发酵豆制品酿造过程中组分和营养功能因子的变化及调控
2012-10-18马艳莉李里特
马艳莉,李里特*
(中国农业大学食品科学与营养工程学院,北京 100083)
发酵豆制品酿造过程中组分和营养功能因子的变化及调控
马艳莉,李里特*
(中国农业大学食品科学与营养工程学院,北京 100083)
发酵豆制品是发酵食品中的一大类,在亚洲国家人民饮食中占重要地位,并逐渐受到西方国家青睐。近年来,发酵豆制品酿造过程中产生的功能因子不断被报道,其抗氧化、降血压、降血糖、溶血栓、抗突变等功能性不断被揭示,引起世界广泛关注。发酵豆制品组分变化的调控对增强营养和富集功能因子意义重大,有利于进一步提升其食用价值,促进人类健康。本文综述发酵豆制品生产过程中与营养和功能相关的部分组分的变化及调控,并对该领域的科学问题进行展望。
发酵豆制品;营养;功能因子;调控
发酵食品是指食品原料在一定环境条件下,由于微生物活动而变得有利于食用或保藏的食品,有着悠久的历史和丰富的内涵,在世界饮食文化中占有举足轻重的地位[1]。发酵食品和饮料大约占人类饮食的1/3[2],按主要食品原料可分为:发酵谷物食品、发酵酒精饮料、发酵乳制品、发酵豆制品、发酵水果蔬菜、发酵肉制品等。由于地理环境、生活方式的不同,各地传统发酵食品生产方式、风味和营养功能性各具特色。
发酵豆制品是发酵食品中的一大类,在亚洲国家人民饮食中占重要地位,其中,豆豉、豆酱、酱油和腐乳被称为中国四大传统发酵豆制品,在我国有深厚的消费基础。近些年,发酵豆制品功能性受到广泛关注,其抗氧化、降血压、降血糖、溶血栓、抗突变等功能性不断被揭示。在有益微生物分泌的酶系作用下,大豆中的蛋白质、糖类、脂类等内源组分分子结构、空间构象、理化性质发生改变,形成独特的香气、滋味,提高贮藏性,并产生发酵豆制品的营养功能性。随着人们生活水平和健康意识的提高,对食品营养功能性的要求越来越高,因此,研究发酵豆制品酿造过程中组分变化规律及调控,对富集营养功能因子,提升食用价值,促进健康具有重要的意义。本文综述发酵豆制品酿造过程中组分变化与营养功能性的关系,并对下一步的研究进行展望。
1 发酵豆制品与营养因子
发酵使大豆中大分子质量蛋白质、脂类和碳水化合物在酶的作用下降解成肽、氨基酸、脂肪酸、单糖等小分子物质,提高了大豆的生物消化率。发酵微生物的碳代谢主要是把糖转化成简单酸、醇和二氧化碳等终产物,并产生维生素和矿物质等次级代谢物[3],借助于代谢工程、随机筛选和诱导突变等方法对发酵微生物进行改造能提高有益因子产量[4]。
叶酸(VB11)是脊椎动物生长和繁殖的重要维生素,对癌症、冠心病和神经系统疾病有预防作用,它是细菌生命代谢必不可少的辅助因子,很多发酵微生物具有合成叶酸的能力[5]。钴胺素(VB12)由瘤胃微生物作用产生,存在于红色肉类和牛奶中,是脂肪酸、氨基酸、碳水化合物和核酸代谢必不可少的辅助因子,参与神经系统发育[6],一般不存在于植物性食品中,但发酵后的植物性食品如腐乳、天培中富含VB12,Liem等[7]首次报道了肺炎克雷伯菌(Klebsiella pneumonia)负责天培的VB12生产。
发酵能增加矿物质含量并有利于其吸收,大豆中矿物质含量丰富,但通常多以植酸盐形式存在,不能被人体有效利用,大豆中钙与植酸结合形成不溶性钙,约有70%~80%不被人体吸收,磷约有60%被排出体外,铁与植酸结合形成不溶性铁,吸收率仅为7%[8]。在豆豉发酵过程中,由于微生物分泌的活性植酸酶作用而使植酸水解生成肌醇和磷酸盐,从而使大豆中植酸含量减少15%~20%,而矿物质的可溶性增加2~3倍,利用率增加30%~50%,大大提高了矿物质的生物利用率。
发酵改变食品组分,对于破坏或去除不期望组分,改善营养功能和适口性是非常必要的。发酵豆制品通过发酵过程中微生物及其分泌的酶系的作用,发生一系列的生化反应,破坏了大豆中原有的对生理不利的物质,使大豆中营养素被利用的可能性大大提高。同时,发酵过程可以把不溶性高分子物质分解成为可溶性低分子化合物,保留大豆异黄酮和低聚糖等原有功能性物质,还可以产生大豆中原来没有的营养成分和生物活性物质,使产品具有较高的营养和功能特性。例如,单胃动物和人的消化道中没有能够水解α-1,6半乳糖基链的α-半乳糖苷酶,棉子糖和水苏糖等低聚糖不能被有效吸收,会在肠道内积累,被厌氧微生物发酵而引起胀气[9]。大豆中存在棉子糖和水苏糖,乳酸菌发酵后,这两种糖含量大幅降低,从而大大改善人体对低聚糖的吸收利用[10]。
2 发酵豆制品与功能因子
2.1 生物活性肽
生物活性肽是一个极具潜力的研究领域,大量来源于食品的生物活性肽已被鉴定,在一个名为Biopep的数据库中,研究者已提交1500多种生物活性肽[11]。发酵是产生生物活性肽的有效方式,在微生物分泌的蛋白酶作用下,食品基质中的长链蛋白质降解释放生物活性肽[12],发酵也可合成新的多肽序列,发酵豆制品中具有良好表面活性的肽序列Glu-Leu-Leu-Val-Tyr-Leu-Leu在发酵过程中合成[13]。
发酵食品产生的生物活性肽与细胞受体相互作用,调节酶活性或干扰细胞周期从而发挥多种生物学功能。降压肽是发酵食品中研究最广泛的生物活性肽(表1),它们通过抑制血管紧张素转换酶(ACE)活性起预防或治疗高血压的作用。目前发现的含有ACE抑制肽的发酵食品有酸奶[14]、干酪[15]、发酵豆制品[16-17]、发酵鱼酱[18]、发酵牡蛎酱[19]、葡萄酒[20]、日本清酒和酒糟[21]等。Hata等[22]证实酸奶中含有ACE抑制肽Val-Pro-Pro和Ile-Pro-Pro,经高血压患者食用后可明显降低血压。发酵豆制品是ACE抑制肽的良好来源,酱油[23]、天培[13]中分别发现ACE抑制肽Val-Ala-His-Ile-Asn-Val-Gly-Lys和Tyr-Val-Trp-Lys。韩国豆酱[24]中分离出ACE抑制肽His-His-Leu,经动物实验证明可以显著降低动脉血管ACE活性,韩国清曲酱中分离出含有Ala、Phe和His的ACE抑制肽[12],粗提物纯化后显示94.3%的抑制率。Ibe等[25]比较了11种不同枯草芽孢杆菌发酵纳豆的ACE抑制活性,并发现其黏性物质的抑制活性更高。Kuba等[16]从日本腐乳中分离得到ACE抑制活性肽Trp-Leu和Ile-Phe-Leu,随后他们又通过动物实验证实腐乳可以在体内表现出降压作用,喂食样品的动物组肾脏组织中ACE抑制活性较对照显著降低[26]。Wang Lijun等[27]研究表明中国腐乳比日本腐乳具有更高的ACE抑制活性,但未进一步分离纯化ACE抑制肽。Kinoshita等[28]从酱油中分离出一种ACE抑制肽,抑制50% ACE活性的浓度为0.26μmol/L。Zhu Xiaolin等[29]从无盐酱油中分离得到具有ACE抑制活性的二肽Ala-Phe和Ile-Phe。Rho等[30]使用高温快速发酵法制得豆酱,从中分离出ACE抑制肽Leu-Val-Gln-Gly-Ser。韩国研究人员使用γ射线辐照处理豆酱和清曲酱,发现低于10kGy 的剂量不会降低ACE抑制活性[31]。
除了ACE抑制肽,发酵食品中还分离鉴定出抗氧化肽。水解过程改变蛋白结构,暴露更活跃的氨基酸基团,使肽比蛋白自由基清除能力增强,酪氨酸、甲硫氨酸、组氨酸、赖氨酸和色氨酸具有抗氧化功能,在C末端含有色氨酸或酪氨酸残基的三肽有很强的清除自由基能力,某些由2~6个氨基酸残基组成的多肽具有抗氧化功能,Jung等[32]从发酵蓝贻贝酱中分离鉴定出Phe-Gly-His-Pro-Tyr,具有较强抗氧化能力。小肽可以穿过肠壁,蛋白质或大分子肽需要在胃肠道进一步降解[33],抗氧化肽与其他抗氧化剂,如酚类化合物一起可发挥协同效应[34]。
表1 发酵食品中鉴定出的生物活性肽Table 1 Some bioactive peptides identified in fermented food
发酵水解蛋白成小肽可降低食品中蛋白的致敏性,特别是对过敏原P34的反应,发酵微生物分泌的蛋白酶起关键作用,因此发酵微生物的类型决定水解蛋白的种类和抗体识别的构象类型。Herian等[35]研究发现发酵能降低大豆致敏性,但是负责致敏反应的过敏原还不确定。Tsuji等[36]研究发现味噌在大豆过敏病人血清中对高抗大豆过敏原P34没有免疫反应。Takahashi等[37]研究发现,纳豆生产过程中,微生物特别是纳豆菌分泌的蛋白酶降解蛋白成肽,没有免疫活性,不与P34或大豆过敏病人的血清结合。
热处理和发酵时间影响肽的水解效率,Fischer等[38]发现,高湿度热处理的大豆发酵后会产生更多的活性肽。生物活性肽的功能依赖其结构,受水解过程影响[39],酶的种类、温度和样品制备等不同条件会产生不同功能特性的肽。研究证明,发酵周期较长的豆制品表现出更好的抗癌和抗突变活性,并且随着发酵时间延长活性增强,但这些活性与肽的关系需进一步确定[40]。发酵很难水解糖蛋白、磷酸化蛋白和其他翻译后修饰蛋白或含有较多二硫键的结构域,芽孢杆菌和霉菌的蛋白酶只能水解大豆蛋白为大片段肽,这些肽在特定水解酶的进一步作用下才能生成高活性的肽。
2.2 植物化学物成分
植物化学物是指具有生物活性的非营养植物化学物质,可以保护植物免受生态和环境的威胁,大豆中含有多种植物化学物质,如:大豆异黄酮、胰蛋白酶抑制剂、植酸、皂苷等。现代研究证明,某些植物化学物质可以降低慢性疾病发病风险。发酵过程可以改变植物化学物质的结构或含量,对食品的功能性产生影响。
大豆异黄酮是大豆生长过程中产生的非类固醇芳香环类次生代谢产物,目前已发现15种(表2),是大豆和大豆食品中主要的生理活性物质[41],整粒大豆中异黄酮的含量约为0.3%,主要以活性较低的葡萄糖苷和丙二酰葡萄糖苷形式存在,其中大豆苷和染料木苷占异黄酮总量的90%以上[42]。作为一类重要的生理活性物质,异黄酮具有与内源性雌激素类似的结构,它们和雌激素受体微弱结合,作为激素或激素拮抗剂,通过降低胰岛素抗性,改善胰岛素分泌和β-细胞质量,发挥雌激素或抗雌激素作用,从而改善糖平衡,具有预防和治疗糖尿病、心脑血管疾病和抗肿瘤等功能[43]。大豆异黄酮具有两个特点:一是双向调节雌激素活性,即对雌激素水平高者,能起到抑制其活性的作用,对雌激素低者,可起到促进其活性的作用;二是能有选择性地与雌激素受体结合,从而有效避免因补充雌激素可能诱发癌症的危险[44]。大豆异黄酮在小肠中以苷元形式被吸收,将大豆异黄酮糖苷转化为苷元,其雌激素受体结合的生物活性提高30倍[44],人体实验也显示,大豆异黄酮苷元比糖苷吸收更快、吸收量更大[45]。
发酵是提高大豆异黄酮生物利用率的有效途径,微生物发酵过程中产生的β-葡萄糖苷酶将大豆异黄酮糖苷分解为苷元形式,可以提高其吸收率和生理活性,更有效地调节葡萄糖代谢[46]。发酵豆制品中异黄酮苷元占异黄酮总量的40%以上,有的甚至达到100%。Yin Lijun等[47]研究发现腐乳发酵过程中,大豆异黄酮几乎可全部由糖苷形式转化成苷元形式,更好地在体内发挥生理活性。发酵6个月的日本味噌中大豆异黄酮糖苷由86.4%降低到44.9%,苷元则由9.6%上升至53.3%,发酵90d的韩国豆酱中总糖苷由1827mg/kg 降到487mg/kg,但总苷元由 22mg/kg增到329mg/kg[48]。
发酵菌种对异黄酮代谢影响较大,米曲霉引起异黄酮代谢的程度较大[49]。肠道仅能吸收50%的大豆异黄酮,并且很可能以大豆异黄酮代谢物的形式被吸收。发酵产生潜在生物活性的大豆异黄酮代谢物,并且发酵食品的益生菌有利于水解和吸收大豆异黄酮的肠道菌群的形成。关于大豆异黄酮的代谢物,目前关注较多的是雌马酚,其他代谢产物的可能生物活性还没有很好地研究,大豆异黄酮代谢的复杂性加剧了描述这些复合物的吸收和代谢的难度。雌马酚作为大豆异黄酮的代谢终产物,具有比其前体物大豆苷元更强的雌激素活性,然而,并非所有人都能最终代谢产生雌马酚,研究发现,人群中仅有30%~50%的个体能够代谢产生这种物质,且不同人种对雌马酚的代谢能力也不一样。人体能否将大豆异黄酮代谢为雌马酚,关键取决于机体内肠道微生物菌群的组成、代谢能力及遗传因素。目前尚未鉴定出大豆异黄酮代谢的关键菌种,也不明确个体间雌马酚生产菌株的种类存在差异的原因。膳食因素被认为是促进雌马酚生成的原因之一,尤其是当膳食中含有益生元和益生菌等成分时。国外研究发现,与不能代谢产生雌马酚的人群相比,能够代谢产生雌马酚的人群往往摄入更少的脂肪和更多的碳水化合物。在成年素食者中,雌马酚的代谢比例为59%,而非素食者的代谢率仅为25%。对于不能代谢大豆异黄酮产生雌马酚的人群来说,通过摄入发酵豆制品可能是一条获得雌马酚的途径,但是,目前关于发酵豆制品中的微生物能否代谢大豆异黄酮产生雌马酚还缺少研究。
表2 大豆异黄酮的化学结构Table 2 Chemical structure of soy isoflavones
传统意义上被视为抗营养因子的胰蛋白酶抑制剂、植酸和皂苷在发酵过程中会被破坏,被认为是提高食品生物利用率的有效途径。大豆胰蛋白酶抑制剂约占种子蛋白质干质量的2%,大豆抗营养作用的40%由胰蛋白酶抑制剂引起,其中,鲍曼贝尔克胰蛋白酶抑制剂(BBI)研究较多,BBI是2S大豆蛋白组分,含量为种子蛋白质干质量的0.6%左右,分子质量为8kD,可同时抑制胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶活性,Barampama等[50]发现,发酵豆制品胰蛋白酶抑制剂含量通常较低,乳酸菌发酵导致其含量降低。酱油胰蛋白酶抑制剂含量为3.3mg/g,味噌为23mg/g,去除味噌脂肪或加热处理,胰蛋白酶抑制剂含量会进一步降低[51]。大豆皂苷含有非极性三萜醇苷元,与一个或多个极性低聚糖相连,具有双亲特性,豆腐中皂苷干基含量大约为0.3%~0.33%,发酵会导致其含量降低[52]。植酸长期以来被认为会干扰矿物质吸收,植酸在蒸煮及烹饪加工过程中稳定,也不受挤压等物理作用影响,但发酵能降解植酸,天培发酵中微生物分泌的植酸酶能部分水解植酸,非发酵大豆产品中植酸干基含量一般为1%~3%,天培植酸干基含量降为0.5%~1.2%[53]。目前研究发现,这些抗营养因子具有降低胆固醇、预防癌症等功能,能调节细胞凋亡通路,导致肿瘤细胞的程序性死亡[54],特别是BBI能抑制人类前列腺癌细胞增殖,并已应用于癌症患者的临床实验[55],以前认为其是抗营养成分,但最近研究发现其有降胆固醇和抗癌作用。
2.3γ-氨基丁酸
γ-氨基丁酸(GABA)是一种普遍存在于自然界动植物中的天然非蛋白质氨基酸,为调节中枢神经系统、舒缓血压和利尿的神经递质,具有多种生理功能,并具有类似于谷氨酸的甜味,能增强食品风味[56]。
GABA生物合成的原料或前体物质主要是谷氨酸,可由谷氨酸脱羧生成,发酵过程能否合成GABA的关键在于微生物是否分泌高活性的谷氨酸脱羧酶(图1)。日本政府规定市场上作为营养辅助食品的GABA摄食,通常每日20~30mg分次食用,每日最高摄入量不超过100mg,是极安全的物质。研究发现,通过摄入发酵食品获得足够量的GABA是可行的,发酵食品富含谷氨酸,为GABA合成提供前体物质,发酵微生物产生谷氨酸脱羧酶有利于其转化。作为一种类似于中国豆豉的传统发酵豆制品,印尼天培中GABA的干基含量可高达12.68mg/g[57];很多奶酪含有GABA,奶酪生产成熟期,牛乳中的酪蛋白逐渐降解成肽和氨基酸,其中谷氨酸在细菌分泌的谷氨酸脱羧作用下生成GABA[58]。
图1 γ-氨基丁酸合成及降解过程Fig.1 Synthesis and degradation of γ-aminobutyric acid
环境条件和发酵菌种影响GABA的积累,低pH值[59]和厌氧环境[60]有利于增加谷氨酸脱羧酶的活性,从而积累GABA。Aoki 等[56]用少孢根霉发酵大豆20h后,充入氮气培养5h,发现制得的天培GABA含量为3.70mg/g,是传统发酵天培的12倍。Park等[61]采用谷氨酸脱羧酶活性强的枯草芽孢杆菌发酵韩国大酱,其GABA含量可达0.15mg/g。乳酸菌由于含有谷氨酸脱羧酶且具有一定的安全性,逐渐成为近年来研究的热点。不同来源的具有GABA生产能力的乳酸菌不断被报道,如从韩国泡菜分离到的短乳杆菌(Lactobacilllus brevis)[62]、从干酪发酵剂中得到的乳酸乳球菌(Lactococcus lactis)[58]和从泡菜、发酵黄浆水中得到的植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)、戊糖乳杆菌(Lactobacillus pentosus)、弯曲乳杆菌(Lactobacillus curvatus)等都具有较好的产GABA的能力[57]。Yokorama等[62]利用酒糟培养短乳杆菌IFO 12005,发现该菌株在培养2d后几乎能够转化所有的游离谷氨酸,GABA最终浓度能达到10.18mmol/L。Nomura等[58]从生产奶酪的菌株中分离得到一株乳酸菌用于奶酪生产,其GABA含量达到了0.38mg/g。Komatsuzaki等[57]筛选出的副干酪乳杆菌在优化后的培养条件下能积累GABA达302mmol/L。通过筛选不同的微生物,甚至在发酵过程中添加乳酸菌或酵母菌,特别是谷氨酸脱羧酶活性很强的微生物菌株,可以富集GABA,使发酵食品真正成为一种药食同源的保健食品,这从技术上为我们提供了一种新的思路。
3 发酵豆制品与食盐
发酵豆制品通常含盐量较高,食盐能降低发酵食品的水分活度,抑制微生物生长,有效延长货架期,例如,食盐在腐乳腌坯过程中降低豆腐坯水分含量及活度,在后酵过程中,使其渗透压达到平衡,均起抑制有害微生物生长的作用[63]。除了提高贮藏性,食盐也会对一些功能组分产生影响,高浓度食盐会抑制某些酶的活性或通过直接干预生化反应来阻抑某些特定活性成分生成,Wang Lijun等[64]研究发现高盐可以导致豆豉抗氧化活性及异黄酮含量降低。流行病学研究表明,每日食盐摄入量与高血压发病率呈正相关性[65]。食盐摄入过多会引发高血压,并会大大降低产品的摄入量。膳食指南中建议每人每天食盐的摄入量不超过6g,与之相比发酵豆制品的含盐量还需下调。但是单纯降低盐含量又会引起产品酥烂易碎,风味改变,发臭变质,保质期短等弊端。因此如何解决低盐与保藏、质构、风味之间的矛盾是今后腐乳发展的研究方向。
虽然降低发酵豆制品食盐含量是大势所趋,但作为调味品,发酵豆制品中的食盐在某种程度上是不可替代的,日本科研工作者的一些研究成果可能给我们一些新的启发,日本学者给食盐敏感性大鼠饲喂高盐饵料,导致血压升高,饲喂同样食盐含量的味噌,反而起到抑制高血压的作用[66]。对胃癌也有同样效果,食盐能增加胃癌的发生率,而含有相同盐分的味噌对胃癌有抑制作用,豆酱发酵成熟度越高,其抑制效果越明显。这就提示我们:发酵豆制品中的食盐和膳食中直接添加的食盐对人体生理影响可能不同,以发酵豆制品形式摄入的食盐可能不会造成健康危险,但其研究目前还仅限于动物实验,并且机制还不太清楚。
4 发酵豆制品分子生物学研究
微生物在发酵食品中处于核心地位,对发酵食品特征性的风味、滋味、营养和功能性产生深远影响,某些发酵食品中的微生物本身就是益生菌,在抑制有害微生物生长,延长食品保藏期的基础上,可促进人体肠道微生态健康[67]。发酵食品分子生物学研究主要集中在发酵微生物上,日本科研工作者历经4年4个月成功破译了米曲霉基因组[68],发现米曲霉约含有3800万个碱基对,共有8条染色体,包含约1.2万个基因,在基因组已被破译的微生物中,米曲霉的碱基数是最多的,与相近的曲霉菌相比,米曲霉基因数要多出30%左右,这也许可以解释米曲霉所具有的一些独特生物特征。该成果首次从微观领域对米曲霉进行深入研究,基因组所包含的信息可以用来寻找米曲霉发酵的最适条件,将有助于提高食品酿造业的生产效率和产品质量。
发酵食品中微生物的分子生物学研究关注较多的是益生菌及其与益生功能的关系。对益生菌进行基因分析及遗传改造的研究可能会产生新的益生菌株,这些菌株在活体或离体实验中表现出新的益生功能,并能开发出具有功能特性的益生菌产品。乳酸菌中部分菌种的全基因序列测序结果的公布、对乳酸菌遗传信息调控路径的深入分析研究以及功能基因组学在食品级微生物研究中的应用,将为开发乳酸菌表达系统,使更多的外源基因在乳酸菌表达系统中成功表达奠定基础。利用乳酸菌可以表达一些对人体有益的外源基因或开发出适合工业菌株的质粒克隆或表达载体,提供更为优良的基因工程菌。工业上已使用乳酸菌基因工程菌生产纤溶酶,纤溶酶最早由纳豆杆菌发酵生产的纳豆中分离得到,是一种有防治心脑血管血栓形成作用的丝氨酸蛋白酶。中国豆豉、印度天醅和韩国清曲酱中也分离出纤溶酶[69]。其中,纳豆激酶和豆豉纤溶酶有望成为新型溶栓药物,对其分子生物学方面的研究,一方面通过基因定点突变技术有目的地改造豆豉纤溶酶基因,从而提高其热稳定性和酶活力,另一方面通过构建高表达载体,优化表达系统提高其基因表达水平,从而利用基因工程菌生产纤溶酶。Liang Xiaobo等[70]将纳豆激酶的基因转入乳球菌中得到有效表达,产生重组蛋白的纤维蛋白溶解活性达到41.7U/mL,可用于预防血栓和动脉粥样硬化。乳酸菌中与维生素产生相关的基因也有研究,例如乳酸菌(Lactococcus lactisMG1363)中与叶酸生物合成有关的基因已被确定,已有使用该菌增加叶酸产量方面的报道[71]。
对发酵微生物进行基因改造可以改善发酵豆制品风味。在米曲霉基因组破译的基础上,研究发现,米曲霉含有大量与蛋白质和脂肪分解酶相关的基因,与发酵食品风味形成密切相关,对这些基因进行改造可能酿造更具风味的酱油、豆豉等发酵食品。分子生物学手段也被用于纳豆风味改善方面的研究,Takemura等[72]删除纳豆菌亮氨酸脱氢酶基因构建突变菌株yqiT1,使用该菌制作纳豆可以将异丁酸、异戊酸和2-甲基丁酸等支链短链脂肪酸的含量由70.7mg/100g降至0.7mg/100g,基本消除了其不愉快的风味。Kada等[73]敲除纳豆菌两个谷氨酸脱氢酶基因rocG和gudB,将纳豆中氨的生成量减少了一半。
基因组学和相关分子生物学技术的出现提供了深入了解发酵微生物作用机制的手段,有助于了解发酵微生物如何与底物及其他微生物相互作用,为改善发酵豆制品风味、营养和功能性提供了新的途径。
5 展 望
发酵豆制品具有丰富的营养和功能性,但其工业化程度不高,因此,推进发酵豆制品从手工做法和经验科学向工业化和生命科学驱动的技术方面发展十分必要。通过工艺调查和改进,研发科学合理的发酵工艺,克服传统发酵中不合理工艺所带来的不利影响,发挥发酵产生的有利影响,促进传统工艺合理化、数字化,提升发酵豆制品工业化水平是一项艰巨任务。功能性是未来发酵豆制品的发展方向,如何在保持发酵豆制品独特风味的基础上提高其功能性,对提升食用价值,促进人类健康意义重大。
发酵豆制品食盐含量较高,不符合现代低盐饮食的趋势,并且也极大地限制了其消费量。因此,在兼顾品质和功能性的基础上,力求达到低盐化的效果,使发酵豆制品既能保持原有的细腻口感和独特风味,又能有效降低含盐量,缩短生产周期,是非常值得深入研究的。
实际上,日本纳豆也是传统发酵豆制品,经科学化、工业化开发已成为集美味、营养、功能为一身的世界名品。相信只要在弘扬传统的同时,重视科学开发,加强传统发酵豆制品功能性研究,传统发酵豆制品一定会受到人们越来越多的青睐,市场必将更加广阔。
[1] CAPLICE E, FITZGERALD G F. Food fermentations∶ role of microorganisms in food production and preservation[J]. International Journal of Food Microbiology, 1999, 50(1/2)∶ 131-149.
[2] CAMPBELL-PLATT G. Fermented foods∶ a world perspective[J]. Food Research International, 1994, 27(3)∶ 253-257.
[3] SANTOS F, WEGKAMP A, de VOS W M, et al. High folate production in fermented foods by the B12 producerLactobacillus reuteriJCM1112[J]. Applied and Environmental Microbiology, 2008, 74(10)∶3291-3294.
[4] YEBRA M J, MONEDERO V, PEREZ-MARTINEZ G. Perspectives of engineering lactic acid bacteria for biotechnological polyol production[J]. Appl Microbiol Biot, 2010, 86(4)∶ 1003-1015.
[5] BURGESS C M, SMID E J, van SINDEREN D. Bacterial vitamin B2,B11and B12overproduction∶ an overview[J]. International Journal of Food Microbiology, 2009, 133 (1/2)∶1-7.
[6] QUESADA-CHANTO A, SAFSCHAR A,WAGNER F. Microbial production of propionic acid and vitamin B12using molasses or sugar[J].Appl Microbiol Biot, 1994, 41(4)∶ 378-383.
[7] LIEM I, STEINKRAUS K, CRONK T. Production of vitamin B12in tempeh, a fermented soybean food[J]. Applied and Environmental Microbiology, 1977, 34(6)∶ 773-776.
[8] HEANEY R P,WEAVER C M, FITZSIMMONS M L. Soybean phytate content∶ effect on calcium absorption[J]. The American Journal of Clinical Nutrition, 1991, 53(3)∶ 745-747.
[9] GRECKI R J, PIOTROWICZ-CIESLAK A, OBENDORF R L. Soluble sugars and flatulence-producing oligosaccharides in maturing yellow lupin (Lupinus luteusL.) seeds[J]. Seed Science Research, 1997, 7(2)∶185-194.
[10] LEBLANC J G, SILVESTRONI A, CONNES C, et al. Reduction of non-digestible oligosaccharides in soymilk∶ application of engineered lactic acid bacteria that produce alpha-galactosidase[J]. Genet Mol Res,2004, 3(3)∶ 432-440.
[11] MINKIEWICZ P, DZIUBA J, IWANIAK A, et al. Biopep database and other programs for processing bioactive peptide sequences[J]. Journal of AOAC International, 2008, 91(4)∶ 965-980.
[12] KORHONEN H, PIHLANTO A. Food-derived bioactive peptides-opportunities for designing future foods[J]. Current Pharmaceutical Design,2003, 9(12)∶ 1297-1308.
[13] GIBBS B F, ZOUGMAN A, MASSE R, et al. Production and characterization of bioactive peptides from soy hydrolysate and soy-fermented food[J]. Food Research International, 2004, 37(2)∶ 123-131.
[14] RECIO I, QUIROS A, RAMOS M, et al. Identification of novel antihypertensive peptides in milk fermented withEnterococcus faecalis[J]. Int Dairy J, 2007, 17(1)∶ 33-41.
[15] PRIPP A H, SORENSEN R, STEPAMAK L, et al. Relationship between proteolysis and angiotensin-I-converting enzyme inhibition in different cheeses[J]. Lwt-Food Sci Technol, 2006, 39(6)∶ 677-683.
[16] KUBA M, TANAKA K,TAWATA S, et al. Angiotensin I-converting enzyme inhibitory peptides isolated from tofuyo fermented soybean food[J]. Biosci Biotech Bioch, 2003, 67(6)∶1278-1283.
[17] ZHANG Jianhua, TATSUMI E, DING Changhe, et al. Angiotensin I-converting enzyme inhibitory peptides in douchi, a Chinese traditional fermented soybean product[J]. Food Chemistry, 2006, 98(3)∶ 551-557.
[18] ICHIMURA T, HU J, AITA D Q, et al. Angiotensin I-converting enzyme inhibitory activity and insulin secretion stimulative activity of fermented fish sauce[J]. Journal of Bioscience and Bioengineering, 2003, 96(5)∶496-499.
[19] JE J Y, PARK J Y, JUNG W K, et al. Isolation of angiotensin I converting enzyme (ACE) inhibitor from fermented oyster sauce,Crassostrea gigas[J]. Food Chemistry, 2005, 90 (4)∶ 809-814.
[20] PUEYO E, POZO-BAYON M A, ALCAIDE J M, et al. Angiotensin I-converting enzyme inhibitory compounds in white and red wines[J].Food Chemistry, 2007, 100(1)∶ 43-47.
[21] SAITO Y, WANEZAKI NAKAMURA K, KAWATO A, et al. Structure and activity of angiotensin I converting enzyme inhibitory peptides from sake and sake lees[J]. Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry,1994, 58(10)∶ 1767-1771.
[22] HATA Y, YAMAMOTO M, OHNI M, et al. A placebo-controlled study of the effect of sour milk on blood pressure in hypertensive subjects[J].The American Journal of Clinical Nutrition,1996, 64(5)∶ 767-771.
[23] OKAMOTO A, HANAGATA H, MATSUMOTO E, et al. Angiotensin-I converting-enzyme inhibitory activities of various fermented foods[J].Biosci Biotech Bioch,1995, 59(6)∶ 1147-1149.
[24] SHIN ZI, YU Rina, PARK SA, et al. His-His-Leu, an angiotensin I converting enzyme inhibitory peptide derived from Korean soybean paste,exerts antihypertensive activityin vivo[J]. J Agr Food Chem, 2001, 49(6)∶ 3004-3009.
[25] IBE S, YOSHIDA K, KUMADA K. Angiotensin I-converting enzyme inhibitory activity of natto, a traditional Japanese fermented food[J].Journal of the Japanese Society for Food Science and Technology, 2006,53(3)∶ 189-192.
[26] KUBA M, SHINJO S,YASUDA M. Antihypertensive and hypocholesterolemic effects of tofuyo in spontaneously hypertensive rats[J]. Journal of Health Science, 2004, 50(6)∶ 670-673.
[27] WANG Lijun, SAITO M, TATSUMI E, et al. Antioxidative and angiotensin I-converting enzyme inhibitory activities of sufu (fermented tofu)extracts[J]. Japan Agricultural Research Quarterly, 2003, 37(2)∶ 129-132.
[28] KINOSHITA E,YAMAKOSHI J, KIKUCHI M. Purification and identification of an angiotensin I-converting enzyme-inhibitor from soy-sauce[J]. Biosci Biotech Bioch, 1993, 57(7)∶ 1107-1110.
[29] ZHU Xiaolin , WATANABEA K, SHIRAISHIB K, et al. Identification of ACE-inhibitory peptides in salt-free soy sauce that are transportable across caco-2 cell monolayers[J]. Peptides, 2008, 29(3)∶ 338-344.
[30] RHO S J, LEE J S, CHUNG Y I, et al. Purification and identification of an angiotensin I-converting enzyme inhibitory peptide from fermented soybean extract[J]. Process Biochemistry, 2009, 44(4)∶ 490-493.
[31] BYUN M W, SON J H, YOOK H S, et al. Effect of gamma irradiation on the physiological activity of Korean soybean fermented foods,Chungkookjang and Doenjang[J]. Radiat Phys Chem, 2002, 64(3)∶ 245-248.
[32] JUNG W K, RAJAPAKSE N, KIM S K. Antioxidative activity of a low molecular weight peptide derived from the sauce of fermented blue mussel,Mytilus edulis[J]. Eur Food Res Technol, 2005, 220(5/6)∶ 535-539.
[33] HAUPT S, GIL E, TIROSH R, et al. Regional peptide uptake study in the rat intestinal mucosa∶ glatiramer acetate as a model drug[J]. Pharmaceut Res, 2002, 19(6)∶ 832-837.
[34] SAITO K, JIN Donghao, OGAWA T, et al. Antioxidative properties of tripeptide libraries prepared by the combinatorial chemistry[J]. J Agr Food Chem, 2003, 51(12)∶ 3668-3674.
[35] HERIAN A M, TAYLOR S L, BUSH R K. Allergenic reactivity of various soybean products as determined by rast inhibition[J]. J Food Sci,1993, 58(2)∶ 385-388.
[36] TSUJI H, OKADA N, YAMANISHI R, et al. Fate of a major soybean allergen, Gly m Bd 30K, in rice-, barley-and soybean-koji miso (fermented soybean paste) during fermentation[J]. Food Science and Technology International, 1997, 3(2)∶ 145-149.
[37] TAKAHASHI K, BANBA H, KIKUCHI A, et al. An induced mutant line lacking theα-subunit ofβ-conglycinin in soybean [Glycine max(L.) Merrill] [J]. Ikushugaku Zasshi, 1994, 44(1)∶ 65-66.
[38] FISCHER M, GRUPPEN H, PIERSMA S R, et al. Aggregation of peptides during hydrolysis as a cause of reduced enzymatic extractability of soybean meal proteins[J]. J Agr Food Chem, 2002, 50(16)∶ 4512-4519.
[39] YANG Joanhwa, MAU Jengleun, KO Peitzu, et al. Antioxidant properties of fermented soybean broth[J]. Food Chemistry, 2000, 71(2)∶ 249-254.
[40] JUNG K O, PARK S Y, PARK K Y. Longer aging time increases the anticancer and antimetastatic properties of doenjang[J]. Nutrition, 2006,22(5)∶ 539-545.
[41] YAMANISHI R, HUANG T, TSUJI H, et al. Reduction of the soybean allergenicity by the fermentation withBacillus natto[J]. Food Science and Technology International, 1995, 1(1)∶ 14-17.
[42] WANG Hueiju, MURPHY P A. Isoflavone composition of American and Japanese soybeans in Iowa∶ effects of variety, crop year, and location[J]. J Agr Food Chem,1994, 42(8)∶1674-1677.
[43] BHATHENA S J, VELASQUEZ M T. Beneficial role of dietary phytoestrogens in obesity and diabetes[J]. The American Journal of Clinical Nutrition, 2002, 76(6)∶ 1191-1201.
[44] YU Hongshan , ZHANG Chunzhi, LU Mingchun , et al. Purification and characterization of new special ginsenosidase hydrolyzing multiglycisides of protopanaxadiol ginsenosides, ginsenosidase type I[J].Chemical & Pharmaceutical Bulletin, 2007, 55(2)∶ 231-235.
[45] IZUMI T, PISKULA M K, OSAWA S, et al. Soy isoflavone aglycones are absorbed faster and in higher amounts than their glucosides in humans[J]. J Nutr, 2000,130(7)∶ 1695-1699.
[46] CHIOU R Y Y, CHENG S L. Isoflavone transformation during soybean koji preparation and subsequent miso fermentation supplemented with ethanol and NaCl[J]. J Agr Food Chem, 2001, 49(8)∶ 3656-3660.
[47] YIN Lijun, LI Lite, LI Zaiguia, et al. Changes in isoflavone contents and composition of sufu (fermented tofu) during manufacturing[J]. Food Chemistry, 2004, 87(4)∶ 587-592.
[48] JANG C, PARK C, LIM J, et al. Metabolism of isoflavone derivatives during manufacturing of traditional Meju and Doenjang[J]. Food Science and Biotechnology, 2008, 17(2)∶ 442-445.
[49] BEEKWILDER J, MARCOZZI D, VECCHI S, et al. Characterization of rhamnosidases fromLactobacillus plantarumandLactobacillus acidophilus[J]. Applied and Environmental Microbiology, 2009, 75(11)∶ 3447-3454.
[50] BARAMPAMA Z, SIMARD R E. Oligosaccharides, antinutritional factors, and protein digestibility of dry beans as affected by processing[J].J Food Sci, 1994, 59(4)∶ 833-838.
[51] MIYAGI Y, SHINJO S, NISHIDA R, et al. Trypsin inhibitor activity in commercial soybean products in Japan[J]. Journal of Nutritional Science and Vitaminology, 1997, 43(5)∶ 575-580.
[52] KITAGAWA I, YOSHIKAWA M, HAYASHI T, et al. Quantitativedetermination of soyasaponins in soybeans of various origins and soybean products by means of high-performance liquid-chromatography[J].Yakugaku Zasshi, 1984, 104(3)∶ 275-279.
[53] BUCKLE K. Phytic acid changes in soybeans fermented by traditional inoculum and six strains ofRhizopus oligosporus[J]. Journal of Applied Microbiology, 1985, 58(6)∶ 539-543.
[54] ROCHFORT S, PANOZZO J. Phytochemicals for health, the role of pulses[J]. J Agr Food Chem, 2007, 55(20)∶ 7981-7994.
[55] ARMSTRONG W B, WAN X S, KENNEDR A R, et al. Development of the Bowman-Birk inhibitor for oral cancer chemoprevention and analysis of neu immunohistochemical staining intensity with Bowman-Birk inhibitor concentrate treatment[J]. Laryngoscope, 2003, 113(10)∶ 1687-1702.
[56] AOKI H, UDA I, TAGAMI K, et al. The production of a newtempehlike fermented soybean containing a high level ofγ-aminobutyric acid by anaerobic incubation withRhizopus[J]. Bioscience, Biotechnology,and Biochemistry, 2003, 67(5)∶ 1018-1023.
[57] KOMATSUZAKI N, SHIMA J, KAWAMOTO S, et al. Production of[gamma]-aminobutyric acid (GABA) byLactobacillus paracaseiisolated from traditional fermented foods[J]. Food Microbiology, 2005, 22(6)∶ 497-504.
[58] NOMURA M, KIMOTO H, SOMEYA Y, et al. Production of [gamma]-aminobutyric acid by cheese starters during cheese ripening[J]. Journal of Dairy Science, 1998, 81(6)∶ 1486-1491.
[59] SHELP B J, WALTON C S, SNEDDEN W A, et al. Gaba shunt in developing soybean seeds is associated with hypoxia[J]. Physiol Plantarum, 1995, 94(2)∶ 219-228.
[60] SAIKUSA T, HORINO T, MORI Y. Accumulation ofγ-aminobutyric acid (GABA) in the rice germ during water soaking[J]. Bioscience,Biotechnology, and Biochemistry, 1994, 58(12)∶ 2291-2292.
[61] PARK K B, OH S H. Enhancement ofγ-aminobutyric acid production in Chungkukjang by applying aBacillus subtilisstrain expressing glutamate decarboxylase fromLactobacillus brevis[J]. Biotechnology Letters, 2006, 28(18)∶ 1459-1463.
[62] YOKORAMA S, HIRAMATSU J, HAYAKAWA K. Production ofγaminobutyric acid from alcohol distillery lees byLactobacillus brevisIFO-12005[J]. Journal of Bioscience and Bioengineering, 2002, 93(1)∶95-97.
[63] HAN Beizhong ,WANG Jiahuai , ROMBOUTS F M, et al. Effect of NaCl on textural changes and protein and lipid degradation during the ripening stage of sufu, a Chinese fermented soybean food[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture, 2003, 83(9)∶ 899-904.
[64] WANG Lijun, YIN Lijun, LI Dong, et al. Influences of processing and NaCl supplementation on isoflavone contents and composition during douchi manufacturing[J]. Food Chemistry, 2007, 101(3)∶ 1247-1253.
[65] LAW M R. Epidemiologic evidence on salt and blood pressure[J].American Journal of Hypertension, 1997, 10(5)∶ 42-45.
[66] WATANABE H, KASHIMOTO N, KAJIMURA J, et al. A miso (Japanese soybean paste) diet conferred greater protection against hypertension than a sodium chloride diet in Dahl salt-sensitive rats[J]. Hypertension Research,2006, 29(9)∶ 731-738.
[67] van SINDEREN D, STANTON C, ROSS R P, et al. Fermented functional foods based on probiotics and their biogenic metabolites[J]. Curr Opin Biotech, 2005, 16(2)∶ 198-203.
[68] MACHIDA M, ASAI K, SANO M, et al. Genome sequencing and analysis ofAspergillus oryzae[J]. Nature, 2005, 438∶ 1157-1161.
[69] KIM S H, CHOI N S. Purification and characterization of subtilisin DJ-4 secreted byBacillussp. strain DJ-4 screened fromDoen-Jang[J].Biosci Biotech Bioch, 2000, 64(8)∶ 1722-1725.
[70] LIANG Xiaobo, ZHANG Lixin, ZHONG Jin, et al. Secretory expression of a heterologous nattokinase inLactococcus lactis[J]. Appl Microbiol Biot, 2007, 75(1)∶ 95-101.
[71] HUGENHOLTZ J R, SYBESMA W, STARRENBURG M, et al. Increased production of folate by metabolic engineering ofLactococcus lactis[J]. Applied and Environmental Microbiology, 2003, 69(6)∶ 3069-3076.
[72] TAKEMURA H, ANDO N, TSUKAMOTO Y. Breeding of branched short-chain fatty acids non-producing natto bacteria and its application to production of natto with light smells[J]. J Jpn Soc Food Sci, 2000, 47(10)∶ 773-779.
[73] KADA S,YABUSAKI M, KAGA T, et al. Identification of two major ammonia-releasing reactions involved in secondary natto fermentation[J]. Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry, 2008, 72(7)∶ 1869-1876.
Changes and Regulations of Ingredients and Nutritional Factors in Fermented Soybean Products during Fermentation
MA Yan-li,LI Li-te*
(College of Food Science and Nutritional Engineering, China Agricultural University, Beijing 100083, China)
Fermented foods are food substrates that are invaded or overgrown by edible microorganisms whose enzymes hydrolyse polysaccharides, proteins and lipids to nontoxic products with rich nutrients, a variety of functions and far-reaching impact on human health. Fermented soybean products are a large class of fermented food and hold an important position in Asian people,s diet. It is becoming increasingly popular in western countries. In recent years, a number of functional factors have been reported in fermented soybean foods, which reveal antioxidant, blood pressure reduction, blood sugar reduction, thrombolytic,anti-mutagenic function. Understanding chemical composition change and regulation of fermented soybean products is of great significance to improve human nutrition and functions, thus helping to further enhance the food value of fermented soybean products and promote human health. This paper reviews the changes and regulations of ingredients of nutritional and functional relevance during the production of fermented soybean products. Future trends in research and development of fermented soybean products are also discussed.
fermented soybean products;nutrition;functional factors;regulation
TQ920.1
A
1002-6630(2012)03-0292-08
2011-09-18
马艳莉(1982—),女,博士研究生,研究方向为发酵食品功能性。E-mail:xuexi_myl@sina.com
*通信作者:李里特(1948—),男,教授,博士,研究方向为农产品贮藏加工和食品工程。E-mail:llt@cau.edu.cn