植物酵素的发酵微生物、加工技术及潜在生理功能

摘要：植物酵素是一种以水果和蔬菜等为主要原料，添加或不添加辅料，经过微生物发酵制得的酵素产品的总称，因其健康的保健理念而受到大众的关注和喜爱。植物酵素富含益生菌、维生素、矿物质、特定的生物活性成分等，不仅含有植物本身的营养成分，而且微生物可将植物中的大分子转化为小分子的营养素，可更好地被人体吸收和利用。植物酵素具有抗氧化、消炎抑菌、增强免疫力和抗肿瘤等潜在功能，这些功能受发酵基质、发酵微生物和加工技术的影响。但是，这些功能大多是基于体外实验得出的，缺乏动物实验和人群实验的验证。文章对植物酵素生产中常用的发酵微生物、加工技术和潜在生理功能等进行了系统性的综述和讨论，为植物酵素产业的健康发展提供了理论参考。

关键词：植物酵素；发酵剂；加工技术；生理功能

中图分类号：TS201.3""""" 文献标志码：A"""" 文章编号：1000-9973（2024）11-0200-05

Fermentation Microorganisms， Processing Technology and Potential

Physiological Functions of Plant Enzymes

SUN Mao-cheng1， WANG Ying-di1， FEI Peng2， ANG Yuan3， ZHOU Tie-li1， YANG Liu1*

（1.College of Food Science and Engineering， Changchun University， Changchun 130022， China;

2.Zhang Zhongjing School of Chinese Medicine， Nanyang Institute of Technology， Nanyang 473004，

China; 3.College of Food and Bioengineering， Henan University of Science and

Technology， Luoyang 471000， China）

Abstract： Plant enzymes are a general term for enzyme products produced through microbial fermentation with fruit and vegetables as the main raw materials， with or without auxiliary materials. They have gained public attention and love due to their healthy healthcare concept. Plant enzymes are rich in probiotics， vitamins， minerals， specific bioactive components and so on. They not only contain the nutrients of plants themselves， but also microorganisms can convert large molecules in plants into small-molecule nutrients， which can be better absorbed and utilized by the human body. Plant enzymes have potential functions such as antioxidation， diminishing inflammation， inhibiting bacteria， enhancing immunity and anti-tumor， which are influenced by fermentation substrates， fermentation microorganisms and processing technology. However， most of these functions are based on in vitro experiments and lack validation through animal and population experiments. In this paper， systematic review and discussion on the commonly used fermentation microorganisms， processing technology and potential physiological functions during the processing of plant enzymes are conducted， which has provided theoretical references for the healthy development of the industry of plant enzymes.

Key words： plant enzymes; fermentation agent; processing technology; physiological function

收稿日期：2024-05-30

基金项目：吉林省教育厅科学研究项目（JJKH20240751KJ）；长春大学攀登计划项目（zkp202108）

作者简介：孙茂成（1984—），男，讲师，博士，研究方向：益生菌、发酵食品和精准营养。

*通信作者：杨柳（1981—），女，副教授，博士，研究方向：农产品加工与贮藏。

植物酵素是指以水果、蔬菜、谷类、海藻类及菇类等可用于食品加工的植物为原料，添加或不添加辅料，经过微生物发酵制得的可供人类食用的酵素产品[1]。尽管酵素的英文名是enzyme，但是不能直接翻译为酶，因为酵素中酶的占比很低，而且人体所需的酶不能直接从食物中获取。酵素实际上是一类发酵食品，不能像酶那样催化生化反应，但是在饮料、调味品和功能食品等多个领域显示出广阔的应用前景。例如在调味品行业，已经出现酵素酱油、酵素麻辣烫、火锅调味料等新产品[2]。

植物酵素因其潜在的生理功能受到大众的广泛关注，其中益生菌和活性成分是赋予其功能性的重要因素。植物酵素含有丰富的多酚、维生素、矿物质、氨基酸、有机酸和多糖等，具有清除自由基、抑制炎症、抗菌、抗疲劳、清理肠道和增强免疫力等多种潜在活性[3]。此外，通过益生菌发酵生产的植物酵素不仅能够改善酵素产品的风味，增加新的活性物质，而且产品质量较稳定，因此，益生菌发酵这种加工方式已逐渐取代传统的自然发酵[4]。在植物酵素生产过程中应选用合适的发酵工艺及干燥技术，尽可能减少对益生菌和活性分子的破坏。文章综述了植物酵素生产中使用的微生物、加工技术及潜在生理功能等研究进展，并对未来研究方向进行了探讨，为植物酵素的标准化生产和功能化开发提供了理论参考。

1 植物酵素的常用发酵剂

发酵微生物是植物酵素生产的关键要素，直接关系到产品的质量和活性。传统植物酵素的生产采用自然发酵，导致发酵微生物种类繁多且易受发酵环境的影响，因此容易造成不同批次产品的质量不稳定，甚至受到杂菌污染。益生菌发酵生产植物酵素多采用乳酸菌、酵母菌或复合发酵剂，可以克服自然发酵带来的问题。

1.1 乳酸菌

乳酸菌是一种能用碳水化合物发酵乳酸的细菌，可以改善食品风味、延长食品贮藏期和促进人体健康等，它作为发酵剂广泛应用于植物酵素的生产中，常用的乳酸菌发酵剂有保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌、植物乳杆菌、干酪乳杆菌和嗜酸乳杆菌等[5]。叶朋飞等[6]用植物乳杆菌ST发酵的云参酶解液制备云参酵素，发现发酵显著提高了云参酶解液中的蛋白酶活性和2，2-二苯基-1-苦基肼基（2，2-diphenyl-1-picrylhydrazyl，DPPH）自由基清除能力。Mantzourani等[7]用植物乳杆菌制备山茱萸樱桃果汁酵素，发现乳酸菌发酵促进了简单酚类化合物的转化和高分子量酚类化合物的分解，降低了残糖水平，提高了有机酸水平。可见，植物原料经过乳酸菌发酵后，发酵液中的生物活性物质含量显著提高，植物酵素呈现明显的生物活性。此外，乳酸菌发酵过程中可以产生乳酸和苯乳酸等有机酸，也可以产生γ-氨基丁酸和细菌素等活性成分，这对植物酵素的风味和潜在活性都有贡献。植物酵素的乳酸菌发酵剂可分为单一乳酸菌和复合乳酸菌两种，前者相对简单，而后者存在菌种的复杂相互作用，因此亟待阐明复合菌种的互作机制以及对产品品质的影响。

1.2 酵母菌

酵母菌是单细胞真菌，本身具有较高的营养价值，宜生活在偏酸、偏糖的环境中，在发酵工业中应用十分广泛，是植物酵素生产中优良的发酵剂[8]。在酵素生产中其发酵液具有高糖和低pH的特点，因此酵母菌在发酵过程中的耐受性影响了酵素产品的活性[9]。朱德艳[10]用酵母菌作为发酵剂制备葛根酵素，显著提高了黄酮含量。张冰等[11]用酵母菌制备樱桃酵素，得到脂肪酶酶活和还原力均较高的酵素产品。可见，酵母菌能显著提高一些植物酵素中的功能酶活力和自由基清除能力。但是，酵母菌发酵容易产生气体和酒精[12]，这对酵母型植物酵素的产品定位提出了更高的要求。

1.3 多菌复合发酵剂

多菌复合发酵剂是指由乳酸菌、酵母菌和醋酸菌等多菌种混合而成的发酵剂，这极大保留了自然发酵中多种微生物协同发酵的特点，有利于酵素产品保留传统的感官特性[13]。多菌复合发酵剂在植物酵素生产中的应用见表1。目前没有明确多菌复合发酵对产品品质的影响，因此可以通过宏基因组和代谢组学等先进技术进一步揭示，这有助于多菌种的选用。发酵剂的菌种选择也要注意植物原料的特点，因为有些菌种可能会导致植物中活性分子的降解。菌种的接入顺序也可能对产品品质有一定的影响。

2 植物酵素的加工技术

植物酵素的加工技术是建立在发酵剂基础上的，选择和优化合理的加工技术才能最大程度地保证产品的质量、营养价值和安全性。

2.1 发酵技术

发酵技术是植物酵素制备过程中必不可少的一步。为提高益生菌活性、原料的转化率并降低生产成本，在生产时要考虑料液比、发酵菌种组合、接种量及接入顺序、搅拌速度、发酵时间、发酵温度和通气状况等因素对酵素品质的影响[17]。白琳等[18]用单因素实验和响应面实验对蓝莓酵素的发酵工艺进行研究，最终确定最佳工艺条件为发酵时间36 h、发酵温度37 ℃、初始接种量5.5×106 CFU/mL、初始可溶性固形物含量11 °Brix，该发酵条件下蓝莓酵素超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）活力最佳。此外，对于多种原料的植物酵素，还应注意多组分之间的相互作用，合理选择原料和配比，防止出现品质下降的现象。

2.2 干燥技术

植物酵素的主要存在形式有液体和酵素粉，液体酵素往往需要通过灭菌制成口服液，但是其营养成分会遭到一定程度的破坏[19]；而酵素粉由于携带方便、易于保存等特点更受欢迎。酵素粉制作过程中最关键的技术是干燥[20]，目前，常见的干燥技术有喷雾干燥法、真空冷冻干燥法和喷雾-真空冷冻联合干燥法等[21-22]，比较了一些常用干燥技术的优缺点，总结了其在酵素食品中的应用（见表2）。在选用干燥技术时，一定要结合益生菌存活率、营养成分性质和生产成本进行综合考虑。喷雾干燥保护剂已经成为研究热点，既可节约干燥成本，又可以较好地保留益生菌活性和营养成分。

2.3 微胶囊技术

植物酵素的品质主要基于益生菌和活性物质两方面。通常认为益生菌黏附并定植于肠道中是发挥其益生作用的前提，且浓度要达到108 CFU/mL以上[28-29]。然而，大多数益生菌的抗逆境能力较差，首先在加工过程中，热处理可杀死细菌；其次，益生菌对胃酸和胆汁等消化液的耐受性可能较低；加之一些活性成分易于降解失活。因此，为了尽可能保证产品的品质，可在生产中加入保护技术，例如微胶囊技术[30]。

徐晓琳等[31]采用内源乳化法对益生菌进行处理，再用壳聚糖二次包衣制备微胶囊。结果发现最终制备的益生菌微胶囊具有良好的包埋率，酵素粉经过人工胃液处理后菌体存活率较高，经人工肠液处理后释放率高达80%。田怀香等[32]发明了一种微胶囊水果酵素粉，益生菌在模拟消化液中存活率显著提高。可见，采用微胶囊技术对益生菌进行包埋可能实现定点释放，但是微胶囊的制备方法很多，选择适合植物酵素工业化生产的制备方法显得尤为重要。

3 植物酵素的潜在生理功能

植物酵素的销售大多依赖于对产品功能性的宣传。然而，这些功能多数是基于文献报道或体外实验结果得来的，缺乏动物实验和人群实验数据的支持[33]。

3.1 抗氧化性

抗氧化性与植物酵素中存在的酚类、多糖、柠檬酸或矿物质有关，发酵通常可以促进植物原料中酚类物质的释放和转化，从而提高抗氧化性。李杰等[34]制备核桃青皮果蔬酵素时发现，主要抗氧化成分抗坏血酸和总花青素的含量在经过乳酸菌和酵母菌发酵后显著提高。Zulkawi等[35]研究了一种用乳酸菌和酵母菌发酵水果、蔬菜、海藻、豆类和谷类所制成的复合酵素食品Xeniji，通过铁离子还原抗氧化能力实验发现，多酚和柠檬酸可以提高Xeniji的抗氧化性，且可以显著提高小鼠肝脏的抗氧化能力。可见，很多酵素产品都具有抗氧化作用，对于不同发酵原料的植物酵素，可通过筛选不同菌株来提高抗氧化性。此外，酵素的抗氧化性可能也与其他生理功能有关，如抑菌、抗炎、抗肿瘤等。

3.2 消炎抑菌作用

酵素发酵过程中生成的活性物质包括有机酸、多肽、氨基酸和寡糖等，它们可以通过破坏细胞壁或细胞膜、抑制蛋白质合成等方式达到消炎抑菌的效果，且随着发酵过程中酚类、有机酸、糖类等物质的增加，具有协同抗菌作用。因此，酵素的抑菌作用与其抑菌成分密切相关[36-37]。董银卯等[38]对酵素的抑菌功效进行评估发现，酵素可有效抑制大肠杆菌、铜绿假单胞菌、金黄色葡萄球菌等。伊媛媛等[39]对桑葚酵素、果蔬膳食纤维酵素、爱醒植物酵素、玫瑰酵素、老姜酵素和五白植物酵素进行抑菌性研究，观察这些酵素对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和白色念珠菌的抑菌作用。结果显示，桑葚酵素、五白植物酵素、爱醒植物酵素和果蔬膳食纤维酵素对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均有抑制作用。可见，尽管原材料、发酵剂、生产工艺和处理方法不同导致抑菌实验的结果存在差异，但发现一些植物酵素具有潜在的消炎抑菌作用。

3.3 增强免疫力

经益生菌发酵的植物酵素中富含胞外多糖和多肽等活性物质，这些物质可增强非特异性和特异性免疫反应，从而提高机体免疫力[40]。Zulkawi等[41]通过评估血清细胞因子水平、脾脏T细胞和NK细胞群以及脾细胞对小鼠淋巴瘤细胞的细胞毒性，证明了经乳酸菌和酵母菌发酵的酵素食品Xeniji中生成的β-胡萝卜素、植物二氢番茄红素、多酚、柠檬酸和必需氨基酸可以增强小鼠的免疫力。戴凌燕等[42]研究了糙米酵素提取物对高脂血症大鼠脏体比、肝脏脂肪和消化酶的影响，结果表明糙米酵素提取物能显著降低肝、肺、心、肾的脏体比，具有增强免疫力的作用。

3.4 抗肿瘤

植物酵素在抵抗肿瘤细胞增殖中也具有潜在作用。Evilla等[43]研究表明，米糠酵素提取物可以诱导白血病细胞MOLT-4的细胞死亡，并对N13小胶质细胞发挥免疫调节作用，说明米糠酵素具有一定的体外抗肿瘤活性。Lu等[44]研究了植物酵素对H22肝癌模型小鼠的抗肿瘤作用，结果表明植物酵素可通过诱导细胞凋亡、延长小鼠寿命来抵抗肝癌的恶化。

3.5 其他功能

由于发酵原料、发酵剂及发酵方法的不同，制备的植物酵素可能具有一些特殊的功效。由表3可知，植物酵素还具有美白、解酒、调节血糖和防晒等独特的潜在作用。总之，尽管植物酵素在动物实验中也表现出一定的生物活性，因此需要进行人群实验来确定。

4 结语与展望

近年来，对于植物酵素的研究逐渐深入，并取得了一定的进展，但是未来的发展仍然充满挑战，尤其是功能性酵素的研发。首先，植物酵素中含有丰富的活性物质，应明确发酵过程中各类活性分子的组成、含量和存在形式的变化规律，以及微生物和分子之间以及分子和分子之间的相互作用情况。其次，在发酵微生物选育时，应优先选择在胃肠道消化环境中具有优秀抗逆性的菌株，还应关注在植物酵素中的益生菌高密度培养技术，最大程度地在产品中增加益生菌和生物活性成分的含量。再次，也应关注植物酵素中后生元的种类、含量和潜在的生物活性。最后，应阐明植物酵素中影响生理功能的主要因素和作用机制。相信解决上述问题以后，植物酵素的应用将逐渐扩大到食品工业的各个细分领域，例如食品添加剂和调味料等行业。

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