真菌固態發酵對谷物營養與抗氧化能力的影響及其應用研究進展

焦 捷

（青海高等職業技術學院，青海海東 810700）

谷物在我國傳統膳食中占有重要地位，五谷通常指稻、黍、麥、菽（豆類）和粟（谷子）。谷物的主要成分是碳水化合物、蛋白質、礦物質、氨基酸和膳食纖維等營養成分，含有多種功能活性成分，如γ-氨基丁酸、酚類化合物等，具有降血壓、改善大腦功能、調控體內激素分泌、調節睡眠和抗氧化等作用[1]。谷物營養價值高，產業發展潛力巨大，但仍存在口感粗糙、消化率低等問題，使得谷物產品消費及產業規模化發展受限。迄今為止，谷物產業發展緩慢，仍處于傳統產品、傳統工藝、傳統市場的“三傳統”內，產品效益低、深加工程度淺、附加值低，產品市場急需專業化和多樣化發展。因此，深入研究谷物的營養及抗氧化能力可提高谷物產品的附加值，有效推進谷物精深加工產業的高質量發展。

固態發酵具有操作簡單、經濟環保、產物得率高和選擇性強等優點，常被應用于食品的發酵處理及活性成分結構的修飾與合成中。研究表明，真菌在固態發酵中能產生酶類，使營養物質發生轉化，提高谷物的營養價值及消化率，增加菌質活性物質含量。因此，采用真菌固態發酵谷物可以改變谷物形態，拓展谷物深加工途徑，賦予谷物特有風味，發酵產物可以實現谷物的整體加工利用。本文綜述真菌固態發酵對谷物營養與抗氧化能力的影響及其應用，以期為真菌固態發酵在谷物加工中的應用提供理論參考。

1 固態發酵

1.1 概述

固態發酵，即選用固態基質為微生物生長提供所需的營養物質，獲得微生物正常生長代謝的產物。相較于液態發酵，固態發酵的優勢更為明顯。固態發酵的發酵基質一般選用價格較便宜的谷物麩皮、豆渣或工業生產的下腳料，原料成本低、發酵技術簡單、產物得率高。固態發酵基質所需水分少，不僅減少了后期廢液帶來的污染，而且可以節約后期干燥能耗。發酵過程不需要連續通風，因此被污染的概率將大大降低。隨著生物技術的快速發展和進步，固態發酵技術已基本成熟。

1.2 固態發酵常見發酵菌種

在固態發酵過程中，合適的菌種對發酵過程的順利進行起決定性作用。細菌和真菌均可作為固態發酵菌種。采用乳酸菌即能降解谷物，且發酵過程中產生的乳酸還能增加谷物風味。王梅等[2]分別用3 種益生菌固態發酵豆粕，發現3 種益生菌發酵劑均能夠明顯降低菌質的pH 值、霉菌及大腸桿菌數量，而酸溶蛋白、粗蛋白、有機酸和總酸的含量以及益生菌數量顯著提高。甄莉娜等[3]采用乳酸菌對小麥麩皮進行固態發酵，發酵后麥麩中可溶性糖含量下降，淀粉含量降低，還原性糖含量上升，蛋白質含量增加，均呈顯著差異（P＜0.01)。但乳酸菌發酵過程中其自身代謝產酶能力不足，無法直接利用基質中的淀粉、纖維素等物質，發酵效率低，且乳酸菌為厭氧菌，不易進行大規模發酵。不同于細菌，真菌通常能在缺少水的固態基質中良好生長，除酵母菌產酶較為單一，難以充分利用纖維素、蛋白質等物質，改善谷物口感及營養結構的能力較弱外，固態發酵技術中最常用的真菌為絲狀真菌，包括米根霉、紅曲霉、少孢根霉以及毛霉等，絲狀真菌的菌絲體可以穿透基質內部，從而能更加充分地利用基質中的營養物質[4]。SANGEETHA 等[5]利用米曲霉固態發酵谷物、甘蔗渣及麩皮，在發酵產物中提取到了果糖基轉移酶。凌阿靜等[6]利用黑曲霉、里氏木霉、米曲霉固態發酵麥麩，提高了菌質可溶性膳食纖維含量及體外抗氧化能力。吳萍等[7]利用平菇固態發酵甘蔗渣生產木聚糖酶。

2 真菌固態發酵對谷物營養成分及抗氧化能力的影響

2.1 真菌固態發酵對谷物營養成分的影響

在發酵過程中，谷物中的大分子營養物質在微生物的作用下被降解成小分子物質，改善了谷物的營養構成，有助于人體的消化吸收。發酵過程生成的具有生物活性的代謝產物，提升了谷物的附加值。目前，以真菌為菌種進行固態發酵的研究鮮有報道，但隨著人們對谷物研究的增多，利用真菌生物轉化谷物基質中的淀粉、蛋白質、維生素等營養物質，產生具有生物活性功能的代謝產物，開發符合消費者需求的功能性產品已成為研究熱點。

李艷婷等[8]以小米、燕麥、薏米和黑豆4 種雜糧谷物為基質，以雁北嗜藍孢孔菌菌絲體為菌種，經固態發酵后菌質中粗蛋白、可溶性蛋白和還原糖含量均隨發酵時間的延長而上升，總糖呈現先增加后降低的趨勢。佟維娜等[9]利用羊肚菌固態發酵玉米粉提升親水性氨基酸含量。郭尚等[10]采用雁北嗜藍孢孔菌固態發酵10 種雜糧谷物基質，發現雁北嗜藍孢孔菌在各谷物中均可良好生長，但菌絲體生長速度在相同基質不同階段下有明顯差異。肖愈[11]以蛹蟲草為菌種，對鷹嘴豆進行固態發酵處理，發酵后鷹嘴豆酚類物質、粗蛋白、真蛋白和必需氨基酸的含量以及體外蛋白質消化率均有所提升。LI 等[12]利用羊肚菌固態發酵豆渣提取多糖。申春莉[13]、劉紅艷[14]等通過靈芝固態發酵豆渣及雙胞蘑菇固態發酵谷物，發現食用菌菌絲體在固態發酵中能產生酶類，使營養物質發生轉化，提高谷物的營養價值及消化率，使其中的活性物質含量發生明顯變化。由上述研究可見，發酵后谷物的蛋白質、還原糖、氨基酸、多糖和酶類等物質含量均有明顯提升。

2.2 真菌固態發酵對谷物抗氧化能力的影響

谷物富含酚類化合物，因此具有良好的自由基清除能力。研究表明，微生物發酵過程伴隨著復雜的生物化學變化，并產生多樣的代謝產物。因此，可利用微生物發酵提高谷物的多酚含量，從而提升其抗氧化性能，為開發功能性谷物新產品提供思路[15]。貝琦[16]利用紅曲霉固態發酵燕麥，測得發酵產物中酚類化合物含量高，提升了紅曲燕麥的生物活性。LEE 等[17]發現絲狀真菌發酵黑豆后菌質中花青素及多酚含量顯著上升，抗氧化能力增強。周志昊等[18]用野生食用菌亞黃粘蓋牛肝菌分別對小麥、玉米、大米、燕麥和蕎麥5 種基質進行固態發酵，發現固態發酵后5 種菌質的抗氧化能力均有所提升，其中蕎麥發酵物具有最強的抗氧化能力。翟飛紅等[19]采用姬松茸固態發酵燕麥、大米、小麥等谷物，發酵后菌質中總酚、氨基酸態氮、水溶性蛋白等營養成分升高。

3 固態發酵谷物產品的開發利用現狀

近年來，隨著消費者對膳食習慣改善健康狀況的日益關注，固態發酵技術在谷物再加工中的應用前景十分可觀。固態發酵具有選擇性強、副產物少、經濟環保等優點，受到很多企業及研究者的青睞。利用真菌固態發酵生物轉化谷物，能改善谷物口感，提升谷物營養價值，發酵產物可以實現谷物的整體加工利用，發酵基質中包含菌絲體的營養成分，可作為食品或配料，為開發新型發酵谷物功能性食品提供新思路。胡景霞等[20]用蛹蟲草菌株BYB-08 固態發酵燕麥生產蛹蟲草燕麥粉。陳孟等[21]探尋固態發酵生產白僵菌孢子粉的最佳條件。

4 結語

微生物固態發酵可以改變谷物形態，提升谷物營養價值，增加谷物附加值，豐富谷物加工形式，但目前關于固態發酵谷物的研究仍存在很多不足。谷物發酵方式依舊較為粗放，產業發展緩慢，產品深加工程度淺；對微生物固態發酵谷物的研究大多停留在討論代謝產物的生理活性，而未對整個發酵過程中代謝產物的變化規律進行深入探討；鮮有研究將發酵谷物轉變為受眾廣、可規模化生產的功能性食品。因此，急需加大對谷物發酵過程中代謝產物演替規律的研究，并依據市場需求，開發功能性谷物產品。