植物酵素的研究進(jìn)展

◎ 周銀喚

（青海大學(xué)生態(tài)環(huán)境工程學(xué)院，青海 西寧 810016）

21世紀(jì)以來，隨著人類對(duì)食物及能源需求的日益增長，僅利用傳統(tǒng)技術(shù)手段已不足以滿足人們的需求。為了解決這一問題，科學(xué)家們?cè)诶脗鹘y(tǒng)的技術(shù)手段的同時(shí)，逐漸將重心轉(zhuǎn)移到生物技術(shù)的開發(fā)利用。而為了加快推進(jìn)生物技術(shù)與生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，我國頒布了《“十三五”生物技術(shù)創(chuàng)新專項(xiàng)規(guī)劃》，并提出到2020年，生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)將發(fā)展成為國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)之一。由此可見，我國已將生物產(chǎn)業(yè)作為推動(dòng)未來科技以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)步的一個(gè)重要領(lǐng)域[1]。

生物技術(shù)的研究和開發(fā)促進(jìn)了食品、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)、環(huán)保、能源化工、航天技術(shù)和海洋開發(fā)等領(lǐng)域的發(fā)展，為人們的生產(chǎn)生活帶來了巨大的福音[2]。

我國生物食品技術(shù)產(chǎn)業(yè)取得了較大的進(jìn)展，主要是發(fā)酵的應(yīng)用和酶的研發(fā)等食品生物技術(shù)的研發(fā)應(yīng)用，同時(shí)也促進(jìn)食品產(chǎn)量的提高和質(zhì)量的安全[3]。

在醫(yī)藥方面，生物技術(shù)的應(yīng)用解決了一些困擾人類的疑難病癥。通過生物技術(shù)手段生產(chǎn)或改良的藥物和疫苗、基因治療、臨床診斷試劑、酶及細(xì)胞固定化技術(shù)、細(xì)胞工程及單克隆抗體技術(shù)和生物芯片等的出現(xiàn)，促進(jìn)了醫(yī)藥的快速發(fā)展[4-5]。

在農(nóng)業(yè)方面，轉(zhuǎn)基因植物技術(shù)的應(yīng)用顯著地提高農(nóng)作物產(chǎn)量以及質(zhì)量，同時(shí)降低了農(nóng)藥污染和生產(chǎn)成本等。特別是生物農(nóng)業(yè)、生物農(nóng)藥、農(nóng)業(yè)生物產(chǎn)業(yè)是當(dāng)前生物農(nóng)業(yè)技術(shù)方面的研究熱點(diǎn)[6]。

植物酵素便是利用生物技術(shù)中的發(fā)酵技術(shù)所產(chǎn)生的一種在食品、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)以及保健品行業(yè)發(fā)揮著其獨(dú)特作用的一種功能性產(chǎn)品。它的出現(xiàn)證明了生物技術(shù)對(duì)人們生產(chǎn)生活的重要性，而且未來或許會(huì)帶人們進(jìn)入全新的“保健時(shí)代”。因此對(duì)植物酵素的研究將有助于人們更好地生產(chǎn)生活。

1 植物酵素

植物酵素又稱為植物發(fā)酵液（Plant Fermented Extract，PFE），是以新鮮的蔬菜、水果、糙米、藥食同源中藥等植物為原料，經(jīng)過榨汁或萃取一系列工藝后，再添加酵母菌、乳酸菌等發(fā)酵菌株進(jìn)行發(fā)酵所產(chǎn)生的含有豐富的糖類、有機(jī)酸、礦物質(zhì)、維生素、酚類、萜類等營養(yǎng)成分以及一些重要的酶類等生物活性物質(zhì)的混合發(fā)酵液[7-9]。

2 植物酵素的制備過程

酵素制備工藝流程：查閱文獻(xiàn)制備方案，選育菌種以及植物原料，無菌水清洗消毒、干燥，切成小塊并將各種原料根據(jù)比例進(jìn)行混勻，根據(jù)方案和需求調(diào)節(jié)糖度及料水比例，投入適量的發(fā)酵菌種開始發(fā)酵，攪拌使其充分均勻，按設(shè)計(jì)的溫度發(fā)酵一定的時(shí)間，根據(jù)需求稀釋所得到的發(fā)酵產(chǎn)物，離心取上清為酵素液[10]。

不同植物酵素所需要的最適發(fā)酵條件以及菌種可能會(huì)不同，在發(fā)酵之前需要查閱參考相應(yīng)的文獻(xiàn)確定好合適的方案，按照方案進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵過程中要注意以下幾個(gè)影響酵素發(fā)酵質(zhì)量和產(chǎn)量的因素。

2.1 發(fā)酵原料

不同發(fā)酵原料產(chǎn)生的酵素成分不同，比如由發(fā)酵糙米所產(chǎn)生的糙米酵素中富含維生素B1和維生素E，且含量顯著高于糙米本身，此外還富含γ-氨基丁酸、谷胱甘肽、γ-谷維醇、米糠纖維等多種生理活性成分。與此相類似的是以蘋果汁、柑橘、梨汁和胡蘿卜汁為發(fā)酵原料并按一定配制比例進(jìn)行發(fā)酵時(shí)，得到的酵素中的維生素C、葉酸和β-胡蘿卜素含量比單獨(dú)用一種水果發(fā)酵所得到的物質(zhì)含量更豐富[10]，這在一定程度上表明植物酵素的濃度和品質(zhì)與所使用的發(fā)酵原料的種類和數(shù)量具有一定的正相關(guān)性[11]，所以不同的發(fā)酵原料將決定所產(chǎn)生的酵素的成分和功能。

2.2 發(fā)酵菌種的選育

目前，國內(nèi)外有關(guān)酵素文獻(xiàn)中大多是利用酵母菌、醋酸菌以及乳酸菌作為發(fā)酵菌種。目前我國主要是采用單一的酵母菌作為發(fā)酵菌種，這種發(fā)酵在發(fā)酵質(zhì)量和產(chǎn)量上不如混合菌發(fā)酵[12]，所以在發(fā)酵中利用混合菌發(fā)酵的方法也是產(chǎn)植物酵素發(fā)酵研究中一個(gè)值得研究的方向。

2.3 發(fā)酵條件的設(shè)置

除了發(fā)酵原料和菌種這兩個(gè)因素外，發(fā)酵條件也直接決定著發(fā)酵的成敗。單因素實(shí)驗(yàn)和正交試驗(yàn)是目前用來確定包括發(fā)酵的最適溫度、最佳pH、濕度、氧氣含量、發(fā)酵時(shí)間等條件的主要方法。而且目前發(fā)酵一般都是依據(jù)菌種和產(chǎn)物，如蛋白酶的活力或產(chǎn)量等指標(biāo)來標(biāo)明最合適的發(fā)酵條件。

3 植物酵素的功能性研究進(jìn)展

在研究探索出關(guān)于植物酵素的各種功能的基礎(chǔ)上，科學(xué)家們開始對(duì)植物酵素的功能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，為將植物酵素產(chǎn)品真正應(yīng)用到實(shí)際生活中而提供了理論依據(jù)。具體的探索應(yīng)用如下。

3.1 在免疫功能方面的研究

最新的研究表明，檸檬酵素[13-14]也可以通過提高麻鴨和雞的一些免疫細(xì)胞來發(fā)揮免疫功能。此外，在證明了植物酵素的免疫功能的同時(shí)，越來越多的科學(xué)家也發(fā)現(xiàn)植物酵素在抗癌方面發(fā)揮一定的作用。吳彬彬等[15]表明植物酵素對(duì)于癌癥（肝癌、S180肉瘤、人結(jié)腸癌等）具有抑制和預(yù)防作用，且這種抑制作用主要是植物酵素可增強(qiáng)免疫力且植物酵素中含有的一些抗癌物質(zhì)在發(fā)揮作用。而這些研究將對(duì)與人類醫(yī)學(xué)上的一些疑難雜癥的破解提供一定的理論基礎(chǔ)，促進(jìn)植物酵素在醫(yī)學(xué)方面的利用與發(fā)展。

3.2 在食品行業(yè)的研究

隨著植物酵素逐漸進(jìn)入人們的視野中，市場上也出現(xiàn)了各種進(jìn)口或者國產(chǎn)的食用性固體和液體以及混合型酵素產(chǎn)品，如我國傳統(tǒng)的酸奶、泡菜、豆瓣醬、豆腐乳、米醋、米酒和蘋果醋等也可以稱為食用型酵素產(chǎn)品[16]。艾學(xué)東[17]等人已經(jīng)利用正交試驗(yàn)和改進(jìn)的發(fā)酵方法，研發(fā)出了良好口感的水果酵素飲料的最佳配方。朱繼元[18]也提出了植物酵素在運(yùn)動(dòng)食品領(lǐng)域可以作為功能性飲品，具有較好的市場前景。

3.3 在保健方面的研究

早在20世紀(jì)90年代，酵素的保健功能便被人們發(fā)現(xiàn)，直到現(xiàn)在，仍然有很多人在研究并推出新的酵素保健食品?，F(xiàn)在科學(xué)家們已經(jīng)對(duì)酵素的保健功能進(jìn)行了大量的研究，將植物酵素的保健功能歸于調(diào)節(jié)腸道菌群、潤腸道通便[19-20]，分解酒精從而保護(hù)肝臟[21]。

3.4 在農(nóng)業(yè)方面的研究

目前，植物酵素在農(nóng)業(yè)方面的研究主要是集中在作為土壤肥料改善土壤品質(zhì)[22-23]。且在這一方面的研究在提高作物產(chǎn)量和減少環(huán)境污染方面發(fā)揮了重要作用，尤其是最近流行的環(huán)保酵素的農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用很大程度上促進(jìn)了生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展[24-25]。

3.5 在清潔抑菌方面的研究

植物發(fā)酵液稀釋后能作為清潔劑，在去除異味、清潔油污等方面具有非常好的效果。此外，植物酵素中的蛋白酶、脂肪酶等酶類活性物可以分解一些污漬和病原微生物，進(jìn)而在一定程度上達(dá)到抑菌的效果，有助于個(gè)人衛(wèi)生的保持與維護(hù)。呂愛軍等[26]研究表明，紅茶菌酵素可以抑制金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和枯草芽孢桿菌的生長，且這種抑制能力與菌液的用量緊密相關(guān)。

4 植物酵素存在的一些問題以及展望

目前我國在植物酵素方面主要存在2個(gè)大的問題：①我國對(duì)植物酵素的研究和開發(fā)相對(duì)較晚，因此國內(nèi)關(guān)于植物酵素方面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定不是很完善。此外國內(nèi)QS認(rèn)證或認(rèn)證的酵素產(chǎn)品較少[27]，所以目前市場上的國產(chǎn)酵素類產(chǎn)品的質(zhì)量仍不能完全得到大眾的信任與推廣，這在一定程度上阻礙了植物酵素的發(fā)展與進(jìn)步。②發(fā)酵本身就是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的技術(shù)，尤其是對(duì)發(fā)酵工藝的控制一直都是發(fā)酵最大的難題。在這個(gè)大的前提下，相對(duì)于日美國家的酵素發(fā)酵工藝，酵素產(chǎn)品以及產(chǎn)生酵素的菌種來說，我國則處于發(fā)展較慢的階段，所以目前國內(nèi)生產(chǎn)的酵素和加工的產(chǎn)品相對(duì)來說種類缺乏多樣性[27]，且工業(yè)發(fā)酵所得到的酵素?zé)o論是在營養(yǎng)價(jià)值還是保健功能方面的產(chǎn)率和質(zhì)量并不是很高。

5 結(jié)語

要提高我國酵素方面的研究和應(yīng)用能力，可從以下兩方面入手：①在未來的發(fā)酵研究中，加快對(duì)酵素產(chǎn)品的研究速度。②大力開發(fā)具有我國知識(shí)產(chǎn)權(quán)的酵素產(chǎn)品加工的新工藝，促進(jìn)我國酵素方面的發(fā)展，提高其競爭力與影響力，讓酵素更好地服務(wù)于人們，使得大眾可以使用和享受本國自己的酵素產(chǎn)品。