馬躍超，崔 毅，陳 寧，徐慶陽

（1．天津科技大學 生物工程學院，天津300457；2．天津科技大學 代謝控制發(fā)酵技術(shù)國家地方聯(lián)合工程實驗室，天津300457）

國民健康是國家和社會能夠穩(wěn)定發(fā)展的基礎(chǔ)，是我國“十三五”階段規(guī)劃的重要發(fā)展戰(zhàn)略目標之一。特別是在當今我國經(jīng)濟快速發(fā)展和物質(zhì)生活水平不斷提高的環(huán)境下，人們對健康的關(guān)注程度和投資意愿也在不斷提高［1］。在各項健康相關(guān)的領(lǐng)域中，飲食營養(yǎng)與國民日常生活的關(guān)聯(lián)最為密切，因而受到我國政府和國民的高度重視，并且成為了我國健康產(chǎn)業(yè)中的一項重要環(huán)節(jié)［2］。隨著生物科技的發(fā)展進步，研究人員發(fā)現(xiàn)并證實了微生物制品對于維持人體健康具有重要作用。從營養(yǎng)價值方面來看，微生物制品含有豐富的蛋白質(zhì)、氨基酸、碳水化合物、維生素和不飽和脂肪酸等營養(yǎng)物質(zhì)，易于消化吸收，能夠快速被機體轉(zhuǎn)化和利用；另一方面，微生物制品還含有大量的具有生理活性功能的物質(zhì)，能夠參與調(diào)節(jié)機體代謝，改善機體內(nèi)部的微環(huán)境，增強機體免疫力，因此還具有保健和預防疾病的功能［3］。

我國自古便有食用微生物制品的習慣，根據(jù)李時珍所著的《本草綱目》和陳藏器所著的《本草拾遺》中的記載，我國早在幾千年前便將食用菌作為傳統(tǒng)中藥的組成成分用于醫(yī)治疾病或改善體質(zhì)，如耳熟能詳?shù)撵`芝、冬蟲夏草等均屬于食用菌的范疇［4－5］；另外，食用菌作為“味之美者”更是我國飲食文化中不可缺少的部分，如早在唐代韓鄂所著的農(nóng)書《四時纂要》中就詳細地描述了構(gòu)菌（金針菇）的栽培方式，而同樣是唐代的蘇恭所著的《唐本草注》則記錄了利用五種不同木質(zhì)基質(zhì)栽培蕈耳（木耳）的具體方式，隨后在浙江省的慶元、景寧和龍泉一帶又興起了香菇的栽培［6］。隨著現(xiàn)代微生物培養(yǎng)技術(shù)的發(fā)展，人們能夠利用廉價的原料培養(yǎng)出大量的微生物菌體細胞，如常見的面包酵母菌、啤酒酵母和雙歧桿菌等?，F(xiàn)代科學研究表明：經(jīng)過選育的微生物其細胞中的蛋白質(zhì)含量高達40%～60%，而一般谷物的蛋白質(zhì)含量僅為10%左右。因此，以微生物細胞加工制成的菌體蛋白作為食品添加劑，能夠顯著地提高食物中的蛋白質(zhì)含量，同時還能夠補充多種氨基酸、維生素和糖類等營養(yǎng)成分，有效地維持人體生理功能。除了直接食用，微生物還被用于釀造各類發(fā)酵食品、飲料和調(diào)味劑等，如常見的腐乳、醬油、醋和酒等都是以各種營養(yǎng)物作為培養(yǎng)基，經(jīng)過微生物發(fā)酵制成［7］。經(jīng)過微生物發(fā)酵，食品改變較大，比如風味得到提升和改善，生物活性物質(zhì)含量增加，有害物質(zhì)含量降低等，不僅食用口感得到提升，更易于被人體消化吸收，還能夠補充人體所需的營養(yǎng)素以及腸道有益菌群［8］。隨著生物科技的進步，當今的微生物制品不僅保留了傳統(tǒng)微生物制品的優(yōu)點和特色，還通過改良菌種性能，優(yōu)化培養(yǎng)基和培養(yǎng)條件等手段，使微生物制品的口感和風味得到進一步提升，并且使其所含營養(yǎng)成分的比例更接近人體需求［9］。由于當代的微生物培養(yǎng)技術(shù)更為成熟，微生物制品的生產(chǎn)不再受地域、氣候等自然環(huán)境的限制，并且具有產(chǎn)量高、生產(chǎn)周期短、成本低和安全性高等特點，易于實現(xiàn)高效、綠色的工業(yè)生產(chǎn)［10］。因此，在人們注重飲食健康的當今和將來，微生物制品是動植物源食品的優(yōu)良代替品和營養(yǎng)補充劑［11］。

1 微生物制品的營養(yǎng)價值和保健功能

1．1 食用菌

市場上常見的微生物制品可根據(jù)微生物在食品生產(chǎn)過程中扮演的角色不同分為：食用菌、菌體蛋白、發(fā)酵食品以及益生菌劑等。其中食用菌主要是指各類可食用的、子實體碩大的大型真菌。從營養(yǎng)價值角度來看，食用菌因其蛋白質(zhì)含量較高，平均約為20%～40%左右，相當于牛肉、豬肉中的蛋白質(zhì)含量，因此又有“植物肉”的別稱［12］。陳巧玲［13］的研究表明，在餐桌上常見的幾種食用菌中，杏鮑菇、香菇和茶樹菇的粗蛋白含量較高，分別為27．86%，32．54%和36．08%，且所含氨基酸種類齊全，必需氨基酸含量較高，與人體所需的水平較為接近，是理想的營養(yǎng)來源。同時，食用菌中的脂肪含量較低，且以對人體有益的不飽和脂肪酸為主，因此是較肉類更健康的蛋白質(zhì)來源［14－15］。

食用菌富含多種生物活性物質(zhì)，主要包括：食用菌多糖、抗氧化維生素、萜類化合物以及核酸降解物［16］，對調(diào)節(jié)機體代謝、改善營養(yǎng)平衡和提高免疫力等方面具有重要作用。食用菌多糖是一類由10個以上的單糖連接構(gòu)成、具有分支結(jié)構(gòu)的活性多糖，研究表明食用菌多糖具有抗氧化功能，能夠清除體內(nèi) OH－和 O2－自由基［17－18］。此外，食用菌多糖還能夠增強機體免疫力、抑制細菌和病毒感染。食用菌多糖能夠刺激巨噬細胞和淋巴T細胞的釋放，激活機體的免疫系統(tǒng)，促進免疫因子的生成和釋放，并且可以通過對免疫系統(tǒng)的調(diào)節(jié)間接抑制腫瘤［19－20］。羅青［21］和王紅巖［22］等的研究表明，靈芝提取物能夠?qū)Ω锾m氏陰性細菌和革蘭氏陽性細菌起到抑制作用；雷艷［23］的研究表明羊肚菌多糖對多種細菌和放線菌具有較強的抑制作用，但是對于酵母菌和霉菌的抑制作用不明顯。食用菌含有豐富的抗氧化維生素，如尼克酸、B族維生素和維生素D原等，這些抗氧化維生素能夠消除體內(nèi)自由基、增強機體免疫力［24］。食用菌中最重要的活性物質(zhì)是三萜類化合物，也是靈芝等藥用菌類發(fā)揮藥效的主要成分，三萜類化合物能夠降低血脂、保護肝臟，具有鎮(zhèn)靜和止痛的功效，對于心血管、神經(jīng)系統(tǒng)以及免疫系統(tǒng)都具有較強的調(diào)節(jié)功能［25］。此外，食用菌所含的環(huán)磷酸核苷酸屬于核酸降解物，能夠有效地抑制細胞生長和分化，因此被廣泛應用于治療牛皮癬、冠心病等疾病［26］。

1．2 菌體蛋白

日常生活中常見的菌體蛋白主要為酵母菌體蛋白。酵母菌是一種單細胞真核微生物，因其具有細胞結(jié)構(gòu)簡單、遺傳和代謝機制清晰、生長繁殖速率快等優(yōu)勢，被廣泛地應用于多個生產(chǎn)和研究領(lǐng)域［27］。酵母菌的蛋白質(zhì)含量在50%左右，遠高于常見食物中的蛋白質(zhì)含量，且富含人體所需的全部必需氨基酸以及多種維生素、維生素前體物和豐富的微量元素等營養(yǎng)物質(zhì)［28－29］。由于酵母細胞易培養(yǎng)、易分離，并且具有較高的營養(yǎng)價值，因此成為了常見的營養(yǎng)補充劑。在醫(yī)療和保健領(lǐng)域，酵母菌主要被用于補充營養(yǎng)、調(diào)整機體代謝以及改善維生素缺乏癥和消化不良癥等［30－32］。酵母菌細胞中除了含有豐富的B族維生素以外，還含有大量的麥角甾醇（維生素D的前體物質(zhì)），經(jīng)過紫外線處理的酵母菌細胞能夠作為維生素D補充劑，具有促進鈣離子吸收的功效［33－34］。

在食品領(lǐng)域，酵母菌體蛋白主要作為營養(yǎng)強化劑和調(diào)味劑使用。由于酵母細胞富含蛋白質(zhì)、維生素以及微量元素等營養(yǎng)物質(zhì)，將其作為食品添加劑可有效提高食品的營養(yǎng)價值，如在面包、饅頭和餅干等以淀粉為主要原料的食品中添加酵母菌體蛋白，能夠使產(chǎn)品的營養(yǎng)成分更全面，更符合人體的營養(yǎng)需求［35］。核酸類物質(zhì)是二代味精的重要成分，酵母細胞中的核酸類物質(zhì)占細胞干重的比例接近10%，因此，以自溶的酵母菌細胞制成的酵母膏或酵母浸出粉作為食品添加劑，不僅能夠改善產(chǎn)品的營養(yǎng)組成，還具有提升產(chǎn)品風味的功效，例如在豆制品、膨化食品和加工肉類食品等產(chǎn)品中添加酵母浸出物，能夠顯著提升產(chǎn)品的風味和濃郁感［36］。

1．3 微生物發(fā)酵食品

微生物發(fā)酵食品是經(jīng)過微生物發(fā)酵制得的食品，不僅味道更加香醇，營養(yǎng)種類也更為豐富，而且在經(jīng)過微生物的一系列代謝之后，還會產(chǎn)生許多具有生物活性功能的物質(zhì)，原料中的有害成分減少，食品的經(jīng)濟價值也得到了提升。傳統(tǒng)發(fā)酵食品具有悠久的歷史，且具有國家和地區(qū)特色，例如中國的腐乳、醬油和醋，日本的納豆和清酒，韓國的泡菜，以及西方國家的干酪和酸奶等［37］。傳統(tǒng)發(fā)酵食品一般使用谷物、豆類、蔬菜、乳類以及肉類等常見的原料，所用的微生物主要包括細菌、酵母菌和霉菌，根據(jù)菌株是否經(jīng)過純化又分為混菌發(fā)酵（也稱自然發(fā)酵）和純種發(fā)酵，發(fā)酵方式包括固態(tài)發(fā)酵和液態(tài)發(fā)酵［38］。中國的傳統(tǒng)發(fā)酵食品大部分以谷物為原料，以糯米和大豆為主，使用的微生物主要為霉菌和酵母菌；西方國家則更喜歡以牛奶、牛肉和豬肉作為原料，經(jīng)過乳桿菌、乳鏈球菌和霉菌的發(fā)酵制成酸奶、干酪和香腸。

在發(fā)酵過程中，微生物產(chǎn)生的酶能夠?qū)⒃辖到?，因此，傳統(tǒng)發(fā)酵食品首先具有營養(yǎng)更容易被人體吸收的特點［39］。如在豆類制品的發(fā)酵過程中，微生物所產(chǎn)生的酶將不溶性高分子物質(zhì)降解為可溶性的低分子物質(zhì)，產(chǎn)生大豆中原本含量較低的營養(yǎng)物質(zhì)，例如維生素、氨基酸和核苷酸等，同時仍然保留大豆自身的異黃酮和低聚糖等生物活性物質(zhì)［40］。在常見的豆類發(fā)酵食品中，豆豉有助于增強腸胃功能和預防高血壓，納豆含有豐富的納豆激酶可以溶解血栓，預防心腦血管疾?。?1］。發(fā)酵乳制品則主要以食草動物如牛、羊和馬的乳為原料，經(jīng)過乳桿菌、乳球菌、乳鏈球菌和雙歧桿菌等微生物發(fā)酵而成。在發(fā)酵過程中，微生物同樣將乳自身的各種成分降解為小分子物質(zhì)，同時促進磷和鈣的溶解，使各種營養(yǎng)物質(zhì)更易于被人體吸收。微生物在利用營養(yǎng)物質(zhì)的同時，還會產(chǎn)生一些代謝產(chǎn)物如多糖、低聚糖、氨基酸、有機酸、多肽和抗生素等［42］。微生物自身的糖基轉(zhuǎn)移酶和糖苷水解酶能夠?qū)⑹澄镏械奶妓衔镛D(zhuǎn)化生成低聚糖，低聚糖的特點是不會被人體消化系統(tǒng)分泌的淀粉酶降解，因此能夠直接進入腸道并促進腸道益生菌生長，從而實現(xiàn)調(diào)節(jié)人體微生態(tài)的作用［43］。微生物通過降解食物中的蛋白質(zhì)并以其為原料，產(chǎn)生大量食物本身不具有的多肽和游離氨基酸，這些營養(yǎng)物質(zhì)不僅比蛋白質(zhì)更容易被人體消化吸收，并且具有特殊的生物功能，如幫助機體降低血脂、改善脂肪代謝和提高肌肉強度等［44］。紅曲霉在發(fā)酵的過程中會產(chǎn)生類似降膽固醇藥物的物質(zhì)，該物質(zhì)能夠弱化膽固醇合成代謝，從而降低機體膽固醇含量；而大豆發(fā)酵食品中微生物合成的蛋白黑素以及類黑精能夠抑制血管緊張素轉(zhuǎn)換酶的活性，對于降低血壓有一定幫助［45］。

1．4 益生菌劑

在食用微生物發(fā)酵食品時，必須注意到微生物本身也對人體有一定的益處，部分微生物能夠在人類腸道中生存，并產(chǎn)生對人體有益的物質(zhì)，如乳酸菌能夠產(chǎn)生乳酸，有助于抑制有害菌的生長，維持腸道正常功能［46］。因此，這些有益于人體健康的菌群被賦予了“益生菌”的名稱。益生菌能夠影響機體的新陳代謝，對于改善乳糖不耐受癥、減緩急性濕疹癥狀以及預防結(jié)腸癌的發(fā)生具有一定作用；益生菌能夠在腸道中長期生存，并持續(xù)產(chǎn)生一些代謝物，這些代謝物部分能夠刺激人體免疫系統(tǒng)釋放更多的免疫蛋白，幫助提高人體免疫力，部分能夠抑制或激活人體相應的酶，從而影響人體自身代謝物的合成，如通過抑制膽固醇的合成幫助人體降低血漿中的膽固醇濃度；另外，益生菌寄生于腸道中，能夠抑制有害菌群的生長，從而起到調(diào)節(jié)體內(nèi)微生態(tài)的作用，對于預防和輔助治療腹瀉、便秘、消化不良以及細菌感染等疾病具有重要意義。通過飲食主動補充益生菌有利于調(diào)節(jié)人類腸道有益菌群的數(shù)量，也可以選擇一些專門的微生物菌劑，有目的的補充某一種或幾種益生菌［47－50］。目前可用于食品添加或者制成菌劑的益生菌主要包括：雙歧桿菌屬、乳桿菌屬和鏈球菌屬中的部分菌株，其中僅鼠李糖乳桿菌、動物雙歧桿菌、乳雙歧桿菌和嗜酸乳桿菌能夠應用于嬰兒食品的添加［51］。

2 微生物制品產(chǎn)業(yè)和市場

我國是微生物制品的生產(chǎn)和消費大國，食用菌年產(chǎn)量占全球總產(chǎn)量的70%以上，產(chǎn)量超過3 000萬t。目前已經(jīng)形成集約化的規(guī)模栽培生產(chǎn)方式，并且產(chǎn)量持續(xù)增長，目前在我國種植業(yè)中的總產(chǎn)值排名居第六位，僅次于糧、棉、油、菜和果。蘇雅迪［52］研究發(fā)現(xiàn)，從1997年開始，我國食用菌產(chǎn)量的增長速度遠遠超過了世界平均值，2000年至2016年，我國食用菌產(chǎn)量增加了5倍多。2005至2016年間，食用菌產(chǎn)量由1 334．6萬t增長到3 596．7萬t，年復合增長率為9．4%；產(chǎn)值由585億元增長到2 516．4億元，年復合增長率為14．2%。，市場規(guī)模還有望繼續(xù)保持10%左右的高速增長。截至2017年我國共有500余家大型食用菌生產(chǎn)企業(yè)，2016年10月至2017年9月的數(shù)據(jù)統(tǒng)計表明，2017年中國食用菌總產(chǎn)量達256．3t［53］。

微生物發(fā)酵食品在我國食品市場上也占有重要地位，在發(fā)酵豆類制品中，醬油是產(chǎn)量最大、應用最廣的產(chǎn)品，2017年統(tǒng)計結(jié)果表明，醬油年產(chǎn)量已經(jīng)達到1 090萬t［54－55］。在發(fā)酵乳制品上，雖然我國北方游牧民族在早期就利用微生物將乳汁轉(zhuǎn)變成便于攜帶和貯存的固態(tài)乳制品，但是現(xiàn)代乳制品的發(fā)酵技術(shù)卻起步較晚，直到1998年才開始進入快速增長期。目前，我國乳制品發(fā)酵技術(shù)已經(jīng)較為成熟，中低溫發(fā)酵乳制品的開發(fā)以及奶粉類產(chǎn)品質(zhì)量的提升使得我國乳制品市場競爭力不斷提升。根據(jù)2016年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，我國乳制品的年產(chǎn)量已經(jīng)超過0．27億t，總收入超過3 000億元，平均利潤約占總收入的7．3%［56－57］。

隨著國民健康意識的提升以及人們對微生物制品認識的深入，越來越多的國民開始關(guān)注微生物制品，并且使用微生物制品代替部分日常食品。目前，包括中國在內(nèi)的部分國家已經(jīng)在食品、保健品以及醫(yī)藥領(lǐng)域推廣微生物制品，微生物制品的應用呈上升和全球化的趨勢。日本是目前益生菌產(chǎn)業(yè)最為發(fā)達的國家，投放市場的益生菌產(chǎn)品有數(shù)千種，2003—2006年的年營業(yè)額增長就已經(jīng)超過5億美元。中國的益生菌市場雖然較日本落后，也呈現(xiàn)出上升趨勢，2010年我國益生菌產(chǎn)品市場規(guī)模約222億元，2017年上升至553億元，預計到2023年市場規(guī)模將達到1420億元。衛(wèi)生部頒布了可食用菌種的名單，制定了相應的規(guī)范，此外SFDA也批準了22種益生菌活菌制品可作為醫(yī)療藥品使用，為中國微生物制品行業(yè)的發(fā)展提供了保障［51］。目前，在許多大、中型城市已經(jīng)呈現(xiàn)出消費者對益生菌制品消費的傾向。

3 結(jié) 論

微生物制品包括食用菌、菌體蛋白、發(fā)酵食品以及益生菌劑等，不僅含有豐富的人體所需營養(yǎng)成分，并且各類營養(yǎng)物質(zhì)通常以小分子的形式純在，更容易被人體轉(zhuǎn)化和吸收。此外，微生物制品中還含大量的生理活性物質(zhì)，能夠參與調(diào)節(jié)人體代謝，改善消化、神經(jīng)和免疫系統(tǒng)的功能，有助于提高機體免疫力以及預防和治療部分疾病。同時，微生物制品中所含有的益生菌也會隨著食物一起進入腸道，抑制對人體有害的菌群的生長，從而起到調(diào)節(jié)人體微生態(tài)環(huán)境的作用。隨著我國國民保健意識的提升，飲食健康已經(jīng)成為新的消費時尚，微生物制品市場發(fā)展前景相當可觀。目前，為了促進我國微生物制品行業(yè)和市場的發(fā)展，仍然有許多工作要做。首先，為了加深國民對微生物制品的認識，應繼續(xù)加強對于微生物制品的宣傳工作和對消費者的引導工作，進一步拓展微生物制品市場；同時，相關(guān)部門需要及時頒布行業(yè)標準和規(guī)范，并且執(zhí)行好監(jiān)管工作，保證微生物制品行業(yè)的穩(wěn)健發(fā)展；此外，由于我國微生物制品行業(yè)起步較晚，技術(shù)相對落后，因此需要加強相關(guān)菌種和技術(shù)的研發(fā)工作。盡早開發(fā)出一系列擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的高科技、高效率的微生物制品生產(chǎn)工藝流程，對于我國微生物制品行業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。