微生物发酵技术在花生及其副产物中的应用

解梦汐，孙 玉，张良晨，石太渊，于 淼

（1.辽宁省农业科学院 食品与加工研究所，辽宁 沈阳 110161；2.沈阳农业大学 食品学院，辽宁 沈阳 110866）

花生（Arachis hypogaeaLinn.）是世界上重要的油料作物，近年来产量不断增加，2020年我国花生的种植面积达到4.731×106hm2，花生产量达1 799.3万t[1]。花生因其丰富的营养成分、典型的风味和健康益处而受到全世界的高度重视，含有45%～60%油脂、24%～36%蛋白质、10%～13%碳水化合物以及一些矿物质、纤维、多酚和多种必需维生素[2-4]。花生在加工过程中会产生大量的副产物，像花生粕、花生皮、花生壳、花生茎叶等，却常常被忽视。花生副产物含有丰富的营养物质，如蛋白质、膳食纤维、多酚和黄酮等成分，但利用率却不高，只有简单粗加工方式，主要是作为饲料、肥料或者是丢弃，容易造成环境污染和资源浪费[5]。目前，国内外的花生主要是用作油用以及食用，花生副产物主要是进行功能物质的提取、用作畜禽饲料和生物燃料[2]等。目前我国发酵花生及其副产物的食品主要有发酵花生奶酪、花生发酵乳、花生发酵酒，发酵花生脆糖、酱油、豉油膏等，但绝大部分市面上都不常见。而发酵花生副产物的应用大量集中在畜禽饲料方面，例如通过发酵花生粕改善其饲用品质，提高在饲料方面的利用率[6]。本文对花生及其副产物、微生物发酵技术进行了阐述，并对微生物发酵技术在花生及其副产物中的应用、花生及其副产物发酵后在营养成分、风味、致敏性以及抗氧化物质等方面变化进行综述，旨在提高花生及其副产物的附加值和利用率。

1 花生简介

1.1 花生的种类

花生按果实成熟期可以分为早熟花生、中熟花生、以及晚熟花生；按花生大小可以大粒花生、中粒花生和小粒花生；按特征特性和植物学形状又可分为普通型花生、多粒型花生、珍珠豆型花生、龙生型花生、中间型花生[7]；按植株形态可以分为直立、蔓生、半蔓生[8]。

1.2 花生的营养价值

花生蛋白含量在30%左右，是一种优质的植物蛋白，具有独特的风味物质，不含胆固醇，花生蛋白的纯消化率可达90%，与大豆蛋白相比，花生蛋白更容易被吸收[9]，且花生蛋白含有更少的抗营养因子，是一种理想的食品基础原料[10-11]。花生蛋白具有良好的乳化活性、乳化稳定性、发泡能力、保水性和高溶解性，为食品行业的食品配方和蛋白质强化提供了新的方法[12]。

花生中脂肪含量在50%左右，花生的脂肪在几种主要食用油料作物中仅次于芝麻，高于油菜籽、大豆和棉籽[13]。脂肪酸是花生油中的重要组成部分，花生中不饱和脂肪酸与饱和脂肪酸的比例约为4∶1，主要脂肪酸有油酸、亚油酸和亚麻酸[4]。花生油中还富含多种有益伴随物，例如维生素E、植物甾醇等，具有较高的营养价值[14]。

花生中含有10%左右碳水化合物，其中淀粉约占4%，其他为可溶性多糖和不溶性多糖。与其他多糖类似，花生多糖具有降血压、保肝、调节免疫等功效，开发前景广阔[13]。

1.3 花生的保健功能

花生中含有多种矿物质，其中钙、磷的含量较高，同时钙是人体骨骼的主要成分，多食花生有助于人体的生长发育；花生中含有多种有益健康因子，而花生中的白藜芦醇是抗衰老的有效物质之一，除此之外花生中的儿茶素、赖氨酸也对人体具有很强的抗衰老作用，故多吃花生有助于抗衰老；花生中不含胆固醇，绝大部分的脂肪都是不饱和脂肪，其中的油酸和亚油酸都能够有效的减低胆固醇，减少防止动脉粥样硬化等心脑血管疾病的发生[15-16]。

1.4 花生的加工利用现状

花生营养丰富，无论生食、熟食或加工后食用，都非常受消费者欢迎。为了满足消费者的需求，已研究出各种各样的花生产品。例如人们餐桌上不可缺少的花生油、花生酱，将花生分离蛋白掺到小麦粉及杂粮粉中制成的面条、面包和馒头等，以及一些花生休闲食品，包括鱼皮花生、花生糖果、麻辣花生以及花生饮料等[15]。

2 花生副产物简介

2.1 花生粕

花生粕是花生榨取油脂之后的副产物。根据压榨工艺可以分为热榨和冷榨花生粕，我国主要以热榨花生粕为主[17]。花生粕营养价值高，其蛋白质的含量为30%以上，氨基酸种类齐全[18]，含有黄酮类、酚类、多糖、三萜类、鞣质、卵磷脂等多种营养素，以及人体必需的矿物质和维生素[19-20]，并且胆固醇和抗营养因子含量相对较低[21]。目前对花生粕的研究主要集中在制备花生多肽和花生多糖、提取花生蛋白、发酵改善花生粕品质和脱除黄曲霉毒素等方面[22-23]。

2.2 花生红衣

花生皮除了粉红色以外，还有黑色、白色和多色等[24]，花生皮颜色差异主要与花青素含量和种类差异有关[25]。花生加工过程中的会产生大量花生皮，占花生质量3%以下。因为其单宁含量高，热量水平低，在动物饲料中的使用仅限于少量成分，产品附加值较低，大部分都被丢弃[26]。花生皮含有19%的蛋白质、10%～20%的脂类、2%的灰分、18%的纤维以及41%的其他碳水化合物[27]。还含有丰富的多酚类物质，包括白藜芦醇、原花青素、酚酸等[28]。此外，花生皮具有抗氧化、降脂、降糖、止血、补血等功能[22]。目前对花生皮的研究主要集中于功能成分和色素的提取。

2.3 花生壳

花生壳是花生加工的副产物之一，约占花生质量的1/3，数量丰富且价格低廉[29]。目前花生壳只有少部分用于饲料，食用菌基质以及提取一些功能成分，目前绝大部分的花生壳被当作燃料或者是废物丢弃，附加值和利用率低下，环境污染和资源浪费现象严重[30]。花生壳中最主要的成分是粗纤维，除了粗蛋白质、碳水化合物和灰分外，还含有多酚、黄酮、木犀草素、胡萝卜素、异肥皂草苷等功能成分[29-31]。目前对花生壳的研究主要集中于制备膳食纤维、提取黄酮、提取白藜芦醇等方面。

2.4 花生茎叶

花生茎叶含有粗蛋白质、碳水化合物、粗脂肪、纤维，以及一些抗氧化物质，营养物质丰富，其中花生叶的粗蛋白质含量可以达到20%[22]。花生茎叶除了用作饲料外，还是一种优良的中草药，可用于治疗失眠和炎症[32]。目前花生茎叶可以用作饲料、中药材料、提取活性物质等[33-34]。

3 微生物发酵技术简介

3.1 根据微生物来源分类

3.1.1 自然发酵

自然发酵是利用自然环境中的微生物进行发酵的过程，涉及不同物种的作用，它不仅产生乙醇，还产生大量次级代谢产物，形成发酵饮料的香气和风味[35]。自然发酵通常与发酵速度较慢或发酵停滞以及不良风味化合物的形成有关[36]。

3.1.2 接种发酵

接种发酵是将单一或混合菌种接种于样品中的发酵过程[37]。接种发酵在发酵过程中选择纯种的菌种作为发酵菌，使有害微生物的增长能够得到有效抑制，不仅缩短了发酵周期提高生产效率，还使产品的质量得到保障[38]。

3.2 根据基质中水分含量分类

3.2.1 固态发酵

固态发酵是微生物在没有游离水或游离水含量很少的环境中生长的过程[39]。这项技术允许使用固体有机废物作为基质，而无需预处理，类似于微生物生长的自然环境。其优点包括能耗低、产酶量高、产品稳定性高、原料来源广泛、生产成本低等，并被认为是一种环保工艺[40-42]。

3.2.2 液态发酵

液态发酵的原理是在发酵罐中加入培养液并通入无菌空气，加以搅拌或振荡并控制其他环境条件，使菌体在培养液中生长，收获菌丝体和代谢产物[43]。液态发酵法生产周期短、产量高、发酵参数容易控制、生产条件稳定，并且可以实现机械化生产等优点，具有广阔的应用前景[44-46]。

4 微生物发酵技术在花生制品中的应用

4.1 微生物发酵对花生制品营养成分的影响

4.1.1 微生物发酵对花生制品中抗营养因子的影响

花生除了含有丰富的营养，同样也会存在一些影响消化吸收和代谢的抗营养因子，像植酸[47]、胰蛋白酶和皂苷[48]等。通过发酵花生中的营养成分不仅得到提高外，花生中的抗营养因子含量也得到显著降低。OJOKOH A O等[49]研究了发酵对香蕉花生混合粉营养成分的影响，结果表明，在室温下自然发酵72 h，发酵降低了样品中的抗营养因子含量，同时提高了矿物质含量，因此，豆类和碳水化合物混合物的食品可以进行发酵，以增加营养成分。

4.1.2 微生物发酵对花生制品中γ-氨基丁酸的影响

BATRA V等[50]用乳酸乳球菌（Lactococcus lactissubsp.lactis）发酵花生脆糖，在最佳添加条件下产生的γ-氨基丁酸质量浓度为816 mg/g，贮存2个月后，γ-氨基丁酸浓度变化不大。与未发酵的花生脆糖相比，发酵的花生脆糖除了酚类、类黄酮、蛋白质和糖含量略高外，还具有抗氧化特性，植酸含量显著较低，其他抗营养素含量降低。

4.1.3 微生物发酵对花生制品中白藜芦醇的影响

钟红丽等[51]在黑暗条件下培养花生使其发芽3～5 mm成花生胚芽，然后发酵制成花生胚芽发酵乳，最佳工艺条件下的发酵乳不仅感官状态良好，而且白藜芦醇含量是未发酵花生乳的1.7倍。

4.2 微生物发酵对花生制品风味的影响

花生经过微生物发酵制成产品后，风味和口感都得到了提高，产品的可接受性更强。张筠等[52]以花生仁为原料，采用嗜热链球菌（Streptococcus thermophilus）和鼠李糖乳杆菌（Lactobacillus rhamnosus）共同发酵，在最佳工艺条件下制备酸花生乳产品，乳酸菌数含量高，香气浓郁，酸甜适宜，质地细腻，感官品质较好。马佳慧等[53]以发芽花生和鲜牛乳为原料，采用嗜热链球菌（Streptococcus thermophilus）和保加利亚杆菌（Bacillus bulgaricus）混菌发酵制作发芽花生酸奶，在最佳工艺条件下得到的发芽花生酸奶酸甜适中，色泽均匀，组织细腻，质地均匀，进一步提高了酸奶的保健价值。王芳等[54]采用保加利亚杆菌与嗜热链球菌复合发酵剂发酵花生芽和大豆芽制作复合酸乳。研究发现最佳工艺条件下的产品有浓郁的大豆花生芽香气，口感细腻，组织均匀，具有一定的营养保健功能。宁甜甜等[55]用蒸汽爆破技术处理花生壳代替部分面粉与花生仁混合，用米曲霉发酵制作酱油，经研究发现，添加1/4花生壳酱油的风味物质含量是对照组的3.52倍，香气丰富度更高。SHARMA P等[56]将花生浆加热后，加入0.5%的氯化镁使它变成凝结蛋白，再接种鼠李糖乳杆菌在7 ℃发酵24 h制备花生奶酪，花生奶酪是一种成本效益高、生物潜力大的功能性素食奶酪，以帮助克服乳糖不耐症或蛋白质缺乏症等各种问题。

4.3 微生物发酵对花生制品致敏性的影响

花生中存在多种过敏原，世界上有1%～2%的人口对花生过敏，花生是八大主要食物过敏原之一，如果饮食不注意会导致过敏性休克、过敏性死亡等严重的过敏反应[57]，花生通过微生物发酵可以降低致敏性，食用起来更安全。周阳[58]分别用枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）和纳豆芽孢杆菌（Bacillus natto）发酵花生蛋白粉，通过对比发现，枯草芽孢杆菌发酵降低花生蛋白致敏效果明显高于纳豆芽孢杆菌，它对花生蛋白有很好的降解效果，花生致敏蛋白Arah1和Arah2的含量显著降低。皮潇文等[59]以花生浆为原料，通过体外模拟胃肠消化实验发现，纳豆芽孢杆菌（B.natto）联合高压灭菌辅助发酵工艺降低花生浆的致敏性，并且得到的花生制品营养价值高，消化性好，致敏性低，应用前景良好。PI X W等[60]采用高压灭菌发酵与纳豆芽孢杆菌（B.natto）发酵相结合的方法处理生花生浆，用酶联免疫吸附测定（enzyme-linked immunosorbent assay，ELISA）方法检测了发酵对花生过敏原的影响，研究发现使用纳豆芽孢杆菌（B.natto）发酵前进行高压灭菌是减少生花生中过敏原的有效方法。

5 微生物发酵技术在花生副产物中的应用

5.1 微生物发酵对花生副产物营养成分的影响

5.1.1 微生物发酵对花生副产物中微量物质的影响

姜晓阳等[61]以花生粕为原料，用纳豆芽孢杆菌（B.natto）和红曲霉（Monascus）混菌进行固态发酵，最佳工艺条件下纳豆激酶活力达到（844.56±13.80）U/g，γ-氨基丁酸含量达到（105.25±0.25）mg/g。SADH P K等[62]以花生粕为基质，用米曲霉（Aspergillus oryzae）进行固态发酵，与未发酵样品相比，发酵的花生粕矿物质含量显著增加，且通过模拟胃肠消化模型发现米曲霉发酵花生油饼可提高矿物质的生物利用度。付文静[63]使用高活性纳豆芽孢杆菌（B.natto）BN-1发酵花生粕和大豆，通过单因素和响应面优化方法，探究花生粕和大豆一起发酵的最佳工艺，花生粕发酵后的大豆苷含量比市售纳豆高出0.020 8 mg/g，营养价值得到进一步提升。

5.1.2 微生物发酵对花生副产物中蛋白质的影响

YANG X J等[64]用地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis）发酵花生粕，发酵后的花生粕蛋白质含量增加率为6.96%，总氨基酸含量增加了1.67%，必需氨基酸水平比未发酵增加。DUHAN J S 等[65]以花生粕为原料用米曲霉（A.oryzae）固态发酵，研究发现，发酵花生粕中各种酶的活性不仅有了显著提高，而且蛋白质含量和多酚含量增加。DUHAN J S等[66]用米曲霉（A.oryzae）对花生饼进行固态发酵，脂肪含量和蛋白质含量显著增加。

5.1.3 微生物发酵对花生副产物中抗氧化物质的影响

YU L N等[67]用枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）固态发酵花生粕制备花生抗氧化肽，通过超滤分离得到的抗氧化肽抗氧化活性较好。ZHANG C S等[68]用黑曲霉（Aspergillus niger）对花生皮进行固态发酵，然后提取发酵花生皮中的原花青素，通过研究得到原花青素的最佳提取条件，在此条件下原花青素提取率可以达到16.17%。

5.2 微生物发酵对花生副产物风味的影响

张瑶等[69]以花生粕为主料，糯米为辅料液态发酵酿制花生发酵酒，通过研究得到花生粕酿酒的最佳工艺，制备的花生发酵酒营养价值较高，具有花生发酵酒的独特风味。黄晓敏等[70]分别以酱油曲精、总状毛霉、安琪甜酒曲作为菌种来发酵花生粕，以蛋白质水解度为评价指标，确定最佳发酵菌种酱油曲精，得到的豉油膏具有浓郁的花生香和酱香，富含多种营养物质和功能成分，为花生粕的开发和利用提供了新方法。

5.3 微生物发酵对花生副产物中抗氧化活性影响

WANG N F等[71]使用四种乳酸菌发酵花生粕，发酵后的花生粕1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH）自由基清除活性、还原能力和Fe2+螯合活性均得到提高，乳酸菌发酵的花生粕可能有利于人体抗氧化保护系统免受氧化损伤。WANG Y等[72]初步研究了纳豆芽孢杆菌（B.natto）花生粕的固态发酵，经研究发现在最佳发酵条件下，羟基自由基清除率、铁还原能力和DPPH自由基清除率均为87.3%、0.36（OD值）和73.4%。发酵液具有有效的抗氧化活性，此方法是实现花生粕综合效益的有效途径。SADH P K等[73]用盛泡曲霉（Aspergillus awamori）发酵花生饼，结果表明，除了体积密度外，发酵基质比未发酵基质具有更显著的抗氧化活性及功能特性。YU L N等[74]用乳酸菌对花生粕进行固态发酵制备花生蛋白肽，在最佳条件下发酵产物在体外具有四种抗氧化活性，包括清除自由基、抑制脂质过氧化、还原能力和螯合金属离子。

5.4 微生物发酵对花生副产物中黄曲霉毒素的影响

花生及花生制品如果贮存不当很容易被黄曲霉污染产生黄曲霉毒素，如果人体误食了含有黄曲霉毒素污染的食品，会造成一定的损害，而通过微生物发酵含有黄曲霉毒素的食品，黄曲霉毒素含量可以得到显著降低。CHEN Y J等[75]先对花生粕进行热处理，然后用嗜热链球菌和德氏乳杆菌（L.delbrueckii）进行厌氧固体发酵，研究表明当同时应用热处理与厌氧固体发酵时，黄曲霉毒素生物转化率可达100%，并且没有改变花生粕中的氨基酸浓度和分布。邱天宇等[76]以含有黄曲霉毒素的花生粕为原料，用黑曲霉对花生粕进行生物发酵，经研究证明在最佳发酵条件下花生粕中黄曲霉毒素B1（aflatoxin B1，AFB1）脱除率高达95.01%，对四种黄曲霉毒素的总脱除率可达72.90%。ZHOU G H等[77]从酱油中筛选出鲁氏接合酵母（Zygosaccharomyces rouxii）对花生粕进行固态发酵，通过单因素筛选出最佳降解条件，黄曲霉毒素的脱毒率可以达到97%。

5.5 微生物发酵花生副产物对动物生理功能的影响

花生粕发酵后不仅营养成分得到了提高，将发酵花生粕提取物应用于动物，对动物的生理功能方面也有显著影响，目前对动物的研究集中于小鼠。发酵花生粕提取物还有助于提高小鼠的学习能力，保护肠道改善菌群，促进肠道健康等多种保健功能，为花生副产物的高价值利用提供了新的可能途径。JIANG X Y等[78]采用纳豆芽孢杆菌发酵花生粕，通过Morris水迷宫测试和16S rDNA扩增子测序，来探讨发酵花生粕提取物对小鼠生长性能、学习记忆能力和肠道菌群的影响，结果表明，发酵花生粕有助于改善小鼠的生长性能、学习和记忆能力，还可以改善肠道菌群失衡的功能，促进有益细菌的生长。此外，它还可以抑制拟杆菌（Bacteroides）和志贺氏菌（Shigella）等有害细菌的生长，显著提高转基因的丰富度、多样性和一致性。LU Y Q等[79]用纳豆芽孢杆菌（B.natto）和红曲霉（Monascus）发酵花生粕获得发酵花生粕提取物，研究发酵花生粕提取物对高脂饮食小鼠的脂质代谢和肠道屏障作用，结果表明，发酵花生粕提取物能降低高脂饮食小鼠血清瘦素水平，调节脂质代谢，保护肠道屏障，改善肠上皮功能，促进肠道健康。刘青等[80]用纳豆芽孢杆菌（B.natto）发酵花生粕，研究花生粕发酵提取物对衰老雌鼠的影响，研究发现低剂量的花生粕提取物只能改善衰老大鼠的脂质代谢功能，而中高剂量的花生粕提取物可以有效延缓衰老大鼠体质量下降，改善脂质代谢功能，增强免疫功能。同样DING H Y等[81]采用纳豆芽孢杆菌（B.natto）发酵花生粕，研究发酵提取物对D-半乳糖诱导的衰老大鼠的影响，研究证明发酵提取物可以有效增强衰老大鼠的学习记忆能力，并可以有效延缓大鼠的衰老。

6 展望

我国的花生副产物资源丰富，原料来源广泛，价格低廉，副产物中还含有蛋白质、脂类、纤维素、维生素、矿物质以及多酚类等多种有益成分，是可以综合利用并能进行精深加工提高附加值的原料。目前，市面上的花生食品种类丰富，但是与发酵相关的花生食品却不常见。与花生发酵食品相比，发酵副产物食品则更少，发酵对于副产物的应用也仅限于饲料、肥料等领域，利用率较低。在未来应加大微生物发酵技术在花生及其副产物的应用，开发新型花生发酵食品，丰富花生发酵食品种类，为消费者提供更多选择。加大对花生副产物营养成分和各种活性物质的利用，关注发酵后的副产物提取物对人体是否有保健功能，从而提高花生副产物的利用率，最大限度的提升花生副产物的价值。