酵素食品研究進展

高潔，欒倩，侯麗真，王鳳忠，李淑英

1. 中國農業科學院農產品加工研究所（北京 100193）；2. 中國農業科學院油料作物研究所（武漢 430062）

傳統意義上的酵素是指酶（Enzyme），即生物體產生的具有催化作用的活性大分子。生物體內各種生理生化反應幾乎都是在酶的催化作用下進行的，包括人體的新陳代謝、能量攝取、生長和繁殖等[1]。根據來源的不同，酵素可以劃分為內源性酵素與外源性酵素。內源性酵素是指人體自身產生的參與機體生理活動的內源性生物催化劑；外源性酵素是指人體通過食用外源食材而獲得的生物催化劑[2]。由于人們吸煙、飲酒等不良生活習慣以及環境污染、人體衰老等各種原因，人體內產生的酶的活性逐漸降低，從而易造成內分泌失調、神經系統紊亂等問題。為了維持人體正常生命活動、改善健康狀況、滿足現代人對營養需求的多樣性，人體需補充外源性活性物質。因此，富含益生菌、生物酶和活性物質的酵素食品應運而生。

酵素食品由于具有促進新陳代謝、調節人體酸堿平衡、增強胃腸道的消化吸收以及抗氧化、抗疲勞等多種功能，近年來在我國迅速興起。該文就利用一種或多種新鮮蔬菜、水果、糙米、中草藥等食材，經天然厭氧發酵或者人工接種乳酸菌、酵母菌等多種微生物發酵制得酵素食品[3]，從生產工藝、營養成分和生理活性3部分展開論述。

1 酵素食品的生產工藝

早期的酵素食品制作方法是以一種或者多種谷物、水果、蔬菜、草本植物等為原料，經過加糖、密封、自然發酵一定時間制得。以這種自然發酵的方式制作的酵素食品主要存在以下問題：1）小規模家庭式作坊，無法滿足大規模生產需求；2）發酵周期長，達到幾個月到幾年不等；3）受原料、菌種、溫度、環境等因素影響，工藝不可控；4）產品容易產生雜醇、高揮發酸等，品質較差；5）產品易污染，保質期短。

近年來隨著對酵素食品市場關注度的不斷提升，酵素生產工藝也得到了深入研究。目前，國內學者對于谷類酵素、果蔬酵素的制作工藝研究相對較多，主要以酶活性、理化性質、功能活性、感官分析等作為評價指標，重點就原材料的前處理，菌種的選擇、配比、接種量和發酵時間、溫度等各種參數進行深入研究，通過工藝優化改良酵素食品的品質，并取得了一定進展[4-9]。牛廣財等[4]以淀粉酶活力為檢測指標優化糙米酵素的發酵工藝，經過對糙米的前處理工藝及發酵條件進行優化，最終確定最佳工藝：糙米在浸泡溫度32 ℃、浸泡時間24 h、發芽溫度32 ℃、發芽時間28 h，酵母菌接種量4%、發酵時間6 h、發酵溫度30 ℃條件下，糙米酵素的淀粉酶活力為890.5 U/g，比原有工藝提高了2.03倍。葛瑞宏等[7]以桂圓水提液為發酵底物，以胞外多糖含量為評價指標，通過單因素和正交試驗確定桂圓酵素最佳發酵工藝條件：發酵底物濃度9%、接種量9%、菌種比例m（保加利亞乳桿菌）∶m（嗜熱鏈球菌）∶m（嗜酸乳桿菌）∶m（青春雙歧桿菌）=1∶1∶1∶2、發酵時間8 d，所得到的桂圓酵素胞外多糖含量高達1.108 6 mg/mL。董潔等[9]利用酵母菌和乳酸菌發酵金絲小棗制備棗泥酵素，探究了菌種接種量、培養基碳氮比以及發酵溫度和時間等工藝條件對該酵素食品的感官指標和超氧化物歧化酶（SOD酶）活性的影響，確定最佳發酵工藝：在30℃條件下，培養基碳氮比為6∶1，接種0.1%酵母菌，發酵12 h后，接種0.5%乳酸菌發酵劑，37 ℃條件下靜置發酵28 h，最后在6～8 ℃條件下靜置24 h，進行后熟產香。經過以上發酵參數優化后得到的棗泥酵素色澤均勻、氣味香醇、酸甜適口，且產品的SOD酶活性高達485±5 U/g，明顯高于其他工藝得到的產品。

2 酵素食品的營養成分

酵素食品的營養成分主要包括益生菌、生物酶和各種營養素（圖1）。益生菌主要分為原料中的自有菌種和外源添加菌種，外源添加菌種主要以乳酸菌和酵母菌為主，生物酶主要是指各種促進消化的酶，如脂肪酶、蛋白酶、碳水化合物水解酶等，營養素包括蛋白質、碳水化合物、纖維素、脂肪等生物大分子，以及氨基酸、單糖、低聚糖、脂肪酸、礦物質、維生素及其他小分子次級代謝產物。這些營養成分主要包括原料中固有的、微生物通過生物轉化產生的以及微生物自身生長代謝產生的功能成分，它們賦予了酵素食品豐富的營養價值。

圖1 酵素食品營養成分示意圖

2.1 酵素食品中的主要微生物

酵素食品經微生物發酵而成，天然發酵法制備的酵素食品中微生物比較復雜，經分離鑒定發現主要為酵母菌、乳酸菌等[10]。酵母菌以畢赤酵母與釀酒酵母為主[11]，乳酸菌以植物乳酸菌[12]和乳科乳桿菌屬[13]為主。例如，紅茶菌酵素食品中主要分離得到巴斯德酵母、結合酵母、釀酒酵母、假絲酵母、裂殖酵母和乳科乳桿菌屬等[13-16]。

人工接種法制備的酵素食品主要以乳酸菌和酵母菌為主。如用于制備糙米酵素的主要發酵劑有乳酸菌和酵母菌[17]，水果酵素制備過程中乳酸菌屬類菌種是常用的發酵菌種[7,9]。

2.2 酵素食品中的主要生物酶

蛋白酶、脂肪酶、SOD酶和淀粉酶等是酵素食品中的主要功效酶，參與調節人體許多重要的生命活動。酵素食品在發酵過程中，許多酶的含量呈上升趨勢。于曉艷等[18]研究發現果蔬酵素中蛋白酶含量比較高，具有較好的水解蛋白能力。李建強等[19]研究發現自然狀態下植物綜合酵素的SOD酶活性比單一水果酵素高，且持續時間長。賈麗麗等[20]、董銀卯等[21]研究發現冬棗酵素在發酵過程中SOD酶活力不斷提高，火龍果酵素的SOD酶活性達300 U/mL，具有很好的保健和美容功效。此外，糙米酵素在優化發酵工藝后，淀粉酶活力大幅度增高，比原有工藝提高了2.03倍[4]。高雪等[22]向糙米酵素與豆類酵素的等量混合物中添加不同水果進行發酵后得到的復合植物酵素，其淀粉酶活性得到大幅度提高。

2.3 酵素食品中的主要營養素

酵素食品多以一種或多種新鮮的水果、蔬菜、糙米等為原料，因此富含蛋白質、碳水化合物、膳食纖維、脂肪等營養物質，不僅使酵素食品的營養更加多元化，也為益生菌的生長繁殖提供營養，賦予了酵素食品不同的營養價值。如目前關注較多的糙米酵素，其富含的纖維素、礦物質、維生素E和B等營養物質的含量都遠高于精白米[23-24]。周玉潔[25]研究的蒲公英酵素其富含的綠原酸、黃酮類營養物質的含量均高于蒲公英本身。陳小偉等[26]對草莓酵素發酵過程中氨基酸變化進行了分析，結果發現總氨基酸含量有明顯上升，其中含量最高的是天冬氨酸和谷氨酸。

酵素食品制作過程中，原料在益生菌的作用下發生一系列的生物化學變化，實現糖類、脂質、蛋白質之間的相互轉化，并為產生新的生化物質提供前體物質。酵素食品不僅保持了原料中固有的營養成分，還會使其中許多有效成分含量增加，并且產生新的成分，以優化原料的風味。袁周率等[27]對糙米酵素發酵前后的營養物質進行對比研究后發現，干物質、淀粉和可溶性糖含量減少，蛋白質、維生素B1、B2和γ-氨基丁酸含量增加。陳英等[28]研究了以蔬菜、水果和菌類等為主要原料的植物酵素，結果發現發酵后酯類物質、酸類物質的種類和含量明顯升高，酚類物質含量明顯增加。

3 酵素食品的主要功效

酵素食品中豐富的營養物質賦予了酵素食品不同的生物活性。如蛋白酶、脂肪酶和SOD酶等作為酵素食品的主要功效酶[28]，在人體中起到了重要作用。蛋白酶可以催化食物中蛋白質分解成肽或氨基酸等小分子物質，去除體內一些即將死亡的細胞和老化角質；脂肪酶水解油脂中脂肪酸和甘油相連接的酯鍵；SOD酶能有效清除機體內超氧陰離子自由基（O2-）、羥自由基（OH·）和過氧化氫等活性氧（ROS），是生物體重要的細胞防御系統之一[29]，具有防御氧毒、抗輻射、抗衰老、防治腫瘤和抗炎等功效[30]。目前，國內學者針對現有酵素食品的功效展開了大量研究，研究發現酵素食品在抗氧化、提高免疫力、潤腸通便、保健護肝、美白抗衰老、抑菌消炎等方面作用顯著（圖2）。

圖2 酵素食品營養功效分析示意圖

3.1 抗氧化作用

人體在吸入污染空氣或者經射線照射等情況下，體內會產生大量的自由基。衰老、癌癥或者其它疾病大多與過量自由基的產生有關。樊秋元[31]研究表明，酵素食品中含有胞外多糖、活性酶類、多酚、維生素等功能成分，具有一定的抗氧化活性，保護細胞免受自由基破壞，并且酵素食品在生產過程中，自由基清除能力整體呈增加趨勢，展現出良好的抗氧化能力[7,21,32-34]。

3.2 提高免疫力作用

酵素食品可以促進免疫細胞增殖，具有一定的增強機體免疫力作用。以敖東酵素為例，趙金鳳等[35-36]研究發現敖東酵素能夠顯著增強小鼠脾淋巴細胞的增殖能力，增加小鼠血清溶血素滴度水平，提高小鼠體液免疫功能。魏穎等[37]應用AAPH[2, 2’-Azobis（2-methylpropionamidine）dihydrochloride]誘導的HepG2細胞氧化應激模型評價自制研發酵素緩解細胞內ROS水平的影響，應用刀豆蛋白和脂多糖（LPS）誘導小鼠T/B-淋巴細胞增殖，結果發現自制酵素對LPS誘導的B-淋巴細胞增殖具有促進作用。

3.3 潤腸通便作用

酵素食品中含有豐富的便于人體吸收的營養物質，如維生素、有機酸、低聚糖、氨基酸等，對于改善腸道內微生物平衡、潤腸通便有一定的功效。李桃花等[38-39]研究發現，酵素食品能明顯促進便秘小鼠的小腸推進運動和胃排空能力，縮短排便時間，增加排便量，具有顯著的潤腸通便效果。

3.4 保健護肝作用

酵素食品具有早期促進肝再生、肝功能恢復作用，能夠改善慢性肝衰竭大鼠腸黏膜屏障功能。劉秀紅等[40-43]研究發現，酵素食品可降低血清天門冬氨酸氨基轉移酶（Aspartate aminotransferase，AST）、血清丙氨酸氨基轉移酶（Alanine aminstransferase，ALT）、血清總膽紅素（Total bilirubin，TB）、谷草轉氨酶（GOT）、谷丙轉氨酶（GPT）活性并促進血清白蛋白（Albumin，ALB）合成，具有延遲酒醉和解酒的效果，起到了一定的保肝作用。

3.5 美白抗衰老作用

酵素食品可加快細胞的新陳代謝，分解去除污垢、老化細胞、消除青春痘、淡化皺紋，同時可加速血液循環、賦予細胞活力。任清等[44]通過體外實驗和人體實驗2種方法發現，酵素食品對酪氨酸酶具有較強的抑制效果，利用黑色素和血紅素測定儀定期測定受試者涂抹區域黑色素變化，結果發現酵素食品具有美白作用，且通過皮膚紋理度可看出酵素食品具有一定的抗衰老能力。田中清隆等[45]對李子酵素的美白效果進行研究發現，李子酵素可有效抑制角化細胞的吞噬作用，使受試者皮膚的黑色素指數出現明顯的下降，色斑也得到有效改善。

3.6 抑菌消炎作用

酵素食品可以抑制多種病原菌，促進機體產生特異性免疫反應，以達到抑制致病菌感染的作用。劉維兵等[46]研究發現，酵素可抑制大腸桿菌、金黃色葡萄球菌以及白色念珠菌的繁殖。李寧等[47]通過酵素食品對肝移植術后早期感染的防治效果進行評價，結果發現肝移植術后經消化道服用酵素食品可有效增強黏膜系統的免疫學功能，對細菌及真菌性感染有明顯的臨床意義。

3.7 其他作用

除此之外，研究者還發現酵素食品具有抗疲勞、保護腸黏膜機械屏障功能、降血脂、預防脂肪肝等作用。姜忠麗等[48]研究發現，糙米酵素紅曲酒能延長小鼠負重游泳時間，延長爬桿時間，氧自由基清除率高達12.69%，具有一定的抗疲勞作用。馬偉立等[49]研究發現，酵素食品能夠減輕他克莫司（FK506）引起的腸黏膜上皮損害，保護腸黏膜機械屏障功能，降低腸黏膜通透性，減少腸道細菌易位的發生。戴凌燕等[50]研究發現，糙米酵素提取液具有顯著的降血脂作用和預防脂肪肝作用，研究不同濃度糙米酵素提取物對高血脂大鼠肝臟脂肪的作用后，發現其功效與計量相關，高劑量組對肝臟粗脂肪含量的抑制率達46.61%，低劑量組與脂必妥藥物抑制率相當，分別為32.26%和33.81%。

4 結語與展望

近年來，酵素食品在我國市場發展迅速，但其作為一種微生物發酵制品，在制作過程中存在較多不穩定因素，如原材料品質參差不齊，菌種類型、活性以及發酵過程中環境因素的變化等，易造成酵素食品出現一系列質量問題，不易大規模生產。此外，我國目前的酵素食品研發與制作還存在缺乏創新性和規范性，缺乏嚴格的條件控制和質量監督，沒有自主創新品牌等問題。因此，我國在酵素食品的研發與制造方面應制定相應的規范技術標準與質量標準，加強酵素食品加工過程中的條件控制；其次，我國在酵素食品制作工藝方面應增強自主創新能力，采用現代食品加工技術中的新技術與新手段，研發具有高品質的酵素產品；最后，應加強對于酵素食品中含有的功能性營養因子的研究，通過調節原料、菌種、發酵工藝等手段以研發針對不同人群的功能性酵素食品。隨著人們健康意識的不斷加強，對酵素食品的需求量也會不斷增加，酵素食品的未來發展具有巨大的潛力。