水果酵素的保健功能與應(yīng)用研究進(jìn)展

赫 亮

(遼寧省林業(yè)科學(xué)研究院，遼寧 沈陽(yáng) 110032)

酵素是生物體內(nèi)不可或缺的物質(zhì)，是一種能在生物體內(nèi)或生物體外引發(fā)化學(xué)反應(yīng)而又不消耗自身的生物催化劑[1]。其能加速化學(xué)反應(yīng)的速度，使反應(yīng)達(dá)到可觀察的水平，同時(shí)使反應(yīng)的熱力學(xué)過(guò)程更加有利，但對(duì)反應(yīng)的平衡狀態(tài)沒(méi)有影響。水果是人們?nèi)粘ｏ嬍持谐Ｒ?jiàn)的食物之一，而且具有豐富的營(yíng)養(yǎng)成分和生物活性物質(zhì)[2]。20世紀(jì)初，研究人員開始對(duì)酶進(jìn)行深入研究，并發(fā)現(xiàn)許多酶存在于水果中[3]，其在生長(zhǎng)過(guò)程中自然會(huì)發(fā)生發(fā)酵現(xiàn)象，這種發(fā)酵能夠使水果的口感、香味和保質(zhì)期得到改善，同時(shí)還能夠增加其營(yíng)養(yǎng)成分的含量和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[4]，引起了人們對(duì)水果酵素的興趣。隨著人們對(duì)不同水果進(jìn)行發(fā)酵和酵素成分提取鑒定以及產(chǎn)品開發(fā)等研究工作的大量開展，目前已探索建立了大量水果酵素的生產(chǎn)工藝，并開發(fā)了許多相關(guān)產(chǎn)品，使得水果酵素產(chǎn)業(yè)具備了較為廣闊的開發(fā)和應(yīng)用前景[5]。本綜述總結(jié)了以水果作為原料產(chǎn)生酵素的種類、產(chǎn)品、發(fā)酵工藝、保健作用以及應(yīng)用，并對(duì)水果酵素研究進(jìn)行了展望，旨在為水果酵素相關(guān)研究的系統(tǒng)化和產(chǎn)業(yè)化提供重要參考[5]。

1 水果酵素的種類

水果是理想的益生菌載體，因?yàn)槠洳粌H含有維生素和礦物質(zhì)等多種營(yíng)養(yǎng)成分，還富含促進(jìn)微生物生長(zhǎng)代謝的糖類物質(zhì)。經(jīng)過(guò)益生菌發(fā)酵的水果酵素能夠提升水果加工產(chǎn)品的整體品質(zhì)，并保留原料的特殊風(fēng)味。根據(jù)不同的水果類型，水果酵素主要分為以下幾種。

1.1 柑果類酵素

柑果類酵素是一種由柑果類水果發(fā)酵制成的酵素產(chǎn)品。柑果類，又被稱為柑橘類，是蕓香科中最常見(jiàn)的水果之一，包括橙子、橘子、檸檬、柑橙和柚子。柑果類水果散發(fā)出獨(dú)特的清香氣味，外皮堅(jiān)硬，果肉柔軟多汁，內(nèi)部含塊狀果瓤。柑果類水果富含維生素、蛋白質(zhì)、有機(jī)酸和膳食纖維等營(yíng)養(yǎng)成分，同時(shí)也含有一些功能性物質(zhì)，如黃酮和酚酸。在上述多種活性功能成分的綜合作用下，柑果類水果酵素具有滋潤(rùn)健胃，強(qiáng)化血管，排除體內(nèi)毒素，降低膽固醇并預(yù)防感冒及牙齦出血等功效[6]。

1.2 漿果類酵素

漿果類酵素是由漿果類水果進(jìn)行發(fā)酵制作而成，漿果類水果具有柔軟的外皮、厚實(shí)多汁的果肉和豐富的汁液，非常適合用于制作水果酵素。常見(jiàn)的漿果類酵素包括葡萄酵素、藍(lán)莓酵素、樹莓酵素和草莓酵素等，因其良好的口感，深受銷售者喜愛(ài)。漿果類水果酵素具有多種功效，如補(bǔ)血安神、清熱生津、增強(qiáng)腎臟功能、利尿止瀉、促進(jìn)消化、強(qiáng)健神經(jīng)并補(bǔ)充血液等[5]。

1.3 仁果類酵素

仁果類酵素是利用仁果類水果進(jìn)行發(fā)酵制作而成，典型的有蘋果酵素、梨酵素、枇杷酵素等。仁果類水果的果皮和果肉是主要食用部分，含有豐富的多糖、維生素和纖維素等活性功能成分，同時(shí)富含鈣、磷、鉀和微量元素鐵、鋅等物質(zhì)。仁果類酵素具有維護(hù)心臟血管的正常運(yùn)作，促進(jìn)腎功能，調(diào)理腸胃，以及排除體內(nèi)毒素等功效[7]。

1.4 其他類水果酵素

除上述典型水果酵素以外，近年來(lái)，各地積極探索延長(zhǎng)水果產(chǎn)業(yè)鏈的方法，許多水果產(chǎn)區(qū)根據(jù)自身產(chǎn)業(yè)特點(diǎn)，還陸續(xù)研發(fā)了一些特殊的水果酵素產(chǎn)品，如香蕉酵素、芒果酵素、木瓜酵素、鳳梨酵素和椰子酵素等[8]。

在制備水果酵素的過(guò)程中，不僅可以利用水果肉進(jìn)行發(fā)酵，還有許多研究利用水果皮進(jìn)行發(fā)酵的方法。如，對(duì)橘子皮、火龍果皮和香蕉皮進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)的酵素，在抗氧化活性方面，橘子皮制備的酵素效果較好。還有研究人員利用葡萄果渣進(jìn)行酵素的生產(chǎn)，并證明葡萄果渣酵素具有明顯的抗氧化作用[9]。

2 水果酵素的保健功能

2.1 優(yōu)化腸道環(huán)境

水果酵素能夠幫助分解蛋白質(zhì)、脂肪和碳水化合物等食物成分，這對(duì)于減少消化不良和腸胃不適非常關(guān)鍵。通過(guò)加速食物的分解過(guò)程，水果酵素能夠提高人體對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收率，并減少消化系統(tǒng)所承受的負(fù)擔(dān)。如，藍(lán)莓果渣酵素[10]，能夠有效緩解腹脹、便秘等不適癥狀，具有調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)平衡和促進(jìn)益生菌增殖的作用，從而提高整體消化過(guò)程的效率。通過(guò)降低腸道內(nèi)有害菌群數(shù)量，并增強(qiáng)有益菌群的活性，水果酵素能夠創(chuàng)造一個(gè)更健康、平穩(wěn)的腸道環(huán)境。

2.2 抗菌消炎

水果酵素具有抗菌抗炎的功效，當(dāng)人體組織細(xì)胞局部受損且感染病原菌引起發(fā)炎時(shí)，水果酵素能夠?qū)⒋罅堪籽蜣D(zhuǎn)運(yùn)過(guò)來(lái)，抵御病原菌的侵襲，從而有效緩解感染細(xì)胞的炎癥。此外，水果酵素還具有刺激免疫細(xì)胞分裂和增殖的功能，進(jìn)而產(chǎn)生更多的抗體，使免疫功能逐漸恢復(fù)到動(dòng)態(tài)平衡。董銀卯等[11]對(duì)水果酵素的研究表明，通過(guò)抑制特定細(xì)胞因子的活性，這些酵素能夠降低體內(nèi)慢性炎癥程度，有效緩解身體疼痛和不適，并減輕腫痛等炎癥反應(yīng)從而改善感覺(jué)神經(jīng)傳導(dǎo)并提升身體狀態(tài)。

2.3 降低膽固醇

酵素能降低膽固醇水平，維護(hù)心血管健康，減少心臟疾病的風(fēng)險(xiǎn)。商日玲等[12]對(duì)沙棘提取物酵素飲料的研究顯示，沙棘提取物酵素能夠有效降低血漿膽固醇，增加腸道益生菌，改善脂質(zhì)代謝酶的活性，具有降血脂、抗氧化、增強(qiáng)免疫力等功能。

3 水果酵素的發(fā)酵工藝

水果酵素傳統(tǒng)的制備方法主要依賴于自然發(fā)酵的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，利用水果蔬菜本身所含的酵母、乳酸菌等微生物來(lái)發(fā)酵。與此相比，傳統(tǒng)制備方法并不對(duì)果蔬原料進(jìn)行巴氏殺菌處理，這樣就能夠有效地保留原材料本身固有的風(fēng)味和營(yíng)養(yǎng)成分[13]。傳統(tǒng)果蔬酵素飲料的研究熱點(diǎn)主要集中在提高其抗氧化活性等功能作用。

傳統(tǒng)的自然發(fā)酵技術(shù)主要是固體發(fā)酵技術(shù)，是借助自然環(huán)境的野生菌進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵時(shí)間較長(zhǎng)，發(fā)酵工藝不穩(wěn)定，易受環(huán)境因素影響，發(fā)酵終點(diǎn)以人為經(jīng)驗(yàn)判斷為準(zhǔn)，發(fā)酵產(chǎn)物的安全性、有效性、穩(wěn)定性難以保證[12]。而現(xiàn)代發(fā)酵精準(zhǔn)，時(shí)間短，發(fā)酵效果穩(wěn)定，生產(chǎn)效率和安全性較高。現(xiàn)代發(fā)酵技術(shù)根據(jù)發(fā)酵方式不同分為固體發(fā)酵技術(shù)、液體發(fā)酵技術(shù)、雙向發(fā)酵技術(shù)。

酵素的發(fā)酵工藝是制備高品質(zhì)酶類制品的關(guān)鍵因素之一[14]。目前，酵素的發(fā)酵工藝一般可分為發(fā)酵前處理、分離純化、培養(yǎng)條件優(yōu)化等步驟。發(fā)酵前處理是一個(gè)非常重要的步驟，涉及對(duì)發(fā)酵基質(zhì)的處理，以創(chuàng)造出適合酵母或細(xì)菌生長(zhǎng)的環(huán)境。這個(gè)處理過(guò)程可以包括調(diào)整基質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)成分，如添加適量的碳源、氮源和微量元素，以滿足生物體所需的營(yíng)養(yǎng)需求。此外，在發(fā)酵前還需要對(duì)基質(zhì)進(jìn)行消菌處理，以避免不必要的細(xì)菌或真菌污染。另外的關(guān)鍵步驟是分離純化。在發(fā)酵過(guò)程中，往往需要與其他生物體協(xié)同作用才能實(shí)現(xiàn)最佳產(chǎn)率和效果。因此，在獲得發(fā)酵液后，需要對(duì)其中包含的目標(biāo)產(chǎn)品(如特定類型的酵素)進(jìn)行一定程度的分離和純化工作。有助于去除雜質(zhì)，提高產(chǎn)品純度，并減少對(duì)下游操作(如濃縮、固體-液相分離等)帶來(lái)的影響。培養(yǎng)條件優(yōu)化也是提高酵素產(chǎn)量和品質(zhì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。為了實(shí)現(xiàn)更高效率和更穩(wěn)定的發(fā)酵過(guò)程，其中包括但不限于調(diào)整發(fā)酵溫度，控制培養(yǎng)基的pH值，調(diào)節(jié)氣體成分(如氧氣和二氧化碳濃度)，合理安排培養(yǎng)時(shí)間，并控制酵母或細(xì)菌的初始濃度等因素。通過(guò)對(duì)這些條件進(jìn)行優(yōu)化，可以提供最適宜的生長(zhǎng)環(huán)境，促進(jìn)酵素產(chǎn)量的增加，并且保證產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。

4 水果酵素的應(yīng)用

隨著水果酵素研究的不斷發(fā)展，相應(yīng)水果酵素產(chǎn)品和工藝已在各個(gè)行業(yè)得到非常廣泛的應(yīng)用，如在食品加工、化工、環(huán)境治理、能源、制藥等方面。

水果酵素飲料是水果酵素產(chǎn)品在食品領(lǐng)域應(yīng)用的典型代表，水果酵素飲料是指水果在多種有益菌自然條件下發(fā)酵而成的富含酶、多種維生素、礦物質(zhì)和次級(jí)代謝產(chǎn)物等功能成分的發(fā)酵飲料。酵素飲料在海外已經(jīng)得到大眾的認(rèn)可。據(jù)現(xiàn)有研究報(bào)道，酶飲料具有抗菌、抗氧化、改善腸道菌群等功效，有益于人體健康。目前已經(jīng)研制成功的水果酵素飲料有軟棗獼猴桃酵素飲料[15]、藍(lán)莓酵素飲料[16]、玉米須果蔬酵素飲料[17]等，這些水果酵素飲料的開發(fā)對(duì)應(yīng)飲料市場(chǎng)的多樣性以及食品產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展具有重要作用。

除了在食品領(lǐng)域的應(yīng)用外，水果酵素還在其他領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。植物酵素在種植業(yè)上具有改良土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)植物生長(zhǎng)，增產(chǎn)提質(zhì)等功效，展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景[18]。李方志等在施用化肥和農(nóng)藥20多年的耕地上施用5種不同濃度的水果殘?jiān)h(huán)保酵素液，研究結(jié)果顯示，環(huán)保酵素對(duì)土壤有改良效果，可改善土壤質(zhì)量，其中以持續(xù)施澆1∶750環(huán)保酵素的改良效果最佳，可有效增加土壤速效鉀含量6.06%。

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們對(duì)個(gè)人安全的日益重視，化妝品中的化學(xué)成分也備受關(guān)注[19]。幾經(jīng)研究證實(shí)，長(zhǎng)期接觸皮膚的化學(xué)添加劑可能對(duì)肌膚造成損害。當(dāng)下的酵素面膜在提升肌膚亮白度方面具有顯著的效果，其通過(guò)抑制和排除體內(nèi)的黑色素、脂褐素和葉紅素等色素，以達(dá)到美白的目的。許多含有酵素成分的化妝品采用了抑制酪氨酸酶活性的機(jī)制，從而實(shí)現(xiàn)皮膚美白的效果。還有一些產(chǎn)品則添加了李子酵素等酵素物質(zhì)[20]，以抑制角化細(xì)胞對(duì)黑色素的吞噬作用，進(jìn)而防止皮膚變黑，達(dá)到美白的效果。

5 展望

水果酵素工藝和相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)對(duì)于探索新型保健酵素種類，增加酵素產(chǎn)品豐富性，提高我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品附加值，創(chuàng)新醫(yī)學(xué)和生物技術(shù)以及解決環(huán)境問(wèn)題等方面具有重要的意義。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，水果酵素品質(zhì)、功能和安全性受到發(fā)酵過(guò)程中微生物群落結(jié)構(gòu)與代謝物變化規(guī)律的嚴(yán)重影響。因此，發(fā)酵時(shí)間的選擇和過(guò)程調(diào)控必須結(jié)合考慮微生物群落結(jié)構(gòu)的改變以及產(chǎn)物的實(shí)際狀況。在發(fā)酵菌種上，除了常用的酵母菌、乳酸菌和醋酸菌等微生物，還可多發(fā)掘新菌種用于水果的發(fā)酵和酵素產(chǎn)品研發(fā)，增加水果酵素產(chǎn)品的豐富性和多樣性。另外，通過(guò)選育合適菌種或混菌發(fā)酵，合理延長(zhǎng)發(fā)酵時(shí)間，采取合適的滅菌和干燥方式等后處理方式，尤其是考慮高溫滅菌和噴霧干燥的方式，通過(guò)低溫、避光、無(wú)氧的貯藏條件進(jìn)行水果酵素產(chǎn)品的儲(chǔ)藏，在一定程度上有利于提高酵素產(chǎn)品的穩(wěn)定性。由于單一的水果酵素在保健功能和產(chǎn)品特色上仍然無(wú)法發(fā)揮最優(yōu)的效果，因此在發(fā)酵材料選擇上，有必要研究開發(fā)新型的復(fù)合水果酵素，以水果酵素為主要原料，與其他類別的酵素進(jìn)行配伍，研發(fā)特色復(fù)合酵素或螯合酵素產(chǎn)品。

近年來(lái)，水果酵素領(lǐng)域?qū)τ诎l(fā)酵工藝、酵素成分效用以及酵素產(chǎn)品開發(fā)這些方面的研究相對(duì)較多，但相關(guān)基礎(chǔ)研究過(guò)于薄弱，不夠系統(tǒng)，發(fā)酵過(guò)程導(dǎo)致酵素成分和效用變化以及保健功能的分子機(jī)理和調(diào)控機(jī)制等方面仍然鮮有研究，限制了水果酵素研究理論基礎(chǔ)的建立和完善。基于此，未來(lái)應(yīng)借助基因工程和細(xì)胞工程等現(xiàn)代生物技術(shù)手段，針對(duì)水果酵素菌種代謝機(jī)制、功能性成分評(píng)價(jià)等方面開展生理、生化、分子層面的系統(tǒng)研究，對(duì)推動(dòng)水果酵素相關(guān)研究的深入具有重要的意義。