酵素食品研究进展

高洁，栾倩，侯丽真，王凤忠，李淑英

1. 中国农业科学院农产品加工研究所（北京 100193）；2. 中国农业科学院油料作物研究所（武汉 430062）

传统意义上的酵素是指酶（Enzyme），即生物体产生的具有催化作用的活性大分子。生物体内各种生理生化反应几乎都是在酶的催化作用下进行的，包括人体的新陈代谢、能量摄取、生长和繁殖等[1]。根据来源的不同，酵素可以划分为内源性酵素与外源性酵素。内源性酵素是指人体自身产生的参与机体生理活动的内源性生物催化剂；外源性酵素是指人体通过食用外源食材而获得的生物催化剂[2]。由于人们吸烟、饮酒等不良生活习惯以及环境污染、人体衰老等各种原因，人体内产生的酶的活性逐渐降低，从而易造成内分泌失调、神经系统紊乱等问题。为了维持人体正常生命活动、改善健康状况、满足现代人对营养需求的多样性，人体需补充外源性活性物质。因此，富含益生菌、生物酶和活性物质的酵素食品应运而生。

酵素食品由于具有促进新陈代谢、调节人体酸碱平衡、增强胃肠道的消化吸收以及抗氧化、抗疲劳等多种功能，近年来在我国迅速兴起。该文就利用一种或多种新鲜蔬菜、水果、糙米、中草药等食材，经天然厌氧发酵或者人工接种乳酸菌、酵母菌等多种微生物发酵制得酵素食品[3]，从生产工艺、营养成分和生理活性3部分展开论述。

1 酵素食品的生产工艺

早期的酵素食品制作方法是以一种或者多种谷物、水果、蔬菜、草本植物等为原料，经过加糖、密封、自然发酵一定时间制得。以这种自然发酵的方式制作的酵素食品主要存在以下问题：1）小规模家庭式作坊，无法满足大规模生产需求；2）发酵周期长，达到几个月到几年不等；3）受原料、菌种、温度、环境等因素影响，工艺不可控；4）产品容易产生杂醇、高挥发酸等，品质较差；5）产品易污染，保质期短。

近年来随着对酵素食品市场关注度的不断提升，酵素生产工艺也得到了深入研究。目前，国内学者对于谷类酵素、果蔬酵素的制作工艺研究相对较多，主要以酶活性、理化性质、功能活性、感官分析等作为评价指标，重点就原材料的前处理，菌种的选择、配比、接种量和发酵时间、温度等各种参数进行深入研究，通过工艺优化改良酵素食品的品质，并取得了一定进展[4-9]。牛广财等[4]以淀粉酶活力为检测指标优化糙米酵素的发酵工艺，经过对糙米的前处理工艺及发酵条件进行优化，最终确定最佳工艺：糙米在浸泡温度32 ℃、浸泡时间24 h、发芽温度32 ℃、发芽时间28 h，酵母菌接种量4%、发酵时间6 h、发酵温度30 ℃条件下，糙米酵素的淀粉酶活力为890.5 U/g，比原有工艺提高了2.03倍。葛瑞宏等[7]以桂圆水提液为发酵底物，以胞外多糖含量为评价指标，通过单因素和正交试验确定桂圆酵素最佳发酵工艺条件：发酵底物浓度9%、接种量9%、菌种比例m（保加利亚乳杆菌）∶m（嗜热链球菌）∶m（嗜酸乳杆菌）∶m（青春双歧杆菌）=1∶1∶1∶2、发酵时间8 d，所得到的桂圆酵素胞外多糖含量高达1.108 6 mg/mL。董洁等[9]利用酵母菌和乳酸菌发酵金丝小枣制备枣泥酵素，探究了菌种接种量、培养基碳氮比以及发酵温度和时间等工艺条件对该酵素食品的感官指标和超氧化物歧化酶（SOD酶）活性的影响，确定最佳发酵工艺：在30℃条件下，培养基碳氮比为6∶1，接种0.1%酵母菌，发酵12 h后，接种0.5%乳酸菌发酵剂，37 ℃条件下静置发酵28 h，最后在6～8 ℃条件下静置24 h，进行后熟产香。经过以上发酵参数优化后得到的枣泥酵素色泽均匀、气味香醇、酸甜适口，且产品的SOD酶活性高达485±5 U/g，明显高于其他工艺得到的产品。

2 酵素食品的营养成分

酵素食品的营养成分主要包括益生菌、生物酶和各种营养素（图1）。益生菌主要分为原料中的自有菌种和外源添加菌种，外源添加菌种主要以乳酸菌和酵母菌为主，生物酶主要是指各种促进消化的酶，如脂肪酶、蛋白酶、碳水化合物水解酶等，营养素包括蛋白质、碳水化合物、纤维素、脂肪等生物大分子，以及氨基酸、单糖、低聚糖、脂肪酸、矿物质、维生素及其他小分子次级代谢产物。这些营养成分主要包括原料中固有的、微生物通过生物转化产生的以及微生物自身生长代谢产生的功能成分，它们赋予了酵素食品丰富的营养价值。

图1 酵素食品营养成分示意图

2.1 酵素食品中的主要微生物

酵素食品经微生物发酵而成，天然发酵法制备的酵素食品中微生物比较复杂，经分离鉴定发现主要为酵母菌、乳酸菌等[10]。酵母菌以毕赤酵母与酿酒酵母为主[11]，乳酸菌以植物乳酸菌[12]和乳科乳杆菌属[13]为主。例如，红茶菌酵素食品中主要分离得到巴斯德酵母、结合酵母、酿酒酵母、假丝酵母、裂殖酵母和乳科乳杆菌属等[13-16]。

人工接种法制备的酵素食品主要以乳酸菌和酵母菌为主。如用于制备糙米酵素的主要发酵剂有乳酸菌和酵母菌[17]，水果酵素制备过程中乳酸菌属类菌种是常用的发酵菌种[7,9]。

2.2 酵素食品中的主要生物酶

蛋白酶、脂肪酶、SOD酶和淀粉酶等是酵素食品中的主要功效酶，参与调节人体许多重要的生命活动。酵素食品在发酵过程中，许多酶的含量呈上升趋势。于晓艳等[18]研究发现果蔬酵素中蛋白酶含量比较高，具有较好的水解蛋白能力。李建强等[19]研究发现自然状态下植物综合酵素的SOD酶活性比单一水果酵素高，且持续时间长。贾丽丽等[20]、董银卯等[21]研究发现冬枣酵素在发酵过程中SOD酶活力不断提高，火龙果酵素的SOD酶活性达300 U/mL，具有很好的保健和美容功效。此外，糙米酵素在优化发酵工艺后，淀粉酶活力大幅度增高，比原有工艺提高了2.03倍[4]。高雪等[22]向糙米酵素与豆类酵素的等量混合物中添加不同水果进行发酵后得到的复合植物酵素，其淀粉酶活性得到大幅度提高。

2.3 酵素食品中的主要营养素

酵素食品多以一种或多种新鲜的水果、蔬菜、糙米等为原料，因此富含蛋白质、碳水化合物、膳食纤维、脂肪等营养物质，不仅使酵素食品的营养更加多元化，也为益生菌的生长繁殖提供营养，赋予了酵素食品不同的营养价值。如目前关注较多的糙米酵素，其富含的纤维素、矿物质、维生素E和B等营养物质的含量都远高于精白米[23-24]。周玉洁[25]研究的蒲公英酵素其富含的绿原酸、黄酮类营养物质的含量均高于蒲公英本身。陈小伟等[26]对草莓酵素发酵过程中氨基酸变化进行了分析，结果发现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。

酵素食品制作过程中，原料在益生菌的作用下发生一系列的生物化学变化，实现糖类、脂质、蛋白质之间的相互转化，并为产生新的生化物质提供前体物质。酵素食品不仅保持了原料中固有的营养成分，还会使其中许多有效成分含量增加，并且产生新的成分，以优化原料的风味。袁周率等[27]对糙米酵素发酵前后的营养物质进行对比研究后发现，干物质、淀粉和可溶性糖含量减少，蛋白质、维生素B1、B2和γ-氨基丁酸含量增加。陈英等[28]研究了以蔬菜、水果和菌类等为主要原料的植物酵素，结果发现发酵后酯类物质、酸类物质的种类和含量明显升高，酚类物质含量明显增加。

3 酵素食品的主要功效

酵素食品中丰富的营养物质赋予了酵素食品不同的生物活性。如蛋白酶、脂肪酶和SOD酶等作为酵素食品的主要功效酶[28]，在人体中起到了重要作用。蛋白酶可以催化食物中蛋白质分解成肽或氨基酸等小分子物质，去除体内一些即将死亡的细胞和老化角质；脂肪酶水解油脂中脂肪酸和甘油相连接的酯键；SOD酶能有效清除机体内超氧阴离子自由基（O2-）、羟自由基（OH·）和过氧化氢等活性氧（ROS），是生物体重要的细胞防御系统之一[29]，具有防御氧毒、抗辐射、抗衰老、防治肿瘤和抗炎等功效[30]。目前，国内学者针对现有酵素食品的功效展开了大量研究，研究发现酵素食品在抗氧化、提高免疫力、润肠通便、保健护肝、美白抗衰老、抑菌消炎等方面作用显著（图2）。

图2 酵素食品营养功效分析示意图

3.1 抗氧化作用

人体在吸入污染空气或者经射线照射等情况下，体内会产生大量的自由基。衰老、癌症或者其它疾病大多与过量自由基的产生有关。樊秋元[31]研究表明，酵素食品中含有胞外多糖、活性酶类、多酚、维生素等功能成分，具有一定的抗氧化活性，保护细胞免受自由基破坏，并且酵素食品在生产过程中，自由基清除能力整体呈增加趋势，展现出良好的抗氧化能力[7,21,32-34]。

3.2 提高免疫力作用

酵素食品可以促进免疫细胞增殖，具有一定的增强机体免疫力作用。以敖东酵素为例，赵金凤等[35-36]研究发现敖东酵素能够显著增强小鼠脾淋巴细胞的增殖能力，增加小鼠血清溶血素滴度水平，提高小鼠体液免疫功能。魏颖等[37]应用AAPH[2, 2’-Azobis（2-methylpropionamidine）dihydrochloride]诱导的HepG2细胞氧化应激模型评价自制研发酵素缓解细胞内ROS水平的影响，应用刀豆蛋白和脂多糖（LPS）诱导小鼠T/B-淋巴细胞增殖，结果发现自制酵素对LPS诱导的B-淋巴细胞增殖具有促进作用。

3.3 润肠通便作用

酵素食品中含有丰富的便于人体吸收的营养物质，如维生素、有机酸、低聚糖、氨基酸等，对于改善肠道内微生物平衡、润肠通便有一定的功效。李桃花等[38-39]研究发现，酵素食品能明显促进便秘小鼠的小肠推进运动和胃排空能力，缩短排便时间，增加排便量，具有显著的润肠通便效果。

3.4 保健护肝作用

酵素食品具有早期促进肝再生、肝功能恢复作用，能够改善慢性肝衰竭大鼠肠黏膜屏障功能。刘秀红等[40-43]研究发现，酵素食品可降低血清天门冬氨酸氨基转移酶（Aspartate aminotransferase，AST）、血清丙氨酸氨基转移酶（Alanine aminstransferase，ALT）、血清总胆红素（Total bilirubin，TB）、谷草转氨酶（GOT）、谷丙转氨酶（GPT）活性并促进血清白蛋白（Albumin，ALB）合成，具有延迟酒醉和解酒的效果，起到了一定的保肝作用。

3.5 美白抗衰老作用

酵素食品可加快细胞的新陈代谢，分解去除污垢、老化细胞、消除青春痘、淡化皱纹，同时可加速血液循环、赋予细胞活力。任清等[44]通过体外实验和人体实验2种方法发现，酵素食品对酪氨酸酶具有较强的抑制效果，利用黑色素和血红素测定仪定期测定受试者涂抹区域黑色素变化，结果发现酵素食品具有美白作用，且通过皮肤纹理度可看出酵素食品具有一定的抗衰老能力。田中清隆等[45]对李子酵素的美白效果进行研究发现，李子酵素可有效抑制角化细胞的吞噬作用，使受试者皮肤的黑色素指数出现明显的下降，色斑也得到有效改善。

3.6 抑菌消炎作用

酵素食品可以抑制多种病原菌，促进机体产生特异性免疫反应，以达到抑制致病菌感染的作用。刘维兵等[46]研究发现，酵素可抑制大肠杆菌、金黄色葡萄球菌以及白色念珠菌的繁殖。李宁等[47]通过酵素食品对肝移植术后早期感染的防治效果进行评价，结果发现肝移植术后经消化道服用酵素食品可有效增强黏膜系统的免疫学功能，对细菌及真菌性感染有明显的临床意义。

3.7 其他作用

除此之外，研究者还发现酵素食品具有抗疲劳、保护肠黏膜机械屏障功能、降血脂、预防脂肪肝等作用。姜忠丽等[48]研究发现，糙米酵素红曲酒能延长小鼠负重游泳时间，延长爬杆时间，氧自由基清除率高达12.69%，具有一定的抗疲劳作用。马伟立等[49]研究发现，酵素食品能够减轻他克莫司（FK506）引起的肠黏膜上皮损害，保护肠黏膜机械屏障功能，降低肠黏膜通透性，减少肠道细菌易位的发生。戴凌燕等[50]研究发现，糙米酵素提取液具有显著的降血脂作用和预防脂肪肝作用，研究不同浓度糙米酵素提取物对高血脂大鼠肝脏脂肪的作用后，发现其功效与计量相关，高剂量组对肝脏粗脂肪含量的抑制率达46.61%，低剂量组与脂必妥药物抑制率相当，分别为32.26%和33.81%。

4 结语与展望

近年来，酵素食品在我国市场发展迅速，但其作为一种微生物发酵制品，在制作过程中存在较多不稳定因素，如原材料品质参差不齐，菌种类型、活性以及发酵过程中环境因素的变化等，易造成酵素食品出现一系列质量问题，不易大规模生产。此外，我国目前的酵素食品研发与制作还存在缺乏创新性和规范性，缺乏严格的条件控制和质量监督，没有自主创新品牌等问题。因此，我国在酵素食品的研发与制造方面应制定相应的规范技术标准与质量标准，加强酵素食品加工过程中的条件控制；其次，我国在酵素食品制作工艺方面应增强自主创新能力，采用现代食品加工技术中的新技术与新手段，研发具有高品质的酵素产品；最后，应加强对于酵素食品中含有的功能性营养因子的研究，通过调节原料、菌种、发酵工艺等手段以研发针对不同人群的功能性酵素食品。随着人们健康意识的不断加强，对酵素食品的需求量也会不断增加，酵素食品的未来发展具有巨大的潜力。