糖蜜及其發酵制品的應用研究進展

楊云東，王倩，張佳嬋，王昌濤*，劉繼濤

1. 北京工商大學北京食品營養與人類健康高精尖創新中心（北京 100048）；2. 云南白藥集團股份有限公司（昆明 650000）

糖蜜是產糖工業的副產物，因制糖過程中加工條件的差異而有所區別。糖蜜的主要成分是糖類，還含有其他多種營養物質，可作為微生物的碳源或基料。在食品方面，可以通過發酵生產酒精和一些食品添加劑等。糖蜜廉價易得，還常作為動物飼料。此外，糖蜜還可用于建筑行業中的減水劑和絮凝劑，也可在造紙行業中作為添加劑以提高成紙強度，具有較高的研究價值。

糖蜜種類繁多，根據其來源不同，主要分為甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜、大豆糖蜜、柑橘糖蜜、石榴糖蜜等。綜述不同糖蜜的活性成分，以及糖蜜發酵物的研究進展，為擴大糖蜜的資源化利用，給其在醫藥、食品、化妝品等行業的應用提供思路。

1 糖蜜的分類

糖蜜一般源于果蔬、農作物，其成分會因種類不同而不同，也會因為加工方法有所差異。不同糖蜜的營養成分差異較大，以甘蔗糖蜜、大豆糖蜜以及柑橘糖蜜為例，對糖蜜的成分進行了整理，具體見表1。除表中三種糖蜜外，甜菜糖蜜以及石榴糖蜜等也較為常見。現階段糖蜜中的活性成分在醫藥、保健及食品等領域均有了一定的研究進展。

1.1 甘蔗糖蜜

甘蔗糖蜜也被稱為桔水、糖漿，多呈紅棕色或深棕色、黏稠狀和半流動的液態，含多種活性物質，在抗氧化、抗腫瘤、調節人體代謝、提高免疫力、保肝抗炎等方面具有較好的效果。目前已有文獻對其功效進行了深入研究，具體總結見表2。

1.2 大豆糖蜜

大豆糖蜜是生產大豆濃縮蛋白過程中所產生的副產品。1963年，Daniel Chajuss將醇提大豆蛋白質過程中產生的副產物命名為“大豆糖蜜”，用來區別大豆蛋白和大豆乳清液[12]。由于大豆糖蜜成分復雜，其活性成分及其相關用途見表3。

表1 常見糖蜜的主要成分

表2 甘蔗糖蜜成分與其相關用途

表3 大豆糖蜜成分與其相關用途

1.3 柑橘糖蜜

柑橘的年生產總量超過1億 t，占世界水果總數的1/5。世界上40%左右的柑橘用以加工，過程中會產生果皮、果肉渣和種籽等廢棄物，這些廢棄物壓榨之后共同組成了糖蜜，主要含有糖類、果膠、半纖維素、纖維素、類黃酮、香精油和色素等諸多物質，其活性成分及用途見表4。

表4 柑橘糖蜜成分與其相關用途

1.4 甜菜糖蜜

甜菜在制糖過程中會產生廢蜜，被稱之為甜菜糖蜜。甜菜糖蜜中營養物質豐富，隨著現代加工產業的快速發展，甜菜糖蜜中的活性物質得以分離，充分發揮了甜菜糖蜜的附加價值。目前甜菜糖蜜的分離提取物及其用途詳見表5。

1.5 石榴糖蜜

石榴分布在我國的20多個省區，種植面積呈逐年增長的趨勢，總產量也不斷增加，年總產量已達到150萬 t[22]。每年都有大量石榴皮被直接廢棄，造成了環境的污染和資源的浪費，石榴皮可以壓榨濃縮為石榴糖蜜，其過程產生果膠含量約8.5%，尿酸含量約62.0%，具有較高的開發價值。石榴糖蜜的活性成分及應用見表6。

表5 甜菜糖蜜成分與其相關用途

表6 石榴糖蜜成分與其相關用途

1.6 其他

糖蜜的種類繁多，除以上介紹的幾種主要糖蜜，還有玉米糖蜜、枸杞糖蜜、葡萄糖蜜等，目前研究較少，有待進一步探索。

2 糖蜜發酵制品的應用研究進展

糖蜜含糖量高、價格便宜，可以作為良好的碳源。在當前糖蜜的研究中，它已經作為培養基應用到發酵中，利用不同的菌種發酵生產不同的物質。有研究者用釀酒干酵母發酵糖蜜生產酒精、功能性低聚糖，另外有黑曲霉發酵生產檸檬酸、木醋桿菌生產細菌纖維素等。近幾年糖蜜的發酵制品越來越受到研究者們的關注，也開始逐步得到應用。

2.1 糖蜜發酵生產曲酸

近年來，大量的專利文獻報道曲酸具有一定的抗菌活性和美白作用，在醫藥、化妝品行業中均有一定的應用。Wu等[29]通過研究食源性病原菌的抗菌活性和生物膜活性，評價了曲酸的抗菌活性和生物膜活性，證明曲酸能抑制細菌生物膜的形成，進而引起細菌失活。Zhang等[30]以昆蟲為試驗對象，檢驗了其發育過程中，曲酸對黑色素合成中酚氧化酶（Phenoloxidase，PO）的影響，結果表明PO活性顯著降低，并且會使幼蟲發育異常。Ishak等[31]制備了一種生物活性材料殼聚糖低聚糖-n-曲酸聚合物，并通過小鼠試驗，證明了具有其較強的抗菌性能和抗氧化能力。有相關報道表明，曲酸可開發成一種新型的輻射防護劑[32-33]。Wang等[34]通過輻射小獵犬試驗，發現曲酸對犬的輻射損傷有保護作用。王愷等[35-36]發現曲酸還能使輻射后細胞的存活率提高，減輕細胞損傷。

糖蜜可通過發酵產生曲酸。李軍委[37]探索糖蜜作為曲酸發酵原料，并發現當糖蜜培養基中總糖濃度為80 g·L-1時，曲酸產物的濃度可達9.02 g·L-1。戴莉等[38]用米曲霉來發酵糖蜜，發現在最佳反應條件下，可得到的曲酸濃度為15.43 g·L-1。而曲酸一般主要是利用淀粉糖進行微生物發酵培養的，目前若采用糖蜜代替發酵底物，就會為降低曲酸的生產成本提供了更多思路，給糖蜜發酵生產曲酸，應用于食品、醫藥、化妝品等行業帶來發展潛力。

2.2 糖蜜發酵生產谷胱甘肽

谷胱甘肽（L-Glutathione，GSH）幾乎存在于人體的所有細胞中。研究表明，GSH對細胞內產生的氧自由基有清除作用，是一種天然的抗氧化劑，能降低脂質氧化形成的活性氧對細胞膜的損傷，另外還有緩解毒素的作用。Sen等[39]通過小鼠試驗探究GSH的抗氧化作用，發現缺乏GSH的大鼠耐力下降了50%左右，表明其在氧化應激和運動方面有重要作用。Townsend等[40]綜述了GSH代謝與人體癌癥、囊性纖維化、衰老等有密切關系，詳述了GSH在細胞和生物水平的生物重要性。Ballatori等[41]也證明了細胞內GSH的含量與細胞的抗氧化應激能力呈正相關關系。劉婷等[42]發現GSH可以通過抑制酪氨酸酶活性，降低多巴醌的生成，從而抑制黑色素的形成，并證明了GSH和維生素C聯合作用對黃褐斑有明顯的治療效果。

利用糖蜜生產谷胱甘肽已有報道。何海燕等[43]通過單因素試驗和正交試驗設計，用啤酒酵母SP3菌株發酵糖蜜，得到GSH的最大產量75.327 mg·L-1。周銘鋒[44]用流加的方式加入糖蜜和葡萄糖，并優化發酵培養基的配比條件，得到GSH產量為1 442.017 mg·L-1。馮年群[45]研究了碳氮比對生產GSH的影響，確定當工業葡萄糖與糖蜜的量為2∶1時，GSH的產量能達2 080 mg·L-1。這些研究表明通過發酵糖蜜生產GSH，具有良好的發展前景。

2.3 糖蜜發酵生產二十二碳六烯酸

二十二碳六烯酸（Docosahexaenoic Acid，DHA）是人體所必需的一種多不飽和脂肪酸，在DHA功效研究方面已有大量報道。徐綺嬪等[46]發現DHA能抑制促炎細胞因子TNF-α、IL-1β的釋放，促進抗炎細胞因子IL-10的表達，表明DHA在脂多糖（LPS）誘導巨噬細胞炎癥反應中有抗炎作用。Sidhu等[47]通過用質譜定量等方法，發現DHA可以緩解衰老誘導的突觸蛋白組變化，能抵消神經傳遞調節突觸蛋白的損失，并推測DHA在減輕與年齡有關的認知衰退方面有一定作用。He等[48]測試了色素上皮源性因子（Pigment epithelium derived factor，PEDF）聯合DHA治療小鼠角膜損傷和角膜神經再生的效果，試驗表明PEDF+DHA可以一定程度促進角膜神經再生和傷口愈合。鄭操等[49]以SD大鼠為試驗對象，發現總抗氧化能力（Total Antioxidant Capacity，T-AOC）和過氧化氫酶（Catalase，CAT）活力與DHA的劑量呈正相關關系，說明DHA對于清除氧自由基、降低脂質過氧化損傷有一定的作用。此外DHA對心肌梗塞、關節炎、高血壓、冠心病、某些癌癥等疾病具有積極的防治作用。

目前如裂壺藻（Schizochytrium limacinum）、寇氏隱甲藻（Crypthecodinium cohnii）和吾肯氏壺藻（Ulkenia amoeboida）等微生物已經被應用來產生二十二碳六烯酸，被稱為DHA藻油[50]。這些微生物的發酵原料主要是葡萄糖，生產成本較高。班甲等[51]通過單因子變量和多因子變量法，考察了以糖蜜為碳源來生產DHA的情況，發現糖蜜發酵DHA有一定的局限性，但能部分代替糖類生產DHA，另外他們還用糖蜜發酵培養基與普通發酵培養基做對比，表明糖蜜不僅能生產DHA，而且由于其自身物質豐富，還能減少維生素和礦物質的添加，節省財物，是優良的、廉價的DHA發酵原料。

2.4 糖蜜發酵生產L-乳酸

L-乳酸是人體皮膚保濕因子的重要組成部分，常與乳酸鹽共同作為滋潤劑，被廣泛地應用于護膚品中。乳酸及其衍生物有使皮膚增白、防止老化、抗微生物的作用，可用于治療粉刺、痤瘡的產品中[52]。

目前乳酸主要以化學合成法、發酵法來進行工業生產。由于化學合成法生產成本高、污染環境且不能合成高純度L-乳酸，現在逐漸被微生物發酵法取代。發酵法主要用的菌種有兩種[53-54]，一種是乳酸菌，另一種是根霉。L-乳酸發酵的營養源主要有木薯淀粉、玉米淀粉等，而價格更為低廉的糖蜜，有諸多的營養物質，可以作為微生物發酵的底物，具有更好的市場競爭力。秦菊霞[55]通過試驗選擇最佳的發酵菌株，用各種試驗方法確定合適的培養條件，結果表明糖蜜發酵L-乳酸，產量可達61.88 g·L-1。黃靖華等[56]用鼠李糖乳桿菌SCT-10-10-60發酵糖蜜，生產得到L-乳酸，通過單因子變量法，發現在最優條件下可生產106 g·L-1的L-乳酸。可見，以糖蜜為底物發酵可得到較高產的L-乳酸，可用于擴大生產。

2.5 糖蜜發酵生產細菌纖維素

細菌纖維素（Bacterial cellulose，BC）是一種高分子物質，因其優良的持水能力、機械強度、降解性以及發酵合成時的可調控性，常被用于食品、醫藥、化工等方面[28-30]。Revin等[31]以小麥為營養培養基，在一定培養條件下，可獲得5.45 g·L-1的BC。為了降低獲得BC的成本，還有研究者通過木醋桿菌發酵大豆糖蜜產BC，發現發酵時間越長，大豆糖蜜BC纖維網狀結構越致密，拉伸強度明顯提高[32]。

康普茶中分離到的細菌（Komagataeibacter rhaeticus），在靜態甘蔗糖蜜（SCM）培養基中培養，可產生BC。采用傅里葉變換紅外光譜（FTIR）、X射線衍射（XRD）、場發射掃描電鏡（FEG-SEM）、熱重分析（TGA）和峰力定量納米力學原子力顯微鏡（PeakForce-AFM）對BC膜進行表征，結果發現隨著SCM濃度的增加，BC膜變得更光滑、更靈活，且可以制備出更高密度的納米纖維網絡。甘蔗糖蜜價格低廉，是降低BC生產成本（高達20.06%）的一種可行的替代辦法[33]。

3 展望

隨著國內外環境復雜的變化，堅持環境保護，走可持續發展道路，使廢物資源化利用已成為亟不可待的事情。糖蜜作為廢棄資源，成分復雜且營養豐富，是資源化利用的重要研究對象。現在很多企業對于糖蜜的開發利用還不深入，對于糖蜜發酵終產物的分離提取技術還不夠成熟，在醫藥、食品、化妝品方面的應用還不廣泛，但糖蜜作為發酵物底物可生產多種活性成分物質，不僅可以降低醫藥、食品、化妝品原料成本，還可以做到資源最大化利用，擁有較深遠的發展前景