張凱歌,江迪*,萬(wàn)小樂(lè),關(guān)二旗,李萌萌,陳蒙慧,唐浩潔,卞科*

1(河南工業(yè)大學(xué),國(guó)家糧食和物資儲(chǔ)備局糧油食品工程技術(shù)研究中心/河南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河南 鄭州,450001) 2(河南工業(yè)大學(xué) 糧油食品學(xué)院,河南 鄭州,450001)3(大連市檢驗(yàn)檢測(cè)認(rèn)證技術(shù)服務(wù)中心,遼寧 大連,116021)

我國(guó)是小麥種植、消費(fèi)大國(guó)。麥麩作為小麥加工的主要副產(chǎn)物之一,每年產(chǎn)量大約3 000萬(wàn)t。麥麩具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,除了含有豐富的膳食纖維、蛋白質(zhì)、維生素、礦物質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)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(zhì),可以改善新陳代謝、增強(qiáng)免疫力、保護(hù)正常細(xì)胞免受氧化損傷,并有助于抵抗衰老和細(xì)胞癌[1]。麥麩多用于飼料和釀造工業(yè),在食品加工中的應(yīng)用較少。然而,麥麩中多數(shù)生物活性化合物以不同形式被困在含有木質(zhì)素、纖維素和半纖維素的復(fù)雜結(jié)構(gòu)中,因此在自然狀態(tài)下其利用程度較低[2-3],麥麩的潛在價(jià)值并未得到充分開(kāi)發(fā)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?fàn)I養(yǎng)因子的存在,直接添加麥麩不僅會(huì)導(dǎo)致其營(yíng)養(yǎng)素利用效率較低,而且對(duì)產(chǎn)品的品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值會(huì)產(chǎn)生不利影響[1]。

為了提高麥麩產(chǎn)品的質(zhì)量,通常采用物理法、化學(xué)法和生物法對(duì)麥麩進(jìn)行改性處理。有研究發(fā)現(xiàn),微波、蒸汽、擠壓、過(guò)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(duì)營(yíng)養(yǎng)和加工質(zhì)量改善最大,對(duì)酚類(lèi)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]?；瘜W(xué)法常通過(guò)添加化學(xué)試劑或改良劑對(duì)麥麩進(jìn)行處理,有研究通過(guò)羧甲基化法處理麥麩,發(fā)現(xiàn)麥麩IDF的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量都得到了明顯的改善[5]。但這類(lèi)方法可能會(huì)產(chǎn)生難以消除的污染,導(dǎo)致其應(yīng)用受到一定限制。生物法利用微生物的發(fā)酵作用和酶制劑對(duì)麥麩進(jìn)行處理,具有安全、高效且環(huán)保的優(yōu)點(diǎn),是一種極具潛力的麥麩改性方法[1]。其中微生物發(fā)酵因其菌種選擇多樣、處理周期短、操作簡(jiǎn)單,在麥麩改性處理上具有極大優(yōu)勢(shì)。該方法對(duì)設(shè)備和加工工藝的要求較低,通過(guò)微生物發(fā)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(jié)構(gòu),提高麥麩的加工性能[6]。同時(shí),微生物在發(fā)酵過(guò)程產(chǎn)生的酶對(duì)麥麩的結(jié)構(gòu)、生物活性和生物利用度有很大影響[7],能夠?qū)Ⅺ滬熤猩锘钚晕镔|(zhì)釋放出來(lái)(圖1),在改變麥麩IDF結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)、功能性質(zhì)和抗氧化活性等方面具有很高的應(yīng)用前景[8]。盡管微生物發(fā)酵過(guò)程會(huì)消耗麥麩中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),但也可以將麥麩中難分解、利用率低的成分轉(zhuǎn)化成小分子物質(zhì),促進(jìn)麥麩生物活性物質(zhì)的釋放,同時(shí),也可將可溶性糖等營(yíng)養(yǎng)成分轉(zhuǎn)化成有機(jī)酸等其他營(yíng)養(yǎng)素,帶來(lái)獨(dú)特風(fēng)味的同時(shí)增加其營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)[9]。因此,本文綜述了微生物固態(tài)發(fā)酵對(duì)麥麩營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和功能特性的改善作用及其資源化利用的研究進(jìn)展,并對(duì)其應(yīng)用前景進(jìn)行展望,以期提高麥麩的綜合利用效率及附加價(jià)值。

圖1 微生物處理釋放麥麩中的生物活性物質(zhì)

1 發(fā)酵麥麩的功能特性

麥麩中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量豐富,是生產(chǎn)許多化合物的優(yōu)良基質(zhì)[10-14],如表1所示。有研究表明,采用黑曲霉發(fā)酵麥麩可生產(chǎn)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(fèi)氏丙酸桿菌發(fā)酵麥麩還可用來(lái)生產(chǎn)高生物可及性的維生素B12[13,16]。研究發(fā)現(xiàn),發(fā)酵產(chǎn)生的一些揮發(fā)性物質(zhì)可給麥麩帶來(lái)特殊的風(fēng)味,以冠突散囊菌發(fā)酵麥麩可顯著增加主要風(fēng)味物質(zhì)苯乙醇的含量[17],米根霉發(fā)酵麥麩則可以增加醇、脂等各種芳香成分的相對(duì)含量,改善風(fēng)味物質(zhì)組成[18]。此外,由瑞士乳桿菌發(fā)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(fā)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(fēng)味,區(qū)別于傳統(tǒng)麥麩揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì),壬醇、香蘭素等含量增加明顯,提高了麥麩的利用價(jià)值[20]。不僅如此,牛類(lèi)芽孢桿菌發(fā)酵麥麩的上清液對(duì)唾液鏈球菌和變形鏈球菌有明顯的抑制作用,而對(duì)口腔中常見(jiàn)的有益菌(植物乳桿菌和干酪乳桿菌)無(wú)抑制活性,且目標(biāo)抑菌物質(zhì)具有良好的熱穩(wěn)定性和pH穩(wěn)定性[21]。可見(jiàn)麥麩不僅可作為底物生產(chǎn)酶、維生素、乙醇、乙酸等化合物,發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的風(fēng)味物質(zhì)還能較好的改善麥麩的風(fēng)味特性。此外,發(fā)酵麥麩還在降解毒素、抑菌等方面也表現(xiàn)出很好的效果。

表1 微生物發(fā)酵麥麩生產(chǎn)有機(jī)化合物Table 1 The organic compounds produced by microbial fermentation of wheat bran

2 不同菌種發(fā)酵對(duì)麥麩營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響

常用于麥麩發(fā)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(tǒng)稱(chēng),以孢子形式進(jìn)行無(wú)性或有性繁殖。而酵母菌是一類(lèi)以芽殖為主的兼性厭氧型單細(xì)胞真菌,酵母菌常與芽孢桿菌、乳酸菌等菌類(lèi)一起混合發(fā)酵麥麩。麥麩吸水性強(qiáng),易霉變,易被嘔吐毒素污染[22]。當(dāng)發(fā)酵條件不當(dāng)時(shí),可能會(huì)造成雜菌污染、營(yíng)養(yǎng)成分損失,帶來(lái)令人不悅的風(fēng)味等負(fù)面效果。因此,合適的發(fā)酵參數(shù)是保障麥麩發(fā)酵效果的重要條件。影響麥麩發(fā)酵的主要因素包括發(fā)酵溫度、時(shí)間、接種量以及含水量等。不同微生物生長(zhǎng)所需適宜溫度、濕度不盡相同,而且對(duì)接種量有要求。所以無(wú)論是使用真菌、細(xì)菌發(fā)酵,亦或是采用復(fù)合發(fā)酵方式來(lái)改善麥麩營(yíng)養(yǎng)品質(zhì),都需要找到適宜的發(fā)酵條件。

2.1 真菌發(fā)酵

2.1.1 霉菌發(fā)酵

黑曲霉、米曲霉和泡盛曲霉等霉菌通常被認(rèn)為是食品級(jí)微生物,普遍應(yīng)用于發(fā)酵食品生產(chǎn)。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(zhì)纖維素,釋放阿魏酸,提高麥麩抗氧化活性,增加營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[23]。研究發(fā)現(xiàn),以好食脈孢霉固態(tài)發(fā)酵麥麩制備可溶性膳食纖維(soluble dietary fiber,SDF),最佳發(fā)酵條件下發(fā)酵83.5 h時(shí)SDF得率可達(dá)13.14%,發(fā)酵過(guò)程中纖維素酶和木聚糖酶活性均與SDF得率呈正相關(guān)[24]。在最佳發(fā)酵條件下,采用泡盛曲霉發(fā)酵麥麩,7 d后麥麩中游離阿魏酸含量可達(dá)164.3 μg/g,發(fā)酵麥麩多酚提取物也有較強(qiáng)的抗氧化活性[25]。研究表明,黑曲霉、米曲霉、里氏木霉等發(fā)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(jié)合阿魏酸的能力很強(qiáng),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(jié)合阿魏酸時(shí),產(chǎn)生了一種新形式阿魏酸,其抗氧化和抗炎活性要優(yōu)于游離阿魏酸[27]。LU等[17]首次將冠突散囊菌與麥麩一起發(fā)酵,發(fā)現(xiàn)發(fā)酵麥麩中SDF含量顯著增加,持水持油能力提高,發(fā)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(fā)酵麥麩的12.06倍,發(fā)酵也增強(qiáng)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(tài)發(fā)酵麥麩,發(fā)現(xiàn)發(fā)酵使麥麩中的蛋白質(zhì)含量增加85.44%,SDF含量增加2.71倍。

2.1.2 酵母菌發(fā)酵

酵母菌作為發(fā)酵處理的常用菌種,可以產(chǎn)生多種分解細(xì)胞壁的解聚酶,從而破壞酚酸與阿拉伯木聚糖相結(jié)合的酯鍵,將結(jié)合態(tài)酚酸和阿拉伯木聚糖從細(xì)胞壁中釋放出來(lái),并降低麥麩中植酸的含量,同時(shí)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(tài)發(fā)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(zhuǎn)化為SDF[30],還可有效提高麥麩酚類(lèi)物質(zhì)的含量以及DPPH自由基清除活性,同時(shí)發(fā)現(xiàn)抗氧化活性與總酚的含量顯著相關(guān)[31]。劉豪等[32]采用酵母菌發(fā)酵麥麩優(yōu)化麥麩膳食纖維的組成,發(fā)酵后麥麩IDF含量顯著降低,而SDF含量提升至20.21%,同時(shí)麥麩中蛋白質(zhì)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(tài)發(fā)酵麥麩,發(fā)現(xiàn)扣囊復(fù)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(fā)酵后的麥麩結(jié)構(gòu)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(guān)的活性物質(zhì)含量顯著上升。

2.1.3 白腐菌發(fā)酵

白腐菌是目前發(fā)現(xiàn)的最有效、最主要的木質(zhì)素降解微生物,可將木質(zhì)素徹底降解為H2O和CO2[34]。白腐菌可以降解復(fù)雜的有機(jī)物,改善木質(zhì)纖維素結(jié)構(gòu),提高酶解效率。部分白腐菌還能夠產(chǎn)生具有營(yíng)養(yǎng)、藥用和保健價(jià)值的子實(shí)體,在工業(yè)、食品、醫(yī)藥等重要領(lǐng)域有極高的應(yīng)用價(jià)值。LI等[35]采用蟬花、蛹蟲(chóng)草、樺褐孔菌3種藥用真菌對(duì)麥麩進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵,發(fā)現(xiàn)這些真菌均改善了麥麩的營(yíng)養(yǎng)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(fā)現(xiàn)不同真菌發(fā)酵的麥麩具有不同的揮發(fā)性特征。TU等[36]使用松生擬層孔菌發(fā)酵麥麩,結(jié)果表明,發(fā)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(shù)、水溶性指數(shù)和膨脹能力等物理性質(zhì),增加了麥麩中總酚、烷基間苯二酚等生物活性物質(zhì)的含量,并提高了總抗氧化活性。有研究發(fā)現(xiàn),以香菇發(fā)酵麥麩,當(dāng)發(fā)酵組合水料比為7∶1(mL∶g),裝料厚度為8 cm,發(fā)酵時(shí)間為10 d時(shí),麥麩中的SDF平均可達(dá)到208.45 mg/g[37]。而在杏鮑菇固態(tài)發(fā)酵麥麩的實(shí)驗(yàn)中,發(fā)現(xiàn)漆酶和錳過(guò)氧化物酶活性顯著增加,總槲皮素、酚類(lèi)物質(zhì)和粗多糖的濃度是未發(fā)酵麥麩的2倍[38]。

2.2 細(xì)菌發(fā)酵

2.2.1 乳酸菌發(fā)酵

乳酸菌在食品發(fā)酵工業(yè)中應(yīng)用非常廣泛,在發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的乳酸有降低基質(zhì)pH,抑制雜菌生長(zhǎng)的作用,在麥麩發(fā)酵中常以乳桿菌屬的乳酸菌作為發(fā)酵菌種。SPAGGIARI等[39]采用鼠李糖乳桿菌固態(tài)發(fā)酵麥麩,結(jié)果發(fā)現(xiàn)發(fā)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(fā)酵后游離酚酸的含量顯著增加,抗氧化活性提高。WANG等[40]發(fā)現(xiàn)用植物乳桿菌423發(fā)酵麥麩可以在不改變麥麩品質(zhì)的條件下增加其風(fēng)味特性,并且麥麩發(fā)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(guò)改變麥麩中的酚類(lèi)等代謝物質(zhì),顯著提高麥麩中有機(jī)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(fā)性成分和游離氨基酸含量發(fā)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(tài)發(fā)酵麥麩后,麥麩中SDF含量幾乎是原料的4倍,酚類(lèi)、黃酮類(lèi)、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(tuán)隊(duì)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(tài)發(fā)酵麥麩發(fā)現(xiàn),經(jīng)乳酸菌發(fā)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(fā)酵48 h后SDF含量由4.72%增加至6.58%,植物乳桿菌發(fā)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(yíng)養(yǎng)特性方面具有較好的效果。

2.2.2 芽孢桿菌發(fā)酵

2.3 復(fù)合發(fā)酵

在微生物發(fā)酵麥麩的研究中,目前多采用單一菌種發(fā)酵,這一方法在改善麥麩營(yíng)養(yǎng)品質(zhì),提高麥麩應(yīng)用價(jià)值方面發(fā)揮出了良好的效果,但是單一菌種發(fā)酵存在發(fā)酵效率較低的缺陷。而采用復(fù)合發(fā)酵,菌種間可通過(guò)分工來(lái)緩解代謝負(fù)擔(dān),有效轉(zhuǎn)化復(fù)雜的底物,菌種間代謝協(xié)同效應(yīng)有助于提高固態(tài)發(fā)酵的效果。甄莉娜等[43]在開(kāi)展益生菌固態(tài)發(fā)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(fā)酵麥麩,能夠顯著提高發(fā)酵麥麩中還原糖和蛋白質(zhì)的含量,改善了麥麩的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。同時(shí),有研究發(fā)現(xiàn),混合菌種發(fā)酵麥麩可以利用不同菌種間互補(bǔ)性和協(xié)同性獲得比單一菌種更高產(chǎn)量的阿魏酸糖酯[44]。團(tuán)隊(duì)前期在優(yōu)化布氏乳桿菌與米曲霉復(fù)合發(fā)酵麥麩工藝中發(fā)現(xiàn),當(dāng)復(fù)配比例2∶3、發(fā)酵時(shí)間3 d、發(fā)酵溫度31 ℃時(shí),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(xié)同作用于麥麩促進(jìn)纖維素成分的降解及多酚類(lèi)物質(zhì)的游離,發(fā)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(fā)酵

酵母菌和乳酸菌是特征良好的發(fā)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(tài)發(fā)酵麥麩,發(fā)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(guò)20%的植酸被降解。王賽民等[30]采用酵母菌和乳酸菌發(fā)酵麥麩,發(fā)酵后麥麩中SDF含量顯著增加,IDF含量則顯著降低,各發(fā)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(fā)酵麥麩對(duì)面筋聚合的影響,發(fā)現(xiàn)發(fā)酵可增加麥麩中多酚化合物和WEAX的含量,與未發(fā)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(duì)面筋網(wǎng)絡(luò)的破壞。此外,以釀酒酵母和植物乳桿菌發(fā)酵麥麩可顯著改善麥麩理化性能,發(fā)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(duì)麥麩進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵,在協(xié)同發(fā)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(fā)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(fā)酵

酵母菌常與枯草芽孢桿菌共發(fā)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(fā)現(xiàn)釀酒酵母和枯草芽孢桿菌發(fā)酵麥麩可以改變麥麩多糖的結(jié)構(gòu)特征,發(fā)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(cè)的水平,發(fā)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(fā)酵還可以提高麥麩中水溶性多酚含量,在最佳發(fā)酵條件下,水溶性多酚含量較發(fā)酵前提高了近3倍,發(fā)酵還改變了水溶性多酚的組成比例,發(fā)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(fā)酵麥麩,獲得了產(chǎn)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(jìn)嗜熱鏈球菌和植物乳桿菌的增殖。發(fā)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(tài)發(fā)酵麥麩的資源化利用

微生物發(fā)酵在改善麥麩膳食纖維結(jié)構(gòu)、促進(jìn)酚類(lèi)物質(zhì)釋放、降低抗?fàn)I養(yǎng)因子水平、提高麥麩抗氧化能力等方面具有非常優(yōu)異的表現(xiàn)。發(fā)酵麥麩的生物活性、理化性質(zhì)、功能性質(zhì)得到提高,營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)得到極大改善,在食品加工、功能性食品開(kāi)發(fā)以及飼料加工等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

3.1 在全麥?zhǔn)称分械膽?yīng)用

全谷物對(duì)人類(lèi)健康的益處已經(jīng)得到證實(shí),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(fēng)險(xiǎn)[51]。然而全谷物食品的品質(zhì)往往帶有缺陷,包括體積小、缺乏彈性、帶有苦味以及質(zhì)地粗糙等,這與添加麥麩導(dǎo)致面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)減弱,面團(tuán)持氣能力降低有關(guān)[52]。麥麩膳食纖維與面筋之間的相互作用,也會(huì)對(duì)面團(tuán)特性帶來(lái)負(fù)面影響[53]。而通過(guò)微生物發(fā)酵對(duì)麥麩進(jìn)行改性,可有效改善麥麩營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、物理和風(fēng)味特性,緩解添加麥麩對(duì)面制品帶來(lái)的不利影響[30,45]。

3.1.1 發(fā)酵食品

通過(guò)發(fā)酵改善麥麩是改善高纖面粉質(zhì)量的有效方法。毛木耳發(fā)酵麥麩可以有效降解麥麩纖維并產(chǎn)生多種芳香化合物,添加發(fā)酵后的麥麩纖維產(chǎn)品可以提高面團(tuán)的彈性[34],防止面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的部分損傷[54]。研究表明,添加適量的發(fā)酵麥麩可以改善面團(tuán)的特性和饅頭的品質(zhì),有效降低添加麥麩對(duì)混合面粉粉質(zhì)和伸長(zhǎng)特性的負(fù)面影響,對(duì)面團(tuán)的黏彈性和饅頭的比容產(chǎn)生了積極地影響[55]。LI等[56]采用酵母菌WickerhamomycesanomalusP4作為發(fā)酵劑制作全麥饅頭,在發(fā)酵12 h后,超45%的植酸被降解,與商業(yè)釀酒酵母相比,使用該發(fā)酵劑改善了面團(tuán)的微觀結(jié)構(gòu),提高了礦物質(zhì)的溶解性,發(fā)酵饅頭還具有較高的亮度和高徑比。此外,許多研究表明,發(fā)酵麥麩制得的全麥面包其比容、質(zhì)地得到改善,擁有更加適口的口感,尤其是風(fēng)味特性得到加強(qiáng),增加了許多揮發(fā)性化合物[36,47-48]。而使用釀酒酵母發(fā)酵麥麩,發(fā)現(xiàn)當(dāng)麥麩粒徑為200～300 μm時(shí)適合生產(chǎn)高纖面包,當(dāng)添加量為15%時(shí),面包的新鮮度更高,可有效延長(zhǎng)面包的保質(zhì)期,增加了消費(fèi)者的可接受程度[57]。BARTKIENE等[58]指出麥麩經(jīng)擠壓發(fā)酵后制作面包可以降低儲(chǔ)藏期間的硬度,延長(zhǎng)貨架期,并形成獨(dú)特的揮發(fā)性化合物,提高了面包的整體可接受性。發(fā)酵有效減少了麥麩對(duì)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(fā)酵食品

發(fā)酵提高了麥麩的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,顯著增加了SDF的含量,在制作全麥面條時(shí),添加米根霉固態(tài)發(fā)酵的麥麩可提高小麥粉的糊化特性和熟面條的質(zhì)構(gòu)特性,面條的淀粉水解指數(shù)和血糖生成指數(shù)顯著低于普通小麥粉面條[28]。而采用酵母菌和乳酸菌發(fā)酵麥麩制作全麥面條,相比于未發(fā)酵麥麩組,發(fā)酵麥麩組面團(tuán)峰值黏度、谷值黏度、黏彈性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度增加,水分分布得到改善,減弱了麥麩對(duì)面筋蛋白的解聚作用,發(fā)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(qiáng),有利于降低血糖生成指數(shù)[30]。此外,采用酵母和酒曲發(fā)酵麥麩制作的全麥半干面內(nèi)部結(jié)構(gòu)疏松,蛋白均勻且連續(xù)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(yíng)養(yǎng)價(jià)值也得到提高[59]。同樣的,XU等[60]采用酒曲和酵母發(fā)酵麥麩制作全麥半干面條,發(fā)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(jié)構(gòu),全麥半干面條的最佳蒸煮時(shí)間和蒸煮損失顯著降低,有效延長(zhǎng)了面條貨架期。團(tuán)隊(duì)前期通過(guò)布氏乳桿菌與米曲霉發(fā)酵麥麩制作全麥面條,發(fā)現(xiàn)發(fā)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(fù)性有增加趨勢(shì),在相同添加比例下,發(fā)酵組面條的拉斷力及拉伸距離顯著高于未發(fā)酵組,且經(jīng)發(fā)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(jiàn),發(fā)酵麥麩對(duì)全麥面條的蒸煮品質(zhì)和質(zhì)構(gòu)特性具有積極的影響。

3.2 在動(dòng)物飼料中的應(yīng)用

麥麩作為食品加工的副產(chǎn)品,有豐富的營(yíng)養(yǎng)成分和生物活性化合物,是傳統(tǒng)的飼料原料。在動(dòng)物的日糧中添加適當(dāng)比例的麥麩可促進(jìn)腸道功能發(fā)育和生長(zhǎng),但半纖維素木聚糖和其他非淀粉多糖對(duì)麥麩營(yíng)養(yǎng)素的截留阻礙了動(dòng)物的消化和吸收。此外,麥麩中的抗?fàn)I養(yǎng)因子(如粗纖維)含量比較高,在日糧中添加麥麩會(huì)影響動(dòng)物的生長(zhǎng)發(fā)育和健康,過(guò)量添加還會(huì)因其高木質(zhì)纖維素含量、非淀粉多糖、植酸以及霉菌毒素風(fēng)險(xiǎn)等造成負(fù)面影響[61]。而采用發(fā)酵麥麩代替基礎(chǔ)日糧可有效調(diào)節(jié)動(dòng)物腸道菌群結(jié)構(gòu),促進(jìn)腸道發(fā)育來(lái)提高生長(zhǎng)性能,還能降低瘤胃氨氮濃度,改變瘤胃細(xì)菌群落,促進(jìn)瘤胃發(fā)育來(lái)改善生長(zhǎng)性能。另一方面,發(fā)酵麥麩可以增強(qiáng)機(jī)體抗氧化與抗炎能力,激活先天性免疫和適應(yīng)性免疫,提高機(jī)體的免疫應(yīng)答能力,從而增強(qiáng)機(jī)體的免疫功能。

3.2.1 改善動(dòng)物生長(zhǎng)性能,調(diào)節(jié)腸道菌群環(huán)境

麥麩經(jīng)發(fā)酵后營(yíng)養(yǎng)價(jià)值得以提升,可部分代替家禽和家畜的基礎(chǔ)日糧,實(shí)現(xiàn)更高的價(jià)值。LIN等[62]研究發(fā)現(xiàn)添加5%硫磺菌發(fā)酵的麥麩能改善肉雞的生長(zhǎng)性能,提高乳桿菌科細(xì)菌的數(shù)量,抑制變形桿菌的數(shù)量,改善腸道環(huán)境。添加10%擬康氏木霉發(fā)酵的麥麩不僅提高肉雞的生長(zhǎng)性能,還可以提供最佳的腸道形態(tài)[63]。而添加10%解淀粉芽孢桿菌發(fā)酵的麥麩顯著提高了35日齡肉雞回腸中乳酸菌數(shù)量,在提高肉雞生長(zhǎng)性能和飼料轉(zhuǎn)化率的同時(shí)還有降低肉雞血清膽固醇的趨勢(shì)[64]。此外,添加棘突坎寧漢霉發(fā)酵的麥麩和0.2%仙鶴草提取物能夠提高雞肉的質(zhì)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(fā)酵的麥麩使得生長(zhǎng)肥育豬腸道菌群多樣性增加,腸道菌群組成和穩(wěn)定性得到改善,對(duì)腸道發(fā)育產(chǎn)生了積極的影響,表現(xiàn)出了優(yōu)異的生長(zhǎng)性能和飼料增重比[66]。而采用枯草芽孢桿菌和產(chǎn)朊假絲酵母發(fā)酵的麥麩代替斷奶仔豬10%的基礎(chǔ)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(duì)豐度,有效調(diào)節(jié)斷奶仔豬腸道菌群結(jié)構(gòu),促進(jìn)腸道健康[67]。有研究表明,發(fā)酵麥麩多糖可正向調(diào)節(jié)斑馬魚(yú)腸道抗氧化相關(guān)基因的表達(dá)和腸道微生物群,顯著提高斑馬魚(yú)的比生長(zhǎng)率,顯示出作為生長(zhǎng)促進(jìn)劑的優(yōu)越潛力[68]。在代乳粉中添加枯草芽孢桿菌和釀酒酵母發(fā)酵制備的發(fā)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(xì)菌群落,促進(jìn)瘤胃發(fā)育,同時(shí)降低飼料增重比,提高羔羊生長(zhǎng)性能[69]。此外,將枯草芽孢桿菌和釀酒酵母發(fā)酵麥麩制備的阿魏酰低聚糖添加進(jìn)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(zhuǎn)化率[70]。

3.2.2 提高機(jī)體抗氧化能力,調(diào)節(jié)免疫功能

氧化應(yīng)激已被證明是家禽生產(chǎn)和繁殖性能受損以及由此造成經(jīng)濟(jì)損失的主要原因,這些應(yīng)激能夠加速脂質(zhì)過(guò)氧化和炎癥反應(yīng)的惡化,這可能歸因于自由基的產(chǎn)生,這意味著氧化、炎癥以及脂質(zhì)代謝在動(dòng)物體內(nèi)相互交織[71]。WANG等[72]采用白腐菌發(fā)酵麥麩,發(fā)現(xiàn)發(fā)酵不僅增加了DPPH自由基清除作用、Trolox等價(jià)抗氧化能力、亞鐵螯合能力,而且在體外,它可以調(diào)節(jié)雞外周血單個(gè)核細(xì)胞中抗氧化分子靶點(diǎn)的表達(dá)。采用釀酒酵母和植酸酶發(fā)酵的麥麩可以促進(jìn)肉雞緊密連接蛋白基因的表達(dá),提高肉雞的抗氧化能力以及降低炎癥[73]。有研究表明,發(fā)酵麥麩多糖可降低斑馬魚(yú)體內(nèi)活性氧產(chǎn)生率、脂質(zhì)過(guò)氧化率和細(xì)胞死亡率,提高斑馬魚(yú)胚胎抗氧化酶活性[74],尤其是發(fā)酵麥麩中阿魏酰低聚糖效果更好,對(duì)斑馬魚(yú)的氧化應(yīng)激具有保護(hù)作用[75]。

此外,LUO等[76]發(fā)現(xiàn)采用混合真菌發(fā)酵麥麩,在改善斷奶仔豬空腸黏膜杯狀細(xì)胞數(shù)量、黏蛋白1和抗炎細(xì)胞因子的表達(dá)以及血液中CD4+T淋巴細(xì)胞亞群的比例方面具有很大優(yōu)勢(shì)。在基礎(chǔ)日糧中添加發(fā)酵麥麩不僅對(duì)斷奶仔豬和生長(zhǎng)肥育豬的機(jī)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(duì)肉雞的攻擊損傷,發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)功能以抑制潛在的環(huán)境誘導(dǎo)的炎癥[77]。同時(shí),發(fā)酵麥麩對(duì)蛋雞免疫性能和炎癥反應(yīng)有積極影響,可改善蛋雞的蛋品質(zhì),提高蛋雞血清生化指標(biāo)、生殖激素、免疫球蛋白和抗炎因子水平[78]。研究表明,經(jīng)枯草芽孢桿菌和釀酒酵母發(fā)酵的麥麩多糖可通過(guò)提高血漿免疫球蛋白G、免疫球蛋白M和白細(xì)胞介素-10濃度以及過(guò)氧化氫酶活性來(lái)改善羔羊的健康狀況[79],也可作為鯉魚(yú)飼料添加劑刺激鯉魚(yú)黏膜免疫反應(yīng),提高血清非特異性免疫參數(shù),增強(qiáng)肝臟抗氧化反應(yīng)和調(diào)節(jié)免疫相關(guān)基因的表達(dá)[80]。

4 總結(jié)與展望

麥麩中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)豐富,許多研究證明,發(fā)酵是提高麥麩生物活性物質(zhì),改善麥麩物理、營(yíng)養(yǎng)和功能特性的有效方法。發(fā)酵麥麩可以改善全麥?zhǔn)称返臓I(yíng)養(yǎng)與品質(zhì),也可部分代替動(dòng)物飼料來(lái)提高動(dòng)物生長(zhǎng)性能,改善腸道環(huán)境,提高機(jī)體的抗氧化和免疫功能。在降低加工成本、改善產(chǎn)品質(zhì)量、提高麥麩的綜合利用率及附加值等方面具有顯著的優(yōu)越性。然而發(fā)酵麥麩在技術(shù)上仍然存在一些不足,復(fù)合發(fā)酵雖可通過(guò)菌種間代謝協(xié)同效應(yīng)提高發(fā)酵品質(zhì),但在具體機(jī)理方面研究較少,菌種間分泌相關(guān)酶的相互作用機(jī)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(zhuǎn)化復(fù)雜底物的具體機(jī)制等方面仍需進(jìn)一步研究,以便獲得更加高效菌種組合來(lái)改性麥麩,提高麥麩的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。此外,我國(guó)在全麥?zhǔn)称贩矫嫜芯枯^晚,全麥?zhǔn)称返木C合品質(zhì)不能得到全面改善,采用發(fā)酵菌種也相對(duì)單一,以酵母菌為主,可考慮其他菌種發(fā)酵麥麩對(duì)全麥?zhǔn)称菲焚|(zhì)的影響,深入探究發(fā)酵麥麩組分與全麥?zhǔn)称菲焚|(zhì)之間的關(guān)聯(lián)。