菌酶協同處理在豆制品副產物開發利用中的研究進展

尹樂斌，李樂樂，何平，劉椏麗，楊學為，羅雪韻

(1.邵陽學院 食品與化學工程學院，湖南 邵陽 422000;2.豆制品加工與安全控制湖南省重點實驗室，湖南 邵陽 422000)

隨著植物蛋白市場規模日益擴大，豆制品廣泛地出現在民眾的日常飲食中。豆制品企業制造的大豆副產物(豆渣、黃漿水等)產量隨之提高，其中富含蛋白質、膳食纖維、有機酸等[1-4]，在綠色發展的大環境中，企業生產的這類有機廢棄物不能直接排放，同時豆渣干燥、黃漿水凈化等成本昂貴，企業背負著沉重的經濟負擔[5]，所以利用綠色高效的菌酶協同方法處理豆制品副產物顯得尤為重要。

菌酶協同技術在果蔬、豆制品副產物以及動物飼料處理上得到廣泛應用，菌酶協同發酵可以綜合微生物發酵和酶解兩大優勢[6]。酶解為微生物發酵提供碳源和氮源等基礎營養物質，發酵又可以彌補獨立酶解造成的產物風味口感差、活性成分不足等現象[7]，二者有機結合可顯著增加發酵效率，改善產物風味，提高產品質量。

1 菌酶協處同理技術常用的微生物和酶類

芽孢桿菌、酵母菌、乳酸菌和霉菌等通常應用在菌酶協同發酵中。芽孢桿菌主要是枯草芽孢桿菌、蠟質芽孢桿菌等，其發酵可降解抗營養因子，分泌纖維素酶和蛋白酶，調節動物腸道健康[8-9]。酵母菌主要是釀酒酵母和啤酒酵母，發酵產酒香味，顯著改善發酵產物的風味[10-11]。乳酸菌類主要包括植物乳桿菌、乳酸桿菌等，產生的多種有機酸在改善風味的同時也抑制了有害微生物的生長，賦予了發酵產品特有的品質[12-13]。霉菌類主要用到米曲霉和黑曲霉，其能夠分泌大量的胞外酶，如蛋白酶、纖維素酶等水解粗質纖維成分和大分子蛋白，因此也常用在動物飼料發酵方面[14]。常用酶制劑主要有纖維素酶和蛋白酶等。纖維素酶可降解木質纖維為葡萄糖等小分子物質給生物發酵提高碳源等基礎營養物質。蛋白酶主要是中性蛋白酶、木瓜蛋白酶等，蛋白酶可將粗蛋白水解成短鏈多肽，提高多肽含量，同時改善原料中的不良風味。菌酶協同處理常用的菌種和酶類見表1。

表1 菌酶協同處理常用菌種和酶類Table 1 The common strains and enzymes of co-treatment of bacteria and enzymes

2 常見豆制品副產物菌酶協同處理技術的應用

2.1 菌酶協同技術在豆渣中的應用

趙超等[18]探究乳酸菌和纖維素酶對豆渣與桑葉混貯發酵品質及體外瘤胃發酵特性的影響。研究發現，菌酶組粗蛋白含量和有機酸含量提高。說明乳酸菌有效改善了豆渣和桑葉混貯的發酵品質和體外牛瘤胃的發酵特性，而且菌酶混合使用時效果最好。曾杜文等[19]研究從豆渣中提取L-阿拉伯糖的工藝，并以釀酒酵母發酵玉米秸稈酶解液產乙醇，發現酸解和酶解豆渣都為發酵產乙醇提供了碳源。董偉亮[20]利用米曲霉發酵酶解豆渣液制備大豆多肽，研究發現發酵產物多肽和多糖含量增加。劉帥[21]利用黑曲霉發酵豆渣制備豆渣粗蛋白，在此基礎上引用復合蛋白酶酶解粗蛋白得到抗氧化肽，研究發現發酵豆渣蛋白提取率顯著提高，為后續的酶解粗蛋白制備多肽提供了更多原料。李琳等[22]利用纖維素酶和堿性蛋白酶水解新鮮豆渣，將酶解豆渣液接種米曲霉發酵制備食品添加劑，研究發現產物中主要成分為多肽、可溶纖維以及多糖。

2.2 菌酶協同技術在豆粕中的應用

方樂等[23]研究酵母菌、芽孢桿菌和中性蛋白酶協同發酵豆粕制備飼用小肽的工藝，探究發酵條件對產小肽的影響，研究發現發酵豆粕后，其產物中小肽和蛋白含量顯著增加。毛銀等[24]研究利用植物乳桿菌和蛋白酶協同發酵豆粕工藝條件優化，結果發現相比較未發酵的豆粕，發酵豆粕的粗蛋白、多肽和總酸含量有所提升，為改善動物飼料品質提供了新思路。周爽等[25]采用枯草芽孢桿菌和中性蛋白酶協同處理豆粕，研究發現菌酶協同發酵產物多肽和粗蛋白含量大幅提高，解決了簡單酶解和單純發酵豆粕存在的不足，為制備高質量動物飼料提供了理論指導。張煜等[26]研究從乳酸菌、釀酒酵母和枯草芽孢桿菌中篩選最優菌株，加入相關復合酶，考察菌酶協同發酵對玉米-豆粕型飼料品質改善和仔豬飼喂的效果，結果發現菌酶協同發酵飼料質量改善，相關抗營養因子降低，乳酸含量增加等。

3 菌酶協同處理效果的優勢

3.1 壓縮發酵時間，提高發酵效率

菌酶協同常會用到纖維素酶、蛋白酶或者復合酶等，添加酶制劑可加快底物中粗質纖維和粗蛋白水解成小分子物質，為發酵補充碳源、氮源等營養成分，促進發酵快速進行。與獨立發酵相比，大大縮短了發酵周期，提高了發酵效率。岳麗等研究菌酶協同發酵甜高粱秸稈工藝，研究發現菌酶協同技術顯著提高了微生物對發酵底物大分子物質的利用效率，如纖維素酶酶解秸稈中粗質纖維生成單糖可為發酵提供能源。張志強[27]利用纖維素酶水解甘蔗渣，并添加釀酒酵母發酵水解液制備乙醇，發現乙醇得率提高，發酵效率提升。

3.2 降低抗營養因子，改善產物風味

常用作動物飼料的植物秸稈、果渣中存在大量的抗營養因子，比如豆渣中的植酸、抗原蛋白、硫苷等，這類物質的存在嚴重影響動物消化吸收，引起腸胃不適。利用菌酶協同發酵處理可顯著降解抗營養因子，將其轉化為可吸收利用的糖類等物質，將霉菌毒素、酚類有害物質分解，降低其毒害性。帖余等[28]研究發現，黑曲霉固態發酵菜籽粕，再進行酶解處理，植酸和硫苷含量顯著降低，較單獨發酵效果更佳。李家明等利用植酸酶結合黑曲霉、釀酒酵母以及枯草芽孢桿菌混菌發酵辣木莖稈粉，研究發現不同菌種組合發酵產物的營養成分和植酸含量存在差異，混菌發酵提高了蛋白和乳酸含量，纖維和植酸等抗營養因子顯著降低。韓麗等利用菌酶協同發酵大豆皮，探究不同的發酵組合和條件對大豆皮抗營養因子降解作用。研究發現釀酒酵母結合植物乳桿菌，同時添加3號蛋白酶發酵大豆皮，其抗原蛋白降解率超過80%。抗營養因子的降低有助于提高產品的安全性，特別是在動物飼料方面，能夠改善動物消化不良，調節腸道健康。

3.3 提高產品質量和營養價值

菌酶協同將微生物發酵和酶解進行有機結合，充分發輝兩者優勢，發酵產物苦澀味降低，產物營養組成更加豐富。姚曉紅等利用枯草芽孢桿菌和中性蛋白酶協同發酵菜籽粕，發現菌酶協同發酵產物中單寧、植酸和硫苷含量大大降低，粗蛋白、還原糖、多肽等成分含量顯著提高。郝磊等研究黑曲霉和米曲霉制曲工藝，探究其產蛋白酶活力，然后加入復合酶協同發酵，發現菌酶協同發酵組中總氨基氮和還原糖占比強于對照組，感官評價中菌酶協同組風味更優。徐磊等利用不同蛋白酶和干酪乳桿菌協同發酵脫脂薏米，發現相比于單獨發酵，協同發酵加快了反應速率，促進了蛋白水解，水提液中多肽、還原糖和游離氨基酸顯著提高，同時抗氧化能力較單獨發酵也有所提高。趙小惠等利用枯草芽孢桿菌結合中性蛋白酶發酵金槍魚暗色肉制備飼用肽，研究發現協同發酵后多肽含量明顯提高，為開發利用高質量動物飼料提供了理論基礎。由此可見，菌酶協同在提升產物質量和營養價值方面頗具潛力，也為開發高質量產品開拓了思路。

4 菌酶協同處理技術的前景與展望

當前菌酶協同技術主要應用在動物飼料、調味品生產等方面。菌酶協同技術優勢明顯，但在工藝處理上較為復雜，而且微生物菌種和酶制劑添加順序(酶解與發酵前后順序)、菌酶比例以及酶解和發酵的機制尚未清晰，這些原因制約了菌酶協同的廣泛應用。接下來的研究需更多地放在菌酶協同發酵機理以及發酵產物活性提取和分析上，利用菌酶協同開發生物活性肽的高值化產品等。

植物蛋白產品近幾年發展迅速，其中大豆制品在民眾餐飲方面備受青睞，隨之而來的豆制品副產物(豆渣、豆粕)[29]等產量增加，這類固體廢棄物處理復雜，處理成本高昂，期待菌酶協同未來更廣泛地應用在豆制品副產物開發方面，如此不僅可以緩解生態環保壓力，也能更高效地利用蛋白資源。

5 結論

菌酶協同處理在提高發酵效率、提升產物質量、降低抗營養因子和改善產品風味等方面潛力巨大。但是菌酶協同技術涉及到微生物和酶制劑復合作用，機理研究相當復雜，對于菌酶添加，工藝處理方面還需深入研究，本文綜述了菌酶協同技術常用菌種和酶類，在豆制品副產物方面的應用，以及存在的優勢，同時也期待菌酶協同技術更多地應用在豆制品副產物開發上，制作出高質量的產品。