食用酵素的研究及發展前景分析

索婧怡，朱雨婕，陳磊，陳獻忠

(江南大學 生物工程學院 糖化學與生物技術重點實驗室，江蘇 無錫，214122)

關于酵素的研究在20世紀初起源于日本，最初定義為酶，指生物體所產生的具有催化作用的活性大分子，其成分往往為蛋白質或核酸，后來發展到歐美、臺灣等地區，商家把以果蔬等為原料發酵所得產品稱作酵素，即目前市場上廣泛推廣和銷售的酵素產品[1]。根據中國生物發酵產業協會發布的《酵素產品分類導則》標準，酵素是指以動物、植物、菌類等為原料，經微生物發酵制得的含有特定生物活性成分的產品[2]，為避免產生誤解，酵素的英文名也逐漸摒棄常用的“enzyme”或“ferment”，而是提出“Jiaosu”一詞。根據用途，酵素可分為食用酵素、環保酵素、日化酵素、飼用酵素和農用酵素等，其中食用酵素因富含益生菌、酶、礦物質和特定的生物活性成分而在食品和健康領域受到廣泛關注[2-3]。

食用酵素的發酵主要是酵母菌、乳酸菌和霉菌等益生菌通過自身新陳代謝使發酵基質(各種植物、動物與菌類等食品原料)通過復雜的生化反應，合成具有多種生物活性的酶類和中間代謝產物或復雜代謝產物。益生菌發酵不僅產生改善產品風味的物質，更重要的是產生一些新的活性成分，增加酵素的保健功能。近年來，隨著健康觀念的深入人心，食用酵素在我國的需求市場日益增大，然而現階段進口的食用酵素產品在國內的售價普遍昂貴，同時我國的食用酵素產品仍主要采用自然發酵的傳統加工方式，難以滿足市場需求[4]。

為探討食用酵素研究熱點隨年份的變化情況，我們通過CNKI數據庫檢索了近20年食用酵素相關的文獻，將與主題相關度前200名的文獻使用CNKI在線分析獲得文獻互引網絡關系圖(圖1)。由圖1可知，在食用酵素的研究中，微生物、發酵工藝和抗氧化活性等一直是研究熱點，近年來的研究也開始注重不同原料酵素的開發。然而，當前我國食用酵素的發展尚處于起步階段，其研究和產業化都面臨著各種困難，例如，食用酵素產品種類繁多但質量參差不齊，生產工藝及菌種差異明顯、缺乏統一規范，相關標準和法律法規未及時出臺因而難以進行有效的市場監管等。針對這些問題，本文對當前我國食用酵素生產中的微生物、發酵工藝、功能活性以及安全性指標等展開論述，并對我國食用酵素產業未來的發展方向進行展望。

圖1 近20年國內食用酵素相關文獻引用及其共被引關系圖Fig.1 A network of cited and co-cited references concerning domestic edible Jiaosu in the latest 20 years 注：球形的尺寸與研究熱度呈正比；球形的顏色與上方圖例中年份顏色一致；標識的文字為研究熱點的關鍵詞

1 食用酵素的分類

食用酵素產品通常依據其產品形態或原料種類進行分類，以產品形態可分為液體酵素、膏體酵素、粉狀酵素和酵素片劑(膠囊)[1]。其中，液體酵素是發酵原液，可保留高活性成分，利于人體吸收；膏體酵素濃度較高，飲用時需要經過稀釋；而粉裝酵素和片劑酵素雖然可以提高產品保質期、減少其體積和質量，并大大降低運輸和存儲成本，但由于生產工序復雜，原材料中的營養物質流失嚴重，在功效上不太顯著。此外，食用酵素產品依據所用原料類型可分為單一型酵素和復合型酵素[1]，單一型酵素包括蔬菜酵素、水果酵素、谷物酵素和藥食同源酵素，而復合型酵素是將果蔬及谷物等多種類型原料混合發酵，不同種類的食用酵素所采用的發酵方式、微生物及功效也具有明顯差異(表1)。

1.1 單一型酵素

1.1.1 蔬菜酵素

蔬菜酵素的生產大部分采用多種蔬菜原料混合發酵的方式，將多種蔬菜混合后接種酵母菌、乳酸菌等菌種進行發酵，得到具有不同功效的酵素產品。蔬菜酵素中不僅含有豐富的維生素、微量元素(硒、銅和鋅等)以及生物活性化合物(如酚類、芥子油苷、膽堿、類胡蘿卜素和植物雌激素等)，還含有低聚糖、可溶性膳食纖維等具有益生作用的成分，可通過調節腸道微生態達到降低血脂、體脂和血糖等功效[5]。SIMSEK等[6]以植物乳桿菌對番茄、胡蘿卜等混合蔬菜汁進行發酵，得到了具有抗糖尿病、降膽固醇、血管緊張素轉化酶(angiotensin converting enzyme,ACE)抑制、凝血和抗氧化等功效的食用酵素。

表1 不同原料種類食用酵素Table 1 Edible Jiaosu fermented by different raw materials

續表1

1.1.2 水果酵素

水果酵素即以火龍果、藍莓、蘋果、桑葚、無花果和獼猴桃等一種或多種水果為原料，經微生物發酵而成的酵素食品(表1)。水果酵素不僅可以最大限度地保留水果中的水溶性維生素、植物甾醇和膳食纖維等營養活性成分，也含有豐富的酚類物質(包括黃酮、類黃酮、酚酸及花色苷等物質)，其加工過程中還可形成超氧化物岐化酶(superoxide dismutase，SOD)、谷胱甘肽過氧化物酶[7]等，因而多表現出強抗氧化作用。發酵后桑葚酵素的SOD 酶活力(24 122.2 U/mL)可比桑葚果汁(10 818.7 U/mL)提高123%[8]。此外，某些細菌在發酵過程中會產生細菌素，在水果產品防腐以及病原微生物抑制方面具有一定潛力[9]。SIROLI等[10]證明將植物乳桿菌菌株CIT3和V7B3分別接種于蘋果和生菜，可提高產品的安全性和保質期。

1.1.3 谷物酵素

谷物富含膳食纖維、維生素及礦物質，這些成分不僅具有較高的營養價值，對人體也具有良好的生理調節作用，例如可刺激結腸中乳酸桿菌和雙歧桿菌的生長，因而谷物類原料是益生菌生長的良好基質[11]。目前市面上的谷物酵素多為糙米酵素，發酵過程中糙米經過微生物所分泌酶的作用，其營養物質被分解細化，利于人體吸收，從而提高糙米的功能特性[12]。液態的糙米酵素經干燥后還可作為食品添加劑以及保健成分，用于生產新型功能性食品。付俏等[13]將糙米酵素加入到乳酸菌飲料中，研制出一種新型乳飲料。糙米粉經發酵后，干物質、淀粉和可溶性糖含量減少，蛋白質、維生素和生物活性物質含量增加，其中維生素B1可有效預防失眠、疲勞和食欲不振等，而維生素B2對口腔及眼部疾病的防治十分有利[14]。此外，糙米酵素中還含有豐富的γ-氨基丁酸(GABA)和γ-谷維醇等生理活性物質，前者具有降血壓、抗驚厥、促進記憶和抗疲勞等功能，而后者具有降血脂、抗氧化、抗衰老、清除自由基等功效[15]。

1.1.4 藥食同源酵素

“藥食同源”指兼具日常食物營養價值和臨床藥用價值的原料，其在酵素生產中的應用是中醫藥膳、食養、食療等養生觀念的良好體現。由于“藥食同源”酵素含有豐富的益生菌和活性成分，結合了藥食同源原料的藥效作用和酵素食品的營養保健功能，因而具有廣闊的開發前景[16]。該類酵素常利用葛根、葛花、丹參、山楂和陳皮等藥食同源原料經復合酶解和微生物轉化，將其天然活性成分完整保留并有效釋放。同時，在發酵過程中微生物代謝會產生次級活性代謝產物，所得產品具有改善人體腸道菌群狀態、促進消化吸收、抗腫瘤、提高免疫力等功效。如表1所示，楊志鵬等[17]以葛根、葛花丹參等為原料，經復合酶酶解和鼠李糖乳桿菌217-8發酵制備成酵素，與原材料相比，其葛根素含量提高了7倍，黃酮和氨基酸含量均提高了3倍，多酚含量提高了80 mg/L，抗氧化能力提高了92%。

除此之外，由于諾麗(又稱海巴戟、海巴戟天)的果實、葉片、花和莖中含有豐富的功能活性成分(包括多種氨基酸、維生素、酚類化合物、多糖、生物堿、蒽醌、莨菪亭和環烯醚萜類化合物等)，并具有抗氧化、抗糖尿病、抗腫瘤、抗炎和免疫調節等作用，因而常作為藥食同源酵素的原料[18]。如表1所示，陸雨等[19]研究發現諾麗酵素中存在的化合物cyclo-(L-Pro-L-Leu)和松脂素能較為顯著地抑制HepG-2和HeLa腫瘤細胞活性。WANG等[20]測定發酵72 h后的諾麗酵素，發現接種長雙歧桿菌和植物乳桿菌后，其總抗氧化活性分別提高了77%和71%。

1.2 復合型酵素

復合型酵素主要以新鮮水果和蔬菜混合作為原料，通過自然發酵生產，發酵時加入某些草本植物、食鹽等成分作為輔料。不同原料的復合添加，可改善發酵體系的碳氮比，增強有效成分的溶出和轉移，建立良好的緩沖體系，減少毒性抑制，更利于微生物發酵[21]。此外，還有一類復合型酵素是分別先將單一或混合的果蔬、植物和谷物等進行發酵，再取各酵素原液經混合調配制成。張宏智[22]把60%～90%的混合蔬果酵素原汁與10%～40%的松樹酵素原汁混合，形成了一種能增強免疫力、活化細胞的酵素飲品，該方法避免了因原料種類單一而造成的酵素功能局限問題，達到了效力成分相輔相成的作用。艾學東等[23]在制備方法上采用一次分別發酵，二次混合后熟工藝，使水果酵素、植物酵素自然融合在一起，使酵素具有多樣性、平衡性和易吸收性的特點(表1)。

復合型酵素在發酵過程中除了保留植物中的維生素、礦物質等營養成分外，還可使粗糧中的不溶性膳食纖維經發酵后分解成更容易被人體利用的可溶性膳食纖維，具有營養豐富和風味獨特的特點，可以滿足人體對酵素在健康和營養等多方面的需求，目前已在食用酵素市場占主導地位。

2 食用酵素的微生物

按微生物來源可將食用酵素分為自然發酵和人工接種發酵，如表1和表2所示，自然發酵所涉及的微生物主要有酵母菌、曲霉菌及乳酸菌。而人工接種發酵是將所需微生物純種培養、富集后接種發酵的方式，可分為單一菌種發酵和多菌混合發酵，常用的菌種有酵母菌、乳酸菌和醋酸菌等[37]。食用酵素的發酵一般屬于混菌共生發酵范疇，在共同發酵時不同菌種之間會相互影響，形成獨特的風味和活性成分，有利于酵素發酵[37]。然而，多菌共同發酵時發酵環節指標不固定，較難掌控，發酵時間通常很長。

表2 含活性益生菌的食用酵素Table 2 Edible Jiaosu products containing probiotics

續表2

2.1 食用酵素中的微生物

食用酵素中的微生物按功能主要分為2類：一類是參與發酵過程，但在發酵結束后為延長產品保質期和維持風味穩定性會被滅活。該類微生物主要的功能是分解底物產生小肽、多酚、核苷酸、有機酸等生物活性成分和風味物質；另一類是參與發酵過程并且在發酵完成后不被滅活，而作為益生菌被食用后進入消費者體內發揮功效。

2.1.1 發酵過程中的微生物

食用酵素中的微生物也是酵素食品開發應用的基礎，在自然發酵的食用酵素中，原料中存在的微生物會首先形成優勢菌群，抑制部分雜菌生長[4]。但是該發酵工藝不僅受限于發酵季節和氣候，而且發酵周期冗長，發酵菌種繁多混雜，使發酵產品的安全質量難以控制。因此，食用酵素的生產也開始由自然發酵逐步向接種發酵轉變，如以乳酸菌為代表的發酵微生物，通過與雜菌競爭營養源后分泌抑菌物質(有機酸、過氧化氫等)，該類物質可以調節機體免疫功能、降低膽固醇、降血壓，對于許多疾病的預防與輔助治療均具有顯著效果[38-39]。如表1所示，彭寧等[26]通過優化生產工藝條件，確定獼猴桃酵素發酵的最佳菌種為酵母菌和乳酸菌，且接種量4%(體積分數)時酒精度下降迅速使發酵最徹底。而在紫花蕓豆酵素發酵中，通過酵母菌和復合乳酸菌共同發酵不僅可以提高發酵效率，使產品具有更好的風味，還可提高SOD活力[24]。此外，人工接種優勢微生物發酵，還可以大大縮短發酵周期，降低發酵成本，因而在食用酵素的工業化生產中發揮著重要作用。

2.1.2 產品中的有益活性微生物

近年來，益生菌被廣泛研究，其中公認的益生作用主要有維持腸道菌群平衡、改善血脂水平、降低膽固醇、增強免疫力、緩解乳糖不耐癥、促進人體對有益物質的吸收和抗氧化等[40]。在食用酵素生產過程中，部分酵素在發酵完成后會保留益生菌活性，可作為一種益生菌補充劑。消費者通過飲用這類酵素可以攝入足夠數量的活菌，改善腸道微生態，從而提高健康水平。然而，通過果蔬汁或谷物傳遞益生菌是一個巨大的挑戰，因為產品中活菌數必須保持一定數量(6～9 lg CFU/mL)才能對消費者的健康產生促進作用。通常情況下，這些益生菌的生長和存活力會受到酸度(pH)、氧氣水平、營養物質和產品中是否存在抗菌物質等諸多因素的影響[41]。

現有研究表明，某些益生菌菌株在水果基質中具有較好的生長能力(表2)。在發酵新鮮水果汁中常用的益生菌包括鼠李糖乳桿菌、干酪乳桿菌和植物乳桿菌，這3種益生菌均具有耐受低pH汁液基質的能力，在低溫儲存過程中有較高生存能力，并且具有改善人體腸道功能、抑制腐敗菌繁殖和促進人體營養物質吸收等作用，尤其對于有色人種防治乳糖不耐癥有顯著效果。SHEEHAN等[42]還鑒定出一種新型益生菌(副干酪乳桿菌NFBC43338)，該菌在低pH果汁基質中也具有較高生存能力(>7 lg CFU/mL)，通過測定酵素中的活菌數在貯藏過程中的變化情況，推斷貨架期至少可以達到12周。BARAT等[43]將嗜熱鏈球菌和德氏乳桿菌接種在黑桑樹、紅葡萄和歐亞山茱萸混合的水果基質中，發酵制成的酵素不僅含有高濃度抗壞血酸和總酚類化合物，而且含有高水平的益生菌，并可在儲存過程中保持較高活性。

此外，研究人員從自然發酵的蔬菜和谷物酵素中也分離出一些乳桿菌菌株(植物乳桿菌、副干酪乳桿菌/干酪乳桿菌、短乳桿菌和嗜酸乳桿菌)(表2)。研究表明，發酵白菜汁中的短乳桿菌、植物乳桿菌和鼠李糖乳桿菌的活細胞數在儲存30 d仍可保持較高值(9～10 lg CFU/mL)，證明白菜汁因為富含蛋白質、維生素、碳水化合物、糖(包括果糖、葡萄糖、蔗糖和棉子糖)以及必需的n-3脂肪酸和亞麻酸等物質，可以作為這些益生菌生長的良好培養基[44]。根據ANGELOV等[45]的研究，植物乳桿菌A28在新鮮燕麥基質中能較好生長，活細胞計數為9.97 lg CFU/mL，并在21 d存儲期后仍保持較高活性(6～7 lg CFU/mL，pH<4.5)。同樣，在含有麥芽、大麥混合物的基質中，植物乳桿菌和嗜酸乳桿菌生存能力也得到顯著提升[46]。

2.2 食用酵素中的微生物檢測技術

探究食用酵素中的微生物多樣性與菌群變化規律是篩選優良優勢微生物以及發酵過程菌群調控的基礎。目前，相關研究大多采用分離純化法、聚合酶鏈式反應變性梯度凝膠電泳 (polymerase chain reaction denaturing gradient gel electrophoresis, PCR-DGGE)法等對微生物群落結構變化、菌種形態以及種類進行鑒定和分析。楊芳[47]采用 PCR-DGGE分析了6種自制酵素的微生物多樣性，結果顯示，其優勢細菌分布于3個屬5個種，優勢酵母分布于3個屬6個種，其中擬桿菌屬(Bacteroides)、乳桿菌屬(Lactobacillus)的發現為深入挖掘酵素的食用價值和保健功能提供了依據。

隨著分子生物學的飛速發展，宏基因組學也開始被用于分析酵素發酵過程中微生物群落的動態變化規律。高慶超等[48]以高通量測序技術分析了黑果枸杞酵素中群落結構的動態變化，結果顯示在自然發酵過程中的主要優勢細菌為乳桿菌屬(Lactobacillus)，而真菌的動態變化較為復雜，發酵前期和中期以子囊菌門和擔子菌門為主，60 d后以酵母屬尤其是釀酒酵母(Saccharomycescerevisiae) 占主導地位。MA等[49]首次使用PacBio單分子實時DNA測序(single molecule real time, SMRT)技術獲得日本和臺灣3種酵素樣品中微生物的全長 16S rRNA 譜，分析結果顯示3種酵素樣品中的微生物來自7個門43個屬，其中以變形菌門(Proteobacteria)(98.57±0.46)%和蒼白桿菌屬(Ochrobactrum)(97.96±0.77)%為主。宏基因組學可以直接從樣品中提取基因組 DNA 后進行測序分析，能夠準確揭示微生物群落多樣性、種群結構、進化關系、功能活性及環境之間的相互協作關系，因而極大地促進和擴展了食用酵素微生物的研究范圍。

3 食用酵素發酵工藝及生產安全性

3.1 食用酵素的發酵工藝

傳統果蔬酵素的生產工藝如圖2所示[57]。主要將蜂蜜、天然果蔬和水按照1∶3∶10的質量黃金配比分層裝入陶瓷發酵罐(不添加任何其他的化學物質)，水封罐口發酵，隔一定時間開罐攪拌，再封口繼續發酵，在室溫下自然發酵6個月以獲得植物精華液，即傳統酵素發酵工藝制備得到的酵素原液。

圖2 傳統果蔬酵素發酵工藝流程Fig.2 Traditional fermentation process of Jiaosu with fruits and vegetables

由于該工藝操作簡單，常作為家庭酵素生產的主要方法，其中密閉發酵環節最為關鍵，將影響最終的產品質量。研究表明，加入濃度較高的異麥芽糖、蔗糖或者米醋等成分，可以有效抑制雜菌生長和酒精的產生[58]。然而，傳統酵素采用自然發酵工藝，是混菌共生的密閉發酵體系，具有參數變化復雜、難以控制且發酵周期長等問題，不適合規范化生產。為實現食用酵素大規模工業化、流程化生產，近幾年研究人員主要從液態發酵和固態發酵2個方面展開研究。

3.1.1 液態發酵

現階段酵素的生產主要采用液態發酵(也稱作深層發酵)的方式，將谷物、水果、蔬菜、菇類和藥食同源植物等原料接種有益菌種進行發酵，以改善原料的不良風味，產生新的活性成分[58]。2016年，杜增鵬等[59]公開了一種液態發酵果蔬生物酵素的方法和用途，主要包括天然果蔬生物酵素發酵菌種的選育及擴大培養、發酵原料的預處理和接種發酵，該方法不僅保障了微生物發酵體系菌群的多樣性，還采用后酵陳貯的方法促進了生物活性物質的生成和富集。

然而，液態發酵的酵素產品不可避免地受到季節、發酵環境和發酵體系中的微生物等因素影響，因此，在發酵后采用真空冷凍干燥、噴霧干燥等技術手段除去液體酵素中的大部分水分不僅可得到仍具有生物活性的固態酵素，還可避免運輸和儲存過程中因微生物未滅活而導致的產氣炸瓶等現象[37]。例如，以糙米為原料接種益生菌液態發酵并冷凍干燥粉碎處理后得到的糙米酵素粉[60]。

3.1.2 固態發酵

食用酵素的固態發酵就是在一定濕度的固體基質上進行無水發酵。固體發酵基質可以作為發酵底物提供碳源和氮源使有益微生物進行生長和繁殖，進而促進營養吸收和轉化[37]。陳小林等[61]提出一種果蔬固態發酵混合酵素的生產工藝，即將果蔬渣作為基料，裝入發酵瓶滅菌后接種入微生物菌種進行固態發酵，發酵結束后將果蔬汁拌入其中進行低溫干燥，可獲得既含有原果蔬營養活性成分，又含有微生物發酵產物及菌體的混合酵素。該方法可以實現整個果蔬的全部利用，不產生任何廢渣，生態環保。研究和實踐表明，絲狀真菌、細菌以及酵母菌都能在水果皮、大豆等固態基質上進行發酵產生酶、有機酸等生物活性物質[37]。

對于固態發酵的酵素，因其發酵狀態、條件不同，酵素產物的種類、含量、穩定性均有所不同。ACUA等[62]對深層發酵和固態發酵產生的3種胞外果膠酶的物理化學和動力學特性進行比較研究，發現固態發酵得到的酶在極端pH和溫度下具有更好的穩定性且沒有底物抑制現象，而液態發酵得到的酶存在底物抑制現象。DIAZ等[63]對固態與液態發酵獲得的脂肪酶進行研究，發現2種方法產生的酶均是單體且具有相同的分子質量，但是固態發酵獲得的脂肪酶酶活力和穩定性明顯高于液態發酵獲得的酶。SANDHYA等[64]還發現固態發酵所產生的中性蛋白酶是液態發酵產量的3.5倍。

但從目前研究來看，多數生產酵素的原料含有大量水分，不易進行固態發酵。如今的固態發酵工藝過程中主要存在的問題有攪拌混合困難或者不充分，發酵過程中發酵速率和溫度難以控制等。因此，固態發酵食用酵素工藝還需進一步完善以適應大規模工業化生產的需要。

3.2 食用酵素生產的安全性分析

3.2.1 生物性危害

(1)加工過程及所用器具、設備消毒不徹底，不能有效隔絕有毒雜菌的污染[1]。在食用酵素工業生產中，要配備充足且適宜的設施和設備，選擇最佳發酵工序，創造維持酵素食品衛生與安全的生產環境，降低生產環境、設備及生產過程受雜菌直接污染或交叉污染的風險。

(2)自然發酵的工藝流程存在發酵周期過長(6～24個月)、果蔬表皮微生物難控制和高糖環境易受雜菌污染等問題，極大影響了酵素產品的開發和利用。針對自然發酵的危害，酵素企業應當選擇更為規范、合理的生產方式，精確控制發酵條件保障產品質量。

(3)復合發酵所涉及的原料成分復雜、發酵菌種多樣、代謝過程易受外界環境影響，難以控制代謝產物走向、并保證優勢有益菌株生長[21]。因此，后續研究需在酵素生產安全菌株的選育方面投入更多精力，選育出適合不同發酵環境的優勢菌，以避免有毒副產物的產生，且對外來菌種具有一定的抗定殖能力。

(4)長期使用的菌種有可能會突變成毒株，影響酵素產品的質量和食用安全[1]。生產上需要定期對菌株進行復壯，保證菌株的安全性。

3.2.2 化學及物理性危害

酵素生產原料的種植、采摘和清洗等前處理過程中，存在一些藥物殘留、重金屬離子和化學試劑等，造成化學性危害[1]。雖然微生物對這些有毒有害成分有一定的分解轉化能力[65]，但是食用酵素產品的生產過程中仍需嚴格把控，避免有毒有害化學物質的引入。此外，由于目前食用酵素生產企業仍主要采用傳統的自然發酵技術，存在生產規模小、設備簡單落后、技術含量低[21]，在加工過程中易誤入砂石、毛發，以及加工機械中的鐵質銹跡殘留等問題，從而造成酵素生產的物理性危害。因此，食用酵素生產企業應當積極引入現代化食用酵素發酵技術，并采用規范化生產操作規程，以降低物理性危害，確保食用酵素產品的衛生質量安全[21]。

4 食用酵素的功能活性

食用酵素采用果蔬、谷物等原料經微生物發酵而成，既含有原料本身的活性成分，還有物料經微生物轉化后生成的維生素、氨基酸、多糖和多酚等成分，因而具有解酒護肝、提高免疫力和抗氧化等多種生理作用和功能活性。如表1和表2所示，這些保健功效不僅與發酵基質的種類有關，也與采用的微生物和發酵方式有關?？傮w而言，食用酵素主要有六大類功能活性(圖3)。

4.1 抗氧化作用

圖3 食用酵素的功能活性及作用機理Fig.3 Healthy functions and mechanisms of edible Jiaosu

同時，對于不同果蔬原料的發酵，提高抗氧化活性的關鍵在于合適菌株的篩選。盧冬梅等[69]采用酵母菌RV171對不同種類和部位的火龍果進行發酵，發現用紅心火龍果果皮發酵得到的產物中總酚和總黃酮含量最高，具有最強的總·OH清除能力、還原性以及抗氧化性。

4.2 抑菌作用

經過益生菌發酵后的果蔬制品會產生胞外多糖、細菌素等多種不同的活性成分，這些活性成分可通過阻礙蛋白質等生物大分子的合成、破壞雜菌細胞壁或細胞膜等方式來達到抑菌效果[70]。西蘭花發酵液(使用L.plantarumMG208發酵)具有抑制幽門螺旋桿菌的生長和降低其黏附活性的功效，為開發保護胃環境免受幽門螺旋桿菌感染的功能性飲料提供了思路[71]；而以L.plantarumLS5 發酵的甜檸檬發酵液則對大腸桿菌和鼠傷寒沙門氏菌表現出更高的抗菌活性，且對后者的抗菌作用更強[72]。李祎等[73]通過研究發現龍葵新鮮果汁無抑菌圈產生，發酵后樣液的抑菌能力則顯著提高(P<0.01)，抑菌作用的增強不僅是由于發酵液中酚類物質含量的增加，也與樣品pH和含糖量降低有關，并且抑菌效果與發酵液濃度有一定相關性。

4.3 降脂減肥作用

酵素代謝產物中含有的脂肪酶，是一類特殊的酯鍵水解酶，作為膳食脂肪消化的主要酶，其表達的改變與肥胖等代謝疾病有著密切關系。研究表明，果蔬酵素和谷物酵素均含有大量脂肪酶類，例如，發酵條件優化后的櫻桃酵素中脂肪酶酶活力可達到1 242 U/mL[74]。此外，采用不同劑量的糙米酵素提取物灌喂大鼠，其肝臟粗脂肪質量顯著低于高脂對照組(P<0.01)，也從側面表明糙米酵素提取物有預防脂肪肝的作用[75]。

4.4 解酒護肝作用

過量飲酒會導致肝損傷，當肝細胞膜通透性增加或肝細胞壞死，會引起谷草轉氨酶(aspartate aminotransferase，AST)、谷丙轉氨酶(alanine aminotransferase，ALT) 和堿性磷酸酶水平升高[76]。植物酵素中的乙醇脫氫酶(alcohol dehydrogenase，ADH)可以分解乙醇，顯著降低AST、ALT活性，從而降低機體乙醇濃度起到解酒護肝的效果。例如，木通提取物發酵產物中ADH活性提高，可以加快乙醇分解，有效降低血漿乙醇濃度并緩解酒精宿醉[77]。

近年來隨著中醫中藥關于解酒護肝原理和機制的揭示，部分研究開始致力于以藥食同源材料為基質，通過生物酶解和微生物發酵技術開發解酒護肝產品[17]。將葛根、丹參和云茯苓等食藥兩用植物進行復合酶解提取后，接種高產谷胱甘肽的鼠李糖乳桿菌進行發酵，可得到具有解酒護肝作用且富含天然活性成分的酵素產品[17]。

4.5 改善腸道環境

果蔬發酵汁中含有豐富的低聚糖和膳食纖維等物質，低聚糖進入人體后在腸道發酵產生短鏈脂肪酸，對于維持腸道穩態具有重要作用。膳食纖維則可以促進腸道蠕動，并可被腸道內有益微生物利用，改善腸道環境。研究發現，乳酸菌發酵的果蔬飲料可緩解小鼠的便秘癥狀，其中以鼠李糖乳桿菌、干酪乳桿菌和植物乳桿菌等復合乳酸菌發酵的果蔬乳飲料在促進小鼠排便、抑制腸道病原菌和調節腸動力神經遞質方面效果更佳[78]。

此外，果蔬發酵制品中的多種益生菌與腸道黏膜上皮細胞形成的占位性保護具有生物屏障作用，其代謝產生的抗菌物質也對有害菌具有生物拮抗作用。朱艷等[79]發現果蔬酵素有促進腸道益生菌粘附和抑制腸道非益生菌黏附的作用，從而可以調節腸道菌群。此外，酵素帶入并定植于腸道的益生菌能夠將未被機體胃腸道消化利用的碳水化合物代謝為短鏈脂肪酸(如丁酸鹽)，進而能夠修復由潰瘍性結腸炎引起的腸道上皮細胞受損，抑制結腸癌細胞增殖[79]。

4.6 提高免疫力

機體的免疫系統是通過細胞免疫和體液免疫行使免疫應答功能的，可使機體內環境保持穩定。酵素發酵所采用的益生菌及其細胞壁組分(肽聚糖、葡聚糖)和代謝產物(胞外多糖、多肽等)能激活巨噬細胞和黏膜免疫細胞、促進細胞分裂并產生干擾素、抗體等成分，因此能增強機體的非特異性和特異性免疫性反應，提高機體免疫力[80]。

管曉冉[81]在果蔬汁中加入雙歧桿菌、保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌，創造厭氧環境，促進了3個菌種的共生，不僅縮短了果蔬汁的發酵時間，還使其口感得到提升。發酵后的果蔬汁可通過增加免疫器官指數和提高血清溶血素抗體水平的方式，使小鼠體內巨噬細胞的吞噬能力增強。研究表明，敖東酵素也能通過小鼠血清溶血素的改變而提高小鼠的體液免疫功能[82]。此外，劉春花等[83]研究發現植物酵素可以增強單核-巨噬細胞系統功能、自然殺傷細胞活性和體液免疫功能，提高血清溶菌酶水平，進而提高機體非特異性和特異性免疫功能。

5 食用酵素產業概覽

食用酵素作為一個新興產業，近幾年來的熱度不斷上升，以其原料種類廣泛、產品形式多樣、發酵機制復雜等特點，吸引著越來越多的人進入這個行業，由此帶來產業新機遇。同時，不斷發展的食用酵素產業也需要相應的科學理論支撐，酵素的生產工藝、發酵機制、活性組分檢測、質量評價與把控等，都為深入研究食用酵素指明了方向。2015年，中國生物發酵產業協會經過近3年社會調研后，確定了酵素產業發展的必要性。近幾年，業內學術交流與面向社會的科普逐步推進，國家有關部委的政策引導與監管也初步形成，促進了我國酵素產業的穩步發展。

5.1 食用酵素產品行業相關制度規范

2015年之前，中國酵素行業尚處于一個較為混亂的階段，主要原因是沒有一個有效的行業組織，沒有進行規范化的生產，產品雜亂。因此在工信部、發改委和科技部等部委的指導下，由從事酵素及相關研究、開發、生產、經營的企業、科研院所、大專院校、公益機構等單位，自愿組成了中國生物發酵產業協會酵素分會，并于2015年12月3日在北京正式成立。協會成立后，對酵素產品的定義、運營分類以及生產方式、產品通用標準等方面進行了規范，逐步建立了行業規則，隨后一系列規范和標準相繼出臺。

2016年1月14日，全國酵素行業專家委員會在上海成立，2016年10月1日T/CBFIA 08001—2016《酵素產品分類導則》、《食用酵素良好生產規范》團體標準正式實施[2, 84]。2017年6月1日《食用植物酵素》團體標準正式實施[85]。2017年7月25日，中國生物發酵產業標準化技術委員會酵素分委會在上海成立，隨后《食用酵素良好生產規范》被評為2017年工信部百項團體標準應用示范項目，《食用植物酵素》被評為2018年工信部百項團體標準應用示范優秀項目。2018年12月21日，QB/T 5324—2018《酵素產品分類導則》、《植物酵素》行業標準獲工業和信息化部批準[86-87]，已于2019年7月1日正式實施。2019年3月由中國生物發酵產業協會酵素標委會審議通過了酵素產業標準框架圖。2019年3月28日，全國酵素行業發展自律監督委員會在京正式成立，并修訂發布酵素產業發展規劃(2018-2025)。制定標準的主要目的是為了行業能夠穩定產品質量、有法可依，相關標準的實施也逐步確定了酵素行業的社會地位及發展目標。

在此基礎上，高校與科研院所的科學研究支撐工作也逐步推進，并取得了一定的成果。2019年6月23日，華東理工大學生物工程學院成立了“全國酵素研究中心”，多個第三方檢測機構和多家科研院校加入酵素產品的研究行列，填補了國內酵素產業的有關空白。2019年12月中國生物發酵產業協會酵素分會發布《中國酵素》紀錄片，從官方角度解讀了酵素產業近幾年的發展狀況，并指出行業中存在的問題和未來研究方向，對酵素行業的健康發展具有強大的推動作用。

5.2 未來食用酵素行業制度完善方向

隨著相關規范和標準的頒布，中國酵素產業在近幾年也逐漸步入了高質量發展的軌道。但是我國關于食用酵素的科學研究尚處于初級階段，酵素本身原料種類復雜，生產工藝、過程控制落后以及相應的標準和法規并不完善，導致國內剛剛起步的酵素市場存在一些亟待解決的問題，比如酵素品種比較單一、酵素產品的質量難以把控、產品獲取QS認證或保健批文不易等[88]。相對而言，日本的酵素產品市場已經比較規范成熟，日本厚生勞動省將食用酵素這類可以補充一定功能成分的保健功能食品明確劃為營養功能型食品，采用事后監督的形式進行管理[89-90]。因為有相應的法律法規保駕護航，日本酵素食品的監管難題得到了有效解決。

日本酵素食品的監管經驗給我國酵素行業的管理指明了一定的方向(1)建立以嚴格標識、科學宣傳為核心的酵素食品標識管理制度，只允許按照規格標準要求標識特定營養及保健功能，并且不得在包裝盒廣告上進行夸大和誤導性宣傳；(2)完善酵素食品的相關法律法規定義，比如及時更新酵素保健功能目錄；(3)建立分類監管、多種監管方法綜合運用的酵素食品監管體制，可以借鑒日本酵素食品注冊制和備案制下采用不同功能標識的方式，對消費者的知情權和選擇權進行充分保障，由食品安全和衛生管理部門制定相應的標準、規范，同時增加相關食品檢驗機構的獨立性[90]。

6 食用酵素產業未來展望

隨著基因工程、發酵工程、酶工程和細胞工程等現代生物技術在食品工業中的應用范圍越來越廣，食用酵素等新型功能性食品的研發也逐步開始引入這些技術手段，以提高其在食品和健康領域的價值[91]。目前國外已有將食用酵素用于病毒感染、高血脂和高血壓等疾病防治的先例[65]，而我國人口眾多，隨著大眾對健康的日益重視以及對酵素功效的進一步了解，酵素產品的需求和研發具有很大的空間和潛力。在市場競爭激烈的當代，若想把握食用型酵素產品的發展機遇，相關行業人員應從以下方面考慮：

(1)從基礎研究做起，微生物學、發酵工程、食品科學和傳統醫學等方面的人才通力合作，逐步擺脫對外來引進技術的依賴，建立起擁有自主知識產權的創新型酵素產業[92]。

(2)隨著食用酵素產業的不斷發展，單一酵素已難以滿足人們對健康的需求，而復合酵素和螯合酵素則比較符合未來食用酵素產業的研發趨勢，通過各種酵素的協同作用可達到“1+1>2”的效果[65]。

(3)采用宏基因組學和高通量測序等技術全面分析食用酵素生產過程中的微生物變化，為開發和應用功能性食品微生物奠定基礎，以期在未來實現酵素的可控發酵，穩定酵素產品的質量并提高發酵效率[5]。

(4)液態酵素有易受雜菌污染、存儲過程活菌依然在代謝等缺點，不易保存和運輸，所以可采用冷凍干燥技術將液態酵素制成新型固態酵素，使營養物質的生物活性得到較好保持，多種維生素和膳食纖維也可以更好地發揮作用。同時固態酵素運輸方便、易于儲存，是未來食用酵素發展的一個方向[37]。

(5)有關食用酵素生產工藝以及酵素產品定義分類的標準雖然已經制定并實施，但是國內關于食用酵素產品功效方面的相關標準法規仍未具體落實，因而需要酵素行業從業人員和相關行業協會加快填補這一方面的空白，以達到食用酵素產業的全方位監管和健康發展，讓消費者放心。