王圣開+張艷

摘 要：我國菊芋資源豐富，菊芋因具有較高的營養(yǎng)價值，在食品工業(yè)中應(yīng)用廣泛。綜述了菊芋營養(yǎng)、藥用價值及國內(nèi)外對菊芋發(fā)酵產(chǎn)品的研究現(xiàn)狀，結(jié)合我國保健酒的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢，分析菊芋發(fā)酵型保健酒研究的可行性和現(xiàn)實意義。

關(guān)鍵詞：菊芋；發(fā)酵；保健酒

基金項目：重慶市教委科學技術(shù)研究項目資助（KJ1503403）。

菊芋（Helianthus tuberosus L.）又名洋姜、鬼子姜，為菊科向日葵屬多年生草本植物，在中國南北各地均有栽培。菊芋繁殖力強，耐霜、耐病蟲害能力強，無須施肥、打藥、除草、管理，是一種不可多得的生態(tài)經(jīng)濟型植物。這有利于擴大菊芋種植的規(guī)?；芾砑盀榫沼螽a(chǎn)品深加工提供了原料保證。

菊芋可食部分為地下塊莖，可生食、腌制咸菜等，但利用率不大。近年來為加大菊芋資源的利用，對菊芋進行深加工提取菊糖、發(fā)酵工業(yè)酒精的研究較多[2]。菊芋塊莖內(nèi)因含豐富的菊糖，系果糖多聚物，并含有豐富維生素、礦物質(zhì)，當前其主要價值是用于藥用原料和保健食品的全新多功能原料。隨著人們生活水平日益提高，保健意識逐漸增強，保健食品受到消費者一致青睞。本文結(jié)合我國酒類產(chǎn)品的發(fā)展趨向及菊芋的保健功能，分析菊芋發(fā)酵生產(chǎn)保健酒的可行性及研究意義，旨在為菊芋保健酒的加工及工業(yè)化生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 菊芋保健酒研究的可行性分析

1.1 菊芋的營養(yǎng)及藥用價值

我國傳統(tǒng)中醫(yī)認為，菊芋有“性味甘平，具有和中益胃，利水去濕，清熱解毒”之功效。菊芋塊莖中含15～20%的菊糖，約占菊芋干重的70%，其中菊糖中70%～80%為低聚果糖。經(jīng)證實菊糖具有增殖人體雙歧桿菌、調(diào)節(jié)腸胃功能、清熱涼血、排毒養(yǎng)顏、促進礦物質(zhì)的吸收，防止兒童齲齒[3]。菊糖對血糖亦具有雙向調(diào)節(jié)作用，一方面可使糖尿病患者血糖降低，另一方面又能使低血糖病人血糖升高。同時菊糖還可減少肝臟毒素，特別是氨基毒素，能在腸中生成抗癌的有機酸，有顯著的防癌功能；被美國防癌協(xié)會列為30種有防癌作用的蔬菜之一。在食品加工業(yè)方面，菊粉作為一種天然功能性食用多糖，具有水溶性膳食纖維和生物活性前體的生理功能，因而已被廣泛應(yīng)用于低熱量、低糖、低脂食品中，以改善食品的組織質(zhì)地、味覺及口感。除此之外，以菊芋為原料開發(fā)的低聚果糖（FOS）作為一種功能性低聚糖，被國際營養(yǎng)學界稱為“第七營養(yǎng)素”，因其具有良好的口感和豐富的生理功能，可以在食品、飼料、衛(wèi)生防疫、保鍵、醫(yī)藥等許多領(lǐng)域應(yīng)用?？梢哉f菊芋是21世紀最具有代表性的健康食品原料。2012年9月5日，衛(wèi)生部發(fā)出公告指出，根據(jù)《中華人民共和國食品安全法》和《新資源食品管理辦法》有關(guān)規(guī)定，增加菊芋作為新資源食品原料。

1.2菊芋發(fā)酵產(chǎn)品研究現(xiàn)狀

菊芋種植成本低、產(chǎn)量高、對氣候和土壤條件要求不高。充分發(fā)揮我國在菊芋種植上得天獨厚的優(yōu)勢，大力發(fā)展菊芋產(chǎn)品的開發(fā)，具有廣闊的市場前景。目前我國對菊竽資源的利用仍處于初級加工方面較多，基本上只是用于腌制咸菜；在深加工方面的研究，主要在于開發(fā)菊糖、低聚果糖、高果糖漿等功能性產(chǎn)品上[2]，且開發(fā)成本較高，某些產(chǎn)品仍屬于實驗室研究階段，工業(yè)化生產(chǎn)有待進一步研究。而對于菊芋發(fā)酵生產(chǎn)保健酒類產(chǎn)品在國內(nèi)外鮮有報道，對其研究多在菊芋生產(chǎn)燃料酒精這一步上。國內(nèi)外學者對發(fā)酵菊芋生產(chǎn)乙醇的技術(shù)路線進行了大量研究。目前，國內(nèi)外對菊芋發(fā)酵產(chǎn)品的開發(fā)主要集中在產(chǎn)菊糖酶菌株選育的研究、產(chǎn)菊糖酶菌株培養(yǎng)基優(yōu)化、以及發(fā)酵菌種選育的研究。

1.2.1國外研究現(xiàn)狀

國外在對菊芋發(fā)酵生產(chǎn)燃料酒精的研究較早。在20世紀80年代，Szambelan K等就研究了連續(xù)固相發(fā)酵菊芋生產(chǎn)燃料酒精[4]。Sharma研究從菊苣根部的土壤中分離出青霉菌，經(jīng)過NTG-UV和EtBr-UV突變后，有些菌株會產(chǎn)生I/S很高的菊粉酶。結(jié)果表明產(chǎn)菊粉酶的微生物在經(jīng)過誘導突變后，其菊粉酶的活性有所提高。Wei.W對Kluyveromyces sp.Y-85運用了響應(yīng)面分析法得到了最優(yōu)的培養(yǎng)基[5]。日本Hayashida等人選育了一株耐高濃度酒精酵母W.Y.2，在以蔗糖或淀粉糖化液為底物的人工合成培養(yǎng)基中，在3d內(nèi)可產(chǎn)生18.6%以上的酒精[6]。可以看出，國外對菊芋發(fā)酵產(chǎn)生酒精的研究多集中在產(chǎn)菊糖酶的菌株篩選及培養(yǎng)基的優(yōu)化上。

1.2.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀

我國對菊芋發(fā)酵生產(chǎn)燃料酒精研究起步較晚，葛向陽等通過改變碳源、氮源、表面活性劑以及培養(yǎng)基pH得到最佳產(chǎn)菊粉酶條件為：菊芋粉50g/L；豆餅粉40g，L：蔗糖酯6g/L：pH6.0，以菊芋為底物，利用黑曲霉SL-09和塞爾維亞酵母z-06采用同步糖化與發(fā)酵法，30℃發(fā)酵48h，酒精濃度達到19. 6%（V/V）[7]。張秀蘭采用原生質(zhì)體融合，篩選出一株較優(yōu)的融合菌株R8。酒精發(fā)酵試驗結(jié)果顯示，其產(chǎn)菊粉酶能力為：I：8.79，S：25.09，發(fā)酵菊粉的酒精得率為41.16%，原料糖分利用率為75.52%，酒精含量為31.6g·L-1[8]。張艷等曾以安琪酵母為發(fā)酵菌種，以菊芋為原料，蜂蜜補糖方式，初步篩選蜂蜜菊芋酒的發(fā)酵工藝為酵母接種量0.8 g·L-1，發(fā)酵溫度26℃，初始pH 4，裝液量70%，在此發(fā)酵條件下，酒體酒精度為14.0%（V/V），還原糖含量10.4 g·L-1，總酸含量6.90 g·L-1[9]。張麗芳采用菊芋為主要原料，經(jīng)酒精發(fā)酵、醋酸發(fā)酵制得菊芋果醋[10]。

通過上述文獻分析，目前國內(nèi)外主要集中在以菊芋為原料發(fā)酵生產(chǎn)燃料酒精的產(chǎn)菊糖酶菌株篩選、發(fā)酵酒精條件研究上。而對于以菊芋為原料，發(fā)酵生產(chǎn)符合消費的綠色保健酒的研究報道較少。菊芋塊莖成分中除水分外，最多的是菊糖（Inulin），這給微生物發(fā)酵生產(chǎn)菊芋保健酒提供了可能。并且菊芋含有較多的粗纖維、鈣、磷等微量元素和維生素，又給終端產(chǎn)品賦予了豐富的營養(yǎng)成分，為菊芋成品酒提供了一定營養(yǎng)和保健價值。

2 菊芋保健酒研究意義

2.1 酒類產(chǎn)品發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢

首先從國家政策面看，隨著宏觀經(jīng)濟形勢和政策環(huán)境變化，酒行業(yè)深度調(diào)整打破原有的酒業(yè)格局，白酒行業(yè)發(fā)展放緩。國家在酒類發(fā)展的產(chǎn)業(yè)政策上堅持：由高度酒向低度酒轉(zhuǎn)變；蒸餾酒向釀造酒轉(zhuǎn)變；糧食酒向果類酒轉(zhuǎn)變；普遍酒向優(yōu)質(zhì)酒轉(zhuǎn)變。因此，國家政策導向有利于保健酒行業(yè)的發(fā)展。2001年，中國保健酒行業(yè)只有8億元的規(guī)模，到2015年全國保健酒市場突破200億元的成交額，保健酒市場發(fā)展態(tài)勢良好，以每年30%的速度增長，成為繼白酒、葡萄酒和啤酒之后的酒業(yè)第四勢力。其次，國家加大了環(huán)境保護力度，制定了一系列具有戰(zhàn)略意義的退耕還林，防風制沙等強化環(huán)境保護的優(yōu)惠政策。結(jié)合菊芋耐寒耐旱、抗風沙、保水土的生長特性，這些政策的出臺和實施使菊芋保健酒的原材料更加豐富，為產(chǎn)品品質(zhì)開發(fā)的進一步提高奠定了雄厚的物質(zhì)基礎(chǔ)。同時，菊芋的種植簡易、成本低，利用菊芋發(fā)酵保健酒附加值高，利于農(nóng)民增收，符合中央扶貧工作的政策導向。最后，隨著社會經(jīng)濟發(fā)展，人民生活水平的提高，人口老齡化加劇，保健意識的不斷加強，酒水的低度化、清淡化、保健化日趨肯定。加上消費者正朝著理性消費觀念轉(zhuǎn)變，給保健酒的發(fā)展帶來新的機遇。綜上所述，保健酒是一個被支持、鼓勵的發(fā)展行業(yè)。開發(fā)營養(yǎng)保健、品種多元化的菊芋保健酒具有廣闊的市場前景。

2.2 菊芋保健酒研究的現(xiàn)實意義

以菊芋為原料，發(fā)酵生產(chǎn)菊芋保健酒，具有多重意義：（1）以菊芋為原料，應(yīng)用微生物發(fā)酵技術(shù)研制開發(fā)的保健酒，符合了當今“綠色食品”、“功能食品”的消費潮流，豐富了市場上保健酒產(chǎn)品的種類，具有重要實用價值。（2）菊芋保健酒符合國家“限制糧食酒，發(fā)展非糧食酒”的產(chǎn)業(yè)政策，又符合我國農(nóng)業(yè)特別是早作農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整及農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化政策。（3）菊芋具有的耐旱、耐寒、耐鹽的特點，不僅可以占用非耕地，還能使我國數(shù)千萬畝灘涂地和鹽堿地得以開發(fā)利用，有利于水土保持，保護生態(tài)環(huán)境。同時我國農(nóng)村耕地閑置的現(xiàn)象較普遍，菊芋種植簡易、成本低，有利于留守農(nóng)民增收。

參考文獻

[1] 許勤虎.菊芋（洋姜）的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)應(yīng)用研究[J].山西食品工業(yè)，2001（2）：33.34.

[2] 孫紀錄，賈英民，桑亞新.菊芋資源的開發(fā)利用[J].食品科技，2003，（1）：27.29.

[3] 苗曉潔，董文賓，代春吉.菊糖的性質(zhì)、功能及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用[J].食品科技，2006（4）：10-11.

[4] Szambelan K，Nowak J，Jelen H. The composition of Jerusalem artichoke（Helianthus tuberosus L.）spirits obtained from fermentation with bacteria andyeasts[J].Engineering In Life Sciences，2005（5）：68-71.

[5] Wei W，Zheng ZH，Liu Y.Optimizing the Culture Conditions for Higher Inulinase Production by Kluyveromyces Y-85 and Scaling-up Fermentation[J].Journal of Ferm entation and Bioengineering，1998，86（4）：395-399.

[6] S.Hayashida，K.ohta.Effects of phosphatidylcholine or ergosteryl oleate on physiological properties of Saccharomyces sake[J].Agric.Biol.Chem.，2008，44：256l-2567.

[7] 葛向陽.菊芋發(fā)酵生產(chǎn)燃料酒精的研究[D].江南大學2007碩士學位論文.

[8] 張秀蘭.以菊芋為原料的酒精發(fā)酵研究[D].甘肅：蘭州理工大學，2011：9.

[9] 張艷，王圣開，聶青玉.蜂蜜菊芋酒發(fā)酵工藝的研究[J].保鮮與加工，2017（2）：75.

[10] 張麗芳. 菊芋果醋發(fā)酵工藝研究[J].中國調(diào)味品，2012，37（10）：64-66.