微生物固態發酵麥麩的營養品質及其資源化利用的研究進展

張凱歌,江迪*,萬小樂,關二旗,李萌萌,陳蒙慧,唐浩潔,卞科*

1(河南工業大學,國家糧食和物資儲備局糧油食品工程技術研究中心/河南省重點實驗室,河南 鄭州,450001) 2(河南工業大學 糧油食品學院,河南 鄭州,450001)3(大連市檢驗檢測認證技術服務中心,遼寧 大連,116021)

我國是小麥種植、消費大國。麥麩作為小麥加工的主要副產物之一,每年產量大約3 000萬t。麥麩具有較高的營養價值,除了含有豐富的膳食纖維、蛋白質、維生素、礦物質等營養成分外,還含有阿魏酸、酚酸、阿拉伯木聚糖等具有抗氧化特性的生物活性物質,可以改善新陳代謝、增強免疫力、保護正常細胞免受氧化損傷,并有助于抵抗衰老和細胞癌[1]。麥麩多用于飼料和釀造工業,在食品加工中的應用較少。然而,麥麩中多數生物活性化合物以不同形式被困在含有木質素、纖維素和半纖維素的復雜結構中,因此在自然狀態下其利用程度較低[2-3],麥麩的潛在價值并未得到充分開發與利用。此外,麥麩膳食纖維多為不溶性膳食纖維(insoluble dietary fiber,IDF),且由于非淀粉多糖、植酸等抗營養因子的存在,直接添加麥麩不僅會導致其營養素利用效率較低,而且對產品的品質和營養價值會產生不利影響[1]。

為了提高麥麩產品的質量,通常采用物理法、化學法和生物法對麥麩進行改性處理。有研究發現,微波、蒸汽、擠壓、過熱蒸汽均提高了麥麩總酚、阿魏酸和葉酸的含量,其中擠壓增加了麥麩的膨脹力,對營養和加工質量改善最大,對酚類含量和抗氧化能力提升也最為顯著,然而這些方法成本較高、局限性較大[4]。化學法常通過添加化學試劑或改良劑對麥麩進行處理,有研究通過羧甲基化法處理麥麩,發現麥麩IDF的結構和質量都得到了明顯的改善[5]。但這類方法可能會產生難以消除的污染,導致其應用受到一定限制。生物法利用微生物的發酵作用和酶制劑對麥麩進行處理,具有安全、高效且環保的優點,是一種極具潛力的麥麩改性方法[1]。其中微生物發酵因其菌種選擇多樣、處理周期短、操作簡單,在麥麩改性處理上具有極大優勢。該方法對設備和加工工藝的要求較低,通過微生物發酵能夠在不同分子之間形成新的相互作用,改變麥麩的微觀結構,提高麥麩的加工性能[6]。同時,微生物在發酵過程產生的酶對麥麩的結構、生物活性和生物利用度有很大影響[7],能夠將麥麩中生物活性物質釋放出來(圖1),在改變麥麩IDF結構、理化性質、功能性質和抗氧化活性等方面具有很高的應用前景[8]。盡管微生物發酵過程會消耗麥麩中的營養物質,但也可以將麥麩中難分解、利用率低的成分轉化成小分子物質,促進麥麩生物活性物質的釋放,同時,也可將可溶性糖等營養成分轉化成有機酸等其他營養素,帶來獨特風味的同時增加其營養品質[9]。因此,本文綜述了微生物固態發酵對麥麩營養品質和功能特性的改善作用及其資源化利用的研究進展,并對其應用前景進行展望,以期提高麥麩的綜合利用效率及附加價值。

圖1 微生物處理釋放麥麩中的生物活性物質

1 發酵麥麩的功能特性

麥麩中營養物質含量豐富,是生產許多化合物的優良基質[10-14],如表1所示。有研究表明,采用黑曲霉發酵麥麩可生產β-葡聚糖酶,作為一種有益的飼料添加劑,在一些β-葡聚糖含量較高的谷物飼料中使用尤其廣泛[10,15]。以費氏丙酸桿菌發酵麥麩還可用來生產高生物可及性的維生素B12[13,16]。研究發現,發酵產生的一些揮發性物質可給麥麩帶來特殊的風味,以冠突散囊菌發酵麥麩可顯著增加主要風味物質苯乙醇的含量[17],米根霉發酵麥麩則可以增加醇、脂等各種芳香成分的相對含量,改善風味物質組成[18]。此外,由瑞士乳桿菌發酵的麥麩提取物具有極好降解黃曲霉毒素B1的能力[19],而黑曲霉FS-UV-21發酵麥麩不僅可以降低其中赭曲霉毒素A的含量,還能提升麥麩的風味,區別于傳統麥麩揮發性風味物質,壬醇、香蘭素等含量增加明顯,提高了麥麩的利用價值[20]。不僅如此,牛類芽孢桿菌發酵麥麩的上清液對唾液鏈球菌和變形鏈球菌有明顯的抑制作用,而對口腔中常見的有益菌(植物乳桿菌和干酪乳桿菌)無抑制活性,且目標抑菌物質具有良好的熱穩定性和pH穩定性[21]。可見麥麩不僅可作為底物生產酶、維生素、乙醇、乙酸等化合物,發酵過程中產生的風味物質還能較好的改善麥麩的風味特性。此外,發酵麥麩還在降解毒素、抑菌等方面也表現出很好的效果。

表1 微生物發酵麥麩生產有機化合物Table 1 The organic compounds produced by microbial fermentation of wheat bran

2 不同菌種發酵對麥麩營養品質的影響

常用于麥麩發酵的微生物主要有霉菌、酵母菌、乳酸菌、芽孢桿菌等。霉菌是絲狀真菌的統稱,以孢子形式進行無性或有性繁殖。而酵母菌是一類以芽殖為主的兼性厭氧型單細胞真菌,酵母菌常與芽孢桿菌、乳酸菌等菌類一起混合發酵麥麩。麥麩吸水性強,易霉變,易被嘔吐毒素污染[22]。當發酵條件不當時,可能會造成雜菌污染、營養成分損失,帶來令人不悅的風味等負面效果。因此,合適的發酵參數是保障麥麩發酵效果的重要條件。影響麥麩發酵的主要因素包括發酵溫度、時間、接種量以及含水量等。不同微生物生長所需適宜溫度、濕度不盡相同,而且對接種量有要求。所以無論是使用真菌、細菌發酵,亦或是采用復合發酵方式來改善麥麩營養品質,都需要找到適宜的發酵條件。

2.1 真菌發酵

2.1.1 霉菌發酵

黑曲霉、米曲霉和泡盛曲霉等霉菌通常被認為是食品級微生物,普遍應用于發酵食品生產。霉菌可以分泌纖維素酶、木聚糖酶等多種酶,能較好地降解麥麩木質纖維素,釋放阿魏酸,提高麥麩抗氧化活性,增加營養價值[23]。研究發現,以好食脈孢霉固態發酵麥麩制備可溶性膳食纖維(soluble dietary fiber,SDF),最佳發酵條件下發酵83.5 h時SDF得率可達13.14%,發酵過程中纖維素酶和木聚糖酶活性均與SDF得率呈正相關[24]。在最佳發酵條件下,采用泡盛曲霉發酵麥麩,7 d后麥麩中游離阿魏酸含量可達164.3 μg/g,發酵麥麩多酚提取物也有較強的抗氧化活性[25]。研究表明,黑曲霉、米曲霉、里氏木霉等發酵麥麩能顯著增加麥麩中總游離酚、阿魏酸的含量及抗氧化活性[26],其中黑曲霉釋放結合阿魏酸的能力很強,米曲霉和泡盛曲霉具有釋放更多綠原酸和丁香酸的能力[23]。此外,黑曲霉在釋放麥麩中結合阿魏酸時,產生了一種新形式阿魏酸,其抗氧化和抗炎活性要優于游離阿魏酸[27]。LU等[17]首次將冠突散囊菌與麥麩一起發酵,發現發酵麥麩中SDF含量顯著增加,持水持油能力提高,發酵顯著增加了總多酚、花青素的含量,其中阿魏酸含量大約是未發酵麥麩的12.06倍,發酵也增強了麥麩的抗氧化和抗肥胖活性。趙云蛟等[28]采用米根霉固態發酵麥麩,發現發酵使麥麩中的蛋白質含量增加85.44%,SDF含量增加2.71倍。

2.1.2 酵母菌發酵

酵母菌作為發酵處理的常用菌種,可以產生多種分解細胞壁的解聚酶,從而破壞酚酸與阿拉伯木聚糖相結合的酯鍵,將結合態酚酸和阿拉伯木聚糖從細胞壁中釋放出來,并降低麥麩中植酸的含量,同時具有殺滅有害菌種的作用以避免污染[29]。有研究表明,釀酒酵母固態發酵麥麩可顯著增加麥麩中總酚和水溶性阿拉伯木聚糖(water extractable arabinoxylan,WEAX)的含量,使IDF轉化為SDF[30],還可有效提高麥麩酚類物質的含量以及DPPH自由基清除活性,同時發現抗氧化活性與總酚的含量顯著相關[31]。劉豪等[32]采用酵母菌發酵麥麩優化麥麩膳食纖維的組成,發酵后麥麩IDF含量顯著降低,而SDF含量提升至20.21%,同時麥麩中蛋白質和灰分含量上升,持水性和溶脹性均顯著提高。楊克勝等[33]用14株酵母菌固態發酵麥麩,發現扣囊復膜酵母Y11可以顯著提高麥麩的抗氧化能力及其理化特性,發酵后的麥麩結構疏松,總酚、SDF、多肽及游離酚酸等與麥麩抗氧化能力呈正相關的活性物質含量顯著上升。

2.1.3 白腐菌發酵

白腐菌是目前發現的最有效、最主要的木質素降解微生物,可將木質素徹底降解為H2O和CO2[34]。白腐菌可以降解復雜的有機物,改善木質纖維素結構,提高酶解效率。部分白腐菌還能夠產生具有營養、藥用和保健價值的子實體,在工業、食品、醫藥等重要領域有極高的應用價值。LI等[35]采用蟬花、蛹蟲草、樺褐孔菌3種藥用真菌對麥麩進行固態發酵,發現這些真菌均改善了麥麩的營養特性,包括SDF的提取率、總酚與總黃酮含量,以及膨脹能力、吸油能力和抗氧化活性,還發現不同真菌發酵的麥麩具有不同的揮發性特征。TU等[36]使用松生擬層孔菌發酵麥麩,結果表明,發酵提高了麥麩的生物活性和烘烤性能,改善了麥麩的吸水指數、水溶性指數和膨脹能力等物理性質,增加了麥麩中總酚、烷基間苯二酚等生物活性物質的含量,并提高了總抗氧化活性。有研究發現,以香菇發酵麥麩,當發酵組合水料比為7∶1(mL∶g),裝料厚度為8 cm,發酵時間為10 d時,麥麩中的SDF平均可達到208.45 mg/g[37]。而在杏鮑菇固態發酵麥麩的實驗中,發現漆酶和錳過氧化物酶活性顯著增加,總槲皮素、酚類物質和粗多糖的濃度是未發酵麥麩的2倍[38]。

2.2 細菌發酵

2.2.1 乳酸菌發酵

乳酸菌在食品發酵工業中應用非常廣泛,在發酵過程中產生的乳酸有降低基質pH,抑制雜菌生長的作用,在麥麩發酵中常以乳桿菌屬的乳酸菌作為發酵菌種。SPAGGIARI等[39]采用鼠李糖乳桿菌固態發酵麥麩,結果發現發酵后麥麩中植酸含量減少了3倍,WEAX的濃度增加了3倍,除總酚略有下降外,發酵后游離酚酸的含量顯著增加,抗氧化活性提高。WANG等[40]發現用植物乳桿菌423發酵麥麩可以在不改變麥麩品質的條件下增加其風味特性,并且麥麩發酵液具有良好的羥自由基清除活性和氧自由基清除活性。GHAMRY等[41]從蜜蜂腸道中分離到一株新型乳桿菌(Lactobacillusapis),可通過改變麥麩中的酚類等代謝物質,顯著提高麥麩中有機酸和水溶性維生素的含量以及抗氧化活性,并使麥麩中揮發性成分和游離氨基酸含量發生顯著變化。此外,有研究從乳酸菌中篩選出一株糞腸球菌M2,固態發酵麥麩后,麥麩中SDF含量幾乎是原料的4倍,酚類、黃酮類、烷基間苯二酚的總比例以及抗氧化能力和自由基清除率均顯著提高,特別是阿魏酸含量提高了5.5倍,隨著麥麩蛋白的降解,游離氨基酸含量增加,而植酸的水平降低[2]。團隊前期使用植物乳桿菌、鼠李糖乳桿菌、戊糖片球菌和布氏乳桿菌固態發酵麥麩發現,經乳酸菌發酵后麥麩SDF含量顯著提高,抗氧化活性和多酚含量顯著增加而植酸含量降低,其中布氏乳桿菌發酵48 h后SDF含量由4.72%增加至6.58%,植物乳桿菌發酵麥麩多酚含量由1.34 mg/g增加至3.86 mg/g,在提高麥麩的營養特性方面具有較好的效果。

2.2.2 芽孢桿菌發酵

2.3 復合發酵

在微生物發酵麥麩的研究中,目前多采用單一菌種發酵,這一方法在改善麥麩營養品質,提高麥麩應用價值方面發揮出了良好的效果,但是單一菌種發酵存在發酵效率較低的缺陷。而采用復合發酵,菌種間可通過分工來緩解代謝負擔,有效轉化復雜的底物,菌種間代謝協同效應有助于提高固態發酵的效果。甄莉娜等[43]在開展益生菌固態發酵麥麩研究中,以芽孢桿菌、乳酸菌、酵母菌和霉菌按5∶1∶1∶1混合發酵麥麩,能夠顯著提高發酵麥麩中還原糖和蛋白質的含量,改善了麥麩的營養品質。同時,有研究發現,混合菌種發酵麥麩可以利用不同菌種間互補性和協同性獲得比單一菌種更高產量的阿魏酸糖酯[44]。團隊前期在優化布氏乳桿菌與米曲霉復合發酵麥麩工藝中發現,當復配比例2∶3、發酵時間3 d、發酵溫度31 ℃時,麥麩SDF和多酚含量最高,纖維素酶、木聚糖酶及阿魏酸酯酶活力最大,3種酶協同作用于麥麩促進纖維素成分的降解及多酚類物質的游離,發酵后麥麩粉碎效率也由24.23%增加至28.93%。

2.3.1 酵母菌和乳酸菌發酵

酵母菌和乳酸菌是特征良好的發酵劑,能夠有效降低植酸含量,增加SDF、WEAX和多酚的含量。ZHAO等[45]使用酵母和乳酸菌固態發酵麥麩,發酵后WEAX含量提高3～4倍,總膳食纖維和SDF含量增加,烷基間苯二酚含量顯著增加,并有超過20%的植酸被降解。王賽民等[30]采用酵母菌和乳酸菌發酵麥麩,發酵后麥麩中SDF含量顯著增加,IDF含量則顯著降低,各發酵組中WEAX含量提高了207%～310%,多酚含量提高了49%～94%。ZHANG等[46]研究了酵母和乳酸菌發酵麥麩對面筋聚合的影響,發現發酵可增加麥麩中多酚化合物和WEAX的含量,與未發酵麥麩相比,改性麥麩顯著增加了面筋蛋白中二硫鍵含量,有效減少了麥麩對面筋網絡的破壞。此外,以釀酒酵母和植物乳桿菌發酵麥麩可顯著改善麥麩理化性能,發酵后SDF含量增加,IDF含量下降,總氨基酸含量增加7%～27%,麥麩總抗氧化活性也得到提高[47]。而采用植物乳桿菌LB-1和釀酒酵母對麥麩進行固態發酵,在協同發酵36 h后,麥麩中總游離氨基酸、可溶性蛋白、可溶性多酚以及WEAX含量上升,發酵麥麩的總還原力、DPPH自由基清除率以及超氧陰離子自由基清除率均得到提高[48]。

2.3.2 酵母菌和芽孢桿菌發酵

酵母菌常與枯草芽孢桿菌共發酵麥麩,可以改變麥麩多糖、多酚組成比例,提高麥麩抗氧化能力。CHEN等[49]發現釀酒酵母和枯草芽孢桿菌發酵麥麩可以改變麥麩多糖的結構特征,發酵后麥麩中總多糖含量上升,鼠李糖、木糖和阿拉伯糖的比例上升,使巖藻糖的比例提高到可檢測的水平,發酵提高了麥麩多糖的還原能力以及DPPH自由基和羥自由基的清除活性。此外,枯草芽孢桿菌和釀酒酵母混合發酵還可以提高麥麩中水溶性多酚含量,在最佳發酵條件下,水溶性多酚含量較發酵前提高了近3倍,發酵還改變了水溶性多酚的組成比例,發酵后麥麩多酚的還原力和DPPH自由基清除率也得到提高[50]。陳秋燕等[44]以枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌和釀酒酵母按1∶1∶1發酵麥麩,獲得了產量較高且具有體外抗氧化和益生活性的阿魏酸糖酯,能夠有效促進嗜熱鏈球菌和植物乳桿菌的增殖。發酵提高了麥麩的附加值,為提高麥麩的綜合利用率提供了有效的途徑。

3 微生物固態發酵麥麩的資源化利用

微生物發酵在改善麥麩膳食纖維結構、促進酚類物質釋放、降低抗營養因子水平、提高麥麩抗氧化能力等方面具有非常優異的表現。發酵麥麩的生物活性、理化性質、功能性質得到提高,營養品質得到極大改善,在食品加工、功能性食品開發以及飼料加工等領域具有廣泛的應用前景。

3.1 在全麥食品中的應用

全谷物對人類健康的益處已經得到證實,研究證明,食用全谷物食品可有效降低糖尿病、肥胖癥、心血管疾病和某些癌癥的風險[51]。然而全谷物食品的品質往往帶有缺陷,包括體積小、缺乏彈性、帶有苦味以及質地粗糙等,這與添加麥麩導致面筋網絡結構減弱,面團持氣能力降低有關[52]。麥麩膳食纖維與面筋之間的相互作用,也會對面團特性帶來負面影響[53]。而通過微生物發酵對麥麩進行改性,可有效改善麥麩營養價值、物理和風味特性,緩解添加麥麩對面制品帶來的不利影響[30,45]。

3.1.1 發酵食品

通過發酵改善麥麩是改善高纖面粉質量的有效方法。毛木耳發酵麥麩可以有效降解麥麩纖維并產生多種芳香化合物,添加發酵后的麥麩纖維產品可以提高面團的彈性[34],防止面筋網絡結構的部分損傷[54]。研究表明,添加適量的發酵麥麩可以改善面團的特性和饅頭的品質,有效降低添加麥麩對混合面粉粉質和伸長特性的負面影響,對面團的黏彈性和饅頭的比容產生了積極地影響[55]。LI等[56]采用酵母菌WickerhamomycesanomalusP4作為發酵劑制作全麥饅頭,在發酵12 h后,超45%的植酸被降解,與商業釀酒酵母相比,使用該發酵劑改善了面團的微觀結構,提高了礦物質的溶解性,發酵饅頭還具有較高的亮度和高徑比。此外,許多研究表明,發酵麥麩制得的全麥面包其比容、質地得到改善,擁有更加適口的口感,尤其是風味特性得到加強,增加了許多揮發性化合物[36,47-48]。而使用釀酒酵母發酵麥麩,發現當麥麩粒徑為200～300 μm時適合生產高纖面包,當添加量為15%時,面包的新鮮度更高,可有效延長面包的保質期,增加了消費者的可接受程度[57]。BARTKIENE等[58]指出麥麩經擠壓發酵后制作面包可以降低儲藏期間的硬度,延長貨架期,并形成獨特的揮發性化合物,提高了面包的整體可接受性。發酵有效減少了麥麩對面包體積的副作用,積極影響了面包最終的整體特性。

3.1.2 非發酵食品

發酵提高了麥麩的營養價值,顯著增加了SDF的含量,在制作全麥面條時,添加米根霉固態發酵的麥麩可提高小麥粉的糊化特性和熟面條的質構特性,面條的淀粉水解指數和血糖生成指數顯著低于普通小麥粉面條[28]。而采用酵母菌和乳酸菌發酵麥麩制作全麥面條,相比于未發酵麥麩組,發酵麥麩組面團峰值黏度、谷值黏度、黏彈性和結構強度增加,水分分布得到改善,減弱了麥麩對面筋蛋白的解聚作用,發酵還顯著降低了全麥面條的蒸煮損失,淀粉的抗消化性得到加強,有利于降低血糖生成指數[30]。此外,采用酵母和酒曲發酵麥麩制作的全麥半干面內部結構疏松,蛋白均勻且連續分布,提高了全麥半干面的適口性和爽滑性,全麥半干面中植酸含量顯著降低,多酚含量顯著上升,其營養價值也得到提高[59]。同樣的,XU等[60]采用酒曲和酵母發酵麥麩制作全麥半干面條,發酵提高了面條的硬度,明顯改變了面條橫截面的外觀和微觀結構,全麥半干面條的最佳蒸煮時間和蒸煮損失顯著降低,有效延長了面條貨架期。團隊前期通過布氏乳桿菌與米曲霉發酵麥麩制作全麥面條,發現發酵組的吸水率和蒸煮損失顯著降低,面條的硬度、黏附性、膠黏性、咀嚼性降低,彈性及回復性有增加趨勢,在相同添加比例下,發酵組面條的拉斷力及拉伸距離顯著高于未發酵組,且經發酵后面條中多酚的生物可利用率也由19.69%提高到21.43%。由此可見,發酵麥麩對全麥面條的蒸煮品質和質構特性具有積極的影響。

3.2 在動物飼料中的應用

麥麩作為食品加工的副產品,有豐富的營養成分和生物活性化合物,是傳統的飼料原料。在動物的日糧中添加適當比例的麥麩可促進腸道功能發育和生長,但半纖維素木聚糖和其他非淀粉多糖對麥麩營養素的截留阻礙了動物的消化和吸收。此外,麥麩中的抗營養因子(如粗纖維)含量比較高,在日糧中添加麥麩會影響動物的生長發育和健康,過量添加還會因其高木質纖維素含量、非淀粉多糖、植酸以及霉菌毒素風險等造成負面影響[61]。而采用發酵麥麩代替基礎日糧可有效調節動物腸道菌群結構,促進腸道發育來提高生長性能,還能降低瘤胃氨氮濃度,改變瘤胃細菌群落,促進瘤胃發育來改善生長性能。另一方面,發酵麥麩可以增強機體抗氧化與抗炎能力,激活先天性免疫和適應性免疫,提高機體的免疫應答能力,從而增強機體的免疫功能。

3.2.1 改善動物生長性能,調節腸道菌群環境

麥麩經發酵后營養價值得以提升,可部分代替家禽和家畜的基礎日糧,實現更高的價值。LIN等[62]研究發現添加5%硫磺菌發酵的麥麩能改善肉雞的生長性能,提高乳桿菌科細菌的數量,抑制變形桿菌的數量,改善腸道環境。添加10%擬康氏木霉發酵的麥麩不僅提高肉雞的生長性能,還可以提供最佳的腸道形態[63]。而添加10%解淀粉芽孢桿菌發酵的麥麩顯著提高了35日齡肉雞回腸中乳酸菌數量,在提高肉雞生長性能和飼料轉化率的同時還有降低肉雞血清膽固醇的趨勢[64]。此外,添加棘突坎寧漢霉發酵的麥麩和0.2%仙鶴草提取物能夠提高雞肉的質量,使雞肉中γ-亞麻酸含量顯著增加[65]。

另一方面,添加5%芽孢桿菌和乳酸菌發酵的麥麩使得生長肥育豬腸道菌群多樣性增加,腸道菌群組成和穩定性得到改善,對腸道發育產生了積極的影響,表現出了優異的生長性能和飼料增重比[66]。而采用枯草芽孢桿菌和產朊假絲酵母發酵的麥麩代替斷奶仔豬10%的基礎日糧可以減少腸道致病菌的定殖,提高糞便中螺菌屬、克雷白桿菌屬和鐮刀菌屬的相對豐度,有效調節斷奶仔豬腸道菌群結構,促進腸道健康[67]。有研究表明,發酵麥麩多糖可正向調節斑馬魚腸道抗氧化相關基因的表達和腸道微生物群,顯著提高斑馬魚的比生長率,顯示出作為生長促進劑的優越潛力[68]。在代乳粉中添加枯草芽孢桿菌和釀酒酵母發酵制備的發酵麥麩多糖,可改善羔羊瘤胃液中氨氮的濃度以及異丁酸和異戊酸的比例,改變瘤胃細菌群落,促進瘤胃發育,同時降低飼料增重比,提高羔羊生長性能[69]。此外,將枯草芽孢桿菌和釀酒酵母發酵麥麩制備的阿魏酰低聚糖添加進羔羊飼料中,也能降低羔羊瘤胃氨氮濃度,改善羔羊平均日增重和飼料轉化率[70]。

3.2.2 提高機體抗氧化能力,調節免疫功能

氧化應激已被證明是家禽生產和繁殖性能受損以及由此造成經濟損失的主要原因,這些應激能夠加速脂質過氧化和炎癥反應的惡化,這可能歸因于自由基的產生,這意味著氧化、炎癥以及脂質代謝在動物體內相互交織[71]。WANG等[72]采用白腐菌發酵麥麩,發現發酵不僅增加了DPPH自由基清除作用、Trolox等價抗氧化能力、亞鐵螯合能力,而且在體外,它可以調節雞外周血單個核細胞中抗氧化分子靶點的表達。采用釀酒酵母和植酸酶發酵的麥麩可以促進肉雞緊密連接蛋白基因的表達,提高肉雞的抗氧化能力以及降低炎癥[73]。有研究表明,發酵麥麩多糖可降低斑馬魚體內活性氧產生率、脂質過氧化率和細胞死亡率,提高斑馬魚胚胎抗氧化酶活性[74],尤其是發酵麥麩中阿魏酰低聚糖效果更好,對斑馬魚的氧化應激具有保護作用[75]。

此外,LUO等[76]發現采用混合真菌發酵麥麩,在改善斷奶仔豬空腸黏膜杯狀細胞數量、黏蛋白1和抗炎細胞因子的表達以及血液中CD4+T淋巴細胞亞群的比例方面具有很大優勢。在基礎日糧中添加發酵麥麩不僅對斷奶仔豬和生長肥育豬的機體免疫功能有著顯著提高[66-67],還可以提高肉雞血清免疫功能,有效緩解脂多糖對肉雞的攻擊損傷,發揮免疫調節功能以抑制潛在的環境誘導的炎癥[77]。同時,發酵麥麩對蛋雞免疫性能和炎癥反應有積極影響,可改善蛋雞的蛋品質,提高蛋雞血清生化指標、生殖激素、免疫球蛋白和抗炎因子水平[78]。研究表明,經枯草芽孢桿菌和釀酒酵母發酵的麥麩多糖可通過提高血漿免疫球蛋白G、免疫球蛋白M和白細胞介素-10濃度以及過氧化氫酶活性來改善羔羊的健康狀況[79],也可作為鯉魚飼料添加劑刺激鯉魚黏膜免疫反應,提高血清非特異性免疫參數,增強肝臟抗氧化反應和調節免疫相關基因的表達[80]。

4 總結與展望

麥麩中營養物質豐富,許多研究證明,發酵是提高麥麩生物活性物質,改善麥麩物理、營養和功能特性的有效方法。發酵麥麩可以改善全麥食品的營養與品質,也可部分代替動物飼料來提高動物生長性能,改善腸道環境,提高機體的抗氧化和免疫功能。在降低加工成本、改善產品質量、提高麥麩的綜合利用率及附加值等方面具有顯著的優越性。然而發酵麥麩在技術上仍然存在一些不足,復合發酵雖可通過菌種間代謝協同效應提高發酵品質,但在具體機理方面研究較少,菌種間分泌相關酶的相互作用機制尚不完全清楚,在選擇菌種以及菌種間相互配合和分工轉化復雜底物的具體機制等方面仍需進一步研究,以便獲得更加高效菌種組合來改性麥麩,提高麥麩的營養價值。此外,我國在全麥食品方面研究較晚,全麥食品的綜合品質不能得到全面改善,采用發酵菌種也相對單一,以酵母菌為主,可考慮其他菌種發酵麥麩對全麥食品品質的影響,深入探究發酵麥麩組分與全麥食品品質之間的關聯。