《Foods》：Advances in Solid-State Fermentation Technology for Oilseed Meal: Strain Selection, Fermentation Strategies, and High-Value Applications
油籽粕作为榨油的主要副产物，富含蛋白质、膳食纤维和矿物质，具有显著的开发潜力。然而，由于抗营养因子的存在，其在高价值饲料和食品中的应用受到严重限制，导致资源浪费和环境问题。固态发酵（solid-state fermentation，SSF）为油籽粕的高值化利用提供了一条绿色高效的途径。本综述全面探讨了油籽粕SSF中菌种筛选、发酵策略及活性产物应用的全过程。在菌种筛选方面，芽孢杆菌属（Bacillus spp.）通过蛋白酶和抗菌肽的产生降解大分子蛋白质并抑制微生物污染。乳酸菌属（Lactobacillus spp.）通过产酸和风味化合物增强风味和安全性。曲霉属（Aspergillus spp.）利用其纤维素酶和植酸酶系统分解细胞壁并降解植酸盐。在发酵策略方面，混合发酵实现功能互补，酶-菌协同增强底物转化，分段发酵优化微生物环境，物理场辅助提升酶活性，共同提高发酵效率和营养品质。在产品应用方面，发酵油籽粕既可作优质蛋白饲料，又可作为具有抗氧化和免疫调节活性的功能性肽和活性多糖的来源，在功能食品和生物医药领域展现出应用潜力。总之，SSF技术可有效降解抗营养因子，提高油籽粕的营养价值和附加值，是实现资源转化的关键策略。未来应优先关注高性能菌种选育、智能化过程监控及活性产物的绿色制备，以推动其工业化应用和可持续发展。
1. 引言
油籽粕是油料作物榨油过程中产生的主要农业副产物，全球年产量达数千万吨，包括豆粕（SBM）、菜籽粕（RSM）、棉籽粕（CSM）和棕榈仁粕（PKM）等。油籽粕富含蛋白质、碳水化合物、膳食纤维和矿物质，是优良的植物蛋白来源，广泛用于动物饲料生产。然而，豆粕中胰蛋白酶抑制剂含量高，损害蛋白质消化率；凝集素诱发消化紊乱；棉籽粕中游离棉酚对动物生长和繁殖产生不利影响；菜籽粕中植酸和单宁酸与蛋白质形成复合物，降低蛋白质溶解性和消化率。此外，抗营养因子和有害物质不仅限制了油籽粕在饲料和食品工业中的广泛应用，还导致大量高蛋白油籽粕仅作为低价值肥料使用或直接堆肥甚至成为废弃物，造成营养价值的浪费。
为提升油籽粕的高效利用，已开发多种降解抗营养因子的技术，涵盖物理、化学和生物技术途径。常见物理加工技术包括热处理、挤压和微粉化。然而，加热等传统方法难以灭活某些热稳定性抗营养因子，反而可能引发蛋白质变性、美拉德反应产物形成以及营养消化率降低。此外，化学处理产生的酸碱废水存在环境污染风险。
固态发酵（SSF）技术近年来受到广泛关注，被视为将农业工业废弃物和副产物转化为生物活性物质等高附加值产品的适宜方法。SSF技术可提升油籽粕的营养和功能特性，利用微生物生长代谢过程中产生的酶降解抗营养因子，同时生成活性物质，从而提高油籽粕的营养品质并增强其增值应用。在循环经济背景下，SSF可能是从废弃物和副产物中获取有价值产品的最有前景的方法。
尽管SSF技术已广泛应用于菜籽粕和豆粕等油籽粕的加工，但现有研究多集中于菌种筛选或工艺优化等单一层面，缺乏系统性整合。本综述全面总结了油籽粕SSF中菌种筛选和发酵工艺优化等关键环节的突破，揭示了SSF技术从传统经验向精准发酵的转变，填补了粕类SSF技术理论整合方面的学术空白，为其从经验参数优化向理论设计指导过渡提供科学依据。
2. 油籽粕SSF技术
2.1. SSF定义与原理
SSF是一种以无自由流动液体的固体底物作为微生物培养的物理支撑和营养来源的生物转化技术，具有成本低、能耗低、代谢产率高等优势。与传统液体深层发酵相比，SSF不需要大量水介质，更适合油籽粕的高纤维基质。微生物可在固体底物上生长以模拟其自然发酵环境，通过分泌植酸酶、蛋白酶和纤维素酶高效降解油籽粕中的抗营养因子，同时生成具有生物活性的小分子物质。因此，微生物SSF是改善油籽粕营养品质的理想选择，用于生产多种高价值酶制剂、生物活性化合物和次级代谢产物。
2.2. 油籽粕的基质特性与SSF方法
2.2.1. 豆粕
豆粕（SBM）是大豆榨油后的副产物，蛋白质含量约40–50%，氨基酸组成均衡，是广泛应用的油籽粕资源。然而，豆粕存在蛋白质变性程度高、蛋白质溶解性差、口感不佳等问题，并含有大量抗营养因子。植酸、凝集素、单宁、皂苷和蛋白酶抑制剂等抗营养因子可与营养物质相互作用，降低其生物利用度，限制豆粕在动物饲料中的广泛应用。传统改善豆粕应用品质的方法主要包括热处理和酶解。热处理可有效降低豆粕中胰蛋白酶抑制剂、凝集素和皂苷等抗营养因子含量，但过度热处理会影响消化率并通过美拉德反应破坏氨基酸。蛋白酶虽能作用于高度变性蛋白以断裂二硫键、改善蛋白质可提取性，但价格相对昂贵且可能产生苦味肽。研究表明，微生物SSF后豆粕中胰蛋白酶抑制剂、植酸和凝集素等抗营养因子降低70%至90%。传统SSF过程中通常在发酵前用蒸汽或高压灭菌以消除底物和设备中的杂菌，但这些灭菌程序会导致原有蛋白质降解。为解决此问题，可通过筛选本地菌株进行豆粕自然发酵，无需对豆粕进行预灭菌即可接种微生物发酵。
2.2.2. 菜籽粕
菜籽粕（RSM）是菜籽榨油后的副产物，是全球仅次于豆粕的第二大植物蛋白来源，主要由蛋白质、纤维和矿物质组成，富含含硫氨基酸，必需氨基酸平衡良好。然而，菜籽粕含有硫代葡萄糖苷、木质纤维素、酚类化合物和植酸等较高含量的抗营养因子，可干扰蛋白质的吸收和消化并带来苦涩味，限制其高附加值转化。传统加工方法降低蛋白质营养价值和有效赖氨酸含量，严重影响菜籽多肽的功能活性。目前菜籽粕主要采用两种高值化加工策略：一是微生物固态发酵，主要通过降解纤维素和木质素纤维、消除抗营养因子来丰富农业副产物的营养价值；二是利用工业级酶对菜籽粕进行酶法预处理。此外，固态微生物发酵所用菌株可能缺乏某些胞外水解酶，导致抗营养因子去除不彻底。因此，酶与微生物协同发酵改善菜籽粕营养价值已成为有前景的方法。
2.2.3. 棉籽粕
受全球经济、极端天气、耕地面积等因素影响，豆粕供应日益受限。棉籽粕（CSM）作为棉花种子榨油后的固体残渣，粗蛋白含量34–40%，粗纤维11%，富含维生素B、有机磷等营养物质，可作为优质蛋白饲料资源缓解蛋白饲料资源短缺。然而，游离棉酚（FG）可能显著影响动物发育，导致组织损伤和繁殖性能下降，限制棉籽粕在畜牧业和水产养殖中的应用。传统处理方法包括热处理、液体旋流分离和气流分级等物理方法以及溶剂萃取等化学方法，但存在营养损失、成本高和污染等问题。微生物SSF是解毒棉副产物棉酚的有前景策略，不仅能去除棉籽粕中的FG，还能降解大分子蛋白质，提升棉籽粕的营养价值和适口性。
2.2.4. 其他粕类
随着农业发展，传统油籽粕已难以满足畜牧业饲料需求，棕榈仁、亚麻籽和油茶籽等传统粕类的替代品相继出现。它们含有脂肪酸和活性物质，但由于抗营养因子的存在，应用受到限制。此外，花生粕和核桃粕等多种农业副产物也存在类似开发瓶颈。为突破非传统粕类的应用限制，酶解结合微生物SSF是理想途径。现有研究表明，酶-菌共发酵饲料组分的效果优于单独使用菌或酶，前者在提升饲料营养价值和饲喂性能方面具有明显优势。
3. 油籽粕产品SSF菌种筛选
3.1. 适用菌种
油籽粕发酵中应用最广泛且最具功能代表性的三类微生物包括枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）、乳酸菌和霉菌（主要为黑曲霉Aspergillus niger和米曲霉Aspergillus oryzae）。枯草芽孢杆菌的主要功能特性包括分泌强效蛋白酶和淀粉酶、形成孢子便于储存、耗氧为乳酸菌等厌氧菌创造有利环境。霉菌的主要功能属性包括大量分泌蛋白酶、植酸酶、纤维素酶等水解酶，可高效降解大豆蛋白并产生增鲜氨基酸。乳酸菌的主要功能特性包括快速产酸抑制沙门氏菌和大肠杆菌等病原菌、产生抗菌物质以及产生风味物质。
3.1.1. 芽孢杆菌属（Bacillus sp.）
枯草芽孢杆菌已被归类为公认安全（GRAS）菌株。枯草芽孢杆菌可分泌蛋白酶催化肽键水解，将蛋白质分解为氨基酸和肽；分泌纤维素酶分解碳水化合物中β-1,4-糖苷键连接的直链重复葡萄糖单元；分泌淀粉酶和脂肪酶将多糖和脂肪等大分子物质分解为单糖和脂肪酸等小分子组分。这种酶学能力显著增强营养利用并减少抗营养因子。此外，枯草芽孢杆菌还可分泌枯草菌素A（subtilosin A）和伊枯草菌素（iturins）等抗菌物质，抑制发酵过程中杂菌生长；分泌维生素K、维生素B2和多糖等活性物质。基于芽孢杆菌强大的酶分泌能力，其可高效分解大分子物质，通过分泌抗菌肽抑制杂菌确保发酵顺利进行，同时自身合成维生素和活性多糖等增值组分，增强发酵产物的综合功能性和经济价值。
3.1.2. 乳酸菌
乳酸菌在油籽粕发酵中发挥关键作用。植物蛋白通常具有强烈且令人不快的原料风味，包括苦味和涩味，可能限制其应用。乳酸菌可通过碳水化合物代谢、蛋白质分解和氨基酸代谢、脂肪分解和脂肪酸代谢过程中代谢产物的积累形成风味。丙酮酸代谢产生的风味化合物、醛类和酮类可为发酵产物提供熟樱桃和玫瑰的香气；蛋白质和氨基酸代谢中谷氨酸和脯氨酸的积累可增强鲜味和甜味；脂肪代谢过程中的醇、酮和酯等衍生物也可为发酵食品带来丰富风味。除增强风味外，乳酸菌发酵还可改善谷物制品的营养价值、功能性、流变性和质地。其代谢产物胞外多糖可影响粘度、持水性和稳定的胞外多糖-蛋白质复合网络，从而改善最终产品的质地特性。乳酸菌还可酸化、延长保质期或降解其他抗营养物质，抑制有害微生物的生长和代谢。SSF中使用的乳酸菌可增强原料的感官和功能特性，主要用于蛋白水解产物的生产。目前乳酸菌发酵广泛应用于食品、医疗和饲料工业。
3.1.3. 曲霉属（Aspergillus sp.）
最常用的曲霉属菌种为黑曲霉和米曲霉。黑曲霉产毒率相对较低，通过仔细选择菌株和控制发酵条件可有效降低霉菌毒素污染风险，是SSF研究中最常用的真菌。黑曲霉主要产生纤维素酶、半纤维素酶、蛋白酶和植酸酶，能够分解复杂的碳水化合物和蛋白质分子，从而减少粕中的抗营养因子。米曲霉菌株因其菌落生长迅速、孢子丰富和酶活性高而在食品工业中备受关注。米曲霉主要产生蛋白酶和淀粉酶，常用于发酵大豆制作酱油等产品，赋予酱油丰富复杂的风味。发酵过程中调控米曲霉生长代谢以分泌更多蛋白酶是增强酱油鲜味强度的重要策略。因此，有研究者利用米曲霉发酵豆粕分离鲜味肽，探索豆粕发酵水解产物中增鲜肽的开发与应用。
3.1.4. 其他菌种
除上述常用菌种外，酵母菌也可用于油籽粕发酵，如热带假丝酵母（Candida tropicalis）和季也蒙迈耶氏酵母（Meyerozyma guilliermondii）。研究发现热带假丝酵母对棉酚的适应主要通过激活抗氧化防御系统来缓解棉酚诱导的氧化应激反应。Deng等人利用裂殖壶菌（Schizochytrium）发酵菜籽粕，在最优发酵条件下多肽和总游离氨基酸含量分别增加47.0%和71.63%，硫代葡萄糖苷、噁唑烷硫酮和异硫氰酸酯的最大降解率分别达61.36%、43.68%和55.47%。为进一步提升发酵效率，近年来不断探索各种发酵菌种。有研究者从牛粪中分离出产β-葡萄糖苷酶的菌株M-2并应用于亚麻籽粕发酵，氰苷脱色率达89%，粗蛋白增加率达44%。从粪便中分离筛选出产酶能力强的凝结芽孢杆菌（Bacillus coagulans）S17并应用于棉籽粕发酵，发酵后棉籽粕中FG含量从923.80 mg/kg降至167.90 mg/kg，脱毒率达81.83%，同时菌体粗蛋白含量从47.98%增至52.82%。
3.2. 高性能菌种选育
为获得能够在SSF中有效降解抗营养因子、释放功能肽并增强抗氧化能力的优良发酵微生物，对菌株进行诱变处理后筛选具有优良表型性状的突变株进行发酵以提升效率。
3.2.1. 随机诱变
微生物细胞的随机诱变主要通过物理和化学方法实现，在微生物基因组中引入任意突变。传统诱变项目中最广泛使用的诱变剂为烷化剂，最常用的物理诱变方法主要包括紫外线、γ射线、X射线等。近年来，脉冲电场、激光和等离子体等方法也被用于菌株随机突变。对分离的地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis）菌株进行紫外照射诱变研究以进一步增强其发酵能力并提高发酵产物（肽）的活性。近期研究成功应用组合诱变和全基因组测序改造芽孢杆菌属物种，显著增强其发酵过程中的蛋白酶生产能力。采用常压室温等离子体（ARTP）技术对淀粉发酵菌BS5582和米曲霉3.042进行诱变，菌株酸性蛋白酶活性分别提高45.03%和54.7%。获得的突变株地衣芽孢杆菌BS5582用于酱油发酵，酱油中氨基酸态氮和游离氨基酸含量分别提高18.06%和32.54%。
3.2.2. 基因编辑
同源重组、基于质粒和表达载体的策略以及CRISPR-Cas基因组编辑是生物技术领域的三大关键技术。Ongwl等人通过启动子、核糖体结合位点和信号肽等多种调控元件对选定的枯草芽孢杆菌F6进行基因修饰以改善酶产量，增强其产生甘露聚糖酶的能力，使棕榈粉等纤维底物的水解更高效。近年来，各种具有有用附加特性的Cas同源物及其变体已被鉴定并用于基因编辑。此外，碱基编辑器（BEs）和先导编辑器（PEs）等精确基因修饰新工具极大扩展了基因编辑的应用范围。CRISPR-Cas9基因编辑工具可精确修饰基因组，利用引导RNA序列识别DNA上的NGG PAM序列并切割形成平末端双链断裂，从而允许基因序列的插入、删除或替换。CRISPR-Cas12可识别富含T的PAM序列并切割产生粘性末端。CRISPR-Cas13可直接识别RNA靶标、切割RNA并具有伴随的RNA酶活性。CRISPR-Cas基因编辑技术可通过修饰控制代谢、抗逆性和代谢产物产生的基因来改良菌株。随机诱变方法操作简单、成本效益高，但可控性低且突变株筛选和诱变机制阐明工作量大。CRISPR-Cas基因编辑技术可在特定基因组位置产生双链DNA断裂，通过细胞修复机制引入精确变化，但通量相对较低，需要设计引导RNA，对递送和细胞修复机制有特定要求。
4. 通过多样化SSF策略改善油籽粕营养品质
SSF是一种高效的生物转化技术，但其性能受多种发酵参数显著影响。SSF方法也在不断创新和优化，形成具有特定优势和适用场景的多种发酵策略。这些方法通过不同的微生物组合、工艺条件和技术辅助手段实现油籽粕资源的高效转化和增值。
4.1. 混合菌种SSF
与单一培养相比，多种微生物可产生更广泛的代谢产物，生成多种酶，促进抗营养因子和大分子物质的生物转化。基于不同菌株发酵作用和效果的不同，多菌株微生物共发酵可改善粕类副产物的营养品质。在SSF过程中添加米曲霉、黑曲霉等混合真菌可产生更多纤维素酶和木聚糖酶并增强生物活性物质。酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）和短杆菌属（Brevibacterium sp.）协同发酵菜籽粕可有效降低菜籽粕中抗营养因子含量并提高蛋白质含量。发酵24小时后，菜籽粕中硫代葡萄糖苷和3-丁烯基异硫氰酸酯含量分别降低51.60–66.04%和55.21–63.39%。除探索同类细菌的协同发酵外，不同菌株间的协同效应也不断被发现。例如，使用枯草芽孢杆菌、乳酸乳球菌（Lactococcus lactis）和热带假丝酵母发酵菜籽粕时，通过高通量测序分析发酵菜籽粕中的微生物多样性，发现混合菌发酵可抑制杂菌生长。Wang等人将蜡状芽孢杆菌（Bacillus cereus）、粪肠球菌（Enterococcus faecalis）和金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）菌株混合发酵豆粕，小肽从4.48%增至47.4%，β-伴大豆球蛋白从232.11 μg/mL降至32.89 μg/mL，降低85.83%。使用德氏乳杆菌（Lactobacillus delbrueck）和枯草芽孢杆菌发酵菜籽粕，硫代葡萄糖苷含量从64.558 μmol/g降至3.473 μmol/g，实现高降解率。混合菌SSF可显著提升营养价值，增加粗蛋白、肽和氨基酸含量，高效降解抗营养因子，显著改善功能物质含量和抗氧化活性。
4.2. 酶-菌协同SSF
纤维素酶与菌株的协同发酵可有效提高粕中蛋白质的消化率和提取率。当纤维素酶与枯草芽孢杆菌、酿酒酵母和黑曲霉混合发酵菜籽粕时，多菌株与纤维素酶共发酵显著降低蒸汽-压力发酵过程中的抗营养因子，蛋白质溶解度、消化率和提取率分别提高466.80%、45.56%和816.44%。向发酵系统中添加外源蛋白酶可增加可溶性蛋白含量。外源蛋白酶与菌株共发酵菜籽粕时，可溶性蛋白含量达78 g/100 g。Song等人使用主要由脂肪酶、半纤维素酶、酵母、乳酸菌和淀粉分解菌及消化菌组成的高效酶制剂发酵菜籽粕，酶和微生物共同促进菜籽粕发酵过程中大分子物质的转化。酶与微生物协同作用可高效、有目的地解毒抗营养因子，优化营养成分，转化功能物质，提高整体发酵质量。
4.3. 分段SSF
由于发酵过程中微生物的代谢活动影响pH、溶解氧水平、水分含量和底物内部温度等关键环境参数，发酵进程最终可能达到不利于微生物进一步生长的阶段。因此，需要对pH和水分含量等关键生长参数进行针对性调整以维持高效连续发酵。分段发酵可显著改善油籽粕的营养品质。先进行好氧发酵再进行厌氧发酵可进一步分解大分子营养物质。枯草芽孢杆菌好氧发酵12小时后，再以酵母、植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum）和乳酸乳球菌组合进行厌氧发酵，在最优发酵条件下小肽、氨基酸和有机酸含量均显著增加。Dai等人研究了嗜热地衣芽孢杆菌（Bacillus licheniformis）YYC4单阶段和两阶段SSF对豆粕的影响，两阶段SSF显著改善了豆粕的界面性质并增强了营养价值和抗氧化活性。对棉籽粕进行纳豆芽孢杆菌（Bacillus natto）N-2和真菌WST-M1的分段发酵，第一阶段30°C下纳豆芽孢杆菌N-2 SSF 120小时，第二阶段38°C下真菌WST-M1 SSF，棉籽粕中水溶性蛋白和三氯乙酸可溶性蛋白含量显著增加，游离棉酚降至653.26 ± 16.25 mg/kg。分段发酵可显著增强营养和功能价值，更高效地降解抗营养因子，改善产品理化性质。其核心优势在于为每种功能性微生物创造适宜的发酵环境，从而最大化其能力。
4.4. 物理加工辅助SSF
脉冲电场（PEF）辅助发酵是一种新兴的混合技术，将微生物代谢与电穿孔诱导的细胞活化相结合。该过程涉及在两个电极之间施加直流脉冲，在膜中产生可逆孔隙形成，促进微生物生长并促进代谢物释放。经PEF处理的发酵种子液用于发酵菜籽粕，增加了蛋白酶活性、多肽含量和酚类含量，从而增强了菜籽粕的功能和结构特性。磁场辅助发酵是一种新近开发的方法，通过与细胞的酶活性、离子转运和基因表达等多层次相互作用来调控微生物生长、代谢合成和食品质量。在菜籽粕SSF过程中添加低强度磁场可有效改变发酵菜籽粕的结构并增强其营养和蛋白质消化率。传统发酵通常在常温下进行，这与许多污染和病原微生物的最适生长范围重合，存在发酵失败风险。高温SSF在高温条件（通常50–65°C或更高）下选择性利用嗜热微生物，可有效抑制有害细菌生长。研究者分离出产蛋白酶的嗜热菌株RM-2，鉴定为嗜热脂肪土芽孢杆菌（Geobacillus stearothermophilus），应用于未灭菌菜籽粕的高温SSF生产多肽，RM-2发酵后多肽产率达9.67%。利用嗜热地衣芽孢杆菌YYC4进行豆粕嗜热SSF，可溶性蛋白和粗蛋白分别增加277.19%和18.63%，有害胰蛋白酶抑制剂降低61.05%。超声辅助利用声空化作用，可破坏细胞结构并激活生化途径。空化可引发化学效应，如水的超声分解产生羟基自由基和过氧化氢，可能调节微生物酶活性。利用超声制备发酵种子液再进行豆粕发酵，超声处理可显著提高其生物量、细胞膜通透性和代谢能力，并增强发酵产物中活性物质含量。超声处理可强化发酵过程并增加豆粕中可溶性蛋白和可溶性膳食纤维含量，还可显著促进氨基酸释放并增强发酵底物风味。通过利用物理场刺激微生物或改变物料结构，可超越传统发酵的局限性，获得更好的发酵效果。
4.5. 发酵过程监测
发酵过程中，随着微生物生长代谢，发酵环境发生变化，改变pH、耗氧量和温度等因素。及时监测发酵过程并调整参数可更好地提高发酵效率并改善油籽粕营养品质。近年来已建立发酵过程变化和理化指标变化的在线监测系统，如建立发酵过程中颜色变化和pH变化的预测模型。光谱技术可用于收集发酵过程信息以建立监测模型。Xu等人收集醋SSF中微生物的拉曼光谱并建立数据库，进一步建立拉曼-发酵阶段回归模型并结合机器学习，为醋SSF监测提供新方法。基于衰减全反射中红外光谱和比色法结合化学计量学，可实现产朊假丝酵母发酵过程的高效全面监测。基于近红外光谱的在线监测技术也被广泛研究。基于近红外光谱和偏最小二乘判别分析，面包发酵状态检测技术可特异性检测未发酵面团、发酵面团和过度发酵面团。在油籽粕SSF中也可利用近红外技术结合化学计量学方法监测发酵过程中的关键工艺参数，实现SSF的实时测量和调整。此外，用于监测发酵过程的生物传感器探索也被广泛研究。利用数据融合策略整合电子鼻、电子舌和色度计传感器监测双孢蘑菇发酵过程；利用纳米结构铂集成微传感器阵列增强发酵过程中pH、温度、电导率和葡萄糖系统的表征；将传感集成到智能学习中建立多元统计过程控制模型，可为食品发酵过程提供有效的质量控制策略。
5. 油籽粕SSF产物及其应用潜力
油籽粕发酵后常用作家畜饲料。在蛋鸡日粮中添加发酵棉籽粕，发现饲喂发酵棉籽粕可改善蛋壳质量、促进肠道健康并降低血清和蛋黄胆固醇水平。此外，油籽粕发酵过程中产生大量次级代谢产物，这些生物活性化合物具有多种生物活性，包括预防心血管疾病、糖尿病和癌症等慢性疾病。从发酵油籽粕中提取活性物质已成为生物资源转化的研究热点，尤其是发酵后产生的活性肽。
5.1. 活性蛋白
活性蛋白是由氨基酸脱水缩合形成的具有生物活性的有机化合物。活性蛋白具有免疫调节功能、抗氧化作用和抗血栓作用。油籽粕微生物发酵产生的生物活性蛋白主要是发酵微生物分泌的胞外酶，包括蛋白酶、纤维素酶和植酸酶。这些酶水解油籽粕原料产生活性多肽或蛋白质并降解抗营养因子。研究者从棉籽粕中提取功能蛋白进行研究，发现水解的DES提取蛋白（CSMP-EH）表现出增强的DPP-IV抑制活性（IC50 = 1.949 mg/mL）。Reddy等人研究了地衣芽孢杆菌、醋酸钙不动杆菌（Acinetobacter pittobacter）和黑曲霉在不同培养条件下通过发酵曲粕产生酶的能力，纯化的蛋白酶具有去污力、凝胶层水解性和凝固性，可作为多种乳品和生物技术工业的新型酶源。利用塔宾曲霉（Aspergillus tubingensis）NKBP-55发酵椰子粕，该酶制剂可降解甘蔗渣和秸秆等复杂农业残留物。发酵过程中微生物分泌大量胞外酶，这些酶本身就是高活性蛋白，是油籽粕转化的核心驱动力。
5.2. 生物活性肽
生物活性多肽是离散的小蛋白片段，除作为食物外还具有特定生物学功能。在微生物发酵中，微生物自身的代谢也可产生一些生物活性肽，这种方法通常可提高产量并增强活性。肽具有多种生物活性，如抗氧化、降血压、抗菌、免疫调节、激素和信号分子功能以及促进矿物质吸收等。植物蛋白酶解获得的活性肽具有广泛的营养和促进健康特性。微生物发酵也可产生能预防某些疾病的生物活性肽。一些研究使用特定菌株发酵生产降压肽。油籽粕发酵后可提高肽的提取率，并有效增强抗氧化活性和抗衰老作用。用芽孢杆菌（Bacillus）KN36D发酵豆粕分离出五种新型抗氧化肽。用乳酸菌LLK-XR1和酸性蛋白水解酶共发酵棉粕可提取活性肽，通过分子对接、分子动力学模拟和细胞实验验证了五种肽的抗氧化特性，可有效缓解巨噬细胞中过氧化氢引起的氧化应激损伤。此外，活性肽可通过抑制特定导致氧化应激增加的酶在减轻氧化应激中发挥关键作用。研究利用超声辅助从亚麻籽粕中制备活性肽获得三种抗氧化肽，这些肽对DPPH自由基（IC50 = 0.520、1.190和1.036 mM）和羟基自由基（IC50 = 4.909、6.471和7.076 mM）表现出清除活性。另一项研究表明，用地衣芽孢杆菌DY145发酵菜籽粕获得的活性肽具有缓解肠道炎症的潜力。
5.3. 活性多糖
多糖是由多个单糖分子通过糖苷键脱水缩合连接而成的高分子量碳水化合物。多糖的活性功能包括免疫调节功能、抗肿瘤活性、抗氧化和抗衰老、降血糖降血脂以及肠道健康调节等。研究表明，使用枯草芽孢杆菌发酵豆粕时，多糖的结构显著不同。提取多糖并进行体外发酵的结果进一步表明，发酵豆粕多糖显著促进猪肠道共生双歧杆菌和乳酸杆菌的数量，并增强微生物代谢果糖和甘露糖的功能。其他研究者改造大肠杆菌利用棕榈仁粕作为碳源分解甘露聚糖以产生透明质酸，透明质酸已进一步应用于食品、化妆品和临床医学领域。
6. 经济与环境效益分析
与液体深层发酵相比，SSF的优势在于其与微生物自然栖息地的相似性、更高的生产率、更低的水消耗、更少的化学品使用、更少的废气产生和更低的能耗。SSF使用廉价的农业废弃物作为底物，显著降低原料成本，并通过发酵过程中的微生物代谢产生高价值酶产品。研究表明，使用SSF生产纤维素酶用于第二代乙醇生产具有经济效益。当酶活性高于12 FPU/g.d.s且底物供应充足时，SSF生产的纤维素酶成本为每106 FPU 1.88至3.51美元（2014年价值，巴西糖能源行业背景），而同等市场和年份背景下第二代乙醇生物精炼应用的场外商业纤维素酶成本估计为每106 FPU 7.8至12.5美元。Wei Han等人对结合SSF和暗发酵从餐厨垃圾生产沼气的新工艺进行了技术经济分析，单位沼气生产成本为每立方米2.29美元，低于每立方米2.7美元的市场价格（基于中国市场经济参数），使用SSF的沼气生产工艺在经济上可行。Gao等人通过SSF预处理秸秆，预处理秸秆中纤维素和半纤维素利用率分别达95.25%和46.88%，乙醇和木糖转化率分别为93.00%和29.19%。SSF技术通过降低原料成本和能源成本、提高产品附加值促进循环经济和资源高效利用，从而提升经济效益。此外，通过发酵农业副产物和食品工业副产物，将其转化为原本需要处理或焚烧的有用产品，可降低废物处理成本，减少环境污染，符合可持续发展趋势。
7. 挑战与未来工作
7.1. 挑战
尽管SSF技术在油籽粕发酵应用中具有显著优势，但存在若干限制其更广泛工业实施的基本挑战。菌株经长期传代培养后可能出现遗传不稳定性，导致酶活性等关键功能下降，影响产品质量。目前菌株改造方法多采用随机诱变以筛选高性能菌株，存在不确定性且筛选工作量大。发酵过程受多种因素影响，目前工业生产主要依赖离线取样检测，反馈滞后，难以实现实时精确控制。近红外光谱、电子鼻和电子舌等在线监测技术虽取得进展，但受底物特性和传感器抗污染能力限制。各种新兴辅助SSF方法大多处于实验室规模阶段，进一步放大试验仍需与工业生产相结合。对于发酵产物，尽管其饲料价值已通过动物实验证实，但活性物质的分离纯化过程复杂且成本高，限制其在食品和医药领域的高值应用。若发酵油籽粕用于人类食品，可能产生特殊的安全性问题，主要包括残留抗营养因子、潜在霉菌毒素污染和SSF过程中生物胺形成等风险，因此应仅使用食品级微生物菌株。法规要求因地域而异，食品级发酵油籽粕成分通常需要新食品评估或GRAS通知，饲料导向标准不能直接转移至人类食品基质，此类食品成分产品的统一安全规范仍然有限。
7.2. 未来工作
未来研究应聚焦于菌株基因编辑改造、在线监测系统的深入应用、新兴发酵工艺的放大试验以及发酵产物中活性物质的扩展应用。应通过CRISPR-Cas等基因编辑工具选择性选育高产酶和特定代谢产物的优良菌株，同时结合多组学技术分析微生物群落的代谢机制。发酵过程需要及时监测和反馈，应结合近红外光谱和高光谱成像等无损检测技术以及仿生传感器获取物料化学成分、微生物数量和风味物质的实时动态信息，并引入机器学习算法整合历史数据和在线信号实现多变量预测调控。此外，新兴发酵策略应进行放大实验以研究其在工业生产过程中的经济可行性。对于发酵产物，除优质饲料外，应进一步扩展发酵油籽粕功能组分在保健品、药品、化妆品等领域的应用，同时开发绿色高效提取技术以降低纯化成本。
8. 结论
本文全面综述了油籽粕SSF技术的研究进展，涵盖从菌种资源筛选、多样化发酵策略创新到产品高值化应用的全过程。通过混合发酵、菌酶协同、分段发酵和物理场辅助等先进策略，以枯草芽孢杆菌、乳酸菌和曲霉为代表的微生物资源可高效降解游离棉酚、硫代葡萄糖苷和植酸等抗营养因子，显著提高油籽粕的蛋白质溶解度、小肽和游离氨基酸含量，并富集抗氧化物质等活性成分。这不仅将油籽粕从潜在废弃物转化为优质饲料蛋白来源，还开辟了从中获取生物活性肽、功能性多糖和高价值酶制剂等高值产品的途径。未来研究方向应聚焦于克服当前工业化进程中的瓶颈：（1）利用基因编辑技术创制高效工程菌株，深入分析SSF系统中微生物与复杂底物的互作机制；（2）推进发酵设备智能化和在线监测技术的应用以实现过程精准控制；（3）开发经济可行的活性产物分离纯化方案并建立科学的产品功效评价体系，拓展其在饲料、食品、农业乃至医疗保健等更广泛领域的应用。SSF技术不仅是提升粕类副产物营养价值的关健策略，也是实施循环经济、实现农业可持续发展的重要手段。
