薏米發酵及其產物功能活性研究進展

石慶楠，文安燕

（1.黔東南州食品藥品檢驗檢測中心，貴州 凱里 556000；2.貴州大學 釀酒與食品工程學院，貴州 貴陽 550025）

薏苡（Coxi lachrtmajobiL.）為禾本科玉蜀黍薏苡屬植物，原產于東南亞的熱帶和亞熱帶以及中國云貴高原一帶，常生于海拔2 000 m以下的溫暖潮濕的十邊地和山谷溪溝，我國遼寧、河北、河南、陜西、江蘇、安徽、浙江、江西、湖北、福建、臺灣、廣東、廣西、貴州、四川、云南等省區均有種植或野生[1]。根據《中國植物志》記錄，薏米有5個種和2個變種，5個種分別為川谷（Coxi lachrtmajobiL.）、水生薏苡（C.aquaticaR.）、窄果薏苡（C.stenocarpaB.）、小株薏苡（C.puellarumB.）和薏米（C.chinensisT.），2個變種分別為念珠薏苡（Coxi lachrtma-jobiL.var.fruimentaceaM.）和薏苡原變種（Coxi lachrtma-jobiL.var.lacrymajobiL.）[2]。

薏苡的成熟種仁稱為薏米，其含有豐富的碳水化合物、蛋白質、氨基酸、薏苡酯和薏苡素等，還有多種礦物質、酚酸、類黃酮、內酰胺和甾醇等功能性物質[3]。因其具有較高的營養保健功能和藥用價值而被國家衛生部1988年首批公布為藥食同源植物品種之一[4-5]。本文結合近年來國內外對微生物（紅曲霉、酵母菌、裂蹄木層孔菌、米根霉、乳酸菌、枯草芽孢桿菌和醋酸菌等）發酵薏米的品質及其功能進行概述，旨在為延長薏米加工產業鏈和開發高值化新產品提供參考。

1 薏米結構及特征

薏苡籽粒是禾本科植物薏苡的干燥成熟種仁，呈橢圓形結構，最外層為堅韌的薏米殼，殼下為種皮層，加工脫殼后即得糙薏米，再精碾去皮拋光即為精薏米（藥典名稱為薏苡仁），同時產生碎薏米和薏米糠[6]。淀粉是薏米的重要組成成分，占其干質量的70%左右。薏米淀粉顆粒呈現典型的A型衍射特征，體積平均粒徑（d4，3）為27.7～35.7 μm，顆粒呈球形、多邊型或不規則圖形[7]。薏米淀粉由直鏈淀粉和支鏈淀粉構成，且支鏈淀粉占比約為93%，其溫度和焓變分別為71～76 ℃和7～11 J[8]。薏米蛋白質含量為12.2%～16.7%，約為大米的兩倍。劉曉娟等[9]以糯米為參照，發現薏米中蛋白質含量高、水分和淀粉含量低，且薏米淀粉熱焓值和初始糊化溫度高，直鏈淀粉FRIII含量和高淀粉結晶度低。薏米脂肪含量為5.1%～9.4%，明顯高于大多數谷物類。因此，薏米淀粉、蛋白質和脂肪含量高，顆粒結構緊密堅硬，淀粉顆粒間空隙小，米粒吸水速度慢和吸水量少，導致薏米蒸煮時間長，淀粉不易糊化，米粒黏度低且松散，對其消費和加工造成了一定程度的制約[10-11]。目前，微生物發酵植物基質，提升產品品質和生理功能，已成為薏米的研究熱點。因此，薏米被開發成多種發酵產品，包括薏米乳酸飲料、薏米保健酒、薏米醋及薏米納豆等。

2 真菌發酵薏米

2.1 紅曲發酵薏米

紅曲菌發酵谷物過程中會產生多種次級代謝產物，如Monacolin K、紅曲色素、生育酚、谷維素、麥角固醇、γ-氨基丁酸、天然植物激素等活性成分[12]。TSENG Y等[13-14]研究發現，紅曲霉分別發酵糙薏米和精薏米后，其脂肪、蛋白質、纖維素和總游離氨基酸均高于未發酵的原料；同時，紅曲霉發酵糙薏米和精薏米的抗氧化能力強于原料糙薏米和精薏米。PATTANAGUL P等[15]研究發現，采用紫色紅曲霉（Monascus purpureus）（ATCC 16365、BCC 6131、DMKU和FTCMU）和紅色紅曲霉（Monascus ruber）TISTR 3006分別發酵薏米，M.purpureusDMKU發酵的薏米桔霉素含量最低（0.26 mg/kg）、洛伐他汀含量最高（25.03 mg/kg）、色素含量適中。遇靚[6]以紫色紅曲霉3.4629發酵薏米制備薏米紅曲茶，其薏苡素、薏苡酯、洛伐他汀含量和色價分別為64.63 mg/kg、17.75×104mg/kg、1 678.82 mg/kg、1 058.34 U/g。賀圣凌等[16]研究發現，紅曲發酵薏米糠的親脂性化合物主要為α-生育酚和γ-谷維素，且在發酵過程中，兩者含量均明顯增加，且發酵成熟薏米糠理化指標及風味物質均優于未發酵薏米糠。宋增光等[17-18]研究表明，紫色紅曲霉3.4629（CICC 5046）發酵薏米后，α-生育酚含量高達12.067 mg/mL；再以紅曲發酵薏米與紅茶復配，并測出25種揮發性風味物質，即為烷類（10種）、醇類（8種）、醛類（3種）、脂類（1種）、內酯類（1種）、其他類化合物（2種），其中反-4-羥基-3-甲基辛內酯為新增風味物質（含量高達28.98%）。

紅曲菌發酵薏米后產生多種次級代謝產物，并賦予了薏米產品相應的功效。DING Y等[19]以紅曲發酵薏米和大麥麩，經試驗優化后可獲得112.649 mg/kg的洛伐他汀；再將紅曲發酵薏米和大麥麩與荷葉混合制成降脂顆粒茶，飼喂高脂血癥大鼠，發現降脂顆粒茶具有降血脂作用，同時對大鼠腸道菌群和肝臟也有影響。TIEN A等[20]研究發現，紅曲薏米可通過抑制細胞間黏附分子-1（intercellular cell adhesionmolecule-1，ICAM-1）的表達和氧化應激來改善FeCl3誘導大鼠動脈血栓。LI P等[21]采用紫色紅曲霉（M.purpureus）發酵薏米，再將其飼喂吸煙誘導肺損傷的小鼠，發現M.purpureus發酵的薏米可以通過保護抗氧化防御機制、降低氧化應激和抑制內質網應激、自噬、凋亡及與肺氣腫相關的方式改善小鼠的肺損傷。

2.2 酵母發酵薏米

因薏米富含多種營養素和藥理成分，以酵母菌發酵薏米制成的薏米酒具有一定的市場潛力。郭克娜[22]以澳福酵母發酵薏米制取薏米酒，其色澤清透，香氣濃郁，口感純正；同時薏米酒中黃酮和薏苡素含量分別為138.97 mg/L和13.36 mg/L，酒精度為9.84%vol。楊祖滔[23]以薏米、糯米及茯苓為主要原料，采用1.5%活性干酵母液態發酵薏米糯米黃酒，其香味清幽、口感醇和、色澤橙黃帶有琥珀色；且發酵過程中活性物質如薏苡素和茯苓酸的變化不大，而沒食子酸、原兒茶酸、酚類物質、對香豆酸、阿魏酸、蘆丁、兒茶素含量呈增加趨勢。危晴等[24]以釀酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）1394釀造薏米酒，發現其香氣成分包含酯類17種（60.32%）、醇類4種（6.66%）、酸類3種（3.06%）、酚類2種（10.39%），主要的香氣成分為辛酸乙酯（29.54%）；同時，在香氣成分中檢測到活性成分二丁基羥基甲苯（9.28%），二丁基羥基甲苯為強體外抗氧化劑，具有預防心血管疾病和癌癥等功能。

此外，XU L等[25]以酵母發酵脫脂薏米后，其還原糖和蛋白質含量降低，γ-氨基丁酸、低分子質量多肽、游離氨基酸和總酚含量增加；抗氧化能力、酪氨酸酶和黃嘌呤氧化酶抑制活性均增強，表明酵母發酵薏米可以改善其營養和生物學特性。HONG I等[26]研究發現，釀酒酵母（Saccha romyces cerevisiae）發酵的薏米通過抑制膠原誘導免疫性關節炎小鼠的白細胞介素-1β（interleukin-1β，IL-1β）和類風濕因子，降低膠原誘導性關節炎發生率，減輕炎癥和關節破壞等方式而展現出具有抗類風濕性關節炎作用。

2.3 裂蹄木層孔菌發酵薏米

裂蹄木層孔菌（Phellinus linteus）在發酵過程中產生多糖和黃酮類等活性成分，被認為是國際公認的生物抗癌領域中藥效最好的藥用真菌之一[27]。LIANG C等[28-29]將裂蹄木層孔菌接種到蒸煮的薏米中，發現其產品灰分、脂肪、鮮味、蛋白質、可溶性糖和多元醇含量均顯著高于未接種的蒸煮薏米，其中總游離氨基酸、5'-核苷酸含量和當量鮮味濃度尤為明顯；同時，發酵薏米中總多酚和黃酮含量為2.67～9.10 mg/g和0.52～0.59 mg/g，抗氧化能力顯著強于未發酵薏米。

2.4 米根霉發酵薏米

米根霉（Rhizopus oryzae）具有豐富的酶系資源，發酵后可產生富馬酸、乳酸和乙醇等多種物質，是美國食品藥品監督管理局（food and drug administration，FDA）認證的安全菌株[30]。徐磊等[31]研究發現，米根霉發酵脫脂薏米麩皮后，總游離氨基酸、低分子質量多肽比例、游離型多酚和黃酮含量增加，其中游離態3,4-二羥基苯甲酸、4-羥基苯甲酸、丁香酸、綠原酸、齊墩果酸和阿魏酸的含量也顯著增加；此外，發酵脫脂薏米麩皮的游離型酚類物質提取物抗氧化能力較未發酵脫脂薏米麩皮增強。

3 細菌發酵薏米

3.1 乳酸菌發酵薏米

乳酸菌是一種重要的工業微生物，乳酸菌及其代謝產物在人體健康中起著至關重要的作用。YIN H等[32]以植物乳桿菌（Lactobacillus plantarum）NCU137發酵薏米，發現游離氨基酸、游離脂肪酸、可溶性膳食纖維、有機酸等營養成分顯著高于未發酵薏米，且風味獨特和黏度特性穩定，口感和外觀更符合消費者的口味，表明植物乳桿菌NCU137發酵薏米是一種潛在的綠色健康食品。蘇穎晶等[33]用解淀粉乳桿菌（Lactobacillus amylolyticus）L6發酵含1.5%薏米的全谷物酸奶，發現全谷物酸奶質構較柔軟和黏稠、抗氧化能力較強、且在模擬體外消化后生成的葡萄糖值顯著低于理論葡萄糖值（P＜0.05）。徐粉林等[34]將薏米添加到發酵乳液中，當調配工藝配方為薏米漿添加量25%（V/V）、蔗糖添加量2 g/mL、羧甲基纖維素（carboxymethyl cellulose，CMC）0.4 g/mL、檸檬酸0.06 g/mL時，薏米發酵乳呈乳白色，乳液均勻細膩，風味特殊、奶香純正、酸甜適當且口感爽滑。吳小燕[35]以接種量為3%的混合乳酸菌（菌株Sc6-3∶菌株NM01=1∶2）發酵10%薏米液，結果發現薏米液中多糖和多肽含量分別為3.09%和0.48%，且多糖和多肽抗氧化能力較強。王清爽等[36]以干酪乳桿菌（Lactobacillus casei）發酵發芽薏米后，低分子質量的多肽比例和面積、游離氨基酸含量和水提取液的總酚含量顯著提高，抗氧化能力顯著增強；發芽薏米水提取液的黃嘌呤氧化酶和酪氨酸酶抑制活性顯著提高。同時，徐磊等[37]研究發現，與干酪乳桿菌單獨發酵相比，菌酶協同可顯著提高水提取液中多肽、還原糖和總酚含量，增強抗氧化能力、酪氨酸酶和黃嘌呤氧化酶抑制活性。此外，尚英等[38]分別以植物乳桿菌發酵、保加利亞乳桿菌（Lactobacillus bulgaricus）和瑞士乳桿菌（Lactobacillus helveticus）發酵薏米乳，通過非靶向代謝組學試驗共測出947種代謝產物，其中植物乳桿菌發酵的薏米乳短肽類化合物最多，此外還有亞油酸、泛酸、吲哚乙酸、β-檸檬酰-L-谷氨酸以及脂類等多種功能性成分。

乳酸菌發酵薏米不僅賦予了其多種營養物質，還提高了薏米的藥效。WANG C等[39]考察了植物乳桿菌或副干酪乳桿菌發酵薏米牛乳和薏米豆乳對高膽固醇飼料喂養的倉鼠脂質代謝的作用，發現飼喂發酵或未發酵薏米乳樣品均顯著降低血清膽固醇水平、低密度脂蛋白膽固醇與高密度脂蛋白膽固醇的比值，同時糞便中膽固醇和甘油三酯水平也有顯著升高；而植物乳桿菌或副干酪乳桿菌發酵薏米乳液組的血液中超氧化物歧化酶和總抗氧化活性增加，從而減輕了硫代巴比妥酸反應物質的水平，表明植物乳桿菌或副干酪乳桿菌發酵薏米牛乳和薏米豆乳可改善高膽固醇血癥。同時，WU S等[40]研究發現，植物乳桿菌發酵的薏米豆乳能抑制脂多糖誘導的巨噬細胞RAW 264.7中細胞因子（NO）、細胞內活性氧（reactive oxygen species，ROS）、前列腺素E2（prostaglandin E2，PGE2）、腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）和白細胞介素（interleukin，IL-6）、IL-1β產生、減少誘導型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）和環氧酶（cyclooxygenase，COX）表達、顯著降低核轉錄因子-κB活性，表明植物乳桿菌發酵的薏米豆乳具有抗炎活性。

3.2 枯草芽孢桿菌發酵薏米

以枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）發酵薏米，不僅改良了薏米的組織結構和營養成分，而且賦予了獨特風味，還增強了薏米的功能活性。董岳峰等[41]以枯草芽孢桿菌發酵薏米納豆，其產品氣味芳香，黏液較多，氨基酸成分豐富，感官品質良好；氨基酸態氮含量為0.4%，多糖含量為3.3%，總黃酮含量為0.043%。WEN A等[42]研究發現，枯草芽孢桿菌發酵薏米可高量富集川芎嗪（6.93 mg/mL）和纖溶酶，同時發酵薏米樣品中總游離氨基酸、γ-氨基丁酸、總黃酮、總多酚、總三萜、薏苡酯含量均比原料薏米高。WANG C等[43]探究了枯草芽孢桿菌發酵薏米對以高膽固醇飼料喂養的高脂血癥倉鼠的脂代謝、抗氧化狀態和腸道菌群的影響，發現飼喂薏米發酵樣品的倉鼠血清和肝總膽固醇（分別下降37%～43%和42%～49%）、甘油三酯（分別下降22%～27%和30%～35%）水平顯著降低（P＜0.05）；降低血清中低密度脂蛋白膽固醇/高密度脂蛋白膽固醇的比值，增加糞便中膽固醇（47%～52%）和甘油三酯（40%～47%）的含量、降低硫代巴比妥酸反應性物質含量，從而增加了總抗氧化劑和超氧化物歧化酶活性。

3.3 醋桿菌發酵薏米

王穎[5]以巴氏醋桿菌巴氏亞種（Acetobacter rancensvar.turbidans）AS1.41發酵薏米制成薏米醋，發現薏米醋在制備過程中黃酮、多糖和薏苡素含量呈先增加后降低的趨勢，但酸度、氨基酸態氮和有機酸含量呈現持續增加的趨勢。張玉梅等[44-45]以碎薏米為原料、薏仁殼和麩皮為填充料和輔料，以醋酸桿菌為發酵菌株，研究表明固態法釀制的碎薏米醋醅的揮發性香氣成分種類達39種，且酸味柔和、稍甜、醇香，具有薏仁特有的香氣；同時，固態發酵的碎薏米醋中多糖、揮發性成分、不揮發酸以及可溶性無鹽固形物含量均高于液態發酵。

4 結語

通過微生物（如紅曲霉、酵母菌、乳桿菌和芽孢桿菌等）發酵方式對薏米進行深加工，其本質是通過微生物或酶的作用，實現改善薏米的組織結構，提高制品營養、風味及食用品質，增強產品功能活性。為了利用可控的發酵技術來提高薏米營養水平、營養醫學和食品工業中的應用，主要從以下幾個點開展：①加強菌種選育，為薏米發酵提供

優良菌株；②開發新型發酵技術對薏米進行加工，并探討加工過程（粉碎、浸泡、蒸煮、糖化和發酵）及新型發酵技術對薏米組織結構、營養活性物質組成、含量、存在形式等的影響；③薏米發酵過程中功能性成分生成、釋放或消化的內在機制；④薏米發酵產品中活性物質的健康效應（如降血糖血脂、調節腸道微生物、抗炎、抗類風濕性關節炎及抗癌等）及其作用機制；⑤加強多種加工方式（生物發酵與其他加工形式）的結合，深入探討多種加工方式結合下新型薏米產品中品質變化及形成的科學機制，為新型薏米發酵產品的高值化利用提供科學的理論依據。