真菌固态发酵对谷物营养与抗氧化能力的影响及其应用研究进展

焦 捷

（青海高等职业技术学院，青海海东 810700）

谷物在我国传统膳食中占有重要地位，五谷通常指稻、黍、麦、菽（豆类）和粟（谷子）。谷物的主要成分是碳水化合物、蛋白质、矿物质、氨基酸和膳食纤维等营养成分，含有多种功能活性成分，如γ-氨基丁酸、酚类化合物等，具有降血压、改善大脑功能、调控体内激素分泌、调节睡眠和抗氧化等作用[1]。谷物营养价值高，产业发展潜力巨大，但仍存在口感粗糙、消化率低等问题，使得谷物产品消费及产业规模化发展受限。迄今为止，谷物产业发展缓慢，仍处于传统产品、传统工艺、传统市场的“三传统”内，产品效益低、深加工程度浅、附加值低，产品市场急需专业化和多样化发展。因此，深入研究谷物的营养及抗氧化能力可提高谷物产品的附加值，有效推进谷物精深加工产业的高质量发展。

固态发酵具有操作简单、经济环保、产物得率高和选择性强等优点，常被应用于食品的发酵处理及活性成分结构的修饰与合成中。研究表明，真菌在固态发酵中能产生酶类，使营养物质发生转化，提高谷物的营养价值及消化率，增加菌质活性物质含量。因此，采用真菌固态发酵谷物可以改变谷物形态，拓展谷物深加工途径，赋予谷物特有风味，发酵产物可以实现谷物的整体加工利用。本文综述真菌固态发酵对谷物营养与抗氧化能力的影响及其应用，以期为真菌固态发酵在谷物加工中的应用提供理论参考。

1 固态发酵

1.1 概述

固态发酵，即选用固态基质为微生物生长提供所需的营养物质，获得微生物正常生长代谢的产物。相较于液态发酵，固态发酵的优势更为明显。固态发酵的发酵基质一般选用价格较便宜的谷物麸皮、豆渣或工业生产的下脚料，原料成本低、发酵技术简单、产物得率高。固态发酵基质所需水分少，不仅减少了后期废液带来的污染，而且可以节约后期干燥能耗。发酵过程不需要连续通风，因此被污染的概率将大大降低。随着生物技术的快速发展和进步，固态发酵技术已基本成熟。

1.2 固态发酵常见发酵菌种

在固态发酵过程中，合适的菌种对发酵过程的顺利进行起决定性作用。细菌和真菌均可作为固态发酵菌种。采用乳酸菌即能降解谷物，且发酵过程中产生的乳酸还能增加谷物风味。王梅等[2]分别用3 种益生菌固态发酵豆粕，发现3 种益生菌发酵剂均能够明显降低菌质的pH 值、霉菌及大肠杆菌数量，而酸溶蛋白、粗蛋白、有机酸和总酸的含量以及益生菌数量显著提高。甄莉娜等[3]采用乳酸菌对小麦麸皮进行固态发酵，发酵后麦麸中可溶性糖含量下降，淀粉含量降低，还原性糖含量上升，蛋白质含量增加，均呈显著差异（P＜0.01)。但乳酸菌发酵过程中其自身代谢产酶能力不足，无法直接利用基质中的淀粉、纤维素等物质，发酵效率低，且乳酸菌为厌氧菌，不易进行大规模发酵。不同于细菌，真菌通常能在缺少水的固态基质中良好生长，除酵母菌产酶较为单一，难以充分利用纤维素、蛋白质等物质，改善谷物口感及营养结构的能力较弱外，固态发酵技术中最常用的真菌为丝状真菌，包括米根霉、红曲霉、少孢根霉以及毛霉等，丝状真菌的菌丝体可以穿透基质内部，从而能更加充分地利用基质中的营养物质[4]。SANGEETHA 等[5]利用米曲霉固态发酵谷物、甘蔗渣及麸皮，在发酵产物中提取到了果糖基转移酶。凌阿静等[6]利用黑曲霉、里氏木霉、米曲霉固态发酵麦麸，提高了菌质可溶性膳食纤维含量及体外抗氧化能力。吴萍等[7]利用平菇固态发酵甘蔗渣生产木聚糖酶。

2 真菌固态发酵对谷物营养成分及抗氧化能力的影响

2.1 真菌固态发酵对谷物营养成分的影响

在发酵过程中，谷物中的大分子营养物质在微生物的作用下被降解成小分子物质，改善了谷物的营养构成，有助于人体的消化吸收。发酵过程生成的具有生物活性的代谢产物，提升了谷物的附加值。目前，以真菌为菌种进行固态发酵的研究鲜有报道，但随着人们对谷物研究的增多，利用真菌生物转化谷物基质中的淀粉、蛋白质、维生素等营养物质，产生具有生物活性功能的代谢产物，开发符合消费者需求的功能性产品已成为研究热点。

李艳婷等[8]以小米、燕麦、薏米和黑豆4 种杂粮谷物为基质，以雁北嗜蓝孢孔菌菌丝体为菌种，经固态发酵后菌质中粗蛋白、可溶性蛋白和还原糖含量均随发酵时间的延长而上升，总糖呈现先增加后降低的趋势。佟维娜等[9]利用羊肚菌固态发酵玉米粉提升亲水性氨基酸含量。郭尚等[10]采用雁北嗜蓝孢孔菌固态发酵10 种杂粮谷物基质，发现雁北嗜蓝孢孔菌在各谷物中均可良好生长，但菌丝体生长速度在相同基质不同阶段下有明显差异。肖愈[11]以蛹虫草为菌种，对鹰嘴豆进行固态发酵处理，发酵后鹰嘴豆酚类物质、粗蛋白、真蛋白和必需氨基酸的含量以及体外蛋白质消化率均有所提升。LI 等[12]利用羊肚菌固态发酵豆渣提取多糖。申春莉[13]、刘红艳[14]等通过灵芝固态发酵豆渣及双胞蘑菇固态发酵谷物，发现食用菌菌丝体在固态发酵中能产生酶类，使营养物质发生转化，提高谷物的营养价值及消化率，使其中的活性物质含量发生明显变化。由上述研究可见，发酵后谷物的蛋白质、还原糖、氨基酸、多糖和酶类等物质含量均有明显提升。

2.2 真菌固态发酵对谷物抗氧化能力的影响

谷物富含酚类化合物，因此具有良好的自由基清除能力。研究表明，微生物发酵过程伴随着复杂的生物化学变化，并产生多样的代谢产物。因此，可利用微生物发酵提高谷物的多酚含量，从而提升其抗氧化性能，为开发功能性谷物新产品提供思路[15]。贝琦[16]利用红曲霉固态发酵燕麦，测得发酵产物中酚类化合物含量高，提升了红曲燕麦的生物活性。LEE 等[17]发现丝状真菌发酵黑豆后菌质中花青素及多酚含量显著上升，抗氧化能力增强。周志昊等[18]用野生食用菌亚黄粘盖牛肝菌分别对小麦、玉米、大米、燕麦和荞麦5 种基质进行固态发酵，发现固态发酵后5 种菌质的抗氧化能力均有所提升，其中荞麦发酵物具有最强的抗氧化能力。翟飞红等[19]采用姬松茸固态发酵燕麦、大米、小麦等谷物，发酵后菌质中总酚、氨基酸态氮、水溶性蛋白等营养成分升高。

3 固态发酵谷物产品的开发利用现状

近年来，随着消费者对膳食习惯改善健康状况的日益关注，固态发酵技术在谷物再加工中的应用前景十分可观。固态发酵具有选择性强、副产物少、经济环保等优点，受到很多企业及研究者的青睐。利用真菌固态发酵生物转化谷物，能改善谷物口感，提升谷物营养价值，发酵产物可以实现谷物的整体加工利用，发酵基质中包含菌丝体的营养成分，可作为食品或配料，为开发新型发酵谷物功能性食品提供新思路。胡景霞等[20]用蛹虫草菌株BYB-08 固态发酵燕麦生产蛹虫草燕麦粉。陈孟等[21]探寻固态发酵生产白僵菌孢子粉的最佳条件。

4 结语

微生物固态发酵可以改变谷物形态，提升谷物营养价值，增加谷物附加值，丰富谷物加工形式，但目前关于固态发酵谷物的研究仍存在很多不足。谷物发酵方式依旧较为粗放，产业发展缓慢，产品深加工程度浅；对微生物固态发酵谷物的研究大多停留在讨论代谢产物的生理活性，而未对整个发酵过程中代谢产物的变化规律进行深入探讨；鲜有研究将发酵谷物转变为受众广、可规模化生产的功能性食品。因此，急需加大对谷物发酵过程中代谢产物演替规律的研究，并依据市场需求，开发功能性谷物产品。