闫星月，王 艳，王 悦，赵 宁，杨冰姿

（哈尔滨商业大学食品工程学院，黑龙江 哈尔滨 150076）

目前，农副产物再增值已经在食品行业、农业中初见成效。主要采用直接利用的方式，如稻壳用来制备活性炭和吸附剂[1]；麦麸添加到饼干、面包、火腿肠等食品中作为品质改良和膳食纤维强化剂[2]；豆渣用来加工各种膨化食品、焙烤食品[3]；米糠、麦麸、豆粕等直接添加到家畜饲料中。但是，对于米糠、麦麸、豆粕和豆渣这些农副产物来说，膳食纤维含量丰富，抗营养因子含量高，不利于人体或动物的消化吸收。当前加工手段不能完全降解膳食纤维，降低抗营养因子的含量，因此其利用水平低，应用途径受到限制。近年来，随着生物科学技术的快速发展，微生物发酵技术被广泛应用到各个行业。微生物在发酵过程中，能改善原料原有的品质和结构，还能产生很多有益的小分子物质，使得发酵原料的利用价值大大提高。研究表明，将微生物发酵技术应用于农副产物的处理中，不仅使小麦麸、玉米皮、米糠等的抗营养因子含量降低，还能改善其膳食纤维品质，一些无法利用的或者是利用率低的成分也被分解为易消化的小分子物质，蛋白质含量及消化率提高，其保存时间也随之延长[4]。从微生物发酵菌种及效果、发酵方式和发酵后产品的应用等3个方面总结，以期为研究农副产物处理的学者提供一些理论依据。

1 发酵菌种及效果

1.1 发酵菌种

目前，在农副产物发酵过程中主要使用的微生物菌种有乳酸菌、酵母菌、芽孢杆菌和霉菌四大类。芽孢杆菌在发酵过程中可产生多种活性酶，如蛋白酶、纤维素酶、脂肪酶和糖化酶等。这些酶在发酵过程中可以有效地对农副产物中的蛋白质、脂肪酸和碳水化合物进行降解，转化为低分子小肽、游离脂肪酸和低聚糖，可以显著降低农副产物中纤维素和抗营养因子的含量，还可以产生多种维生素。如产纤维素酶枯草芽孢杆菌在发酵麸皮的过程中能将纤维素含量降至11.7%[5]。

乳酸菌作为一种革兰氏阳性厌氧菌，可以通过利用碳水化合物产生乳酸。在发酵过程中可以产生多种代谢产物，如有机酸、酶类和乳酸菌素等。这些产物能够显著降低环境pH值，从而可以很好地抑制物料中的杂菌，还可以抑制吲哚等有害物质的积累[6]。贾朋辉等人[7]研究发现在麸皮的发酵过程中使用一定量的乳酸菌，麸皮中的抗营养因子含量减少，从而增加了麸皮中的有效成分含量。此外，乳酸菌具有完善的蛋白水解系统，利于蛋白质的水解，释放出游离氨基酸[8]。Zhao H M等人[9]利用乳酸菌作为发酵菌种发酵麦麸，试验发现可以提高麦麸中天冬氨酸、苯丙氨酸、亮氨酸、谷氨酸、丝氨酸等氨基酸的含量。

酵母菌在发酵的过程中能够产生大量的核酸、蛋白质、维生素及多种酶，能够使发酵基质的目的产物含量提高，品质也能得到改善。由于其在发酵中可以产生各种能够降解细胞壁的酶，如酯酶、多糖降解酶和糖苷酶等，对于麸皮来说，可以使其细胞壁中的酚酸和阿拉伯木聚糖等释放出来，从而提高两者的含量，而且能有效降低植酸的含量，提高粗蛋白的含量。崔晨晓等人[10]利用酵母菌发酵麸皮，其植酸含量下降43.3%，多酚物质含量提升了49.4%，可溶性的阿拉伯木聚糖含量提升了212%，粗蛋白的相对含量提高到了23.42%。

霉菌在发酵过程中可以分泌植酸酶、蛋白酶、木聚糖酶、阿拉伯聚糖酶、脂肪酶、淀粉酶、谷氨酰酶和纤维素酶等，能够使底物中的纤维素和半纤维素得到有效的降解，将多糖水解为低聚糖，从而降低不可溶性膳食纤维含量，增加可溶性膳食纤维。对于麸皮和豆渣来说，其膳食纤维含量丰富，霉菌是发酵的优选菌种。

1.2 发酵效果

1.2.1 改善膳食纤维的品质

大豆、米糠、麦麸等农副产物中的膳食纤维含量丰富，但不溶性膳食纤维比例较高，不利于人和动物的消化吸收，因此限制了其利用途径。通过微生物发酵农副产物，可以利用菌种产生的纤维素酶系水解破坏原料的纤维结构，实现不溶性膳食纤维向可溶性膳食纤维的转化降解，从而不溶性膳食纤维含量减少，改善膳食纤维品质[11]。闵钟熳等人[12]利用枯草芽孢杆菌在最优试验条件下发酵米糠，其可溶性膳食纤维含量达12.88%，表明微生物发酵法可以有效改善农副产物中的膳食纤维。刘磊等人[13]利用嗜酸乳杆菌和植物乳杆菌混合发酵米糠，使米糠中可溶性膳食纤维含量提高了112.21%。

1.2.2 降解抗营养因子

抗营养因子是在农作物生长代谢过程中产生，可以保护农作物免受部分病虫侵害，但当人或畜禽摄食过多抗营养因子时，会影响消化吸收的功能，甚至对生长健康产生不利影响。目前，已开发的消除或者使抗营养因子失活的处理手段有物理失活法、化学失活法及生物降解法。与其他几种方法相比较，微生物发酵法，可同时有效降解各种抗营养因子，而且安全无污染，处理农副产物更具优势[14]。

农副产物发酵菌种及降解效果见表1。

表1 农副产物发酵菌种及降解效果

1.2.3 富集和提取功能性成分含量

麸皮中的阿魏酸等酚类物质具有抗氧化的作用，尹志娜[21]采用黑曲霉发酵麸皮，酚酸含量达到10 707.5 μg/g，较未发酵麸皮酚酸含量增加6.99倍，阿魏酸含量为416.6 μg/g，较未发酵麸皮增加15倍。农副产物中的多糖如米糠多糖、麦麸多糖等抗氧化活性和清除自由基的能力很强。安晓萍等人[22]发现当酿酒酵母接种量6.73%，枯草芽孢杆菌接种量为3.27%辅以其他培养条件时，麸皮多糖提取含量比单纯酶解法高很多，高达55.92 mg/g。史俊祥[23]研究表明，经过酿酒酵母菌和枯草芽孢杆菌发酵后的麸皮中多糖含量达到130.21 mg/g，是未发酵麸皮多糖含量的3.8倍。此外，麦麸、豆渣、米糠等多种农副产物中均含有丰富的γ-氨基丁酸（γ-aminobutyricacid，GABA），其具有预防心血管疾病、改善神经机能等多种作用。张弘等人[24]利用混合乳酸菌对米糠进行液体发酵，能够将米糠中的谷氨酸进行生物转化成为高质量浓度的GABA，达到了富集的效果。豆粕中的黄酮类化合物和酚类化合物、豆渣的大豆异黄酮、麦胚中的黄酮具有抗氧化、保护血管、防止动脉硬化等功能。Yang J等人[25]利用解淀粉芽孢杆菌发酵豆粕，结果表明其黄酮类化合物和总酚类含量增加2倍以上。Vidiany A等人[28]利用酿酒酵母固态发酵豆渣，结果表明发酵有助于豆渣总酚的增加，还能促进其异黄酮的生物转化。

2 发酵方式

微生物发酵农副产物的方式，从发酵条件来说，有好氧和厌氧结合生产工艺发酵。从发酵剂的组成来说，主要包括单一菌种发酵、复合菌种发酵及菌种+酶制剂3种类型。

农副产物发酵的基本工艺过程见图1。

图1 农副产物发酵的基本工艺过程

2.1 单一菌种发酵

增加了1.068倍，效果比单一菌种处理好很多。

2.2 菌种+酶制剂发酵

该方法成本低，易于控制，操作简单，但是发酵效果却不输混合菌种发酵。王晓明等人[29]研究了一种菌酶融合制作高肽来发酵豆粕的新工艺，其结果表明菌酶协同发酵可以有效地降解豆粕的抗原蛋白。

单一菌种发酵工艺和发酵过程较简单，不同的菌种类型发酵结果不同。

单一菌种发酵效果见表2。

表2 单一菌种发酵效果

2.3 复合菌种发酵

复合菌种在发酵过程中由于互补或协同作用能很好地弥补单一菌种发酵的短板，往往能够产生优于单一菌种发酵的效果。曾亚桐等人[38]利用枯草芽孢杆菌与产朊假丝酵母进行单菌和复合菌种发酵，结果证明复合菌种发酵降解抗营养因子的速度相较于单一菌种发酵明显加快。复合菌种发酵，除了能更好地降解抗营养因子外，其改善膳食纤维的效果也更好。魏如腾[39]利用复合菌种固态发酵玉米秸秆，其纤维素的降解率达34.8%，纤维素降解率和发酵效果对比单一菌种发酵明显更好。此外，对于营养成分和功能性成分含量的提高，复合菌种的发酵效果也比单一菌种发酵好。韩颖洁等人[40]在发酵玉米秸秆时采用酵母菌、枯草芽孢杆菌和解淀粉芽孢杆菌混合发酵方式，发酵后的玉米秸秆的粗蛋白含量增加了1.068倍，效果好于单一菌种处理。胡瑞等人[41]利用复合益生菌发酵豆粕，并添加外源蛋白酶，其结果表明菌酶协同发酵豆粕能更好地改善豆粕的蛋白质品质，显著降低大豆抗原蛋白的免疫原性。

3 微生物发酵农副产物的应用

3.1 发酵食品

3.1.1 发酵饮品

发酵后的农副产物，不仅保留其原有营养成分，还产生了对人体有益的生物活性小分子，发酵能使农副产物产生独特的风味，用来制作饮品，能使人们更方便快捷地吸收各种营养素。有研究表明，在酸奶中添加从豆渣中提取的果胶和水溶性膳食纤维有着与明胶相似的作用效果，发酵后的酸奶保水性得到了提高，品质得到较大程度的改善，还能够促进双歧杆菌的增殖，从而使乳制品的营养价值更高，应用范围更广泛[42]。白婕等人[43]在全脂乳的发酵过程中添加从豆渣中提取的豆渣膳食纤维，以低聚木糖为辅料，制成了一种膳食纤维保健酸奶。米糠、碎米、麦胚等农副产物发酵后能产生多种营养素，对于改善人体肠道健康等十分有用。朱蕊芳等人[44]利用乳酸菌发酵碎米，经过一定的工艺处理后得到的饮料，不仅口感顺滑，具有浓郁且独特的米香味和发酵醇香，乳酸菌在发酵过程中还可以改善和提高碎米的有效成分，产生对人体有益的物质。赵雯等人[45]研究发现以混合菌种发酵麦胚制备的乳酸菌发酵饮料不仅保留了本身丰富的营养成分，如必需脂肪酸、维E等，还富含活性乳酸菌，在提高机体生命代谢、调节肠道菌群、促进消化吸收等方面有着重要的意义。侯银臣等人[46]以麦胚为原料，利用发酵剂对其进行发酵制作脱脂麦胚酸奶相比于原味酸奶，脱脂麦胚酸奶的多肽含量、蛋白质含量、抗氧化活性和质构等方面明显增高。

3.1.2 发酵调味品

大豆类副产物如豆渣经过发酵后，不仅其豆腥气等不良气味被改善，发酵过程中会产生具有独特风味的物质，且其中所含有的大分子物质能被分解为小分子物质。将发酵后的豆渣应用到调味品中如用来制作酱油，不仅能提高酱油的品质，改善香味，还利于人体对营养物质的吸收。Vong W C等人[47]利用降脂耶罗威亚酵母对豆渣进行固态发酵，发酵产物中脂质、谷氨酸盐含量增加，使豆渣具有了大量鲜味物质，适宜于加入到食品中。张长贵等人[48]利用豆渣生产酱油曲，成曲品质良好。

3.2 发酵饲料

传统农副产物在饲料中的应用大部分采用未经处理直接添加的方式，这种处理方式对于农副产物中一些不利成分没有有效降解和去除，消化效果不好，且适口性差。经过发酵后的农副产物应用到饲料中可以很好地解决以上问题，并且在调节动物肠道菌群平衡及增强免疫力和抗氧化能力等方面成果显著。Liu Y H等人[49]表明通过微生物发酵饲料饲喂动物可以有效改善肠道健康，提高营养消化率，进而提高动物的生长性能。明雷等人[50]研究表明玉米皮发酵饲料不仅适口性好，还能够使动物机体的新陈代谢得到提高，免疫功能得到增强，促进生长。熊莹等人[51]通过在仔猪的基础饲粮中分别添加5%，10%，15%的发酵豆粕，结果表明发酵的豆粕作为饲料可以有效降低仔猪的腹泻率。Chu Y T等人[52]研究发现，使用添加10%发酵麦麸的发酵饲粮饲喂肉鸡能够使肉鸡回肠绒毛高度及绒毛高度与隐窝深度比值很大程度的提高，回肠和盲肠内的产气荚膜梭菌、大肠杆菌数量降低，从而保障肉鸡肠道健康。有研究表明，农副产物在发酵过程中，产生的很多活性肽和生物活性小分子，如麸皮多糖、米糠多糖、酚酸类物质等，均可以有效地增强机体的抗氧化能力，提高免疫功能。魏炳栋等人[53]利用发酵玉米蛋白粉饲喂肉仔鸡，结果表明在肉仔鸡的饲粮中添加5%和10%的发酵玉米蛋白粉不仅能显著提高其平均日采食量和平均日增重（p<0.05），还能够极显著地提高其血清抗超氧阴离子自由基和抑制羟自由基能力和（p<0.01）。由此可得，在肉仔鸡饲粮中添加发酵玉米蛋白粉能够有效促进其生长，优化肠道菌群结构和提高抗氧化能力。

4 结语

近年来，有关于微生物发酵技术在农副产物处理中的应用及发酵后的农副产物的应用的研究越来越多，但是仍存在以下问题：

（1）尚未建立完善的发酵体系。目前，关于微生物发酵农副产物的研究较多，但是未能形成一个完备的发酵体系，如从菌种筛选到发酵农副产物到发酵后营养特性的检测及发酵农副产物的应用，尚未形成完整的流程，研究比较零散，给后来研究者造成了一定的困难，同时也限制了农副产物的高效利用。因此，需要建立一套完备的农副产物发酵体系，提高发酵效率。

（2）发酵后的农副产物应用市场的扩展。目前，对于发酵后的农副产物的应用范围较为狭窄，主要集中在饲料行业和食品行业，发酵后的农副产物生物活性物质含量丰富如黄酮类、酚酸类及多糖类，具有很多生理功能如抗氧化等，可以考虑应用到医疗药品的开发中，扩大其应用市场。