小麥麩皮固態(tài)發(fā)酵的研究應用現(xiàn)狀

張篤芹，譚 斌?，汪麗萍，葉彥均

（1.國家糧食和物資儲備局科學研究院，北京 100037；2.中南林業(yè)科技大學，湖南 長沙 410004）

小麥（Triticum aestivum）作為在世界各地廣泛種植的谷類作物，主要用于人類主食和牲畜飼料[1-2]。小麥籽粒由麩皮、胚芽和胚乳三個部分組成，麩皮位于小麥籽粒的最外層，約占小麥籽?？傊氐?3%～19%[3]。作為小麥粉碾磨過程中最主要的加工副產(chǎn)物，小麥麩皮中較高的蛋白質(zhì)、脂肪和粗纖維含量使其吸水性強、易霉變、易被嘔吐毒素污染，大大縮短了儲存時間，易對環(huán)境造成污染且處理成本高[4]。因此，小麥麩皮的綜合利用受到國內(nèi)外的廣泛關注。目前對于小麥麩皮的應用主要是作為生物煉制的加工原料、動物飼料和人類食品[2,5]。據(jù)統(tǒng)計，約90%的小麥麩皮用作動物飼料和生物煉制，約10%的小麥麩皮則與小麥仁一起碾磨制成全麥面粉作為膳食纖維補充來源，用于焙烤、油炸和早餐谷物[6-7]。

固態(tài)發(fā)酵是在沒有或接近沒有自由水的情況下，于惰性載體或水不溶性底物上進行的發(fā)酵過程[8-9]。由于固態(tài)發(fā)酵在游離水極少的條件下進行，更加接近微生物適應的自然環(huán)境，因此，相比于其他生物加工技術，固態(tài)發(fā)酵具有更高的發(fā)酵生產(chǎn)力、更低的分解代謝阻遏、更低的水分活性以及更低的無菌操作要求等[9]。此外，固態(tài)發(fā)酵還可利用低成本的農(nóng)工廢棄物作為惰性載體（固體基質(zhì)/底物），如小麥麩皮的應用就極大的解決了農(nóng)工廢棄物的環(huán)境污染及其處置的高成本問題[10]。已有報道的小麥麩皮固態(tài)發(fā)酵廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)，特別在生物活性代謝產(chǎn)物、微生物菌劑、全谷物食品及飼料等生產(chǎn)領域得到了極為廣泛的應用[11-12]。

本文綜述小麥麩皮固態(tài)發(fā)酵在代謝產(chǎn)物（酶制劑、有機酸和抗生素）、微生物菌劑（昆蟲病原菌、拮抗真菌和益生菌）、全谷物食品加工和飼料等領域的應用及研究進展，并對小麥麩皮的固態(tài)發(fā)酵在工業(yè)生產(chǎn)中的應用前景進行了展望，以期為實現(xiàn)小麥麩皮固態(tài)發(fā)酵的規(guī)模化生產(chǎn)提供理論支撐。

1 小麥麩皮

小麥麩皮中粗蛋白質(zhì)含量為11.77%～17.02%，粗脂肪為 2.33%～3.35%，粗纖維約 8.45%，除此之外，小麥麩皮中還含有豐富的生物活性物質(zhì)，如阿拉伯木聚糖 10.9%～26.0%[13-14]、β-葡聚糖2.1%～2.5%[15]、酚酸 0.1%～1.1%[16]、阿魏酸 0.02%～1.5%[17]、植酸4.2%～5.4%[16]等。小麥麩皮可細分為三層：種皮，糊粉層和果皮，其中，果皮包括外皮層和內(nèi)皮層，富含不可溶性膳食纖維和結合態(tài)的酚酸[2]。種皮層含有烷基間苯二酚[18]，可作為小麥麩皮的生物標記物。糊粉層是麩皮的最內(nèi)層，部分與胚乳共享，含有豐富的木脂素和氨基酸組成十分均衡的蛋白質(zhì)，以及眾多其他生物活性化合物、植酸、抗氧化劑、維生素和礦物質(zhì)[19]，進一步的麩皮分離提取工藝包括脫殼、去皮和麩皮分級，這些方法可以提高麩皮的營養(yǎng)質(zhì)量[20]。

小麥麩皮中豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，不僅可以作為微生物生長代謝的碳源和氮源，其作為廉價而豐富的膳食纖維來源，富含多種對人類健康有益的生物活性物質(zhì)，可為動物和人體提供多種營養(yǎng)元素，維持腸道健康[21]。據(jù)統(tǒng)計，供人類食用的小麥麩皮每年的產(chǎn)量約為9 000萬t，在全球范圍內(nèi)，含有小麥麩皮的食品數(shù)量從2001年的52種增加到2011年的約800種[22]。

盡管用途多樣，小麥麩皮實際在工業(yè)生產(chǎn)中仍未獲得廣泛的應用。主要基于以下幾點原因：（1）通常小麥麩皮中有害物質(zhì)殘余較多，作為微生物發(fā)酵的固體基質(zhì)時，易污染目標產(chǎn)物，此外，小麥麩皮生產(chǎn)過程中對衛(wèi)生管控也不夠嚴格，達不到食品要求，不能作為食品級原料應用；（2）小麥麩皮中粗蛋白質(zhì)、粗纖維含量較高，吸水性較強，易霉變，不易儲存，影響了其在工業(yè)生產(chǎn)中的應用[4]；（3）小麥麩皮中不溶性膳食纖維等難消化分解的碳水化合物以及植酸等抗營養(yǎng)因子的含量較高，導致微生物、動物和人體的生物利用率較低，對工業(yè)生產(chǎn)效率以及動物和人體健康產(chǎn)生不利影響[23-24]。因此，近年來，大量研究者致力于小麥麩皮的改性研究，期望拓展小麥麩皮在工業(yè)生產(chǎn)中的應用范圍。

2 固態(tài)發(fā)酵

固態(tài)發(fā)酵是指在沒有或幾乎沒有游離水的情況下進行的含有固體基質(zhì)的發(fā)酵過程；但是底物中應該含有足夠的水分可以支持微生物的生長和代謝[11]。固態(tài)發(fā)酵技術已有數(shù)千年的歷史，最早在亞洲地區(qū)用于生產(chǎn)各種傳統(tǒng)發(fā)酵食品的制作，如酒曲、奶酪、蛋黃醬和面包等[10]。自 20世紀70年代開始，固態(tài)發(fā)酵技術才重新得到重視，并獲得迅速發(fā)展，廣泛用于生產(chǎn)多種不同產(chǎn)品，如代謝產(chǎn)物（包括酶、有機酸、抗生素、芳香化合物和多糖）[25-26]和發(fā)酵產(chǎn)品（包括發(fā)酵食品、飼料添加劑和生物復合材料）等[27-28]。絕大數(shù)固態(tài)發(fā)酵過程都會利用絲狀真菌[29]，使用的固態(tài)基質(zhì)大體基本劃分兩種：一種既提供固體結構，又提供營養(yǎng)的固態(tài)基質(zhì)，另一種僅提供固體結構的固態(tài)基質(zhì)[9]。近年來，源于農(nóng)業(yè)、林業(yè)和食品加工的副產(chǎn)物由于自身的固體結構，且富含微生物生長代謝必需的多種有機物質(zhì)而成為固態(tài)發(fā)酵首選的低成本基質(zhì)[30]。

相比于其他生物加工技術，如液體深層發(fā)酵、懸浮固體發(fā)酵和漿液發(fā)酵等，固態(tài)發(fā)酵在水分含量極低的固態(tài)基質(zhì)上進行，底物濃度高，水分活度低，微生物極易形成優(yōu)勢菌種，從而具備較高的發(fā)酵能力，使得終產(chǎn)物/目標產(chǎn)物產(chǎn)量升高，生產(chǎn)穩(wěn)定性增強，分解代謝阻遏降低，同時對無菌的要求較低，是極具優(yōu)勢的生物加工技術[31]。此外，固態(tài)發(fā)酵技術多使用農(nóng)工廢棄物作為固態(tài)基質(zhì)，成本低、操作容易，已廣泛應用于各種工業(yè)生產(chǎn)，如酶、有機酸、真菌毒素、抗生素、飼料的生產(chǎn)與制備等[11,31]。

3 小麥麩皮固態(tài)發(fā)酵在工業(yè)生產(chǎn)中的應用

固態(tài)發(fā)酵過程中，微生物菌絲體需要一個固體基質(zhì)作為錨定，以獲得最佳的生長和生產(chǎn)力，而小麥麩皮是固態(tài)發(fā)酵最常用的固體基質(zhì)[32]。目前，已有報道的小麥麩皮固態(tài)發(fā)酵研究主要涉及代謝產(chǎn)物生產(chǎn)、微生物菌劑制備、全谷物食品加工及飼料替代等。

3.1 代謝產(chǎn)物

代謝產(chǎn)物的生產(chǎn)是近年來固態(tài)發(fā)酵技術應用的重點之一。固態(tài)發(fā)酵技術可同時使用多種微生物（真菌和細菌）混合發(fā)酵，充分利用各種微生物之間的代謝協(xié)同作用，最終獲得多種代謝產(chǎn)物，且產(chǎn)量更高。目前的國內(nèi)外研究中，小麥麩皮固態(tài)發(fā)酵在酶制劑、有機酸、真菌毒素及抗生素中的應用最為突出。

3.1.1 酶制劑

據(jù)統(tǒng)計，約 90%的工業(yè)化酶是由經(jīng)過基因改造的微生物通過液體發(fā)酵技術生產(chǎn)的。近年來，大量研究顯示，固態(tài)發(fā)酵技術可以直接利用野生型微生物生產(chǎn)酶制劑，從而大大節(jié)省了對微生物進行基因改造的成本[33]。小麥麩皮作為固態(tài)基質(zhì)發(fā)酵生產(chǎn)酶制劑在國內(nèi)外已有較多的研究報道，在食品加工、飼料品質(zhì)改良、生物檢測、農(nóng)業(yè)廢棄物的生物轉(zhuǎn)化及增殖等方面均有重要用途，其酶制劑種類、菌株、發(fā)酵方式、最優(yōu)工藝參數(shù)及產(chǎn)量、酶的應用總結如表 1。盡管麥麩固態(tài)發(fā)酵在酶制劑的工業(yè)生產(chǎn)中潛力巨大，目前固態(tài)發(fā)酵技術也只在小范圍內(nèi)應用，主要是因為一些工程技術瓶頸，特別是現(xiàn)有的生物反應器無法滿足麥麩基質(zhì)中熱量和質(zhì)量的動態(tài)傳遞，不能保證微生物生長代謝需要的發(fā)酵溫度、pH值、水分、底物濃度等條件，使得生產(chǎn)效率大幅下降。

表1 麥麩固態(tài)發(fā)酵在酶制劑工業(yè)生產(chǎn)中的應用研究Table 1 Industrial application of solid state fermentation of wheat bran in enzyme production

續(xù)表1

3.1.2 有機酸

固態(tài)發(fā)酵技術用于生產(chǎn)有機酸是僅次于產(chǎn)酶的又一重要用途。目前，國內(nèi)外已有報道的小麥麩皮固態(tài)發(fā)酵主要用于酚酸，特別是阿魏酸的制備。

采用黑曲霉在錐形瓶內(nèi)對小麥麩皮進行固態(tài)發(fā)酵，濃度為1×106孢子/mL的菌液接種于2 g小麥麩皮基質(zhì)，28 ℃、70%溫度條件下培養(yǎng)7 d后，酚酸產(chǎn)量可達358.72 μg/g，研究者在此基礎上測定了黑曲霉固態(tài)發(fā)酵對小麥麩皮抗氧化能力和消炎活性的影響，發(fā)現(xiàn)經(jīng)黑曲霉固態(tài)發(fā)酵處理后，小麥麩皮中釋放出豐富的阿魏酸（FA-WB），顯著降低了細胞的氧化損傷，且比阿魏酸標準品具有更好的抗氧化活性；此外，TNF-α、IL-6和NO水平表明FA-WB能抑制脂多糖誘導的炎癥反應[42]。凌阿靜等將3種真菌黑曲霉、米曲霉、里氏木霉以1×107孢子/mL的濃度接種于10 g小麥麩皮（接種體積1 mL），于錐形瓶中進行固態(tài)發(fā)酵，使用分光光度法和高效液相對比了三種真菌發(fā)酵小麥麩皮中總游離酚酸的含量及抗氧化活性，發(fā)現(xiàn)米曲霉發(fā)酵對小麥麩皮酚酸含量和抗氧化活性的改善效果最為顯著[43]。

固態(tài)發(fā)酵可使小麥麩皮有機酸含量增加，這多與真菌代謝產(chǎn)生的酶活力升高相關。在一定程度上可以說，固態(tài)發(fā)酵提高小麥麩皮酶和有機酸含量的根本區(qū)別在于目標產(chǎn)物的不同，本質(zhì)上都基于酶活力的顯著提高。例如，尹志娜等在濕度70%，溫度28 ℃條件下用黑曲霉、米曲霉和泡盛曲霉對小麥麩皮在錐形瓶中進行固態(tài)發(fā)酵，對比測定了發(fā)酵7 d后小麥麩皮中酚酸含量、酶活和微觀結構的變化，最終篩選出一株優(yōu)勢固態(tài)發(fā)酵菌種黑曲霉 Y-9，可使阿魏酸、沒食子酸釋放量分別達416.60和105.77 μg/g麥麩，她們認為，這些菌種對小麥麩皮的降解能力與酚酸酯酶活性正相關，木聚糖酶的活性則直接影響小麥麩皮酵解程度，從而間接影響酚酸組分的釋放[44-45]。杜小燕等研究發(fā)現(xiàn)，泡盛曲霉發(fā)酵小麥麩皮后，木聚糖酶活力隨小麥麩皮總酚釋放量的增加而升高，阿魏酸酯酶活力在發(fā)酵中后期達到頂峰，她們認為，小麥麩皮發(fā)酵過程中酚酸含量的顯著增加可能與木聚糖酶和阿魏酸酯酶的活力顯著相關[46]。實際工業(yè)生產(chǎn)中，通過固態(tài)發(fā)酵工藝獲得有機酸后，將其從麥麩中萃取分離的下游工藝十分關鍵，這是因為微生物代謝產(chǎn)生的有機酸擴散并吸附至麥麩基質(zhì)中，增大了有機酸萃取回收的難度，這是目前限制麥麩固態(tài)發(fā)酵工藝在有機酸生產(chǎn)中廣泛應用的一個重要因素[12]。

3.1.3 抗生素

Ohno等以小麥麩皮為原料，將其初始水分含量由12.8%調(diào)整至30%～75%，研究了枯草芽孢桿菌 NB22在固態(tài)發(fā)酵條件下生產(chǎn)脂肽抗生素伊枯草菌素的工藝。結果表明，固態(tài)發(fā)酵技術可促使枯草芽孢桿菌 NB22產(chǎn)生強效抗生素活性的伊枯草菌素同源物，且單位重量濕基產(chǎn)生的伊枯草菌素是液體深層發(fā)酵的5～6倍[47]。

3.2 微生物菌劑

微生物菌劑是利用活的有益微生物制備的制劑，在農(nóng)牧業(yè)中發(fā)揮重要作用。目前，小麥麩皮主要用于昆蟲病原真菌、拮抗真菌、益生菌等微生物菌劑的固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)[48-49]。

3.2.1 昆蟲病原真菌

昆蟲病原真菌對害蟲數(shù)量具有抑制作用，在害蟲的微生物防治中占有獨特地位。麥麩固態(tài)發(fā)酵常用于蟲草、白僵菌和蘇云金芽孢桿菌等昆蟲病原真菌的制備。以中國被毛孢細胞膜成分麥角甾醇含量為指標，對中國被毛孢的最佳固態(tài)發(fā)酵條件進行優(yōu)化，當培養(yǎng)基組成為2 g麩皮、5 g大米、2 g玉米粉、1 g蠶蛹粉，培養(yǎng)溫度20 ℃、料水比1∶1.5、料層厚度2 cm、無光照條件下，菌絲體中麥角甾醇含量最高，可達0.591 1 mg/g，比優(yōu)化前提高了 38.6%[50]。Nu?ez-Gaona等研究了含水量和接種量對球孢白僵菌生長及產(chǎn)孢量的影響，發(fā)現(xiàn)球孢白僵菌在小麥麩皮培養(yǎng)基上的生長速率最高，當水分活度Aw=1.0時，生長速率最高；而Aw<0.97時，則沒有生長；在小麥麩皮水分含量66%，Aw=1.0時，固態(tài)發(fā)酵可得到1.18×1010孢子/gds的最高產(chǎn)量[51]。

在工業(yè)生產(chǎn)中，蘇云金芽孢桿菌的生產(chǎn)已由小麥麩皮固態(tài)發(fā)酵技術標準化，可獲得最大產(chǎn)量的毒素，且成本效益較高。Devi等以錐形瓶裝小麥麩皮為培養(yǎng)基，對蘇云金芽孢桿菌進行了固態(tài)發(fā)酵，培養(yǎng)16 h后，每隔8 h進行曝氣可顯著增加其孢子數(shù)和毒素含量。進一步的驗證實驗發(fā)現(xiàn)，該技術生產(chǎn)的濃度為 0.1%的蘇云金芽孢桿菌對蓖麻幼蟲有很強的殺滅作用，在實驗室生物測定中可使其3天完全死亡，將實驗室水平的固態(tài)發(fā)酵擴大至工業(yè)生產(chǎn)水平時，1 kg蘇云金芽孢桿菌的材料成本僅約0.70美元[52]。

3.2.2 拮抗真菌

拮抗真菌通過與動植物病原菌的拮抗而發(fā)揮生物防治作用。木霉作為灰霉病菌、菌核病菌和白腐菌等植物病原菌的拮抗真菌，可通過麥麩的固態(tài)發(fā)酵而獲得。以大米、玉米麩皮、小麥麩皮為固體基質(zhì)，接種了哈桑木霉、綠色木霉、康寧木霉和多孢木霉，在不添加外源營養(yǎng)源，對固體基質(zhì)進行脫臭水濕潤、滅菌、接種、30 ℃培養(yǎng)7 d后發(fā)現(xiàn)，小麥麩皮是木霉菌所有孢子的最佳生長基質(zhì)。其中，哈桑木霉和綠色木霉孢子產(chǎn)量最高，分別為 28.30×108/gds和 24.10×108/gds[53]，相比于液體發(fā)酵方式，固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)的木霉孢子更耐干燥[54-55]。陳欣等發(fā)現(xiàn)以麩皮為唯一底物時，初始濕度140%，115 ℃處理20 min，調(diào)節(jié)pH為6.0，固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)7 d后能夠獲得最高的盾殼霉孢子產(chǎn)量（9.5×109個孢子/g麩皮），是盾殼霉作為生物防治農(nóng)藥工業(yè)化生產(chǎn)的最佳方式[56]。Zhao等以稻秸粉（300 g/kg）和小麥麩皮（700 g/kg）為原料，添加葡萄糖（40 g/kg）、蛋白胨（20 g/kg）、酵母抽提物（20 g/kg）、KH2PO4（10 g/kg）和CaO（5 g/kg），在 37 ℃、水分含量 65%的固態(tài)發(fā)酵條件下培養(yǎng)48 h，可獲得地衣芽孢桿菌產(chǎn)量為 1.7×1011個孢子/gds[57]。孫斐等以小麥麩皮和玉米芯為原料，篩選了孢子產(chǎn)量最大的擬康氏木霉固態(tài)發(fā)酵培養(yǎng)基。在最優(yōu)培養(yǎng)基中，小麥麩皮和玉米芯配比8:2，含水量55%～60%，KNO31%，CaSO41%，蔗糖1%時，在28 ℃、接種量10%的條件下，利用淺盤氏發(fā)酵，擬康氏木霉可產(chǎn)生1.34×109孢子/g[58]。

3.2.3 益生菌

抗生素的大量使用會使致病菌株產(chǎn)生耐藥性，引起人畜交叉感染，此外，抗生素藥物殘留嚴重危害人和動物的健康并造成環(huán)境污染。益生菌作為一種天然有益的生物活性制劑，具有無殘留、無抗藥性、無副作用等優(yōu)勢，完全克服了抗生素的不利因素又具有防病治病的作用，此外，它們通過維持動物腸道微生物區(qū)系的自然平衡，顯著提高畜牧業(yè)的動物產(chǎn)量，因此，益生菌是最有潛力、最有希望替代抗生素的產(chǎn)品之一[59]。黃占旺等以活菌數(shù)、芽孢數(shù)、蛋白酶及α-淀粉酶活力為指標，對益生納豆芽孢桿菌 B2固態(tài)發(fā)酵條件進行了初步研究，最終得到納豆芽孢桿菌 B2的最佳生長條件為：玉米粉和小麥麩皮配比為3∶7，含水量 60%，種齡 15 h，接種量 5%，溫度37 ℃，時間5 d[59]。目前，小麥麩皮固態(tài)發(fā)酵技術在生產(chǎn)制備益生菌領域雖報道較少，但優(yōu)勢十分明顯，具有較大潛力。

3.3 全谷物食品加工

由于小麥麩皮中富含礦物質(zhì)、膳食纖維、維生素B和其他有益健康的生物活性物質(zhì)[60]，在食品加工領域的應用受到越來越多的關注。然而，小麥麩皮中難消化碳水化合物含量較高，大大降低了其生物價值并引起產(chǎn)品感官品質(zhì)的劣變[61]。

為解決麩皮在工業(yè)生產(chǎn)中的應用受限問題，國內(nèi)外學者致力于麩皮的改性研究，固態(tài)發(fā)酵技術是最常用的改性方法。固態(tài)發(fā)酵技術可以在有效降低麩皮中的抗營養(yǎng)因子含量的同時顯著提高生物活性物質(zhì)含量及有效性，不僅如此，小麥麩皮的固態(tài)發(fā)酵還可以顯著改善食品的加工和感官品質(zhì)。

固態(tài)發(fā)酵過程中分泌的酶會引起一些令人滿意的變化，從而改善最終產(chǎn)品的營養(yǎng)、質(zhì)地、風味和香氣，其有效提高谷物食品中生物活性物質(zhì)含量及生物有效性的效果主要體現(xiàn)于三個方面[62]：（1）復雜的大分子，包括脂肪、蛋白質(zhì)、碳水化合物等被水解成更小的營養(yǎng)物質(zhì)，更易被人體利用；（2）抗營養(yǎng)化合物如胰蛋白酶抑制劑、凝集素、單寧等，在固態(tài)發(fā)酵處理后顯著減少，特別是固態(tài)發(fā)酵過程中釋放出的植酸酶，分解抗營養(yǎng)因子植酸，增加鐵、鋅、鈣和無機磷的含量和生物有效性；（3）游離形式的抗氧化劑也會在固態(tài)發(fā)酵期間釋放出來，增加最終產(chǎn)品的營養(yǎng)價值。

工業(yè)的固態(tài)發(fā)酵工藝通常采用純培養(yǎng)，以控制底物的利用和最終產(chǎn)品的形成。如果發(fā)酵的產(chǎn)品是以消費為目的，在固態(tài)發(fā)酵過程中使用的微生物必須是 GRAS（公認的安全）狀態(tài)。目前，根霉屬和乳酸菌屬分別是最主要的真菌屬和細菌屬，這些微需氧微生物由于可以在相對較高的溫度（30～40 ℃）下培養(yǎng)，長久以來被食品工業(yè)用于發(fā)酵。例如，將根霉孢子接種于小麥麩皮上，在30 ℃下培養(yǎng)，分別于0、24、48和72 h提取樣品，并測定發(fā)酵前后麩皮中蛋白質(zhì)含量、蛋白質(zhì)溶解度、體外消化率、凝膠度和保水性。結果發(fā)現(xiàn)，根霉能顯著提高蛋白質(zhì)含量（56.0%）、蛋白質(zhì)溶解度（36.2%）和持水能力（11.4%）[63]。甄莉娜等研究了不同接種溫度和溫度梯度條件下，混合益生菌對固態(tài)發(fā)酵小麥麩皮營養(yǎng)物質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)當芽孢桿菌（地衣芽孢桿菌、凝結芽孢桿菌和枯草芽孢桿菌）、乳酸菌（乳酸桿菌和雙歧桿菌）、酵母菌（假絲裂殖酵母）和霉菌（黑曲霉和米曲霉）按 5∶1∶1∶1重量比混合、3%的總接種量、30 ℃時發(fā)酵效果最好，發(fā)酵完成后，小麥麩皮中可溶性糖和淀粉含量分別降低 52%和 82%，還原性糖和蛋白質(zhì)含量分別升高 53.9%和 30.1%，她們認為該產(chǎn)品可作為益生菌發(fā)酵小麥麩皮的初級產(chǎn)品[64]。陳秋燕等以植物桿菌、枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、釀酒酵母為發(fā)酵菌種，采取單菌發(fā)酵和混合發(fā)酵篩選最優(yōu)菌種組合，考察接種量、發(fā)酵溫度、發(fā)酵時間、料水比對小麥麩皮阿魏酸糖酯（FGs）產(chǎn)量的影響。結果表明，枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、釀酒酵母按1∶1∶1質(zhì)量比、發(fā)酵溫度 42.5 ℃、發(fā)酵時間58.5 h、接種量10.7%、料水比1∶1.16（g/mL）時，發(fā)酵小麥麩皮得到的 FGs產(chǎn)量最高，為1 273.18 nmol/g，且此時小麥麩皮的 DPPH自由基清除率、羥基自由基清除率和還原力最高，對嗜熱鏈球菌和植物乳桿菌增殖的促進作用最明顯[65]。

固態(tài)發(fā)酵不僅改善小麥麩皮的營養(yǎng)品質(zhì)，還可以改善麩皮的加工性能和感官品質(zhì)。朱科學等利用酵母和乳酸菌復合菌種對麩皮進行固態(tài)發(fā)酵處理，測定了固態(tài)發(fā)酵麩皮的感官、營養(yǎng)、微觀、水合及風味品質(zhì)，經(jīng)發(fā)酵處理后，麩皮的持水和保水能力顯著增強；他們進一步將固態(tài)發(fā)酵麩皮回添至小麥粉形成重組全麥粉，并對其粉質(zhì)特性、糊化特性、熱特性和面團粘彈特性的等加工品質(zhì)進行分析，結果發(fā)現(xiàn)，固態(tài)發(fā)酵麩皮回添形成重組小麥粉的加工品質(zhì)顯著優(yōu)于回添未發(fā)酵麩皮的全麥粉，且比較接近空白小麥粉，他們認為，麩皮經(jīng)過固態(tài)發(fā)酵后再回添入小麥粉中能夠有效改善麩皮回添帶來的負面影響[66]。許錫凱等通過響應面法對好食脈孢霉固態(tài)發(fā)酵小麥麩皮釋放可溶性膳食纖維（SDF）發(fā)酵條件進行了優(yōu)化，當含水量為74%（v/w）、接種量為11%（v/w）、發(fā)酵溫度為29 ℃、發(fā)酵時間為83.5 h時小麥麩皮SDF利率最高，其溶解性、膽固醇吸附能力、葡萄糖吸附能力、DPPH清除能力均顯著提高[67]。

值得指出的是，固態(tài)發(fā)酵選用的真菌及細菌，例如乳酸菌、酵母菌等，具有一定吸附和分解麥麩中常見毒素（例如玉米赤霉烯酮、黃曲霉毒素、脫氧雪腐鐮刀菌烯醇、伏馬菌素和赭曲霉毒素 A等）的作用，既可保持麥麩的發(fā)酵特性，還顯著提升了麥麩作為食品及飼料的安全性。

3.4 飼料

小麥麩皮結構疏松，在動物生產(chǎn)中常用作添加劑預混料、吸附劑與發(fā)酵飼料的載體。然而，除了不能長時間儲存以外，小麥麩皮中維生素A、D和鈣含量偏少，口感粗糙，有苦澀味，不利于動物飼喂。固態(tài)發(fā)酵技術通過微生物的分解代謝，提高麥麩中活性成分含量、分解有害物質(zhì)、降解抗營養(yǎng)因子，促使一些利用率低甚至無法利用的成分轉(zhuǎn)化成易消化的小分子物質(zhì)[4]。

利用黑曲霉和熱帶假絲酵母混合菌株對小麥麩皮進行固態(tài)發(fā)酵工藝優(yōu)化，當小麥麩皮含水量70%，黑曲霉與熱帶假絲酵母菌種配比為2∶1，發(fā)酵溫度 32 ℃，發(fā)酵 72 h后小麥麩皮中蛋白質(zhì)含量最高，粗纖維含量最低，作為飼料品質(zhì)最佳[68]。陳洪偉等在培養(yǎng)溫度30 ℃、接菌量10%、酵母菌：黑曲霉接種比2∶1、水料比1∶1、葡萄糖添加量 2%條件下利用小麥麩皮進行固態(tài)發(fā)酵制備蛋白飼料，最終得到的小麥麩皮比發(fā)酵前粗蛋白含量提高了 33.93%[69]。史俊祥等以麩皮80.46%、豆粕粉9.32%和玉米粉10.22%作為混合培養(yǎng)基，以釀酒酵母菌與枯草芽孢桿菌的最適比例 6.7∶3.3接種，發(fā)酵產(chǎn)物中多糖產(chǎn)量可達55.92 mg/g[70]。目前，固態(tài)發(fā)酵麩皮在實驗室水平已廣泛應用于雞、鴨、羊、豬等動物飼料的復配與營養(yǎng)改善試驗中。雖然已有的研究均表明發(fā)酵麩皮應用于動物飼料具有較好的效果，但在實際飼料工業(yè)生產(chǎn)中，發(fā)酵麩皮的應用研究報道較為缺乏。這與固態(tài)發(fā)酵菌種的選擇及安全性等關系密切，亟待開展發(fā)酵麩皮的營養(yǎng)評價，以及發(fā)酵麩皮對動物消化代謝能力、生物利用率影響等方面系統(tǒng)而深入的研究，以推動發(fā)酵麩皮在飼料工業(yè)中的應用。

3.5 其他

除了以上應用以外，小麥麩皮的固態(tài)發(fā)酵在堆肥、其他生物活性物質(zhì)的生產(chǎn)中也發(fā)揮著重要作用。例如，付冰妍等載體配比為35%小麥麩皮、45%米糠、6%乳糖、6%黃豆粉、8%硅藻土和5%海藻糖，接種量和裝瓶量為15%、料水比1∶0.85、接種量為15%時，芽孢桿菌B01的固態(tài)發(fā)酵可使園林廢棄物堆肥過程中纖維素降解率提高11.04%、木質(zhì)素降解率提高15.74%、腐殖質(zhì)含量提高19.90%，是加速堆肥的有效手段[71]。Lim等利用枯草芽孢桿菌HA對烤麥麩粉進行固態(tài)發(fā)酵處理，以制備包括粘液和肽在內(nèi)的多種生物活性物質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)1 d的發(fā)酵，添加5%谷氨酸鈉的烤麥麩粉pH為6.5，粘液含量最高，為11.5%，一致性指數(shù)為 5.59 Pa·sn，活細胞計數(shù)為 6.25×108CFU/g，酪氨酸當量為4.0 mg/g，蛋白酶含量為20 U/g[72]。

4 展望

綜上所述，小麥麩皮固態(tài)發(fā)酵在代謝產(chǎn)物（酶制劑、有機酸和抗生素）、微生物菌劑（昆蟲病原菌、拮抗真菌和益生菌）、全谷物食品加工、飼料替代和其他天然活性產(chǎn)物的工業(yè)生產(chǎn)領域具有較大的應用潛力，在目標產(chǎn)物生產(chǎn)力、產(chǎn)品質(zhì)量和加工成本方面具有顯著的優(yōu)越性。進一步深入研究并拓展小麥麩皮固態(tài)發(fā)酵的應用范圍不僅可以減少小麥麩皮廢棄引起的環(huán)境污染及整治成本，還能提高其綜合利用率及附加值，具有顯著的經(jīng)濟和社會效益。

當前，隨著國內(nèi)外對小麥麩皮固態(tài)發(fā)酵研究的日趨成熟，研究的不斷擴大與深入，其應用也愈加廣泛，然而，以下方面仍有提升空間：（1）小麥麩皮的分級與分離程度不足，其質(zhì)量難以滿足不同固態(tài)發(fā)酵產(chǎn)品的需求；（2）絕大多數(shù)的小麥麩皮固態(tài)發(fā)酵仍局限于實驗室或中試水平，生產(chǎn)力低，不能滿足產(chǎn)業(yè)需求；（3）受發(fā)酵溫度、pH、水分、氧氣濃度、接種菌種等工藝在發(fā)酵過程中動態(tài)變化的影響，以及生物反應器不適用等固態(tài)發(fā)酵條件的限制，小麥麩皮固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)規(guī)模難以擴大，即對小麥麩皮固態(tài)發(fā)酵關鍵技術和設備的研究不夠深入。因此，研究不同分離精度小麥麩皮固態(tài)發(fā)酵的差異，研發(fā)關鍵技術及設備，擴大固態(tài)發(fā)酵規(guī)模將成為今后的研究熱點。