糖蜜及其发酵制品的应用研究进展

杨云东，王倩，张佳婵，王昌涛*，刘继涛

1. 北京工商大学北京食品营养与人类健康高精尖创新中心（北京 100048）；2. 云南白药集团股份有限公司（昆明 650000）

糖蜜是产糖工业的副产物，因制糖过程中加工条件的差异而有所区别。糖蜜的主要成分是糖类，还含有其他多种营养物质，可作为微生物的碳源或基料。在食品方面，可以通过发酵生产酒精和一些食品添加剂等。糖蜜廉价易得，还常作为动物饲料。此外，糖蜜还可用于建筑行业中的减水剂和絮凝剂，也可在造纸行业中作为添加剂以提高成纸强度，具有较高的研究价值。

糖蜜种类繁多，根据其来源不同，主要分为甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜、大豆糖蜜、柑橘糖蜜、石榴糖蜜等。综述不同糖蜜的活性成分，以及糖蜜发酵物的研究进展，为扩大糖蜜的资源化利用，给其在医药、食品、化妆品等行业的应用提供思路。

1 糖蜜的分类

糖蜜一般源于果蔬、农作物，其成分会因种类不同而不同，也会因为加工方法有所差异。不同糖蜜的营养成分差异较大，以甘蔗糖蜜、大豆糖蜜以及柑橘糖蜜为例，对糖蜜的成分进行了整理，具体见表1。除表中三种糖蜜外，甜菜糖蜜以及石榴糖蜜等也较为常见。现阶段糖蜜中的活性成分在医药、保健及食品等领域均有了一定的研究进展。

1.1 甘蔗糖蜜

甘蔗糖蜜也被称为桔水、糖浆，多呈红棕色或深棕色、黏稠状和半流动的液态，含多种活性物质，在抗氧化、抗肿瘤、调节人体代谢、提高免疫力、保肝抗炎等方面具有较好的效果。目前已有文献对其功效进行了深入研究，具体总结见表2。

1.2 大豆糖蜜

大豆糖蜜是生产大豆浓缩蛋白过程中所产生的副产品。1963年，Daniel Chajuss将醇提大豆蛋白质过程中产生的副产物命名为“大豆糖蜜”，用来区别大豆蛋白和大豆乳清液[12]。由于大豆糖蜜成分复杂，其活性成分及其相关用途见表3。

表1 常见糖蜜的主要成分

表2 甘蔗糖蜜成分与其相关用途

表3 大豆糖蜜成分与其相关用途

1.3 柑橘糖蜜

柑橘的年生产总量超过1亿 t，占世界水果总数的1/5。世界上40%左右的柑橘用以加工，过程中会产生果皮、果肉渣和种籽等废弃物，这些废弃物压榨之后共同组成了糖蜜，主要含有糖类、果胶、半纤维素、纤维素、类黄酮、香精油和色素等诸多物质，其活性成分及用途见表4。

表4 柑橘糖蜜成分与其相关用途

1.4 甜菜糖蜜

甜菜在制糖过程中会产生废蜜，被称之为甜菜糖蜜。甜菜糖蜜中营养物质丰富，随着现代加工产业的快速发展，甜菜糖蜜中的活性物质得以分离，充分发挥了甜菜糖蜜的附加价值。目前甜菜糖蜜的分离提取物及其用途详见表5。

1.5 石榴糖蜜

石榴分布在我国的20多个省区，种植面积呈逐年增长的趋势，总产量也不断增加，年总产量已达到150万 t[22]。每年都有大量石榴皮被直接废弃，造成了环境的污染和资源的浪费，石榴皮可以压榨浓缩为石榴糖蜜，其过程产生果胶含量约8.5%，尿酸含量约62.0%，具有较高的开发价值。石榴糖蜜的活性成分及应用见表6。

表5 甜菜糖蜜成分与其相关用途

表6 石榴糖蜜成分与其相关用途

1.6 其他

糖蜜的种类繁多，除以上介绍的几种主要糖蜜，还有玉米糖蜜、枸杞糖蜜、葡萄糖蜜等，目前研究较少，有待进一步探索。

2 糖蜜发酵制品的应用研究进展

糖蜜含糖量高、价格便宜，可以作为良好的碳源。在当前糖蜜的研究中，它已经作为培养基应用到发酵中，利用不同的菌种发酵生产不同的物质。有研究者用酿酒干酵母发酵糖蜜生产酒精、功能性低聚糖，另外有黑曲霉发酵生产柠檬酸、木醋杆菌生产细菌纤维素等。近几年糖蜜的发酵制品越来越受到研究者们的关注，也开始逐步得到应用。

2.1 糖蜜发酵生产曲酸

近年来，大量的专利文献报道曲酸具有一定的抗菌活性和美白作用，在医药、化妆品行业中均有一定的应用。Wu等[29]通过研究食源性病原菌的抗菌活性和生物膜活性，评价了曲酸的抗菌活性和生物膜活性，证明曲酸能抑制细菌生物膜的形成，进而引起细菌失活。Zhang等[30]以昆虫为试验对象，检验了其发育过程中，曲酸对黑色素合成中酚氧化酶（Phenoloxidase，PO）的影响，结果表明PO活性显著降低，并且会使幼虫发育异常。Ishak等[31]制备了一种生物活性材料壳聚糖低聚糖-n-曲酸聚合物，并通过小鼠试验，证明了具有其较强的抗菌性能和抗氧化能力。有相关报道表明，曲酸可开发成一种新型的辐射防护剂[32-33]。Wang等[34]通过辐射小猎犬试验，发现曲酸对犬的辐射损伤有保护作用。王恺等[35-36]发现曲酸还能使辐射后细胞的存活率提高，减轻细胞损伤。

糖蜜可通过发酵产生曲酸。李军委[37]探索糖蜜作为曲酸发酵原料，并发现当糖蜜培养基中总糖浓度为80 g·L-1时，曲酸产物的浓度可达9.02 g·L-1。戴莉等[38]用米曲霉来发酵糖蜜，发现在最佳反应条件下，可得到的曲酸浓度为15.43 g·L-1。而曲酸一般主要是利用淀粉糖进行微生物发酵培养的，目前若采用糖蜜代替发酵底物，就会为降低曲酸的生产成本提供了更多思路，给糖蜜发酵生产曲酸，应用于食品、医药、化妆品等行业带来发展潜力。

2.2 糖蜜发酵生产谷胱甘肽

谷胱甘肽（L-Glutathione，GSH）几乎存在于人体的所有细胞中。研究表明，GSH对细胞内产生的氧自由基有清除作用，是一种天然的抗氧化剂，能降低脂质氧化形成的活性氧对细胞膜的损伤，另外还有缓解毒素的作用。Sen等[39]通过小鼠试验探究GSH的抗氧化作用，发现缺乏GSH的大鼠耐力下降了50%左右，表明其在氧化应激和运动方面有重要作用。Townsend等[40]综述了GSH代谢与人体癌症、囊性纤维化、衰老等有密切关系，详述了GSH在细胞和生物水平的生物重要性。Ballatori等[41]也证明了细胞内GSH的含量与细胞的抗氧化应激能力呈正相关关系。刘婷等[42]发现GSH可以通过抑制酪氨酸酶活性，降低多巴醌的生成，从而抑制黑色素的形成，并证明了GSH和维生素C联合作用对黄褐斑有明显的治疗效果。

利用糖蜜生产谷胱甘肽已有报道。何海燕等[43]通过单因素试验和正交试验设计，用啤酒酵母SP3菌株发酵糖蜜，得到GSH的最大产量75.327 mg·L-1。周铭锋[44]用流加的方式加入糖蜜和葡萄糖，并优化发酵培养基的配比条件，得到GSH产量为1 442.017 mg·L-1。冯年群[45]研究了碳氮比对生产GSH的影响，确定当工业葡萄糖与糖蜜的量为2∶1时，GSH的产量能达2 080 mg·L-1。这些研究表明通过发酵糖蜜生产GSH，具有良好的发展前景。

2.3 糖蜜发酵生产二十二碳六烯酸

二十二碳六烯酸（Docosahexaenoic Acid，DHA）是人体所必需的一种多不饱和脂肪酸，在DHA功效研究方面已有大量报道。徐绮嫔等[46]发现DHA能抑制促炎细胞因子TNF-α、IL-1β的释放，促进抗炎细胞因子IL-10的表达，表明DHA在脂多糖（LPS）诱导巨噬细胞炎症反应中有抗炎作用。Sidhu等[47]通过用质谱定量等方法，发现DHA可以缓解衰老诱导的突触蛋白组变化，能抵消神经传递调节突触蛋白的损失，并推测DHA在减轻与年龄有关的认知衰退方面有一定作用。He等[48]测试了色素上皮源性因子（Pigment epithelium derived factor，PEDF）联合DHA治疗小鼠角膜损伤和角膜神经再生的效果，试验表明PEDF+DHA可以一定程度促进角膜神经再生和伤口愈合。郑操等[49]以SD大鼠为试验对象，发现总抗氧化能力（Total Antioxidant Capacity，T-AOC）和过氧化氢酶（Catalase，CAT）活力与DHA的剂量呈正相关关系，说明DHA对于清除氧自由基、降低脂质过氧化损伤有一定的作用。此外DHA对心肌梗塞、关节炎、高血压、冠心病、某些癌症等疾病具有积极的防治作用。

目前如裂壶藻（Schizochytrium limacinum）、寇氏隐甲藻（Crypthecodinium cohnii）和吾肯氏壶藻（Ulkenia amoeboida）等微生物已经被应用来产生二十二碳六烯酸，被称为DHA藻油[50]。这些微生物的发酵原料主要是葡萄糖，生产成本较高。班甲等[51]通过单因子变量和多因子变量法，考察了以糖蜜为碳源来生产DHA的情况，发现糖蜜发酵DHA有一定的局限性，但能部分代替糖类生产DHA，另外他们还用糖蜜发酵培养基与普通发酵培养基做对比，表明糖蜜不仅能生产DHA，而且由于其自身物质丰富，还能减少维生素和矿物质的添加，节省财物，是优良的、廉价的DHA发酵原料。

2.4 糖蜜发酵生产L-乳酸

L-乳酸是人体皮肤保湿因子的重要组成部分，常与乳酸盐共同作为滋润剂，被广泛地应用于护肤品中。乳酸及其衍生物有使皮肤增白、防止老化、抗微生物的作用，可用于治疗粉刺、痤疮的产品中[52]。

目前乳酸主要以化学合成法、发酵法来进行工业生产。由于化学合成法生产成本高、污染环境且不能合成高纯度L-乳酸，现在逐渐被微生物发酵法取代。发酵法主要用的菌种有两种[53-54]，一种是乳酸菌，另一种是根霉。L-乳酸发酵的营养源主要有木薯淀粉、玉米淀粉等，而价格更为低廉的糖蜜，有诸多的营养物质，可以作为微生物发酵的底物，具有更好的市场竞争力。秦菊霞[55]通过试验选择最佳的发酵菌株，用各种试验方法确定合适的培养条件，结果表明糖蜜发酵L-乳酸，产量可达61.88 g·L-1。黄靖华等[56]用鼠李糖乳杆菌SCT-10-10-60发酵糖蜜，生产得到L-乳酸，通过单因子变量法，发现在最优条件下可生产106 g·L-1的L-乳酸。可见，以糖蜜为底物发酵可得到较高产的L-乳酸，可用于扩大生产。

2.5 糖蜜发酵生产细菌纤维素

细菌纤维素（Bacterial cellulose，BC）是一种高分子物质，因其优良的持水能力、机械强度、降解性以及发酵合成时的可调控性，常被用于食品、医药、化工等方面[28-30]。Revin等[31]以小麦为营养培养基，在一定培养条件下，可获得5.45 g·L-1的BC。为了降低获得BC的成本，还有研究者通过木醋杆菌发酵大豆糖蜜产BC，发现发酵时间越长，大豆糖蜜BC纤维网状结构越致密，拉伸强度明显提高[32]。

康普茶中分离到的细菌（Komagataeibacter rhaeticus），在静态甘蔗糖蜜（SCM）培养基中培养，可产生BC。采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）、场发射扫描电镜（FEG-SEM）、热重分析（TGA）和峰力定量纳米力学原子力显微镜（PeakForce-AFM）对BC膜进行表征，结果发现随着SCM浓度的增加，BC膜变得更光滑、更灵活，且可以制备出更高密度的纳米纤维网络。甘蔗糖蜜价格低廉，是降低BC生产成本（高达20.06%）的一种可行的替代办法[33]。

3 展望

随着国内外环境复杂的变化，坚持环境保护，走可持续发展道路，使废物资源化利用已成为亟不可待的事情。糖蜜作为废弃资源，成分复杂且营养丰富，是资源化利用的重要研究对象。现在很多企业对于糖蜜的开发利用还不深入，对于糖蜜发酵终产物的分离提取技术还不够成熟，在医药、食品、化妆品方面的应用还不广泛，但糖蜜作为发酵物底物可生产多种活性成分物质，不仅可以降低医药、食品、化妆品原料成本，还可以做到资源最大化利用，拥有较深远的发展前景