薏米發(fā)酵及其產(chǎn)物功能活性研究進(jìn)展

石慶楠，文安燕

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

薏苡（Coxi lachrtmajobiL.）為禾本科玉蜀黍薏苡屬植物，原產(chǎn)于東南亞的熱帶和亞熱帶以及中國(guó)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(guó)遼寧、河北、河南、陜西、江蘇、安徽、浙江、江西、湖北、福建、臺(tái)灣、廣東、廣西、貴州、四川、云南等省區(qū)均有種植或野生[1]。根據(jù)《中國(guó)植物志》記錄，薏米有5個(gè)種和2個(gè)變種，5個(gè)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(gè)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(zhì)、氨基酸、薏苡酯和薏苡素等，還有多種礦物質(zhì)、酚酸、類黃酮、內(nèi)酰胺和甾醇等功能性物質(zhì)[3]。因其具有較高的營(yíng)養(yǎng)保健功能和藥用價(jià)值而被國(guó)家衛(wèi)生部1988年首批公布為藥食同源植物品種之一[4-5]。本文結(jié)合近年來國(guó)內(nèi)外對(duì)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(fā)酵薏米的品質(zhì)及其功能進(jìn)行概述，旨在為延長(zhǎng)薏米加工產(chǎn)業(yè)鏈和開發(fā)高值化新產(chǎn)品提供參考。

1 薏米結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，最外層為堅(jiān)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(shí)產(chǎn)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(zhì)量的70%左右。薏米淀粉顆粒呈現(xiàn)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(guī)則圖形[7]。薏米淀粉由直鏈淀粉和支鏈淀粉構(gòu)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(zhì)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(fā)現(xiàn)薏米中蛋白質(zhì)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(jié)晶度低。薏米脂肪含量為5.1%～9.4%，明顯高于大多數(shù)谷物類。因此，薏米淀粉、蛋白質(zhì)和脂肪含量高，顆粒結(jié)構(gòu)緊密堅(jiān)硬，淀粉顆粒間空隙小，米粒吸水速度慢和吸水量少，導(dǎo)致薏米蒸煮時(shí)間長(zhǎng)，淀粉不易糊化，米粒黏度低且松散，對(duì)其消費(fèi)和加工造成了一定程度的制約[10-11]。目前，微生物發(fā)酵植物基質(zhì)，提升產(chǎn)品品質(zhì)和生理功能，已成為薏米的研究熱點(diǎn)。因此，薏米被開發(fā)成多種發(fā)酵產(chǎn)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(fā)酵薏米

2.1 紅曲發(fā)酵薏米

紅曲菌發(fā)酵谷物過程中會(huì)產(chǎn)生多種次級(jí)代謝產(chǎn)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(fā)現(xiàn)，紅曲霉分別發(fā)酵糙薏米和精薏米后，其脂肪、蛋白質(zhì)、纖維素和總游離氨基酸均高于未發(fā)酵的原料；同時(shí)，紅曲霉發(fā)酵糙薏米和精薏米的抗氧化能力強(qiáng)于原料糙薏米和精薏米。PATTANAGUL P等[15]研究發(fā)現(xiàn)，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(fā)酵薏米，M.purpureusDMKU發(fā)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(fā)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(jià)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(fā)現(xiàn)，紅曲發(fā)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(fā)酵過程中，兩者含量均明顯增加，且發(fā)酵成熟薏米糠理化指標(biāo)及風(fēng)味物質(zhì)均優(yōu)于未發(fā)酵薏米糠。宋增光等[17-18]研究表明，紫色紅曲霉3.4629（CICC 5046）發(fā)酵薏米后，α-生育酚含量高達(dá)12.067 mg/mL；再以紅曲發(fā)酵薏米與紅茶復(fù)配，并測(cè)出25種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，即為烷類（10種）、醇類（8種）、醛類（3種）、脂類（1種）、內(nèi)酯類（1種）、其他類化合物（2種），其中反-4-羥基-3-甲基辛內(nèi)酯為新增風(fēng)味物質(zhì)（含量高達(dá)28.98%）。

紅曲菌發(fā)酵薏米后產(chǎn)生多種次級(jí)代謝產(chǎn)物，并賦予了薏米產(chǎn)品相應(yīng)的功效。DING Y等[19]以紅曲發(fā)酵薏米和大麥麩，經(jīng)試驗(yàn)優(yōu)化后可獲得112.649 mg/kg的洛伐他??；再將紅曲發(fā)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(fā)現(xiàn)降脂顆粒茶具有降血脂作用，同時(shí)對(duì)大鼠腸道菌群和肝臟也有影響。TIEN A等[20]研究發(fā)現(xiàn)，紅曲薏米可通過抑制細(xì)胞間黏附分子-1（intercellular cell adhesionmolecule-1，ICAM-1）的表達(dá)和氧化應(yīng)激來改善FeCl3誘導(dǎo)大鼠動(dòng)脈血栓。LI P等[21]采用紫色紅曲霉（M.purpureus）發(fā)酵薏米，再將其飼喂吸煙誘導(dǎo)肺損傷的小鼠，發(fā)現(xiàn)M.purpureus發(fā)酵的薏米可以通過保護(hù)抗氧化防御機(jī)制、降低氧化應(yīng)激和抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、自噬、凋亡及與肺氣腫相關(guān)的方式改善小鼠的肺損傷。

2.2 酵母發(fā)酵薏米

因薏米富含多種營(yíng)養(yǎng)素和藥理成分，以酵母菌發(fā)酵薏米制成的薏米酒具有一定的市場(chǎng)潛力。郭克娜[22]以澳福酵母發(fā)酵薏米制取薏米酒，其色澤清透，香氣濃郁，口感純正；同時(shí)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(tài)發(fā)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(fā)酵過程中活性物質(zhì)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(zhì)、對(duì)香豆酸、阿魏酸、蘆丁、兒茶素含量呈增加趨勢(shì)。危晴等[24]以釀酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）1394釀造薏米酒，發(fā)現(xiàn)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(shí)，在香氣成分中檢測(cè)到活性成分二丁基羥基甲苯（9.28%），二丁基羥基甲苯為強(qiáng)體外抗氧化劑，具有預(yù)防心血管疾病和癌癥等功能。

此外，XU L等[25]以酵母發(fā)酵脫脂薏米后，其還原糖和蛋白質(zhì)含量降低，γ-氨基丁酸、低分子質(zhì)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(qiáng)，表明酵母發(fā)酵薏米可以改善其營(yíng)養(yǎng)和生物學(xué)特性。HONG I等[26]研究發(fā)現(xiàn)，釀酒酵母（Saccha romyces cerevisiae）發(fā)酵的薏米通過抑制膠原誘導(dǎo)免疫性關(guān)節(jié)炎小鼠的白細(xì)胞介素-1β（interleukin-1β，IL-1β）和類風(fēng)濕因子，降低膠原誘導(dǎo)性關(guān)節(jié)炎發(fā)生率，減輕炎癥和關(guān)節(jié)破壞等方式而展現(xiàn)出具有抗類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎作用。

2.3 裂蹄木層孔菌發(fā)酵薏米

裂蹄木層孔菌（Phellinus linteus）在發(fā)酵過程中產(chǎn)生多糖和黃酮類等活性成分，被認(rèn)為是國(guó)際公認(rèn)的生物抗癌領(lǐng)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(fā)現(xiàn)其產(chǎn)品灰分、脂肪、鮮味、蛋白質(zhì)、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(dāng)量鮮味濃度尤為明顯；同時(shí)，發(fā)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(qiáng)于未發(fā)酵薏米。

2.4 米根霉發(fā)酵薏米

米根霉（Rhizopus oryzae）具有豐富的酶系資源，發(fā)酵后可產(chǎn)生富馬酸、乳酸和乙醇等多種物質(zhì)，是美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局（food and drug administration，F(xiàn)DA）認(rèn)證的安全菌株[30]。徐磊等[31]研究發(fā)現(xiàn)，米根霉發(fā)酵脫脂薏米麩皮后，總游離氨基酸、低分子質(zhì)量多肽比例、游離型多酚和黃酮含量增加，其中游離態(tài)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(fā)酵脫脂薏米麩皮的游離型酚類物質(zhì)提取物抗氧化能力較未發(fā)酵脫脂薏米麩皮增強(qiáng)。

3 細(xì)菌發(fā)酵薏米

3.1 乳酸菌發(fā)酵薏米

乳酸菌是一種重要的工業(yè)微生物，乳酸菌及其代謝產(chǎn)物在人體健康中起著至關(guān)重要的作用。YIN H等[32]以植物乳桿菌（Lactobacillus plantarum）NCU137發(fā)酵薏米，發(fā)現(xiàn)游離氨基酸、游離脂肪酸、可溶性膳食纖維、有機(jī)酸等營(yíng)養(yǎng)成分顯著高于未發(fā)酵薏米，且風(fēng)味獨(dú)特和黏度特性穩(wěn)定，口感和外觀更符合消費(fèi)者的口味，表明植物乳桿菌NCU137發(fā)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(fā)酵含1.5%薏米的全谷物酸奶，發(fā)現(xiàn)全谷物酸奶質(zhì)構(gòu)較柔軟和黏稠、抗氧化能力較強(qiáng)、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(fā)酵乳液中，當(dāng)調(diào)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(shí)，薏米發(fā)酵乳呈乳白色，乳液均勻細(xì)膩，風(fēng)味特殊、奶香純正、酸甜適當(dāng)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(fā)酵10%薏米液，結(jié)果發(fā)現(xiàn)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(qiáng)。王清爽等[36]以干酪乳桿菌（Lactobacillus casei）發(fā)酵發(fā)芽薏米后，低分子質(zhì)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(qiáng)；發(fā)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(shí)，徐磊等[37]研究發(fā)現(xiàn)，與干酪乳桿菌單獨(dú)發(fā)酵相比，菌酶協(xié)同可顯著提高水提取液中多肽、還原糖和總酚含量，增強(qiáng)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(fā)酵、保加利亞乳桿菌（Lactobacillus bulgaricus）和瑞士乳桿菌（Lactobacillus helveticus）發(fā)酵薏米乳，通過非靶向代謝組學(xué)試驗(yàn)共測(cè)出947種代謝產(chǎn)物，其中植物乳桿菌發(fā)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(fā)酵薏米不僅賦予了其多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，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(fā)酵薏米牛乳和薏米豆乳對(duì)高膽固醇飼料喂養(yǎng)的倉鼠脂質(zhì)代謝的作用，發(fā)現(xiàn)飼喂發(fā)酵或未發(fā)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(shí)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(fā)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(yīng)物質(zhì)的水平，表明植物乳桿菌或副干酪乳桿菌發(fā)酵薏米牛乳和薏米豆乳可改善高膽固醇血癥。同時(shí)，WU S等[40]研究發(fā)現(xiàn)，植物乳桿菌發(fā)酵的薏米豆乳能抑制脂多糖誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞RAW 264.7中細(xì)胞因子（NO）、細(xì)胞內(nèi)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(xì)胞介素（interleukin，IL-6）、IL-1β產(chǎn)生、減少誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase，iNOS）和環(huán)氧酶（cyclooxygenase，COX）表達(dá)、顯著降低核轉(zhuǎn)錄因子-κB活性，表明植物乳桿菌發(fā)酵的薏米豆乳具有抗炎活性。

3.2 枯草芽孢桿菌發(fā)酵薏米

以枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）發(fā)酵薏米，不僅改良了薏米的組織結(jié)構(gòu)和營(yíng)養(yǎng)成分，而且賦予了獨(dú)特風(fēng)味，還增強(qiáng)了薏米的功能活性。董岳峰等[41]以枯草芽孢桿菌發(fā)酵薏米納豆，其產(chǎn)品氣味芳香，黏液較多，氨基酸成分豐富，感官品質(zhì)良好；氨基酸態(tài)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(fā)現(xiàn)，枯草芽孢桿菌發(fā)酵薏米可高量富集川芎嗪（6.93 mg/mL）和纖溶酶，同時(shí)發(fā)酵薏米樣品中總游離氨基酸、γ-氨基丁酸、總黃酮、總多酚、總?cè)?、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(fā)酵薏米對(duì)以高膽固醇飼料喂養(yǎng)的高脂血癥倉鼠的脂代謝、抗氧化狀態(tài)和腸道菌群的影響，發(fā)現(xiàn)飼喂薏米發(fā)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(yīng)性物質(zhì)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(fā)酵薏米

王穎[5]以巴氏醋桿菌巴氏亞種（Acetobacter rancensvar.turbidans）AS1.41發(fā)酵薏米制成薏米醋，發(fā)現(xiàn)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(shì)，但酸度、氨基酸態(tài)氮和有機(jī)酸含量呈現(xiàn)持續(xù)增加的趨勢(shì)。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(fā)酵菌株，研究表明固態(tài)法釀制的碎薏米醋醅的揮發(fā)性香氣成分種類達(dá)39種，且酸味柔和、稍甜、醇香，具有薏仁特有的香氣；同時(shí)，固態(tài)發(fā)酵的碎薏米醋中多糖、揮發(fā)性成分、不揮發(fā)酸以及可溶性無鹽固形物含量均高于液態(tài)發(fā)酵。

4 結(jié)語

通過微生物（如紅曲霉、酵母菌、乳桿菌和芽孢桿菌等）發(fā)酵方式對(duì)薏米進(jìn)行深加工，其本質(zhì)是通過微生物或酶的作用，實(shí)現(xiàn)改善薏米的組織結(jié)構(gòu)，提高制品營(yíng)養(yǎng)、風(fēng)味及食用品質(zhì)，增強(qiáng)產(chǎn)品功能活性。為了利用可控的發(fā)酵技術(shù)來提高薏米營(yíng)養(yǎng)水平、營(yíng)養(yǎng)醫(yī)學(xué)和食品工業(yè)中的應(yīng)用，主要從以下幾個(gè)點(diǎn)開展：①加強(qiáng)菌種選育，為薏米發(fā)酵提供

優(yōu)良菌株；②開發(fā)新型發(fā)酵技術(shù)對(duì)薏米進(jìn)行加工，并探討加工過程（粉碎、浸泡、蒸煮、糖化和發(fā)酵）及新型發(fā)酵技術(shù)對(duì)薏米組織結(jié)構(gòu)、營(yíng)養(yǎng)活性物質(zhì)組成、含量、存在形式等的影響；③薏米發(fā)酵過程中功能性成分生成、釋放或消化的內(nèi)在機(jī)制；④薏米發(fā)酵產(chǎn)品中活性物質(zhì)的健康效應(yīng)（如降血糖血脂、調(diào)節(jié)腸道微生物、抗炎、抗類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎及抗癌等）及其作用機(jī)制；⑤加強(qiáng)多種加工方式（生物發(fā)酵與其他加工形式）的結(jié)合，深入探討多種加工方式結(jié)合下新型薏米產(chǎn)品中品質(zhì)變化及形成的科學(xué)機(jī)制，為新型薏米發(fā)酵產(chǎn)品的高值化利用提供科學(xué)的理論依據(jù)。