米曲霉的研究及应用进展

⽶曲霉的研究及应⽤进展
⽶曲霉的研究及应⽤进展
摘要：介绍了⽶曲霉的⽣物学特性，并综述了⼯业上的相关应在基础相关领域、发酵产物领域、宏观诱变及微观诱变领域的研究与应⽤并提出展望。

关键词：⽶曲霉⽣物学特性⼯业应⽤
1 ⽶曲霉的⽣物学特征
⽶曲霉(Aspergillus oryzae)是⼀种好⽓性真菌，分类学归属于半知菌亚门、曲霉属。

菌落⽣长快，10d直径达5~6cm，质地疏松，菌丝⼀般呈黄绿⾊，酸度较⼤的培养基上呈绿⾊，酸度较⼩的培养基上呈黄⾊，⽼化后逐渐为褐⾊。

分⽣孢⼦梗⽣长在厚壁的⾜细胞上，分⽣孢⼦头呈放射形，顶囊球形或瓶形。

培养适温37℃。

⽶曲霉主要存在于粮⾷、发酵⾷品、腐败有机物、⼟壤等处，是我国传统酿造⾷品酱、酱油和酒类的⽣产菌种，也可⽤于⽣产各种酶制剂、有机酸、糖化饲料、益⽣素等。

在众多曲霉属家族中，⽶曲霉占有着重要的地位。

随着应⽤领域的蓬勃发展，⼈们对⽶曲霉的关注⽇渐增长。

2.⽶曲霉基础领域的研究
2．1 ⽶曲霉基因组的破译
⽇本研究⼈员历经四年零四个⽉时间成功的破译了⽶曲霉基因组，并于2005年12⽉在《⾃然》杂志上发表了分析结果：⽶曲霉基因组⼤约有3800万个碱基对，共有8条染⾊体，包含约1．2万个基因。

这⼀成果为从微观领域研究⽶曲霉打下了⼀个良好的基础。

2．2⽶曲霉原⽣质体制备、再⽣和融合
为了更进⼀步研究⽶曲霉，制备原⽣质体就变得尤为重要。

原⽣质体(Protoplast)即在⾼渗压溶液中，⽤酶法将细胞壁分解除掉，剩下由原⽣质膜包住的球状胞体。

它保持了原细胞的⼀切活性。

原⽣质体因去掉细胞壁屏障⽽对诱变剂的敏感性增强、变异率提⾼，⽽且表⾯易形成电极性，使不同种原⽣质之间相互易于吸引、脱⽔粘合⽽形成聚集物，因⽽原⽣质体诱变、融合是菌种选育的⼀种⾏之有效的⽅法。

王燕等⼈利⽤纤维素酶、溶壁酶、蜗⽜酶三种酶混合，并按5:3:1的配⽐，结果达到了最优的破除细胞壁的效果。

章运等⼈考虑了茵龄、酶解温度、酶解时间、再⽣培养基的稳渗剂等多种因素，对沪酿3．042的原⽣质体制备与再⽣做了相关研究。

同时此项研究也为其他⽶曲霉的原⽣质制备提供良好的思路。

2．3⽶曲霉⽣长因素影响
除了⼀些常规的培养物配⽐不同对⽶曲霉的⽣长产⽣影响外，张剑还分别研究了提取脂肪酸后的环境污染源——柄海鞘残渣以及银杏叶对⽶曲霉沪酿3．042⽣长的影响。

柄海鞘残渣做为部分氮源，可有效增加茵体的⽣长量，但柄海鞘残渣的浓度要受到限制，否则菌体⽣长将会受到抑制。

这与稀⼟元素⽣物效应中的Hormesis现象很相似,银杏叶则对⽶曲霉3．042菌⽣长存在明显的抑制作⽤，⽽且当银杏叶添加量逐渐增加，其抑制作⽤越来越强。

随着对菌种资源的保护以及⽣态、环保意识的提⾼，此类研究越来越值得重视。

2．4⽶曲霉富硒作⽤
硒是⼈体⽣长发育所必须的微量元素，⼈体缺硒会患克⼭病、⼤⾻病、⾼⾎压、冠⼼病、⽪肤病等，⼉童缺硒会影响发育，导致智⼒低下。

但硒多以⽆机状
态存在且转化为有机硒才能更好的被⼈体利⽤，同时有机硒还有较⾼的⽣理活性和较低的毒性。

⽶曲霉是很好的富硒载体，⽂献记载Cs3。

亚硒酸钠浓度为100 mg ／L时，⽶曲霉的⽣物量最⼤，富硒能⼒最⾼，其中有机硒(如硒代蛋氨酸、硒代半胱氨酸、硒代胱氨酸等)含量达到95％以上，应⽤前景很好。

3.⽶曲霉在⼯业上的应⽤
3.1 ⽤于⽣产⾖豉、⾖酱
⾖豉是我国古⽼的⼤⾖发酵制品之⼀，营养丰富，对我国⼈民的饮⾷⽂化和医疗保健发挥着重⼤作⽤。

在传统⾖豉酿造⼯艺中，⽶曲霉酿造⾖豉在我国应⽤最早、最⼴。

《⾷经》等历史⽂献记载作豉法⼤都是⽶曲霉⾖豉。

当时先⼈们能够巧妙地控制⽶曲霉的最适温度，不超过37℃，“温如⼈腋下”，直到“后着黄⾐，⾊均⾜??”。

由于没有显微镜，看不到微⽣物的个体形态，但能通过微⽣物的群体形态“黄农”来控制微⽣物的⽣长繁殖。

成曲以⽶曲霉为主，兼有其它霉菌、酵母和细菌等稳定的群体。

随着科学发展，在前⼈基础上相继出现改良的多菌制曲和⽆盐固态发酵⼯艺，⼰达到相当⾼的⽔平，在⽣产实践中产⽣了良好的效果。

随着⼈们对⾷品的营养结构及保健性要求的提⾼，虽然酱具特有的⾊、⾹、味，然⽽已满⾜不了⼈民⽣活⽔平不断提⾼的需
求。

最近，⽇本研制了保健酱⼀荞麦⾖酱，其除了含有17种氨基酸外，还含有其它酱品没有的芦丁(2．4rag ／lOOg)，在保持原有⾖酱⽣理机能的同时，⼜增加了荞麦的保健性，是⼀种多功能的保健调味品。

鞠洪荣等研究表明，在传统⼯艺和⽇本⼯艺的基础上进⾏改进，即按⼀定⽐例加⼊⽶曲霉酿造的荞麦⾖酱，酱⾹较浓，与传统⾖酱相⽐具有独特的醇⾹味，且提⾼了营养价值和保健效果，有潜在的市场前景。

3.2 与⿊曲霉、绿⾊⽊霉复合发酵⽤于酱油⽣产
酱油酿造主要靠⽶曲霉的作⽤。

在⽶曲霉⽣过程中能分泌多种酶系，其中最重要的是蛋⽩酶、淀粉酶和酯酶等。

天然发酵酱油是利⽤蛋⽩酶的⽔解作⽤，将⾖类中的蛋⽩质降解成多肽、氨基酸等可溶性含氮物，且⼝味好，营养丰富，是营养性风味调料的发展⽅向。

⽽淀粉酶的作⽤是将制曲后原料中的淀粉或经糖化后糖浆中残留的淀粉进⼀步彻底糖化降解，糖化后⽣成的单糖类如葡萄糖、果糖、多缩戊糖等，对酱油的⾊、⾹、味、体有重要影响。

因此，⽶曲霉所产淀粉酶的性质与酱油质量好坏密切相关。

吕嘉枥等对分离纯化的⽶曲霉(今野菌株)所产．淀粉酶进⾏了研究，探索出了该菌株产淀粉酶的培养温度和最佳培养时间。

⽶曲霉酶系活性的⾼低将直接影响到原料的利⽤率及产品的产率，影响酱油中可溶性含氮物的含量，从⽽也会影响酱油的品质；⽽⽶曲霉产孢⼦能⼒的强弱则会影响菌体繁殖的速度，影响发酵速度：因此，提⾼⽶曲霉的⽣物活性具有重要意义。

3.3 ⽤于饲料⼯业
猪⾎是⼀种廉价的⾼蛋⽩质资源，但因蛋⽩质分⼦量太⼤，⾎粉⾎腥味较重，故利⽤很少。

⾎粉发酵饲料是利⽤微⽣物酶，将屠宰场废弃或处理的⾎粉以及辅料发酵制成的⼀种价格低廉、营养丰富的⾼蛋⽩饲料啊。

⽬前，⽤⽶曲霉发酵⾎粉国内已有研究报道，但因选⽤的发酵菌种产酶能⼒不⾼且缺乏注重多种酶的复合利⽤，使得⾎粉降解不佳、饲料蛋⽩含量低，不利于发酵⾎粉的⼤规模利⽤。

付祖姣等已经研究筛选出⾼产蛋⽩酶、淀粉酶、糖化酶、纤维素酶、植酸酶的⽶曲霉，辅以细菌和酵母菌来发酵猪⾎粉及其配料，并摸索了种曲制各和猪⾎粉发
酵的条件，从⽽⽣产出蛋⽩含量⾼达69％，⾹味浓郁，且富含游离氨基酸，维⽣素D 、烟酸、Fe等，消化率⾼、适⼝性好的发酵⾎粉饲料，作为禽畜⾼蛋⽩源或饲料添加剂。

⽶曲霉在复合发酵(与⽩地霉、⿊曲霉等)⽣产植物性饲料⽅⾯也得到⼴泛的应⽤。

我国每年的农作物秸秆产量约7亿t，占世界秸秆总产量的20％～30％。

但由于农作物秸秆的粗蛋⽩质、矿物质、维⽣素含量低，特别是⽊质化纤维的特殊结构不利于直接利⽤。

李爱华等研究表明⽤⽶曲霉与诱变处理后的⽩地霉混合发酵农作物秸秆⽣产蛋⽩饲料，是⼀种经济有效的⽅法，为养殖业提供优良的蛋⽩饲料，虽然不同秸秆的蛋⽩提⾼程度、不同时间和混合⽐例的菌种发酵存在着差异，但均可提⾼秸秆饲料的蛋⽩质含量。

张贺迎等采⽤的是⽶曲霉和⿊曲霉，产酶系较全，含有酸性蛋⽩酶、糖化酶、淀粉酶、纤维素酶、果胶酶等。

酸性蛋⽩酶作⽤的pH值与动物胃中的pH值相近，可弥补动物胃蛋⽩酶的不⾜，果胶酶和纤维素酶能分解植物组织，使营养物充分暴露易被分解，糖化酶的功能是将淀粉酶⽔解淀粉的⼩分了糊精进⼀步⽔解成葡萄糖，可在动物幼仔酶活⼒不⾜的阶段补充糖化酶，促进幼仔的⽣长，提⾼淀粉成分的利⽤率。

3.4产⽣β⼀半乳糖苷酶消除乳糖不耐症，促进糖类的吸收
乳糖不耐症是指南于⼈体⼩肠内缺乏分解乳糖的．半乳糖苷酶，饮⽤⽜乳或乳制品后引起的对乳糖不耐受的⾮疾病性症状，主要表现为消化不良、腹胀、肠呜、呕吐、急性腹痛等。

由于乳糖不耐症的普遍存在，使相当⼀部分⼈⽆法象正常⼈⼀样接受⽜乳这种天然、具有良好平衡性的⾷品，成为阻碍我国乳品⼯业发展的主要障碍之⼀。

李⽟强等分析了纯化的⽶曲霉β⼀半乳糖苷酶的酶学性质，并测定了其对⽜乳和乳清中乳糖的⽔解程度，结果表明其⽔解效果已达到⼯业化⽣产低乳糖⽜乳及乳清的标准，可以有效的消除⼈体对乳糖的不耐受症状。

原因是能将乳糖⽔解为易吸收和甜味品质好的半乳糖和葡萄糖，⼜能通过半乳糖苷反应合成低聚半乳糖。

该糖是双岐杆菌增值因⼦，难以被⼈体消化，能改善便秘、降低⾎糖、促进钙的吸收、抗龋齿等，近年来倍受⼈们关注。

3.5⽤于酿酒制曲、⽣产低醇乳糖饮料
国内外使⽤⽶曲霉制曲对产酶条件的影响部作了研究，分析⽶曲霉制作过程中的理化性质的变化，探索其最佳的制曲条件。

周⽴平等研究表明⽶曲霉糖化⼒可达1400mg葡萄糖／(g曲·h)，产酶最适温度37℃～38℃，最适pH5~6，曲的糖化⼒和酸性蛋⽩酶活⼒较⾼。

中国黄酒和⽇本清酒不同于法国的葡萄酒和德国的啤酒是因为都属于⽤曲霉作糖化剂发酵的酿造酒，曲霉中⽤的较多的微⽣物是⽶曲霉，⽶曲霉在酿酒过程中曲的主要作⽤是为酒母和酒醪提供酶源，使原料中的淀粉、蛋⽩质和脂肪等溶出和分解；其次在⽶曲霉繁殖和产酶的同时，产⽣葡萄糖、氨基酸、维⽣素等成分，为酵母提供营养来源，并⽣成有机酸、⾼级醇及酯类等成分；再者⽶曲霉产⽣的曲⾹及辅料的成分，作为酒的前体物质赋予酒以独特的风味。

3.6 发酵产氨基酰化酶及应⽤
氨基酰化酶是⼀类能专⼀⽔解N_⼄酰⼀DL-氨基酸的酰胺键的酶．由于这种⽴体专⼀性，所以很早就被⽤来拆分DL-氨基酸。

L-型、D-型氨基酸在医药、⾷品、饮料等⾏业都有很好的应⽤。

⽯开风等⼈对固定化菌体拆分消旋物质及酶活动⼒学进⾏初步的研究，并对拆分后产品进⾏初步提纯。

另外，通过硫酸铵分级沉淀、SephadexG50凝胶层析和DEAE-Sepharose阴离⼦交换层析⽅法对⽶曲霉3．042所产氨基酰化酶进⾏提取，并同时考察了温度、pH值、缓冲体系的离⼦强
度和⾦属离⼦对⽶曲氨基酰化酶酶活的影响。

4. 展望
⽶曲霉是⼀种好⽓性、易培养、产复合酶的菌株。

国内外在发酵⽣产酱油、制酱、酿酒等⼯业上的⽤历史悠久。

1987
年，FAO／wH0／JEcFA批准⽶曲霉和⿊曲霉可⽤于⾷品⼯业⽤酶制剂的⽣产。

美国环境保护局对⽶曲霉与其它物种的分类关系、对⼈类健康和环境的危害和XAk应⽤的风险性评价结果表明，⽶曲霉对动植物⽆致病性。

⽶曲霉发酵所加⼯的产品及⾷品对⼈类或动物具有⼀定的保健功效，初步研究表明，⽶曲霉在茶叶(尤其普洱茶)渥堆发酵中起着重要的作⽤。

所以，研究⽶曲霉特性对⼤⼒发展轻⼯业，研发⾼质量的产品有着⼴泛的发展前景。

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