薏苡 (coix seed,Coix lacroyma-jobi L.var.ma-yuen Stapf),又称薏米,在我国多个省份广泛种植和食用,属一年生禾本科草本植物,是传统的药食两用谷物资源。薏苡的种植历史悠久,明代著名医学家李时珍在其著作《本草纲目》中已有对薏苡的记载。薏苡的营养价值均衡,含有丰富的营养成分和生物活性物质,如脂肪酸、氨基酸、多酚、酯类、多糖、甾醇、生育酚、生物碱等[1]。现代药理学研究表明,薏苡具有抗炎、抗氧化、抗肿瘤、免疫调节以及调节肠道菌群等多种生理功能[2]。随着“健康中国2030”战略的深入实施,优化居民饮食结构、积极推广全谷物及杂粮消费已成为迫切需求,薏苡等小宗杂粮逐渐受到消费者的青睐。
生物加工技术作为谷物加工中的常见方法,主要包括微生物发酵、生物萌芽及酶解处理等,通过利用内源酶或(及)外源酶的作用,对谷物基质的组成及物理化学性质进行调控,从而改善谷物的营养价值、食用品质及加工特性[3]。相较于物理及化学加工技术,生物加工技术对谷物形态的破坏程度较低,且在更大程度上保持了谷物的原始营养成分,是提升谷物功能性食品开发潜力的有效途径[4]。近年来,国内外学者就薏苡的生物加工开展了广泛研究工作。本文梳理和分析了近年来国内外关于生物加工技术在提升薏苡营养品质和生物活性及其作用机制方面的研究进展,探讨了生物加工技术对薏苡加工特性及感官品质的改善,并对薏苡生物加工食品的研究现状进行总结,旨在推动薏苡资源的深度开发和高效利用。
微生物发酵是一种典型的谷物深加工技术,发酵过程中微生物释放的水解酶、产生的代谢产物以及谷物自身的内源酶共同作用于谷物基质,从而改变其组织结构和化学组成。微生物(乳酸菌、酵母菌、曲霉菌、枯草芽孢杆菌等)发酵能够显著提升薏苡仁的营养价值,增强其功能活性及生物利用度,改善薏苡仁质地、口感及风味等感官食用品质。此外,发酵还能延长产品的保质期,提高其附加值[5]。
微生物发酵过程中,薏苡基质中的碳水化合物、蛋白质以及活性成分均会发生显著变化。一方面,各类营养物质会被微生物分解并用于合成新的化合物;另一方面,微生物的代谢活动也会产生多种代谢产物。因此,在适宜的发酵条件下,薏苡中的营养成分含量以及功能性成分的生物可利用性均会得到显著提升,有效增强其健康益处。
发酵可以改善薏苡仁的营养品质,提高其生物利用率。利用植物乳植杆菌(Lactiplantibacillus plantarum)NCU137发酵薏苡仁后,其碳水化合物组成发生显著变化,可溶性膳食纤维(soluble dietary fiber,SDF)含量及总溶性膳食纤维(total dietary fiber,TDF)含量均明显增加,而单糖及还原糖含量则显著降低,植物乳植杆菌在发酵过程中利用单糖进行生物合成,产生胞外多糖,从而提高薏苡仁的功能活性[6]。微生物发酵还会对蛋白质进行降解。干酪乳酪杆菌(Lacticaseibacillus casei)、米根霉、酵母菌的发酵均可以促进薏苡仁蛋白质的降解,提高低分子质量肽段的比例,生成小分子肽段和游离氨基酸,这些降解产物不仅可提高薏苡仁的生物利用率,还具备多种生物活性,如抗氧化、抗炎等[7-9]。紫红曲霉(Monascus purpureus)发酵薏苡后,氨基酸、多肽及其衍生物显著富集,占到总差异代谢产物的26%,主要的氨基酸包括N-乙酰赖氨酸、L-色氨酸和L-精氨酸等[10]。在对薏苡进行发酵处理时,研究发现不同菌种的代谢产物存在显著差异。利用非靶向代谢组学技术分析德氏乳杆菌保加利亚乳亚种(Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus)、植物乳植杆菌(Lactiplantibacillus helveticus)和瑞士乳杆菌(Lactobacillus plantarum)发酵薏米乳产生的差异代谢产物,植物乳植杆菌发酵液中三萜类化合物和短肽类化合物的含量显著增加,此外功能性成分包括吲哚乙酸、亚油酸、泛酸和脑磷脂等的含量也相对较高,显著提升了发酵薏苡的营养价值[11]。复合乳酸菌发酵则表现出比单一菌株发酵更优越的酪氨酸酶抑制效果[12]。
微生物发酵过程不仅改善了薏苡的营养成分,还促进了薏苡中生物活性物质的释放与合成。谷物中的酚类化合物以游离态、共轭态及结合态等多种形式存在,其中大部分与细胞壁中的不溶性结构组分紧密结合。在发酵过程中,薏苡的总酚含量显著增加,尤其是游离酚部分[12]。文献报道,经植物乳植杆菌发酵处理的薏苡米粉中,游离多酚和结合多酚的含量分别达到86.97、28.53 mg/L,相较于未经发酵处理的薏仁米粉,其含量分别提升了2.1、0.9倍[1,13]。米根霉发酵显著提高了薏苡中总酚与黄酮的含量,特别是丁香酸、绿原酸和阿魏酸等酚类物质[14]。在37 ℃条件下,接种量为1%的Lactobacillus brevis MJM60390菌株对薏苡仁皮进行48 h的发酵处理。结果表明,发酵产物中总酚类化合物和黄酮类化合物的含量分别达到未发酵状态下的1.26、1.87倍[15]。γ-氨基丁酸(gamma-aminobutyric acid,GABA)作为一种主要的抑制性神经递质,在哺乳动物体内发挥重要的生理作用,能够调节睡眠、缓解抑郁症状、降低血压以及改善脂质代谢等。通过发酵处理,薏苡中的γ-氨基丁酸含量相较于对照组显著增加[16]。发酵促进生物活性物质含量的增加可能归因于以下因素:首先,发酵条件激活了与代谢通路相关的薏苡内源酶活性,进而促进了活性物质的生物合成;其次,发酵过程中微生物可能自身合成并分泌了活性物质。此外,微生物发酵过程中代谢产生的多种水解酶(如纤维素酶、半纤维素酶、果胶酶等)能够作用于薏苡仁细胞壁结构,使多酚与蛋白质、多糖之间的酯键或醚键等共价键断裂,从而促进结合态多酚的释放,增加游离多酚含量,提高其生物利用率[17]。同时,发酵过程中产生的乳酸、乙酸、丁酸等有机酸降低了谷物基质的pH,有助于稳定酚类化合物的结构与活性。
NGUYEN等[15]研究发现,紫红曲霉(Monascus purpureus)的固态发酵不仅实现了薏苡素、薏苡酯、洛伐他汀及红曲色素等多种功能因子的协同富集,还提高了α-生育酚、γ-三烯生育酚、γ-谷维素等亲脂性活性组分的含量[18-19]。薏苡油具有抗氧化及抗癌活性,经M.purpureus发酵处理后,薏苡油的含量显著提升。在M.purpureus的固态发酵过程中,大量水解酶的产生与发酵基质的酸性环境协同作用,促进了薏苡中结合型亲脂性化合物的释放。利用超临界二氧化碳萃取技术,薏苡油的提取得率从发酵前的5.1%增加到了12.8%[20]。四甲基吡嗪是一种在发酵食品中常见的吡嗪类生物碱,对于治疗心脑血管疾病具有显著效果。利用枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)BJ3-2对薏苡进行发酵,可以有效地富集四甲基吡嗪[21]。通过优化发酵条件,B.subtilis BJ3-2发酵薏苡中四甲基吡嗪的产量最高可达到6.15 mg/g DW。此外,基质的微酸性环境以及高乙酰蛋白浓度均有助于促进四甲基吡嗪的合成[22-23]。
微生物发酵技术显著增强了薏苡在降血脂、免疫调节、抗氧化以及调节肠道菌群等多方面的生理功能活性。WANG等[24]研究发现,通过植物乳植杆菌和副干酪乳酪杆菌发酵制备的薏苡乳,其调节脂质代谢的能力得到了显著增强。小鼠摄入发酵薏苡乳,血清中的胆固醇水平及低密度脂蛋白(low density lipoprotein,LDL)与高密度脂蛋白(high-density lipoprotein,HDL)的比值(LDL/HDL)均明显降低。此外,通过枯草芽孢杆菌发酵薏苡,进一步证实微生物发酵对提升薏苡降脂功效的作用。饲喂发酵薏苡的小鼠,其血清总胆固醇(total cholesterol,TC)、甘油三酯(triglyceride,TG)水平以及LDL/HDL比例均显著降低[25]。经由罗伊氏粘液乳杆菌、嗜热链球菌嗜热亚种和德氏乳杆菌保加利亚亚种3种菌株共同发酵的薏苡酸奶,对高脂饮食小鼠的肝脏脂质代谢同样具有显著调节效果。研究显示,经饲喂薏苡酸奶的小鼠,其血清中的TC、TG、LDL水平显著下降,而HDL水平则显著提升;同时,与脂肪合成相关基因的表达呈现下降趋势,而促进胆固醇代谢的基因表达则显著上调[26]。相较于市售益生菌酸奶,薏苡酸奶在调节血脂方面的效果更为显著。因此,发酵薏苡在降低胆固醇及降血脂方面具有潜在的应用价值。
进一步研究发现,发酵薏苡的抗氧化活性得到显著提升,其原因可能在于薏苡发酵过程中产生了具有抗氧化活性的代谢产物,如多酚类化合物、抗氧化肽或短链脂肪酸等。体外实验表明,薏苡仁经过发酵处理后,其ABTS、DPPH及FRAP清除能力显著提升。动物实验发现,发酵薏苡能够增强小鼠肝脏及血清中抗氧化酶系(过氧化氢酶、超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化物酶等)的活性,改善小鼠的氧化应激状态,对机体的氧化损伤提供保护作用[27]。
薏苡经发酵处理后,显示出其对肠道健康调节的积极作用。通过体外模拟结肠发酵实验,探究植物乳植杆菌LP90、唾液链球菌嗜热亚种ST81、德氏乳杆菌保加利亚亚种LB42和动物双歧杆菌乳亚种BLa80 4种益生菌共发酵的薏苡饮料对肠道微生物代谢的调节作用,研究发现代谢产物中苯丙酮酸、吲哚丙烯酸、色氨酸和酪氨酸的含量均显著提高,这些代谢产物能够发挥保护肠上皮屏障功能和缓解炎症反应的生理活性[2,28]。进一步研究发现,无论是活菌型还是灭菌型薏苡发酵饮料均具备肠道调节功能,其中活菌型的促进作用更为显著。在唾液链球菌嗜热亚种的作用下,发酵薏苡增加了小鼠肠道菌群中Muribaculaceae、Lachnospiraceae、Ruminococcaceae和Akkermansia等有益微生物的相对丰度,同时减少了与炎症相关的Desulfovibrionaceae、Psychrobacter和Staphylococcus的相对丰度[29]。钠钾泵(Na+/K+ATP酶)在维持机体的稳态平衡和信号转导中发挥重要作用。研究发现,由L. plantarum NCU137发酵的薏苡仁及其多糖组分能够促进红细胞Na+/K+ATP酶活性,从而有助于红细胞形态的恢复,有效调节高湿免疫紊乱小鼠的肠道菌群组成,特别是提高肠道益生菌拟杆菌属(Bacteroides)的相对丰度。此外,发酵后的薏苡仁多糖组分还能上调血浆中细胞因子IL-6和IL-4的分泌水平,降低免疫球蛋白和促炎因子IFN-γ的浓度,通过调节Th1/Th2细胞的分化平衡参与免疫调节,并有效缓解炎症反应[6]。
微生物发酵不仅提升了薏苡的功能成分和生理功效,还对其食用品质和加工特性产生了积极影响。薏苡乳是一类新兴的植物基谷物饮品,对薏苡乳进行发酵处理是一种常见加工技术,可以增强其营养价值及感官品质。对发酵薏苡挥发性风味物质的检测发现,其醇类物质含量增加,酸类化合物含量降低,风味得到显著改善[30]。发酵过程中,不同种类的菌种会产生不同的代谢产物,进而对发酵薏苡乳的风味特征产生影响。具体而言,发酵后薏苡乳的甜味、酸味以及鲜味的差异性较为显著,其中经瑞士乳杆菌发酵的薏苡乳具有明显的鲜味特征;相比之下,德氏乳杆菌保加利亚亚种发酵的薏苡乳则具有较高的甜味值与酸味值[11]。通过罗伊氏粘液乳杆菌、嗜热链球菌嗜热亚种和德氏乳杆菌保加利亚亚种3种菌株的协同发酵作用,所制得的薏苡酸乳中总游离氨基酸和必需氨基酸的含量显著提升,其呈味氨基酸主要由鲜味氨基酸和甜味氨基酸构成,风味物质的种类和数量均有所增长,其中醇类、酸类和醛类物质占据主导地位,使得风味更加均衡[31]。多菌种共发酵能够增加发酵产物中挥发性风味化合物的种类,其中挥发性酯类化合物的含量可增加至1.4～3.4倍,尤以乙酯类化合物的增加最为显著[26]。此外,发酵时间的长短和发酵温度的控制也会对薏苡乳的风味品质产生重要影响。
发酵后的薏苡乳表观黏度增加,静置后不易分层,表现出良好的均一性和稳定性,这表明发酵过程增强了薏苡乳的结构稳定性。在微生物水解作用下,薏苡淀粉的平均分子量显著降低,颗粒尺寸减小并趋于均一化,小颗粒表现出较低的沉降系数,这有利于淀粉稳定性的提升。此外,微生物发酵产生的乳酸能够断裂薏苡淀粉的无定形区,使大分子的支链分解成直链,淀粉直支比及聚合度的增加有助于增强淀粉凝胶的保水性[32]。另一方面,胞外多糖作为发酵代谢产物之一,在体系中发挥重要作用。胞外多糖的合成能够有效提高体系的黏度和保水能力。此外,胞外多糖能够与体系中的蛋白质相互作用,形成凝胶网络结构,从而增强体系的内聚力和稳定性[33]。研究发现,与植物乳植杆菌相比,经德氏乳杆菌保加利亚亚种发酵的薏苡乳在黏度、胶着性和黏稠度方面表现出显著的提升。这表明德氏乳杆菌保加利亚亚种在发酵过程中有效地促进了多糖等黏性物质的生成。进一步对薏苡乳的微观结构进行分析,结果显示其内部结构变得更加致密[11]。
薏苡的蒸煮时间过长是限制其广泛消费的关键因素之一。未经任何预处理的薏苡,其理想的蒸煮时间大约为88 min。通过浸泡过程,可以有效减少薏苡的蒸煮时间,但仍需超过60 min。发酵处理能够显著缩短薏苡的蒸煮时间。研究表明,在食淀粉乳杆菌发酵12 h、含水量40%、接种量0.5%、发酵温度30 ℃的条件下,发酵后的薏苡最佳蒸煮时间可缩短至48.0 min,相比未处理薏苡和浸泡薏苡分别减少了45.9%和22.2%[34]。发酵薏苡的质地和口感得到改善,在加工过程中表现出更好的吸水性和膨胀性,食用品质大幅提高。
在加工品质方面,不同菌种和发酵时间对薏苡粉的影响各异。MASAHID等[35]的研究表明,少孢根霉发酵能增强薏苡粉的溶胀力、溶解度、持油能力和持水能力;而KRISTANTI等[36]的研究则发现,乳酸菌发酵对薏苡粉的持油能力和持水能力影响不显著,但能提高其膨胀度。这些发现为优化薏苡粉的加工工艺提供了重要参考。为进一步提升薏苡的营养品质及功能特性,可采用菌酶协同发酵技术对薏苡进行生物加工处理。徐磊等[37]通过木聚糖酶、纤维素酶、果胶酶和葡聚糖酶等蛋白酶与干酪乳酪杆菌的联合利用,对脱脂薏苡进行协同发酵处理。实验结果显示,菌酶协同发酵显著提升了水提液中的总酚、多肽、游离氨基酸含量及小分子多肽的比例,其中木瓜蛋白酶的增强效果最为显著。
目前,微生物发酵技术在薏苡食品开发领域已获得广泛应用,成功开发出多种类型的发酵食品,包括薏苡发酵饮料、薏苡酸奶、薏苡醋、薏苡酒醪、薏米纳豆以及薏苡保健酒等。在薏苡发酵过程中,主要涉及的微生物包括细菌和真菌两大类,包括乳酸菌[6]、芽孢杆菌[38]、酵母菌[9]、米根霉[17, 39]、红曲霉[19]等。此外,薏米可与其他谷物、豆类、牛奶、果蔬等复配,形成具有独特风味、丰富口感且营养互补的发酵制品,进一步提高薏苡的健康益处[40]。通过将薏苡与白糯米进行复配发酵,制备出的薏米白酸汤相较于仅使用糯米发酵的产品,在挥发性风味物质的组成上表现出更为丰富的多样性,其主要成分包括酯类、醇类、酸类以及醛类等[41]。
综上所述,微生物发酵技术在薏苡资源的开发利用中发挥着重要作用。通过发酵处理,不仅可以提升薏苡的营养价值和功能特性,还能促进活性组分的释放和次级代谢产物的合成与分泌。此外,发酵处理对于薏苡感官品质与加工特性的改善具有显著效果。
谷物籽粒的萌发过程伴随着一系列生理和生化反应,涉及能量代谢、呼吸代谢、水分调节以及蛋白质、淀粉、脂质等生物大分子的降解与合成等,显著影响了谷物的营养成分和物理化学性质。籽粒萌发不仅能够提升谷物的营养品质,还可以改善其加工特性和风味、口感,同时显著增加功能活性物质的含量及其活性。目前,萌芽技术已经成为提升谷物产品附加值的关键生物加工手段。谷物萌芽过程中,多种酶类如淀粉酶、蛋白酶及脂肪酶被激活,导致淀粉、蛋白质和脂肪等贮藏营养物质发生一定程度的水解,转化为更易于被人体吸收的小分子形式。与此同时,多酚、黄酮、可溶性糖、GABA、膳食纤维和维生素等功能活性物质得以富集。此外,萌芽还有助于降低植酸等抗营养因子的含量,从而提高谷物的整体营养价值。
萌发处理改变了薏苡的营养组成及理化特性。萌发过程对提高薏苡仁蛋白质的营养价值和利用率具有积极作用。随着萌发时间的延长,薏苡仁蛋白质的组成与结构发生明显变化,蛋白质的网络结构被破坏变得松散,并逐渐降解为小分子多肽和氨基酸。在萌发48～72 h的阶段,薏苡氨基酸总量及必需氨基酸含量显著上升,此时薏苡蛋白的氨基酸评分与营养指数也明显升高[42]。
淀粉是薏苡中的主要组成物质,其含量约占薏苡总质量的60%,萌发改变了薏苡淀粉的结构和理化性质,从而影响其功能特性。研究发现,萌芽促进了薏苡仁中淀粉的酶解,生成易消化的小分子糖类。相较于未经处理的薏苡籽粒,经过萌芽处理后,总淀粉含量显著下降,从(59.2±0.50) mg/g降至(22.3±0.51) mg/g,同时可溶性糖含量则显著上升,从(1.0±0.01)%增至(4.9±0.03)%。淀粉萌发过程中,薏苡仁淀粉颗粒表面的蛋白质层发生解体,导致淀粉颗粒表面的孔隙结构数量增多。随着发芽时间的延长,薏苡中的淀粉酶活性逐渐提升,淀粉颗粒的水解程度随之加剧,表面孔隙进一步扩大,颗粒粒径逐渐减小,最终被分解为更小的碎片结构[43]。高丹等[44]的研究发现,天然薏苡淀粉颗粒为A-型晶体结构,萌芽过程不会改变薏苡淀粉的晶型结构,而随着萌芽时间的延长,薏苡淀粉的直链淀粉含量呈现出先上升后下降的趋势,在萌芽第2天达到峰值,与此同时,支链淀粉中的A链(DP=6～12)比例因水解酶的降解作用转化为低聚糖而逐渐减少。萌发过程对薏苡淀粉的凝胶特性产生了显著影响,具体表现为淀粉硬度的明显下降以及黏附性的显著增强,萌发薏苡淀粉具有更好的凝胶形成能力,使其在食品加工中的应用更为适宜。因此,通过控制萌发条件,可以调节薏苡淀粉的结构与性质,以满足不同食品加工的需求。利用靶向代谢组学技术研究发现,薏苡籽粒萌发前后主要代谢物质发生了显著变化,包括没食子酸、儿茶素、绿原酸和丁香酸在内的多种酚类化合物,以及薏苡素、生物碱、脂质、有机酸、木质素、氨基酸及其衍生物等代谢物均表现出上调趋势[45]。
萌发处理显著提升了薏苡的生理活性,包括抗氧化、抗炎、抗肿瘤等功效。发芽60 h后,薏苡籽粒中的总酚、游离酚和黄酮类化合物含量均显著增加,特别是香豆酸、咖啡酸、羟基苯甲酸和原儿茶酸等酚类化合物的变化相对明显,这些化合物的增加提高了薏苡仁的抗氧化活性[46]。GABA作为一种关键的神经递质,具有多种生理功能;而薏苡素则具有抗肿瘤、抗病毒等多种生物活性。发芽后的薏苡中GABA和薏苡素的含量分别提高了2.4、2.6倍。此外,发芽后的薏苡仁水提物对血管紧张素转换酶(angiotensin converting enzyme,ACE)、黄嘌呤氧化酶和酪氨酸酶的抑制活性也显著提高,进一步证明萌芽处理对薏苡生理活性的提升作用[45]。此外,萌芽处理改善了薏苡的风味特征,在薏苡仁发芽过程中共鉴定得到18种芳香族化合物,薏苡仁中的一些不愉快的风味成分,如正己醛、非醛、2-庚酮、2-戊基呋喃等,其含量均有所下降[47]。这些研究成果为进一步开发和利用薏苡作为食品原料具有重要意义。对薏苡萌芽工艺条件的优化,包括温度、浸泡时间等关键参数的调控,对提高其营养价值和生理活性具有显著的积极影响。研究发现,在适当的浸泡和萌芽条件下,薏苡仁的发芽率和GABA含量均可达到较高水平。在36 ℃下浸泡10 h,随后在29 ℃下发芽24 h,薏苡仁的发芽率可高达90%,同时GABA的含量可达到21.205 mg/100 g,相较于未发芽前增加了6.8倍[48]。薏苡仁萌发条件显著受到品种特性的影响,不同品种的薏苡仁在相同萌发条件下表现出不同的生化指标和营养成分变化。党娟等[49]通过比较不同品种薏苡仁的发芽率和营养成分发现,贵州小白壳薏苡仁在发芽率、生长趋势、游离氨基酸含量以及GABA水平等方面均优于其他品种。通过正交试验确定了富集GABA的贵州小白壳最优萌芽工艺条件为:萌芽温度28 ℃、相对湿度90%、萌芽时间96 h,此时GABA含量可达到78.06 mg/100 g。此外,发芽处理可以和发酵、浸泡、酶解等加工方式协同进行,进一步强化薏苡的营养品质和生物活性[50-52]。
淀粉是薏苡主要组成成分之一,其结构和性质直接影响着薏苡的加工特性和最终产品的感官品质。萌芽处理对薏苡淀粉的消化特性有显著影响。萌芽处理后,薏苡淀粉中的快速消化淀粉(rapid digestion of starch,RDS)比例增加,抗性淀粉(resistant starch,RS)和缓慢消化淀粉(slowly digestible starch,SDS)的比例相对降低,可能原因在于淀粉酶活性增强,促进了淀粉分子链降解,导致淀粉分子结构发生变化,提高酶对淀粉颗粒的渗透效率,进而提高其消化速率[53]。此外,由于萌芽过程中淀粉酶的作用导致薏苡淀粉双螺旋有序结构增加,显著提高了薏苡淀粉的糊化温度和糊化焓(ΔH),但体系黏度在发芽后有所降低[54]。粉质特性是评价谷物加工品质的重要指标。研究发现,薏苡在萌发过程中,其持水性和持油性得到显著提升,粒径相应减小,粉质特性得到显著改善,可能原因在于萌发过程中激活的淀粉酶作用于淀粉结构,导致淀粉分子中羟基的暴露,进而增强了淀粉与水分子间的结合能力[47]。此外,经过萌芽处理的薏苡粉在烘焙制品中的应用性能也显著提升,对其粉体流动性进行研究发现,随着发芽时间的延长,经过真空冷冻干燥处理的发芽薏苡粉休止角和滑角逐渐减小,堆积密度增大,流动性显著改善,有助于提高烘焙制品的均匀性和细腻口感[47]。
薏苡,作为一种兼具药用和食用价值的传统谷物,在传统医学领域得到了广泛的应用。现代医学研究也深入探讨了薏苡在抗炎、免疫调节、抗癌以及降血糖等多方面的生理活性。然而,薏苡的致密结构、坚硬质地以及难以糊化的淀粉特性,导致其在食用前需要经过长时间的浸泡和蒸煮,这在一定程度上限制了薏苡的食用便利性和开发潜力。通过采用微生物发酵和生物萌芽等生物加工技术,不仅可以提升薏苡的营养价值,还能改善其加工特性以及风味和口感,从而提高食用品质,并且显著提高其功能性成分的含量和活性。未来,围绕薏苡生物加工技术研究可从以下几方面展开:1) 生物加工技术可与高压处理、蒸汽爆破、超微粉碎等物理加工方式协同作用,以进一步改善薏苡的组织结构,促进营养成分的释放,提升其生物利用度,并增加功能物质,改善其在食品中的应用性能,从而拓展薏苡在食品工业中的应用范围。2) 同时,生物加工技术应关注菌种选择、加工全过程以及终产物的安全性,筛选高效且稳定的菌株,避免有害副产物的生成,并对产物中的残留物和毒素等进行检测。3) 通过开展个体差异性的研究,评估其在不同人群中的应用效果。
[1] LI H J, PENG L X, YIN F, et al.Research on Coix seed as a food and medicinal resource, it’s chemical components and their pharmacological activities:A review[J].Journal of Ethnopharmacology, 2024, 319:117309.
[2] LEE B H, HUANG S C, HOU C Y, et al.Effect of polysaccharide derived from dehulled adlay on regulating gut microbiota and inhibiting Clostridioides difficile in an in vitro colonic fermentation model[J].Food Chemistry, 2023, 410:135410.
[3] 高琨, 汪丽萍, 翟小童, 等.全谷物生物加工研究进展与发展方向[J].中国食品学报, 2024, 24(7):387-400.GAO K, WANG L P, ZHAI X T, et al.Research progress and development directions of whole grain bioprocessing[J].Journal of Chinese Institute of Food Science and Technology, 2024, 24(7):387-400.
[4] 金征宇, 江连洲, 王兴国, 等.品质导向的粮油食品精准加工分子基础与调控[J].中国食品学报, 2024, 24(5):1-18.JIN Z Y, JIANG L Z, WANG X G, et al.Molecular basis and regulation of quality-oriented precision processing for cereal and oil-based foods[J].Journal of Chinese Institute of Food Science and Technology, 2024, 24(5):1-18.
[5] ZHAO J L, ZENG X Q, XI Y, et al.Recent advances in the applications of Lactobacillus helveticus in the fermentation of plant-based beverages:A review[J].Trends in Food Science &Technology, 2024, 147:104427.
[6] YIN H M, ZHONG Y D, XIA S K, et al.Effects of fermentation with Lactobacillus plantarum NCU137 on nutritional, sensory and stability properties of coix (Coix lachryma-jobi L.) seed[J].Food Chemistry, 2020, 314:126037.
[7] 尹红梅. 发酵前后薏苡仁营养组分变化及其对湿证小鼠肠道代谢和免疫功能的影响[D].南昌:南昌大学, 2020.YIN H M.Changes of nutritional components of coix (Coix lacryma-jobi L.) seed fermented with Lactobacillus plantarum and its effects on intestinal metabolism and immune function in mice receiving short-term high relative humidity exposure[D].Nanchang:Nanchang University, 2020.
[8] 王清爽. 乳酸菌发酵对薏米营养和理化性质的影响[D].淮安:淮阴工学院, 2020.WANG Q S.The effect of lactic acid bacteria fermentation on the nutrition and physicochemical properties of coix seed[D].Huaian:Huaiyin Institute of Technology, 2020.
[9] XU L, ZHU L L, DAI Y Q, et al.Impact of yeast fermentation on nutritional and biological properties of defatted adlay (Coix lachryma-jobi L.)[J].LWT, 2021, 137:110396.
[10] 曾海英. 红曲发酵薏米生理活性物质量效变化及机理研究[D].贵阳:贵州大学, 2021.ZENG H Y.Study on the quality-effect changes and mechanism of physiologically active substances in red koji fermented coix seed[D].Guiyang:Guizhou University, 2021.
[11] 尚英, 杜晓宏, 熊荣园.发酵菌种对薏米乳品质及代谢产物的影响[J].中国酿造, 2020, 39(4):121-125.SHANG Y, DU X H, XIONG R Y.Effects of fermentation strains on the quality and metabolites of fermented coix beverage[J].China Brewing, 2020, 39(4):121-125.
[12] 毛新亮, 张卉, 陈文杰, 等.薏苡仁多菌发酵液的菌种优选及其抑制黑色素生成的作用研究[J].生物技术进展, 2022, 12(6):929-936.MAO X L, ZHANG H, CHEN W J, et al.Study on strain optimization of coix seed multi Lactobacillus fermentation broth and its inhibition on melanin production[J].Current Biotechnology, 2022, 12(6):929-936.
[13] 陈宇, 刘义, 吴晓琼, 等.薏仁米发酵富集总多酚的工艺优化及其抗氧化活性[J].食品研究与开发, 2024, 45(23):108-116.CHEN Y, LIU Y, WU X Q, et al.Optimization of fermentation process for enriching total polyphenols in coix seed and its antioxidant activity[J].Food Research and Development, 2024, 45(23):108-116.
[14] SUKUMARAN R K, SINGHANIA R R, MATHEW G M, et al.Cellulase production using biomass feed stock and its application in lignocellulose saccharification for bio-ethanol production[J].Renewable Energy, 2009, 34(2):421-424.
[15] NGUYEN H T, CHOI Y H, CHOI C W, et al.Enhanced anti-wrinkle activity of adlay bran fermented with Lactobacillus brevis MJM60390[J].Journal of Cosmetic Dermatology, 2022, 21(11):6351-6362.
[16] 王清爽, 高珊, 朱灵灵, 等.干酪乳杆菌发酵对脱脂薏米营养品质的影响[J].中国食品学报, 2021, 21(3):146-152.WANG Q S, GAO S, ZHU L L, et al.Effect of Lactobacillus casei fermentation on the nutrition quality of defatted adlay[J].Journal of Chinese Institute of Food Science and Technology, 2021, 21(3):146-152.
[17] 徐磊, 高珊, 王心, 等.米根霉发酵对脱脂薏米麸皮营养组成及抗氧化活性的影响[J].中国粮油学报, 2021, 36(2):16-22.XU L, GAO S, WANG X, et al.Effect of Rhizopus oryzae fermentation on nutritional components and antioxidant activity of defatted adlay bran[J].Journal of the Chinese Cereals and Oils Association.2021, 36(2):16-22.
[18] ZENG H Y, QIN L K, LIU X Y, et al.Increases of lipophilic antioxidants and anticancer activity of coix seed fermented by Monascus purpureus[J].Foods, 2021, 10(3):566.
[19] 宋增光, 曾海英, 秦礼康, 等.紫红曲菌发酵薏米促α-生育酚富集及其发酵动力学模型构建[J].中国粮油学报, 2020, 35(12):23-29.SONG Z G, ZENG H Y, QIN L K, et al.Coix seed fermented by Monascus purpureus promoted enrichment of α-tocopherol and construction of dynamic models[J].Journal of the Chinese Cereals and Oils Association, 2020, 35(12):23-29.
[20] ZENG H Y, ZHU A R, HE S L, et al.Anti-lipid-oxidation effects and edible safety evaluation of the oil extracted by a supercritical CO2 process from coix seed fermented by Monascus purpureus[J].Food Science and Human Wellness, 2023, 12(4):1119-1127.
[21] 文安燕, 秦礼康, 曾海英, 等.枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis) BJ3-2发酵薏米高产川芎嗪和溶纤酶体系优化[J].食品与发酵工业, 2021, 47(10):178-184;191.WEN A Y, QIN L K, ZENG H Y, et al.Optimization of high-yield tetramethylpyrazine and fibrinolytic enzyme of Bacillus subtilis BJ3-2-fermented adlay[J].Food and Fermentation Industries, 2021, 47(10):179-184;191.
[22] WEN A Y, XIE C Z, MAZHAR M, et al.Tetramethylpyrazine from adlay (Coix lacryma-jobi) biotransformation by Bacillus subtilis and its quality characteristics[J].Journal of Food Science and Technology, 2020, 57(11):4092-4102.
[23] WEN A Y, YANG Z J, LIU N, et al.Dynamic correlation between tetramethylpyrazine and influencing factors in Bacillus subtilis-fermented dehulled adlay[J].Food Bioscience, 2023, 52:102355.
[24] WANG C Y, WU S C, NG C C, et al.Effect of Lactobacillus-fermented adlay-based milk on lipid metabolism of hamsters fed cholesterol-enriched diet[J].Food Research International, 2010, 43(3):819-824.
[25] WANG C Y, LIN H T, WU S C.Influence of dietary supplementation with Bacillus-fermented adlay on lipid metabolism, antioxidant status and intestinal microflora in hamsters[J].Journal of the Science of Food and Agriculture, 2011, 91(12):2271-2276.
[26] 朱晓丽. 人源罗伊氏乳杆菌协同发酵薏米酸奶品质及益生功能研究[D].贵阳:贵州大学, 2021.ZHU X L.Study on the quality and probiotic function of coix yoghurt co-fermented with human-derived Lactobacillus reuteri[D].Guiyang:Guizhou University, 2021.
[27] WANG H, YIN H M, ZHONG Y D, et al.Polysaccharides from fermented coix seed modulates circulating nitrogen and immune function by altering gut microbiota[J].Current Research in Food Science, 2022, 5:1994-2003.
[28] 饶会汕. 益生菌发酵薏苡仁菊花复合饮料的研制及其品质特性评价[D].广州:华南理工大学, 2023.RAO H.Preparation and quality evaluation of coix seed-chrysanthemum blended beverage fermented byprobiotics[D].Guangzhou:South China University of Technology, 2023.
[29] RAO H S, LIN L Z, ZHAO M M.Probiotic fermentation affects the chemical characteristics of coix seed-Chrysanthemum beverage:Regulatory role in sensory and nutritional qualities[J].Food Bioscience, 2024, 58:103629.
[30] 陈海强, 梁钻好, 林小晖, 等.鼠李糖乳杆菌和产乳酸芽孢杆菌混合发酵薏米饮料[J].食品科技, 2018, 43(11):98-104.CHEN H Q, LIANG Z H, LIN X H, et al.Preparation of coix seed cereal beverage by mixed fermentation with Lactobacillus rhamnosus and Bacillus coagulans[J].Food Science and Technology, 2018, 43(11):98-104.
[31] 肖付才, 李颖奎, 刘凯, 等.非酿酒酵母与酿酒酵母混合发酵对薏米酒醪色泽及风味的影响[J].中国酿造, 2024, 43(3):95-101.XIAO F C, LI Y K, LIU K, et al.Effects of mixed fermentation with non-Saccharomyces and Saccharomyces cerevisiae on color and flavor of coix seed wine mash[J].China Brewing, 2024, 43(3):95-101.
[32] DOU X L, REN X Y, ZHENG Q M, et al.Effects of lactic acid bacteria fermentation on the physicochemical properties of rice flour and rice starch and on the anti-staling of rice bread[J].Foods, 2023, 12(20):3818.
[33] DHAKAL D, KUMAR G, DEVKOTA L, et al.The choice of probiotics affects the rheological, structural, and sensory attributes of lupin-oat-based yoghurt[J].Food Hydrocolloids, 2024, 156:110353.
[34] 杨小雨, 龙佩霖, 雷静, 等.乳杆菌发酵速煮薏米的工艺优化[J].食品科技, 2024, 49(7):171-179.YANG X Y, LONG P L, LEI J, et al.Optimization of quick cooking technology of coix seed fermented by Lactobacillus[J].Food Science and Technology, 2024, 49(7):171-179.
[35] MASAHID A D, BELGIS M, AGESTI H V.Functional properties of adlay flour (Coix lacryma-jobi L.var.ma-yuen) resulting from modified durations of fermentation using Rhizopus oligosporus[J].International Journal on Food, Agriculture and Natural Resources, 2021, 2(2):1-6.
[36] KRISTANTI D, RATNAWATI L.Physicochemical and functional properties of fermented adlay (Coix lacryma jobi-L) flour[J].IOP Conference Series:Earth and Environmental Science, 2022, 1024(1):012026.
[37] 徐磊, 王清爽, 高珊, 等.菌酶协同处理提高脱脂薏米水提取液营养价值[J].农业工程学报, 2020, 36(12):303-309.XU L, WANG Q S, GAO S, et al.Improving nutrition value of the defatted adlay water extract by using fermentation with enzyme[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2020, 36(12):303-309.
[38] ZHAO Y C, ZHANG Q F, HE L P, et al.Fermentation with Bacillus natto and Bifidobacterium improves the functional, physicochemical properties, and taste qualities of coix seed-natto[J].Food Research International, 2024, 196:115074.
[39] 刘彩华, 梁燕芬, 杨冬贵, 等.薏米酿发酵工艺及营养品质和生物活性的研究[J].粮食与油脂, 2022, 35(7):153-157.LIU C H, LIANG Y F, YANG D G, et al.Study on fermentation technology, nutritional quality and biological activity of fermented coix seed[J].Cereals &Oils, 2022, 35(7):153-157.
[40] LIU Z Y, TIAN X Y, DONG L D, et al.Effects of dual-strain fermentation on physicochemical properties of Rosa roxburghii Tratt and coix seed beverage[J].LWT, 2024, 194:115813.
[41] 林莉, 董玮, 吴加怡, 等.薏米白酸汤的工艺优化及其风味成分研究[J].食品与发酵工业, 2023, 49(24):156-163.LIN L, DONG W, WU J Y, et al.Research on process optimization and flavor components of coix rice-acid soup[J].Food and Fermentation Industries, 2023, 49(24):156-163.
[42] 褚贝贝, 陈星光, 雷俊, 等.萌发对薏米种子蛋白质营养价值的影响[J].食品科技, 2019, 44(4):61-65.ZHU B B, CHEN X G, LEI J, et al.Effect of germination on nutritional value of coix seed protein[J].Food Science and Technology, 2019, 44(4):61-65.
[43] XU L, YANG N, WU F F, et al.Impact of germination on the chemical components and bioactive properties of adlay (Coix lachryma-jobiL.) water extract[J].International Journal of Food Science &Technology, 2018, 53(2):449-456.
[44] 高丹, 敖志超, 李丰羽, 等.萌发对薏米淀粉结构和功能特性的影响[J].食品与发酵工业, 2025, 51(3):207-214.GAO D, AO Z D, LI F Y, et al., Effect of germination on structure and functional properties of adlay starch[J].Food and Fermentation Industries, 2025, 51(3):207-214.
[45] 李祥栋, 潘虹, 陆秀娟, 等.薏米萌芽过程的代谢组学变化及特征分子筛选[J].植物遗传资源学报, 2022, 23(4):1155-1165.LI X D, PAN H, LU X J, et al.Metabonomics profiles and distinctive molecular selection during adlay seed generation[J].Journal of Plant Genetic Resources, 2022, 23(4):1155-1165.
[46] XU L, WANG P, ALI B, et al.Changes of the phenolic compounds and antioxidant activities in germinated adlay seeds[J].Journal of the Science of Food and Agriculture, 2017, 97(12):4227-4234.
[47] 尚敏. 发芽薏米赤小豆压缩饼干的研制及品质分析[D].沈阳:沈阳农业大学, 2023.SHANG M.Development and quality analysis of sprouted coix seed and adzuki bean compressed biscuits[D].Shenyang:Shenyang Agricultural University, 2023.
[48] DONG L D, YANG Y, ZHAO Y C, et al.Effect of different conditions on the germination of coix seed and its characteristics analysis[J].Food Chemistry:X, 2024, 22:101332.
[49] 党娟, 秦礼康, 杨先龙, 等.不同品种糙薏米萌芽特性比较及其工艺优化[J].食品与机械, 2015, 31(5):250-255.DANG J, QIN L K, YANG X L, et al.Comparative study on germination characteristics for different varieties of unpolished coix seed and optimization of germinated technological conditions[J].Food &Machinery, 2015, 31(5):250-255.
[50] 王清爽, 高珊, 朱灵灵, 等.干酪乳杆菌发酵对发芽薏米营养组成和生物活性的影响[J].中国粮油学报, 2020, 35(4):12-18.WANG Q S, GAO S, ZHU L L, et al.Effect of Lactobacillus casei fermentation on the nutritional components and biological activities of germinated adlay[J].Journal of the Chinese Cereals and Oils Association, 2020, 35(4):12-18.
[51] XU L, YANG N, WU F F, et al.Effect of acid pretreatment on the physicochemical and antioxidant properties of germinated adlay (Coix Lachryma-jobi L.)[J].Journal of Food Processing and Preservation, 2018, 42(2):e13511.
[52] 李存芝, 欧仕益, 周琪, 等.薏米及发芽薏米酶解抗氧化活性变化[J].食品工业科技, 2011, 32(1):100-103.LI C Z, OU S Y, ZHOU Q, et al.Study on change of antioxidant of adlay power before and after enzymolysis[J].Science and Technology of Food Industry, 2011, 32(1):100-103.
[53] 敖志超. 薏苡籽粒充实与种子萌发过程中淀粉粒结构变化研究[D].贵阳:贵州大学, 2022.AO Z C.Study on changes of starch granule structure during seed filling and germination of adlay seed (Coix lacryma-jobi L.)[D].Guiyang:Guizhou University, 2022.
[54] 徐磊. 发芽对薏米营养组成、理化特性及生物活性的影响[D].无锡:江南大学, 2017.XU L.Effect of germination on the nutritional components, physicochemical properties and biological activities of adlay[D].Wuxi:Jiangnan University, 2017.