功能性酵素发展研究现状

韩 齐，赵金敏，高小琴，于 淼，韩宗元，2，李晓静，* ，肖志刚

(1.沈阳工学院生命工程学院，辽宁抚顺113122;2.沈阳农业大学食品学院，辽宁沈阳110866;3.沈阳师范大学粮食学院，辽宁沈阳110034)

酶是生物体产生的具有生物活性的大分子，主要由蛋白质或核酸构成，具有生物催化功能［1］，食之有益健康。在日本将酶称为“酵素”，译成中文是“植物之酶的提取物”或“植物酶提取之精华”，它含有丰富的酶、维生素、微量元素、氨基酸、脂类和多酚等营养物质，可消除人体中有害健康的活性氧［2］。酶是新陈代谢的源泉［3］，与一切生命活动密不可分。虽然机体在生长过程中会产生所需的酶，但远不能满足代谢所需，需要通过食物来摄取，尤其是机体能力下降的特殊人群，更需要通过外部的酶来进行补充［4］。然而酶的结构易遭到破坏，在外部环境中，人们已经很难补充到所需的酶。而酵素恰好解决了这一难题，它保留了底物所固有的多种营养成分，并促进维生素、矿物质、多酚和黄酮等次级产物形成，使酵素成为调节人体生理功能的发酵食品［5］。人之所以能够精力充沛，神采奕奕，与生物体产生的数百种酵素密不可分，这些酵素调节着生物体的新陈代谢、促进能量转换、提供营养物质等多种催化过程，因此生命过程与酵素催化反应息息相关［6］。

酵素具有多种功能，包括:促进新陈代谢［7］、血液循环［8］，排除毒素;调节人体酸碱平衡，净化血液;增强胃肠道的消化吸收功能［9］，增强体质;还具有抗氧化、抗疲劳等，可以作为功能性食品［10］，为人类提供新的营养途径。在国内外市场酵素的发展空间广阔，酵素产品已经商业化，还出现一些添加酵素的保健食品。因此本研究针对发酵酵素食品的国内外研究现状、功能及研究进展做出了综述，并且对发酵酵素的发展做出了展望。

1 发酵酵素在国内外的研究现状

酵素最初起源于日本［11］，在日本很受欢迎，市场需求量很大，根据发酵酵素研究报告指出，在日本，酵素一年可达1000亿日元的消费额［12］，而且生产技术发展迅速，处于世界领先水平。它的酵素产业分为两大类，一类是将酵素作为产品直接制造生产，另一类是将酵素作为原料继续进行深加工，如:酵素面膜。目前酵素在国内外已经非常流行，2013年全球酵素市场消费高达27.4亿美元［13］，以美国和欧洲为主，其中食用酵素发展空间及成长潜力最大，年成长率7%以上，同时市场的增长幅度也相当强劲［12］，如美国康能健康产业有限公司的康能酵素;美商大溪地诺丽国际公司的诺丽酵素饮品;德国AB Enzymes公司的食品、饮料、纺织及全球纸浆和造纸工业用酵素制品等［14］。在国外，人们已经把酵素作为一种功能性食品，其功效包括:调节胃肠道功能，提高免疫功能，提高营养物质利用率，减少过敏发生，降低癌症的发病率，所以酵素对保证人体健康，预防疾病具有重要作用［6，9］。

相比较而言，我国发酵食品诸如酒、醋、酱等产品历史悠久，但是对其进行深入的研究发展较晚，直到1994 年酵素发酵技术才传到我国［15－16］，但重视程度较低，食品领域应用甚少，市场缺口大。随着酵素在国外的迅速发展，国内酵素市场也开始不断拓展。在2000年之后，酵素才真正的进入中国市场，起初对酵素的研究仅限于饲料，之后逐步扩展到美容护肤品、医学和食品等多种方面。陈丹，刘加友等［17－18］报道:当前国内实用型酵素产品火热，其质量管理方面亟待加强，但是由于酵素具有能够消除自由基、抗肿瘤、抗衰老、提高机体免疫力、限制炎症，清除血管垃圾等功效依然备受各界人士关注。酵素适用的人群大致可以分为以下几类:中年女性:精神压力大，免疫力低下，内分泌失调等;婴幼儿童:腹泻、食欲不振、抵抗力弱;外出旅游、出差人员:预防腹泻，增强抵抗力和免疫力;饮酒人群:减轻宿醉，缓解肝脏负担;亚健康人群:有效改善亚健康状态。

2 发酵酵素的工艺

发酵酵素是以一种或多种新鲜蔬菜、水果、菌菇、中草药等为原料，经多种有益菌发酵而产生的，含有丰富的维生素、酶、矿物质和次生代谢产物等营养成分的功能性微生物发酵产品。我国发酵技术是建立在基因工程基础上的，最早成功应用的基因工程菌是面包酵母菌［19］。通过向食品微生物中转移编码麦芽糖透性酶和麦芽糖酶的基因，使该酵母含有的麦芽糖透性酶和麦芽糖酶的含量显著提升，从而使较多的CO2在面包发酵过程中产生，使面包膨发性能良好、松软可口。Meyer［20］证实丝状真菌具有独特的高容量表达和分泌蛋白的能力，可利用其生产真菌或非真菌来源的酶类，通过基因工程技术可以有效地提高产率及减少非需要的副产物的形成，因此，建立一种与发酵酵素工艺密切相关，且有效的转化方法至关重要。

近年来，我国对发酵酵素工艺进行了深入研究，并且取得一定的成就。杨婧娟等［21］对工艺进行优化，确定糖添加量为40%，料水比为1∶10(g/mL)，接种量为2.4%，发酵时间3 d为最佳发酵工艺参数，同时发酵后所得到的酵素食品具有清香味且去除了生黄精麻味和刺激性;陈庶来等［22］在糙米酵素发酵工艺的研究中，采用活性面包干酵母进行发酵试验，将还原糖消耗量作为试验指标，对酵母活化时间、发酵时间、接种量做正交试验，得出最佳优化工艺:接种菌量1.2 g/20 g，原料发酵时间11 h，酵母活化时间1 h，且在每 8 g发酵样品中消耗的还原糖达13.682 mg时，发酵较为完善;孙大庆等［23］通过单因素实验和正交试验，以淀粉酶活力为检测指标得出:在接种量3.5%，培养时间4.5 h，温度32℃，小米酵素中淀粉酶活力最强;董洁等［24］利用酵母菌和乳酸菌发酵金丝小枣枣泥酵素，通过正交实验得出:接种0.1%酵母菌，30℃下发酵12 h，然后接种0.5%乳酸菌，37℃下发酵28 h，最后控制温度在6～8℃发酵24 h，此时金丝小枣枣泥酵素最优;蔡毅飞等［25］在环保酵素的发酵过程研究中，根据温度的不同，将发酵工艺分为常温发酵、中温发酵和高温发酵三大类。该实验按照配比制作三份环保酵素，分别置于20、30和50℃的恒温培养箱中。发酵过程中对三份样品的p H、电导率和还原糖含量进行连续监测，得出结论，中温30℃更有利于果蔬垃圾的转化和环保酵素的生成;战伟伟等［26］以蓝靛果和椰子为主要原料，通过正交实验确定最佳工艺:酵母菌与双歧杆菌配比2∶1，发酵温度 33 ℃，发酵时间 70 d;莫大美等［27］采用响应面法优化酵母菌和乳酸菌双菌种发酵制备玫瑰花酵素，建立玫瑰花酵素SOD酶活性与各自变量的回归方程，然后接种醋酸菌联合发酵，增加酵素口感和风味。

在工业化生产中，采用二次发酵工艺，即经过后熟工艺得到微生物酵素产品［28］，例如:糙米酵素、植物酵素等。除此之外，工业化生产还采用先进的生物萃取技术［29］，根据一定的科学配比进行压榨并在常温下发酵180 d以上，然后提取发酵后的酵素原液配以果寡糖及13种益生菌群再进行螯合，整个过程温度均控制在40℃以下，生产周期一年以上，最终得到富含益生元，且更易被人体吸收的功能性酵素。并且为了防止杂菌生长和产生酒精，可加入酿造米醋及高浓度异麦芽糖等。

3 发酵酵素的功能

3.1 促进新陈代谢

生物体内全部有序化学变化的总称称为新陈代谢，其中化学变化包括物质代谢和能量代谢两个方面，一般都是在酶的催化作用下进行的，是生物体与外界环境之间的物质和能量交换以及生物体内物质和能量的转变过程［30］，即老细胞分化、新细胞产生的过程。酵素的存在，加快了生物体内新陈代谢、营养和能量转换等许多催化过程。Ogunremi等［31］研究指出，酵素是含有丰富植物素、膳食纤维、抗氧化物质及生物活性成分的功能性食品，促进细胞新陈代谢的同时，增强了机体的免疫能力;冯莉等［32］试验证明水果酵素可有效预防和修复酒精对小鼠肝脏的损伤，提高新陈代谢的能力;韦仕静［33］在西兰花酵素在发酵过程中生化指标变化及其抗氧化活性研究中，表明西兰花酵素发酵初液口感柔和，味道酸甜，内含乳酸、乙酸能够调节人体肠道，促进新陈代谢。

3.2 促进血液循环

酵素能够促进生物体解毒功能，改善血液循环。刘春花等［34］研究表明，植物发酵液(酵素)可以增强单核－巨噬细胞系统功能、NK细胞活性、体液免疫功能，提高血清溶菌酶水平，进而提高机体免疫功能，维持机体的正常代谢;郭爽等［35］证明敖东酵素可以显著抑制小鼠体重的增长，显著提高抗体水平和脾指数，提高体液免疫功效，促进血液循环;Murakami K等［36］研究指出纳豆在芽孢杆菌发酵过程中产生纳豆激酶，抑制血管紧缩素转化酶的活性，促进血液循环，降低高血压的形成。

3.3 增强胃肠道的消化吸收

蛋白质消化吸收及微生物生长繁殖的主要场所在胃肠道，微生物菌群平衡影响肠道营养吸收及肠道健康，所以增强胃肠道的消化吸收是必要的。发酵酵素的出现刚好解决这一难题。李桃花等［37］试验证明水果酵素对小鼠胃肠动力、肠道机械运动功能提升均有促进作用;宋阳等［38］研究指出微生物酵素对门静脉阻断下小肠屏障功能有一定的改善作用，增强胃肠道的消化吸收;蔡爽等［39］研究也指出人参术苓酵素能够有效的治疗非溃疡性消化不良，证实了酵素可有效地调节脾胃功能。

3.4 调节人体酸碱平衡

酵素可消除体内废物，使血液形成弱碱性，从而调节人体的酸碱平衡。由于生物体不断的新陈代谢，使细胞处于一定的酸碱环境当中［40］。适当的酸碱环境对维持细胞的正常生命活动是必需的。戴凌燕等［41］研究发现糙米酵素提取物可以影响消化酶的分泌，糙米酵素提取物使灌胃6周的大鼠体质量显著低于高脂对照组，且大鼠各灌胃剂量组肝脏粗脂肪质量显著低于高脂对照组，说明糙米酵素提取物具有增强体内免疫功能的作用，有助于降低血脂，可以引起胃肠消化酶的积累，起到促进消化作用，调节人体的酸碱平衡;许蓬娟等［42］指出酵素可以平衡内分泌，提高身体免疫等;马巧灵等［43］研究证明酵素能抑制II型糖尿病小鼠血糖值的增加，降低血清中甘油三酯TG、血清总胆固醇TC含量，从而使人体的内环境保持稳定。

3.5 抗氧化性

在体内存在的酵素可加速自由基的消除，防止各种细胞的氧化损伤，进而起到增强生物体内新陈代谢的作用。郭艳萍等［44］在大麦天然酵素抗氧化性能的初步探究中，证实糙米酵素有效成分具有抗氧化作用，并且结论表明，在天然发酵过程中，大麦酵素酚类物质含量与抗氧化能力有极大的相关性。赵金安等［45］测定黑鸡心葡萄酵素天然发酵过程中不同阶段的总酚含量、还原力及其对自由基的清除率来评价天然酵素的抗氧化性能。结果表明:经过多种有益菌发酵制得的黑鸡心葡萄酵素有较好的抗氧化能力，并且发酵30 d产生的酵素抗氧化能力最强。姜忠丽等［46］研究证实糙米酵素有效成分具有抗氧化作用，可加速自由基的消除，防止各种细胞的氧化损伤，进而增强生物体内新陈代谢的作用。

3.6 抗疲劳

疲劳是机体复杂的生理生化变化过程，是指脑力或体力到达一定阶段时必然出现的一种正常的生理现象。它既标志着机体原有工作能力的暂时下降，又可能是机体发展到疾病状态的先兆［47］。如何缓解疲劳成为一项急需解决的难题。姜忠丽等［46］通过糙米酵素红曲酒对小鼠灌胃并进行一系列检测，考察糙米酵素红曲酒功能性饮料的抗疲劳作用，结果发现糙米酵素红曲酒对小鼠生活状态几乎无任何影响，对小鼠肝、肾、脾脏脏器指数和血清生化检测值无异常，并能延长小鼠负重游泳时间、延长爬杆时间，对氧自由基有一定的清除能力，清除率最高可达12.69%，具有一定的抗疲劳功能。Lee等［48］研究发现酵素中含有BJ－20菌种，可以把谷氨酸转化为γ－氨基丁酸(GABA)。Diana［49］研究发现 γ－氨基丁酸可以通过乳酸菌发酵获得，并且是天然活性成分，对小鼠有抗疲劳功能，可应用于食品中，对人体健康具有重要作用。林金莺［50］在诺丽酵素长效抗自由基的探究中，得出诺丽酵素具有强而稳定的抗自由基能力，抗疲劳作用，能为日用品(如面膜等)的应用提供理论依据。

4 展望

目前酵素食品在国内市场的发展还存在一定问题。首先，人们对酵素食品的认识与酵素养生概念还非常陌生，仍然处于认知阶段;其次，由于微生物酵素需在适宜的条件下进行发酵，易受到环境中微生物、发酵体系和杂菌的污染以及季节等条件的影响，所以很难控制产品的质量，以至于影响酵素产品的开发和利用;最后，由于酵素企业大多依靠外来技术支持，从而导致酵素在我国的售价很高。为了满足消费者对酵素的市场需求，开发自有的先进生产技术并实现工业化，降低酵素的成本是亟需解决的难题。

随着基因工程、细胞工程等生物技术发展，食品行业开启了以酵素类食品领衔的新一代功能性食品［51］。在医疗保健方面，在国外，酵素已经应用于艾滋病、病毒疾病(疱疹、流行性感冒、C型B型肝炎等)、关节炎、高血压、高血脂等［14］方面，酵素可以通过调节人体的免疫力，保障身体健康，且我国人口众多，随着人们对健康的重视，以及对酵素功能性的了解，酵素的需求量也将会逐渐增大，因此功能型酵素产品存在着巨大的发展潜力。