玉米微生物發(fā)酵研究進(jìn)展

甄翠榮

摘 要：玉米是優(yōu)良的糧食作物，分布廣泛，營(yíng)養(yǎng)豐富且廉價(jià)易得。但玉米自身的組成及加工特性，極大地限制了其食品加工及高附加值產(chǎn)品的應(yīng)用開(kāi)發(fā)，而微生物發(fā)酵可以有效提高玉米的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和加工性能。本文對(duì)玉米的營(yíng)養(yǎng)保健價(jià)值、玉米微生物發(fā)酵的特點(diǎn)、營(yíng)養(yǎng)及加工性能改變進(jìn)行了總結(jié)，以期為開(kāi)發(fā)高附加值的玉米發(fā)酵食品提供參考。

關(guān)鍵詞：玉米發(fā)酵;微生物;營(yíng)養(yǎng)成分;加工性能

Abstract：Corn with rich nutrition， cheap price and easy gain is one of the most widely distributed crops. However， due to the characteristics of corn and maize processing， its development as staple and value-added foods is greatly restricted. Microbial fermentation can well improve the nutritional value and processing performance of corn. This article summarizes the research status of the nutritional and health value of corn， the characteristics of potential corn fermenting microorganisms and the improvements in corn nutrition and processing performance. This summary intends to provide a reference for the development of high-value fermented corn food.

Key words：Corn fermentation; Microorganisms; Nutrient composition; Processing performance

中圖分類號(hào)：S38

世界人口的增長(zhǎng)、食物需求的增加及飲食習(xí)慣的改變，對(duì)全球糧食系統(tǒng)提出了巨大挑戰(zhàn)。如何滿足人類對(duì)食品日益增長(zhǎng)的需求，提供健康易得的飲食，構(gòu)建健康可持續(xù)的食品體系，是亟待解決的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題[1]。

玉米是一種重要食物資源，且在營(yíng)養(yǎng)健康食品中占有重要地位[2]，但是玉米自身組成及加工特性，限制了玉米食品的開(kāi)發(fā)及市場(chǎng)的發(fā)展。微生物發(fā)酵可以提高玉米營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，改善玉米加工性能及玉米食品感官性狀[3]。國(guó)內(nèi)關(guān)于玉米發(fā)酵及玉米發(fā)酵食品的研發(fā)較少，要開(kāi)發(fā)優(yōu)良的玉米發(fā)酵食品，急需采用創(chuàng)新戰(zhàn)略，選擇不同的微生物群落。

1 玉米的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值

玉米含72%淀粉、10%蛋白質(zhì)、4%脂肪、3%膳食纖維[4]，并富含鈣、鐵、鎂、硒、維生素等營(yíng)養(yǎng)保健物質(zhì)[5];高含量的纖維素既有降低血壓、調(diào)節(jié)血糖等功能，還具預(yù)防肥胖癥和便秘的作用[6];豐富的不飽和脂肪酸，易于人體消化吸收[7];核黃素對(duì)眼睛有一定保健作用[8];天然維生素E可延緩衰老，激發(fā)機(jī)體免疫系統(tǒng)[6];玉米中富含谷胱甘肽，開(kāi)發(fā)成保健食品具有增強(qiáng)機(jī)體免疫力的潛力[9]。

2 玉米的微生物發(fā)酵

我國(guó)發(fā)酵食品歷史悠久，目前玉米發(fā)酵方面研究最多的是植物乳桿菌、枯草芽孢桿菌、釀酒酵母等。

2.1 植物乳桿菌

植物乳桿菌不僅可以提高發(fā)酵食品的安全性和延長(zhǎng)保質(zhì)期，而且還具有多種保健價(jià)值，如產(chǎn)生維生素B2和維生素B9，抗?fàn)I養(yǎng)化合物的降解或酶的產(chǎn)生等[10]。Decimo等以植物乳桿菌發(fā)酵玉米麩皮，增加了玉米中可溶性膳食纖維的含量，同時(shí)植酸含量降低，有利于身體對(duì)鈣、鎂等重要元素的吸收[11]。胡畔以乳酸菌發(fā)酵玉米粉，使持水力下降了32%，凝膠力提升了12%，玉米面團(tuán)黏度增大了4.8倍[12]。李曉娜等以植物乳桿菌發(fā)酵玉米粉，使制備的玉米面條成條性好，損失率低[13]。另外，植物乳桿菌對(duì)不同的生態(tài)環(huán)境有較強(qiáng)的適應(yīng)能力，這表明其是進(jìn)行功能性食品設(shè)計(jì)的優(yōu)良候選菌屬。

2.2 枯草芽孢桿菌

枯草芽孢桿菌是被FDA歸類為“公認(rèn)安全”的發(fā)酵菌株。目前，枯草芽孢桿菌由于具有抗生素特性、產(chǎn)生酶和生物防治劑等多種功能而引起人們的關(guān)注[14]。

陳丹陽(yáng)等以枯草芽孢桿菌發(fā)酵玉米粉，使可溶性肽含量提高到原來(lái)的13.3倍，具有突出的抗氧化活性[15]。閆亞婷等以枯草芽孢桿菌固態(tài)發(fā)酵玉米粉，使玉米淀粉分解率高達(dá)37.76%，可溶性糖含量提高1.72倍[16]。李妹睿等用枯草芽孢桿菌發(fā)酵玉米粉，使淀粉含量下降，其可溶性糖及氨基酸含量都有顯著增加[17]?？莶菅挎邨U菌分泌的胞外酶在玉米食品發(fā)酵中將發(fā)揮愈來(lái)愈重要的作用。

2.3 釀酒酵母

釀酒酵母是食品加工中常用的菌種，富含蛋白質(zhì)、維生素等多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，具有抗氧化、提高免疫力等功能[18]。用釀酒酵母固態(tài)發(fā)酵玉米可以有效改善小鼠的免疫功能[19]。Daria等以釀酒酵母進(jìn)行糖化同步發(fā)酵玉米粉，使玉米粉保水性提高和黏彈性增強(qiáng)[20]。隨著對(duì)釀酒酵母代謝網(wǎng)絡(luò)了解逐漸深入，基因工程酵母也用于玉米粉固態(tài)發(fā)酵研究。高齊與李博均采用經(jīng)過(guò)紫外誘變和篩選馴化后的釀酒酵母發(fā)酵玉米粉，使支鏈淀粉下降，還原糖和直鏈淀粉的含量明顯提高[21-22]?？梢?jiàn)釀酒酵母發(fā)酵玉米粉，應(yīng)用開(kāi)發(fā)潛力巨大。

3 結(jié)語(yǔ)

目前，玉米發(fā)酵食品研究尚不多見(jiàn)。玉米微生物發(fā)酵主要集中于產(chǎn)生風(fēng)味物及健康因子、分泌功能酶系及改善食品質(zhì)地等相關(guān)研究，玉米發(fā)酵將在獲得價(jià)廉易得的健康食品中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，并促進(jìn)可持續(xù)食品體系的發(fā)展[23]。但是，目前發(fā)酵過(guò)程仍面臨著標(biāo)準(zhǔn)化和優(yōu)化的挑戰(zhàn)，這與食品質(zhì)量、安全性、可持續(xù)性發(fā)展息息相關(guān)。根據(jù)發(fā)酵玉米微生物的特點(diǎn)，用植物乳桿菌、枯草芽孢桿菌、釀酒酵母等食品級(jí)微生物，組合發(fā)酵玉米生產(chǎn)保健食品，其發(fā)酵潛力有待進(jìn)一步探究。

參考文獻(xiàn)：

[1]Lindgren E，Harris F，Dangour A D，et al. Sustainable Food Systems-a Health Perspective[J].Sustain Sci，2018，13（6）：1505-1517.

[2]Butts-Wilmsmeyer C，Yana N A，Kandhola G，et al. High-throughput， Microscale Protocol for the Analysis of Processing Parameters and Nutritional Qualities in Maize（Zea mays L.）[J].Journal of visualized experiments：JoVE，2018（136）：e57809.

[3]姚尚杰，金垚，周榮清，等.傳統(tǒng)發(fā)酵食品中微生物間相互作用及應(yīng)用[J].生物產(chǎn)業(yè)技術(shù)，2019（4）：48-54.

[4]馬先紅，房忠慧，李雪晶，等.玉米發(fā)酵食品研究現(xiàn)狀[J].食品工業(yè)，2020，41（4）：264-267.

[5]鄭華杰.共生玉米基酸奶型功能食品的研制[D].長(zhǎng)春：吉林大學(xué)，2016.

[6]馬先紅，賈宇涵，劉鑫.玉米膳食纖維研究進(jìn)展[J].食品研究與開(kāi)發(fā)，2017，38（24）：209-212.

[7]周飄，陳慶富，黃娟.糧食作物保健食品的研究進(jìn)展[J].中國(guó)食物與營(yíng)養(yǎng)，2019，25（7）：20-25.

[8]趙延福，張慧，李慧，等.天然類胡蘿卜素功能性產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用[J].中國(guó)食品添加劑，2017（8）：154-159.

[9]盧思妍.老年人粗糧益生發(fā)酵可蒸煮健康食品的研制[D].長(zhǎng)春：吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)，2018.

[10]Behera S S，Ray R C，Zdolec N. Lactobacillus plantarum with Functional Properties： An Approach to Increase Safety and Shelf-Life of Fermented Foods[J].Biomed Res Int，2018：9361614.

[11]Decimo M，Quattrini M，Ricci G，et al. Evaluation of Microbial Consortia and Chemical Changes in Spontaneous Maize Bran Fermentation[J].AMB Express，2017，7（1）：205.

[12]胡畔.米根霉和乳酸菌固態(tài)發(fā)酵玉米粉及其理化加工特性的變化[D].哈爾濱：哈爾濱商業(yè)大學(xué)，2020.

[13]李曉娜，亓鑫，趙卉，等.植物乳桿菌改性玉米粉制作玉米面條的工藝及品質(zhì)分析[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2019，45（5）：185-189.

[14]Lee K H，Kim S H，Woo K S，et al.Functional beverage from fermented soymilk with improved amino nitrogen，beta-glucosidase activity and aglycone content using Bacillus subtilis starter[J]. Food Sci Biotechnol，2016，25（5）：1399-1405.

[15]陳丹陽(yáng)，張振洋，黎劍，等.枯草芽孢桿菌發(fā)酵玉米黃粉制備可溶性肽[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2019，45（14）：78-83.

[16]閆亞婷，周安國(guó)，王之盛.枯草芽孢桿菌固態(tài)發(fā)酵玉米粉的研究[J].中國(guó)糧油學(xué)報(bào)，2011，26（1）：52-55.

[17]李姝睿，牛春華，劉新鳳，等.枯草芽孢桿菌胞外酶對(duì)于玉米粉的修飾改性研究[J].中國(guó)釀造，2013，32（9）：60-63.

[18]Zha M，Sun B，Wu Y，et al.Improving flavor metabolism of Saccharomyces cerevisiae by mixed culture with Wickerhamomyces anomalus for Chinese Baijiu making[J]. J Biosci Bioeng，2018，126（2）：189-195.

[19]張慶霞.玉米粉改性的研究現(xiàn)狀與展望[J].食品研究與開(kāi)發(fā)，2019，40（10）：206-211.

[20]DARIS SP.The Effect of Structural Changes of Starch by Stillage Recycling and Scaling up of the Process[J].Fuel，2014，1（19）：328-334.

[21]李博.酵母菌固態(tài)發(fā)酵對(duì)玉米粉品質(zhì)的改良[D].濟(jì)南：濟(jì)南大學(xué)，2015.

[22]高齊，蘇政波，劉寶祥，等.酵母菌固態(tài)發(fā)酵玉米粉營(yíng)養(yǎng)成分的變化[J].山東食品發(fā)酵，2015（4）：3-5.

[23]姚粟，于學(xué)健，白飛榮，等.中國(guó)傳統(tǒng)發(fā)酵食品用微生物菌種名單的研究[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2017，43（9）：238-258.