糄粑发酵微生态研究进展

宾冬梅， 朱涵予， 孙伟峰， 彭芳刚， 易诚

(衡阳师范学院 生命科学与环境学院，湖南 衡阳 421008)

糄粑系衡阳民间特产，以糯米粉为主料，用配伍的中草药熬水和料、添加酒曲粉开发的一种具有保健功能生米发酵制品，具有发酵产品的特色与优点，深受男女老少的青睐，在衡阳地区的各大酒楼和饭店作为主食或餐后甜点，据不完全统计，衡阳市场上每天销售的糄粑数量达5 000 kg.本文从原料对糄粑发酵的影响、生米发酵及传统发酵食品在发酵过程中的微生态变化以及功能成分进行综述，为糄粑的发酵生产提供理论指导.

1 原料对糄粑发酵的影响

作为生米发酵制品，糄粑的主要原料为大米，根据米质及产品要求不同，使用的米原料略有不同；为提高糄粑的糯性，一般选择糯米为原料，糯米营养丰富、淀粉含量高，蛋白质等营养成分比粳米和籼米含量低，糯米发酵的糯米酒风味纯正、杂味较少[1].糯米中支链淀粉高达95%以上，吸水快，易蒸煮糊化[2-3].

为调节糄粑的软硬度，传统加工过程中常添加一定的粳米和籼米[4]；此外，为增加糄粑的特殊功效，往往会在糄粑制作时拌入了辣蓼草、薄荷、龙安草、海棠珠、野菊花、田珠草等中草药：一是利用辣蓼草可以防止杂菌污染，保证发酵[5]，二是利用不同的中草药使糄粑具有健胃消食等独特功效.酒曲粉中酵母菌、乳酸菌等益生菌群可以有效改善胃肠内环境和菌种结构、抑制病原微生物繁殖、增强机体免疫力和抗病力.糯米经发酵后有独特的酒香味，因此赋予了糄粑独一无二的风味，同时产生很多生理活性成分，如功能性低聚糖、多肽及氨基酸、抗氧化活性物质、降胆固醇及降血压物质、益生菌及酶、B族维生素和功能性脂类等，对人体有抗氧化、降血脂、提高免疫力、抑制肿瘤、延缓衰老、预防肠胃疾病等作用.

近年来，随着人民对美好生活需求及健康需要的提高，人们对日常食品的需求已从原来的温饱型转向于现在的营养和保健型，对健康食品的要求不断增加，食品工业正在不断朝着营养保健食品方向发展.

2 发酵食品微生态研究进展

2.1 传统发酵研究进展

在传统发酵研究过程中，原料如大米在微生物的作用，经过酒曲中的微生物发酵，产生一些新的功能性物质.通常是发酵过程中大米中的淀粉、蛋白质、脂类等营养成分在微生物发酵过程中分解成不同的代谢产物.淀粉质成分在霉菌及酵母菌等益生菌及其酶的作用下，可被水解为葡萄糖、低聚糖和短链多糖等[6].葡萄糖在代谢过程中又可继续被转化为乙醇、乳酸和醋酸等[7]，产生功能性糖类化合物，包括真菌多糖、功能性低聚糖及单糖等，能改善人体消化系统功能，降低有毒物质产生，增强人体免疫力，延缓细胞与器官衰老等，有些低聚糖还可以降低血压和血清胆固醇；纤维素可被转化为短链脂肪酸.蛋白质类成分可被水解为小肽，具有多种生理功能，如具有抑制血管紧张素转换酶(ACE)活性的二肽和三肽首先在日本腐乳和韩国大酱中被发现[8].被水解成的部分小肽还可继续被水解为氨基酸，再进一步转化形成生物胺、氨、硫化物、γ-氨基丁酸和芳香酯等[9]；脂类成分可被逐级转化为甘油三酯、脂肪酸、醛、酸和醇等产物[10].益生菌在发酵过程中会分泌各种酶类，如纳豆激酶、豆豉纤溶酶、神曲发酵过程中5种消化酶[11]，各种酶的功能不尽相同，如超氧化物岐化酶具有清除自由基作用[12].

微生物发酵还可产生维生素B12、核苷酸、类黑素和芳香族化合物，抗氧化活性物质，红曲霉色素、大豆皂苷、酚酸等物质除具有良好的抗氧化活性物质外，还能产生降血脂活性物质，具有促进胆固醇和甘油三脂代谢以及抗血栓作用[13].

益生菌及代谢产物如酵母菌、枯草芽孢杆菌以及其分泌的溶栓酶，乳酸菌增加叶酸产量[14]，引起宿主肠道微生物菌群的微妙变化[15].

2.2 酒药发酵的研究进展

“酒药”是我国特有的传统产品，又名甜米酒药、甜酒曲、酒药.因在生产过程中加人一定量的辣蓼[16]等中草药防止杂菌污染而得名，酒药中的微生物主要是霉菌、少量酵母和细菌[17，18]，霉菌包括根霉、曲霉、毛霉、红曲霉、青霉等[19]，酵母主要有复膜孢酵母、毕赤酵母[20]、伊萨酵母、酿酒酵母及假丝酵母等，细菌包括乳酸菌.酿酒的过程中，甜酒药中的根霉菌分泌出大量糖化酶，霉菌中根霉的淀粉酶和蛋白酶活力旺盛[18]，米中的淀粉糊精在α-1，6麦芽糖苷酶和α-1，4麦芽糖苷酶作用下生成麦芽糖，然后再经α-1，4葡萄糖苷酶和α-1，6葡萄糖苷酶的作用生成葡萄糖[17]，酵母菌微弱的酒精发酵，使糄粑具有轻微的酒香味.因此，在糄粑的生产中，通常是以糄粑表面生长出丰富的白色霉菌丝体为度，但在发酵过程中发酵产物与发酵阶段的响应关系尚未有相关报道.

2.3 生米发酵食品研究进展

生米发酵食品是一种重要的米制品种类[21]，在我国具有悠久的发展历史.如传统的米粉、米果、糍粑、米发糕等[21]都是将大米经过浸泡而制成的，风味上都有较大的改善.关于生米发酵食品的研究进展主要集中在以下几点：一是发酵工艺及其对米制品品质的影响，如米发糕的疏松多孔，有酸味及酵香味；米粉的质地筋道等.二是发酵过程中的微生物变化及其作用，乳酸菌、酵母菌、霉菌和芽孢杆菌等微生物会利用大米中的淀粉和蛋白质进行发酵[22，23].三是发酵对大米化学组成的影响[24]，在发酵过程中，淀粉总含量有少量的增加[22]，发酵液中游离脂肪酸的含量增加[25]，长时间容易产生不良气味[22].蛋白质含量呈下降的趋势[24]，大米中灰分的含量也有所降低[22].四是发酵对大米物化性质的影响，发酵后淀粉的溶解度有所增大，使淀粉分子的水合能力增强，降低糊化温度[22].由于糄粑为地方性产品，目前有关研究报道较少，但作为发酵米制品，糄粑的发酵过程及产物可参考常见生米发酵食品.

2.4 发酵食品功能成分研究进展

发酵是一种古老、传统的食品储存与加工的方法，微生物代谢产物及微生物酶对原料分解后产生的分解产物，形成了成百上千种其它代谢物，它们之间平衡协调构成了发酵食品特有的质构与风味，增加和改善发酵食品的风味、香气和组织结构、产生活性酶和多种营养物质、分解和去除食品原料中的有害物质、产生乳酸、酒精等发酵产物以保存食物.其中，含有很多对人体有保健作用的功能成分，主要包括以下几种：

2.4.1 对人体有益的微生物及酶

发酵食品仍然存有微生物，乳酸菌、酵母、红曲霉等被国家药品与食品管理局批准的可用于保健食品的菌种，发酵的乳酸菌、红曲、霉菌、酵母菌等菌体本身对人体具有一定的保健功效[6，26].如乳酸菌在人体内具有调节血脂、提高机体免疫力﹑缓解人体乳糖不耐症、抑制肿瘤细胞产生及生长、延缓细胞衰老、防止肠胃疾病等作用[6，26-27].酵母菌菌体本身含含有50%左右的蛋白质、6%的核糖核酸、2%的B族维生素，还有谷胱甘肽等生理活性物质[27].传统发酵食品中在微生物作用下，产生很多酶类物质，这些酶类物质具有抗氧化﹑溶解血栓﹑抗衰老等不同作用[6].如从日本传统发酵食品纳豆中提取的纳豆激酶具有溶解血栓作用的丝氨酸蛋白酶，在人体中的作用时间可达8 h.超氧化物岐化酶(SOD)能够将导致衰老的超氧自由基分解，是著名的自由基清除剂，具有抗衰老的作用.

红曲霉可以产生多种酶类，葡萄糖淀粉酶和蛋白酶是大家都很熟悉的.近年来，国内对红曲霉产生的酯酶进行了很多研究，主要是用于浓香型酒的生产.用红曲霉产生的聚氨基葡萄糖酶可以把高分子聚氨基葡萄糖降解为低分子聚氨基葡萄糖，该物质可以抑制酪氨酸酶的活性，从而抑制黑素的形成.另外，红曲霉产生的核酸酶、5’-磷酸二酯酶、乙酰辅酶A氧化酶、α-葡萄糖甘酶等都有专利报道.

2.4.2 多肽与氨基酸

蛋白质不完全降解可以产生多肽与氨基酸.多肽是氨基酸聚合体，分子量比蛋白质小很多，具有一些蛋白质没有的生理功能，而且抗原性非常小，过敏体质一般不会产生过敏反应.目前是医药与食品界研究的热点之一.蛋白酶可使蛋白质降解产生大量的多肽和基础氨基酸[26，28]，比如酵母中的谷胱甘肽是由谷氨酸、半胱氨酸、甘氨酸构成的还原性三肽，具有重要生理功能；大豆多肽具有降脂、减肥、提高运动能力、促进消化等功能，并且它比蛋白质更易于吸收.

2.4.3 多糖与低聚糖

低聚糖是由2～10个单糖分子通过糖苷键连接而成的寡糖，如果寡糖、木寡糖、葡寡糖、半乳寡糖和大豆寡糖等，这些寡糖不被人体胃肠淀粉酶分解，因而可直达大肠，具有促进双岐杆菌生长，改善人体微生态环境的重要功能.糖基转移酶和糖苷水解酶可以生成低聚糖，具有促进双歧杆菌生长，改善人体微生态环境的重要功能[26].

2.4.4 降低胆固醇及降血压物质

红曲霉发酵生产的降胆固醇主要成分莫纳可林类物质在化学结构上与它汀类药物是相似的，它们降低胆固醇的机理也是相同的：抑制胆固醇合成途径上的关键酶，即HMG-CoA还原酶(3-羟基3-甲基戊二酰辅酶A还原酶)，从而减少胆固醇合成.但是红曲霉固态发酵的完全产物—红曲，却很少有它汀类药物的副作用—对肝脏有损害.它汀类药物对肝脏有损害的原因是因为，它们在抑制胆固醇合成的同时也抑制了辅酶Q的生成，而辅酶Q对肝脏有保护作用.而在红曲中不仅有莫纳可林，还同时存在辅酶Q，所以当用红曲的全部发酵物入药就没有它汀类药物的副作用.迁启介等研究表明，红曲中含有降压成分.实验表明该物质为耐高压、水溶性组分，推测可能是γ-氨基丁酸或某种肽.虽然功能成分还不十分明确，但可以得出如下结论：红曲具有综合预防循环系统疾病的功效.

红曲霉可以产生多种生理活性物质，如莫纳可林、氨基丁酸、辅酶Q等.HMG-CoA还原酶(3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶)是胆固醇合成途径上的关键抑制酶，可以减少胆固醇合成[26]；血管紧张素转换酶(ACE)是参与调节人体血压的有关酶，可以通过抑制ACE的活性，实现降血压目的.近来在发酵产物，尤其是红曲发酵产生的Monacolin K与γ-氨基丁酸(GABA)成为发酵食品功能成分的研究热点[29]，Monacolin K可以作为胆固醇合成的抑制剂，能减少人体内胆固醇的合成，从而调节人体内异常血脂，实现治疗、预防心脑血管疾病的目的，是一种较为理想的降低胆固醇药物[29-31]，此外Monacolin K还具有保护肾脏，抗肿瘤，预防和治疗胆结石、动脉硬化、糖尿病等作用[32-34].γ-氨基丁酸(GABA)是一种非蛋白质氨基酸[35]，为哺乳动物中枢神经系统重要抑制性神经递质，有降压、改善脑机能、抗惊厥、提高长期记忆和促进生长激素分泌等功能[36].

2.4.5 其它

此外在许多发酵食品中都发现了抗氧化活性物质及其它对人体有益的物质.如已从大豆中分离出3种游离型异黄酮，比糖苷型大豆异黄酮具有更强的抗自由基、抗氧化、抗肿瘤等生理活性.真菌酵母、曲霉、毛霉等能产生多不饱和脂肪酸，如亚油酸(LA)、亚麻酸(GLA)、花生四烯酸(AA)、二十碳五烯酸(EPA)、二十二碳六烯酸(DHA)等.豆类发酵制品中含有的乙酰胆碱和卵磷脂都对预防老年痴呆症有效.

显然，发酵产品中还有很多功能成分有待研究与开发，利用1HNMR(氢核磁共振)和HPLC(高效液相色谱)指纹图谱技术对山西老陈醋功能成分进行研究，指认出包括氨基酸、有机酸、糖类等28种化合物，并有香草酸、原儿茶酸、二氢阿魏酸等13个色谱峰，并进行了山西老陈醋提取物抗衰老活性研究[37].

2.5 高通量测序在发酵食品中的应用

RNA测序(RNA-seq，RNA sequencing)又被称为全转录组鸟枪法测序[38]，是应用高通量测序揭示某个生物样本内在特定时间的RNA的存在和数量(转录组)的一种技术手段[39].RNA测序可以用于检测替代基因拼接转录，转录后修饰，基因融合，突变体，不同时间基因表达变化及不同分组(实验处理)下基因表达的变化[40].RNA测序不仅能检测mRNA的转录，还能观察到包括总RNA和小RNA(miRNA、tRNA和核糖体RNA)在内不同尺度的RNA表达谱[41].

RNA测序也被大量应用于食品微生物的研究，探究食品发酵过程中的功能微生物和功能基因等.Duan etal[42]运用宏转录组技术，探究了虾酱发酵过程中存在的微生物及其与风味形成相关的基因，刘同杰[43]对传统酸面团中微生物多样性及其风味物质代谢研究.

3 结束语

综上所述，前人已对发酵米制品及发酵功能成分进行了相关的研究，糄粑在发酵过程中会产生有益菌和功能性低聚糖等生理活性成分，具有独特的风味，对人体有一定的保健作用.结合前人的研究成果及糄粑自身的特点，利用1HNMR和HPLC指纹图谱技术研究糄粑中的功能成分，利用RNA测序技术检测糄粑中的微生物种群，并根据不同的发酵阶段糄粑中的微生物群落与相应的功能成分的响应关系，研究糄粑功能性成分的形成机理，为下一步的优势菌种的分离与培养、功能性产品的开发提供前期基础，可以为糄粑的工业化生产提供技术支撑.