米曲霉的研究及应用进展

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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。