功能性酵素發展研究現狀

韓 齊，趙金敏，高小琴，于 淼，韓宗元，2，李曉靜，* ，肖志剛

(1.沈陽工學院生命工程學院，遼寧撫順113122;2.沈陽農業大學食品學院，遼寧沈陽110866;3.沈陽師范大學糧食學院，遼寧沈陽110034)

酶是生物體產生的具有生物活性的大分子，主要由蛋白質或核酸構成，具有生物催化功能［1］，食之有益健康。在日本將酶稱為“酵素”，譯成中文是“植物之酶的提取物”或“植物酶提取之精華”，它含有豐富的酶、維生素、微量元素、氨基酸、脂類和多酚等營養物質，可消除人體中有害健康的活性氧［2］。酶是新陳代謝的源泉［3］，與一切生命活動密不可分。雖然機體在生長過程中會產生所需的酶，但遠不能滿足代謝所需，需要通過食物來攝取，尤其是機體能力下降的特殊人群，更需要通過外部的酶來進行補充［4］。然而酶的結構易遭到破壞，在外部環境中，人們已經很難補充到所需的酶。而酵素恰好解決了這一難題，它保留了底物所固有的多種營養成分，并促進維生素、礦物質、多酚和黃酮等次級產物形成，使酵素成為調節人體生理功能的發酵食品［5］。人之所以能夠精力充沛，神采奕奕，與生物體產生的數百種酵素密不可分，這些酵素調節著生物體的新陳代謝、促進能量轉換、提供營養物質等多種催化過程，因此生命過程與酵素催化反應息息相關［6］。

酵素具有多種功能，包括:促進新陳代謝［7］、血液循環［8］，排除毒素;調節人體酸堿平衡，凈化血液;增強胃腸道的消化吸收功能［9］，增強體質;還具有抗氧化、抗疲勞等，可以作為功能性食品［10］，為人類提供新的營養途徑。在國內外市場酵素的發展空間廣闊，酵素產品已經商業化，還出現一些添加酵素的保健食品。因此本研究針對發酵酵素食品的國內外研究現狀、功能及研究進展做出了綜述，并且對發酵酵素的發展做出了展望。

1 發酵酵素在國內外的研究現狀

酵素最初起源于日本［11］，在日本很受歡迎，市場需求量很大，根據發酵酵素研究報告指出，在日本，酵素一年可達1000億日元的消費額［12］，而且生產技術發展迅速，處于世界領先水平。它的酵素產業分為兩大類，一類是將酵素作為產品直接制造生產，另一類是將酵素作為原料繼續進行深加工，如:酵素面膜。目前酵素在國內外已經非常流行，2013年全球酵素市場消費高達27.4億美元［13］，以美國和歐洲為主，其中食用酵素發展空間及成長潛力最大，年成長率7%以上，同時市場的增長幅度也相當強勁［12］，如美國康能健康產業有限公司的康能酵素;美商大溪地諾麗國際公司的諾麗酵素飲品;德國AB Enzymes公司的食品、飲料、紡織及全球紙漿和造紙工業用酵素制品等［14］。在國外，人們已經把酵素作為一種功能性食品，其功效包括:調節胃腸道功能，提高免疫功能，提高營養物質利用率，減少過敏發生，降低癌癥的發病率，所以酵素對保證人體健康，預防疾病具有重要作用［6，9］。

相比較而言，我國發酵食品諸如酒、醋、醬等產品歷史悠久，但是對其進行深入的研究發展較晚，直到1994 年酵素發酵技術才傳到我國［15－16］，但重視程度較低，食品領域應用甚少，市場缺口大。隨著酵素在國外的迅速發展，國內酵素市場也開始不斷拓展。在2000年之后，酵素才真正的進入中國市場，起初對酵素的研究僅限于飼料，之后逐步擴展到美容護膚品、醫學和食品等多種方面。陳丹，劉加友等［17－18］報道:當前國內實用型酵素產品火熱，其質量管理方面亟待加強，但是由于酵素具有能夠消除自由基、抗腫瘤、抗衰老、提高機體免疫力、限制炎癥，清除血管垃圾等功效依然備受各界人士關注。酵素適用的人群大致可以分為以下幾類:中年女性:精神壓力大，免疫力低下，內分泌失調等;嬰幼兒童:腹瀉、食欲不振、抵抗力弱;外出旅游、出差人員:預防腹瀉，增強抵抗力和免疫力;飲酒人群:減輕宿醉，緩解肝臟負擔;亞健康人群:有效改善亞健康狀態。

2 發酵酵素的工藝

發酵酵素是以一種或多種新鮮蔬菜、水果、菌菇、中草藥等為原料，經多種有益菌發酵而產生的，含有豐富的維生素、酶、礦物質和次生代謝產物等營養成分的功能性微生物發酵產品。我國發酵技術是建立在基因工程基礎上的，最早成功應用的基因工程菌是面包酵母菌［19］。通過向食品微生物中轉移編碼麥芽糖透性酶和麥芽糖酶的基因，使該酵母含有的麥芽糖透性酶和麥芽糖酶的含量顯著提升，從而使較多的CO2在面包發酵過程中產生，使面包膨發性能良好、松軟可口。Meyer［20］證實絲狀真菌具有獨特的高容量表達和分泌蛋白的能力，可利用其生產真菌或非真菌來源的酶類，通過基因工程技術可以有效地提高產率及減少非需要的副產物的形成，因此，建立一種與發酵酵素工藝密切相關，且有效的轉化方法至關重要。

近年來，我國對發酵酵素工藝進行了深入研究，并且取得一定的成就。楊婧娟等［21］對工藝進行優化，確定糖添加量為40%，料水比為1∶10(g/mL)，接種量為2.4%，發酵時間3 d為最佳發酵工藝參數，同時發酵后所得到的酵素食品具有清香味且去除了生黃精麻味和刺激性;陳庶來等［22］在糙米酵素發酵工藝的研究中，采用活性面包干酵母進行發酵試驗，將還原糖消耗量作為試驗指標，對酵母活化時間、發酵時間、接種量做正交試驗，得出最佳優化工藝:接種菌量1.2 g/20 g，原料發酵時間11 h，酵母活化時間1 h，且在每 8 g發酵樣品中消耗的還原糖達13.682 mg時，發酵較為完善;孫大慶等［23］通過單因素實驗和正交試驗，以淀粉酶活力為檢測指標得出:在接種量3.5%，培養時間4.5 h，溫度32℃，小米酵素中淀粉酶活力最強;董潔等［24］利用酵母菌和乳酸菌發酵金絲小棗棗泥酵素，通過正交實驗得出:接種0.1%酵母菌，30℃下發酵12 h，然后接種0.5%乳酸菌，37℃下發酵28 h，最后控制溫度在6～8℃發酵24 h，此時金絲小棗棗泥酵素最優;蔡毅飛等［25］在環保酵素的發酵過程研究中，根據溫度的不同，將發酵工藝分為常溫發酵、中溫發酵和高溫發酵三大類。該實驗按照配比制作三份環保酵素，分別置于20、30和50℃的恒溫培養箱中。發酵過程中對三份樣品的p H、電導率和還原糖含量進行連續監測，得出結論，中溫30℃更有利于果蔬垃圾的轉化和環保酵素的生成;戰偉偉等［26］以藍靛果和椰子為主要原料，通過正交實驗確定最佳工藝:酵母菌與雙歧桿菌配比2∶1，發酵溫度 33 ℃，發酵時間 70 d;莫大美等［27］采用響應面法優化酵母菌和乳酸菌雙菌種發酵制備玫瑰花酵素，建立玫瑰花酵素SOD酶活性與各自變量的回歸方程，然后接種醋酸菌聯合發酵，增加酵素口感和風味。

在工業化生產中，采用二次發酵工藝，即經過后熟工藝得到微生物酵素產品［28］，例如:糙米酵素、植物酵素等。除此之外，工業化生產還采用先進的生物萃取技術［29］，根據一定的科學配比進行壓榨并在常溫下發酵180 d以上，然后提取發酵后的酵素原液配以果寡糖及13種益生菌群再進行螯合，整個過程溫度均控制在40℃以下，生產周期一年以上，最終得到富含益生元，且更易被人體吸收的功能性酵素。并且為了防止雜菌生長和產生酒精，可加入釀造米醋及高濃度異麥芽糖等。

3 發酵酵素的功能

3.1 促進新陳代謝

生物體內全部有序化學變化的總稱稱為新陳代謝，其中化學變化包括物質代謝和能量代謝兩個方面，一般都是在酶的催化作用下進行的，是生物體與外界環境之間的物質和能量交換以及生物體內物質和能量的轉變過程［30］，即老細胞分化、新細胞產生的過程。酵素的存在，加快了生物體內新陳代謝、營養和能量轉換等許多催化過程。Ogunremi等［31］研究指出，酵素是含有豐富植物素、膳食纖維、抗氧化物質及生物活性成分的功能性食品，促進細胞新陳代謝的同時，增強了機體的免疫能力;馮莉等［32］試驗證明水果酵素可有效預防和修復酒精對小鼠肝臟的損傷，提高新陳代謝的能力;韋仕靜［33］在西蘭花酵素在發酵過程中生化指標變化及其抗氧化活性研究中，表明西蘭花酵素發酵初液口感柔和，味道酸甜，內含乳酸、乙酸能夠調節人體腸道，促進新陳代謝。

3.2 促進血液循環

酵素能夠促進生物體解毒功能，改善血液循環。劉春花等［34］研究表明，植物發酵液(酵素)可以增強單核－巨噬細胞系統功能、NK細胞活性、體液免疫功能，提高血清溶菌酶水平，進而提高機體免疫功能，維持機體的正常代謝;郭爽等［35］證明敖東酵素可以顯著抑制小鼠體重的增長，顯著提高抗體水平和脾指數，提高體液免疫功效，促進血液循環;Murakami K等［36］研究指出納豆在芽孢桿菌發酵過程中產生納豆激酶，抑制血管緊縮素轉化酶的活性，促進血液循環，降低高血壓的形成。

3.3 增強胃腸道的消化吸收

蛋白質消化吸收及微生物生長繁殖的主要場所在胃腸道，微生物菌群平衡影響腸道營養吸收及腸道健康，所以增強胃腸道的消化吸收是必要的。發酵酵素的出現剛好解決這一難題。李桃花等［37］試驗證明水果酵素對小鼠胃腸動力、腸道機械運動功能提升均有促進作用;宋陽等［38］研究指出微生物酵素對門靜脈阻斷下小腸屏障功能有一定的改善作用，增強胃腸道的消化吸收;蔡爽等［39］研究也指出人參術苓酵素能夠有效的治療非潰瘍性消化不良，證實了酵素可有效地調節脾胃功能。

3.4 調節人體酸堿平衡

酵素可消除體內廢物，使血液形成弱堿性，從而調節人體的酸堿平衡。由于生物體不斷的新陳代謝，使細胞處于一定的酸堿環境當中［40］。適當的酸堿環境對維持細胞的正常生命活動是必需的。戴凌燕等［41］研究發現糙米酵素提取物可以影響消化酶的分泌，糙米酵素提取物使灌胃6周的大鼠體質量顯著低于高脂對照組，且大鼠各灌胃劑量組肝臟粗脂肪質量顯著低于高脂對照組，說明糙米酵素提取物具有增強體內免疫功能的作用，有助于降低血脂，可以引起胃腸消化酶的積累，起到促進消化作用，調節人體的酸堿平衡;許蓬娟等［42］指出酵素可以平衡內分泌，提高身體免疫等;馬巧靈等［43］研究證明酵素能抑制II型糖尿病小鼠血糖值的增加，降低血清中甘油三酯TG、血清總膽固醇TC含量，從而使人體的內環境保持穩定。

3.5 抗氧化性

在體內存在的酵素可加速自由基的消除，防止各種細胞的氧化損傷，進而起到增強生物體內新陳代謝的作用。郭艷萍等［44］在大麥天然酵素抗氧化性能的初步探究中，證實糙米酵素有效成分具有抗氧化作用，并且結論表明，在天然發酵過程中，大麥酵素酚類物質含量與抗氧化能力有極大的相關性。趙金安等［45］測定黑雞心葡萄酵素天然發酵過程中不同階段的總酚含量、還原力及其對自由基的清除率來評價天然酵素的抗氧化性能。結果表明:經過多種有益菌發酵制得的黑雞心葡萄酵素有較好的抗氧化能力，并且發酵30 d產生的酵素抗氧化能力最強。姜忠麗等［46］研究證實糙米酵素有效成分具有抗氧化作用，可加速自由基的消除，防止各種細胞的氧化損傷，進而增強生物體內新陳代謝的作用。

3.6 抗疲勞

疲勞是機體復雜的生理生化變化過程，是指腦力或體力到達一定階段時必然出現的一種正常的生理現象。它既標志著機體原有工作能力的暫時下降，又可能是機體發展到疾病狀態的先兆［47］。如何緩解疲勞成為一項急需解決的難題。姜忠麗等［46］通過糙米酵素紅曲酒對小鼠灌胃并進行一系列檢測，考察糙米酵素紅曲酒功能性飲料的抗疲勞作用，結果發現糙米酵素紅曲酒對小鼠生活狀態幾乎無任何影響，對小鼠肝、腎、脾臟臟器指數和血清生化檢測值無異常，并能延長小鼠負重游泳時間、延長爬桿時間，對氧自由基有一定的清除能力，清除率最高可達12.69%，具有一定的抗疲勞功能。Lee等［48］研究發現酵素中含有BJ－20菌種，可以把谷氨酸轉化為γ－氨基丁酸(GABA)。Diana［49］研究發現 γ－氨基丁酸可以通過乳酸菌發酵獲得，并且是天然活性成分，對小鼠有抗疲勞功能，可應用于食品中，對人體健康具有重要作用。林金鶯［50］在諾麗酵素長效抗自由基的探究中，得出諾麗酵素具有強而穩定的抗自由基能力，抗疲勞作用，能為日用品(如面膜等)的應用提供理論依據。

4 展望

目前酵素食品在國內市場的發展還存在一定問題。首先，人們對酵素食品的認識與酵素養生概念還非常陌生，仍然處于認知階段;其次，由于微生物酵素需在適宜的條件下進行發酵，易受到環境中微生物、發酵體系和雜菌的污染以及季節等條件的影響，所以很難控制產品的質量，以至于影響酵素產品的開發和利用;最后，由于酵素企業大多依靠外來技術支持，從而導致酵素在我國的售價很高。為了滿足消費者對酵素的市場需求，開發自有的先進生產技術并實現工業化，降低酵素的成本是亟需解決的難題。

隨著基因工程、細胞工程等生物技術發展，食品行業開啟了以酵素類食品領銜的新一代功能性食品［51］。在醫療保健方面，在國外，酵素已經應用于艾滋病、病毒疾病(皰疹、流行性感冒、C型B型肝炎等)、關節炎、高血壓、高血脂等［14］方面，酵素可以通過調節人體的免疫力，保障身體健康，且我國人口眾多，隨著人們對健康的重視，以及對酵素功能性的了解，酵素的需求量也將會逐漸增大，因此功能型酵素產品存在著巨大的發展潛力。