小鼠醉酒潜伏时间，缩短醒酒时间，通过减缓胃肠吸收乙醇速度和加速乙醇降解代谢以降低机体血醇浓度，从而起到解酒防醉的功效。曲佳乐等[61]研究发现植物酵素可以延迟醉酒和缩短醒酒时间，降低血清中谷草转氨酶、谷丙转氨酶水平，具有一定解酒护肝作用。

　　4.5抑菌活性研究

　　微生物酵素产品本身具有抗菌活性，还可以促进白血球杀死致病菌，促进新细胞生成，具有一定的抑菌活性。王辉等[62]研究发现青梅酵素液对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、枯草芽孢杆菌具有较强的抑制作用。董银卯等[63]研究显示，膏状及粉状酵素对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、铜绿假单胞菌有抑制作用，对痤疮病原菌有明显的抑制作用。

　　4.6美容美白研究

　　微生物酵素含有的各种酶和一些物质能消解老化细胞，促进表皮细胞新陈代谢，清洁皮肤及去除油脂，使得皮肤细腻有光泽。Santamar侏a等[64]研究发现糙米酵素能够阻止角质细胞和表皮细胞脂质氧化，稀释后有很好的皮肤相容性，表现出4.8依0.3的防晒系数。田中清隆等[65]通过细胞试验和人体试验研究发现，李子酵素分解物Clairju有效抑制了角化细胞的吞噬作用，显著降低了皮肤黑素指数和色斑。除此之外，还有许多微生物酵素的功能作用，比如改善肠胃功能[66]、治疗腹泻[67]、抗压与抗疲劳[68]等。综上所述，对于酵素的功能作用研究非常多，也证实了酵素的功效，可作为功能性食品供人们食用，从而调节人体的相关代谢，预防各类相关疾病的发生，对人类健康起到积极的作用，且酵素的保健功能研究将一直是我们研究的重点。

　　5结语

　　国家药监部门审核确认酵素完全遵照了“应用平安、效果确切、质量稳定、运用便当”这四大准绳，而且微生物酵素富含产酶微生物、多种营养物质和活性成分，也因此具有多种生物活性，酵素食品产业快速发展起来。目前，微生物酵素在我国已开始盛行，各地科研院所根据当地特色食品资源逐步研发酵素产品，以期能将当地食品资源更好地利用起来，开发出多种功能性食品，推动当地食品产业的发展。以青藏高原特色植物资源为原料，研发微生物酵素食品，将丰富青藏高原特色食品资源系列产品，进一步推动青海省食品行业市场经济的发展。

　　参考文献：

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　　[5]刘加友,王振斌.微生物酵素食品研究进展[J].食品与发酵工业,2016,42(1):273-276

　　作者：高庆超1，常应九1，马蓉1，邹潇潇1，曹效海1，2，王树林1，2，