果蔬发酵制品的功效 及应用研究进展

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(1.华南农业大学食品学院,广东省食品质量与安全重点实验室,广东广州 510642; 2.华农(潮州)食品研究院有限公司，广东潮州 521000; 3.广东展翠食品股份有限公司，广东潮州 521000)

果蔬发酵制品是以一种或多种新鲜水果、蔬菜等为原材料,经过益生菌发酵而成的富含维生素、氨基酸、矿物质和次生代谢产物等多种营养成分的功能性发酵产品。由于益生菌在发酵过程中产生细菌素、胞外多糖、多酚类物质、酶等多种功效成分,使得发酵果蔬制品具有改善营养健康、调节胃肠道功能、提高免疫能力、抑制有害菌和抗氧化等作用[1-2];而且乳酸菌和(或)酵母菌等益生菌发酵果蔬后产酸、生香而赋予发酵产品一些特有的风味[3-4],因此果蔬发酵制品是目前的研究热点,亦受到了广大消费者的青睐,具有广阔的开发应用前景。

目前对果蔬发酵制品的研究主要集中在分析发酵过程中的生物转化、功效酶的活性、营养成分等,并对其进行功能验证。本文综述了果蔬发酵制品的功效及其应用,旨在为果蔬的综合开发利用及其功能性发酵制品的研发提供参考资料。

1 果蔬发酵制品的功效

1.1 抗氧化作用

多酚类物质具有抗氧化作用,其作为还原介质、金属螯合剂、单线态氧猝灭剂或H+受体发挥作用[5]。乳酸菌在发酵时,能产生某些酚酸酯酶如阿魏酸酯酶[6],可水解一些结合酚,释放果蔬中的游离酚,并产生大量的有机酸,防止酚类物质的降解,从而提高了抗氧化活性。酚类物质在贡献电子后能产生稳定的中间体,能有效的在细胞和生理水平上防止氧化。Kwaw等[7]研究表明植物乳杆菌发酵的桑葚汁与非发酵果汁相比,总酚含量从(721.06±2.88) mg/100 mL增加至(928.12±3.05) mg/100 mL,超氧阴离子自由基的清除率从68.06%±0.2%增加至74.15%±0.14%,其总花青素和总黄酮的含量也显著提高,该研究表明了乳酸菌发酵桑葚汁能提高总酚的含量,增强其抗氧化能力。Pianpumepong等[8]研究表明植物乳杆菌发酵的姜黄饮料含有较多的酚类化合物(姜黄素、四氢姜黄素),小鼠实验证实了乳酸菌发酵能提高其酚类物质的生物利用率,增强抗氧化能力,使小鼠血液中的自由基数量明显减少。

Kim等[9]将柑橘果肉副产品(CFB)和果皮副产品(CPB)以nuruk发酵剂(含曲霉、根霉、酿酒酵母、枯草芽孢杆菌、乳酸菌)进行发酵15 d,发酵的CFB和CPB中的槲皮素、柚皮素和橙皮素的浓度显著增加(分别增加了130.396、50.757 ppm),而橙皮苷和柚皮苷的浓度降低;其抗氧化活性与未发酵的对照相比,增加了约2倍。生物转化后的橙皮苷元如橙皮素和柚皮素比未转化的橙皮苷和柚皮苷具有更强的抗氧化活性。可见,通过发酵使果蔬中的物质进行了生物转化,明显增强其抗氧化活性。

针对不同的果蔬的发酵,筛选其适制性的功能菌株是提高其抗氧化活性的关键,Fessard等[10]通过筛选34个功能菌株以制备具有抗氧化活性的菠萝汁发酵饮料,结果表明菌株Weissellacibaria64和Leuconostocmesenteroides12b能够增加其抗氧化活性。卢冬梅等[11]筛选酵母菌RV171制备火龙果不同种类和部位的发酵液,发现红心火龙果的果皮发酵液的总黄酮和总酚含量最高,总抗氧化能力、还原能力和羟自由基清除能力最强。因此,应根据不同的果蔬原料对发酵菌株进行筛选,以更有效地提高产品的抗氧化作用。

1.2 抑菌作用

果蔬经过有益菌发酵后可产生不同的抗菌活性成分,如有机酸、细菌素、过氧化氢、胞外多糖等[12-15],其抑菌作用的机理包括对细胞壁或细胞膜的破坏、抑制细胞呼吸、抑制蛋白质等生物大分子物质的合成等[16]。Yang等[17]将植物乳杆菌MG208发酵西兰花,该发酵液能显著地抑制幽门螺杆菌的生长,并且降低其粘附活性,可以用作保护胃环境免受幽门螺杆菌感染的功能性饮食。Hashemi等[18]研究表明,与未发酵组相比,以植物乳杆菌LS5发酵的甜柠檬发酵液对大肠杆菌O157∶H7和鼠伤寒沙门氏菌显示出更高的抗菌活性,且对鼠伤寒沙门氏菌的抗菌作用更强。Kantachote等[19]研究证实植物乳杆菌DW12发酵的椰子液抑制食源性致病菌的生长,抑制作用依次为副溶血性弧菌>单核细胞增生李斯特菌>金黄色葡萄球菌≈蜡状芽孢杆菌>鼠伤寒沙门氏菌>大肠杆菌。苏能能等[20]研究发现桑葚鲜果因含有一定量的有机酸和花青素而具有抑菌作用,但其含糖量高、pH偏高故抑菌效果不佳,在经过植物乳杆菌发酵后,其含糖量和pH降低,提高了抑菌活性,对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、铜绿假单胞菌和鼠伤寒沙门氏菌的抑制效果显著增强。

1.3 改善肠道功能

果蔬发酵汁中富含植物性膳食纤维、有机酸、低聚糖和多种酶类,有大量研究表明其有助于胃肠对食物的消化、吸收,恢复肠道内菌群平衡,改善人体胃肠道功能,增强肠道的蠕动能力[21-24]。此外果蔬发酵制品中含有多种益生菌,与宿主黏膜上皮细胞结合形成占位性保护,具有生物屏障作用;而且益生菌在肠道内定植后,代谢产生有机酸等抗菌物质而具有生物拮抗作用。

Lee等[25]研究发现与对照组相比,喂食乳酸菌(保加利亚乳杆菌,嗜热链球菌和嗜酸乳杆菌)发酵的桑叶提取物的大鼠粪便颗粒数、湿重和含水量显著增加。而且在发酵组中观察到肠道和粪便中存活的乳杆菌数量增加,肠道运送时间短于对照组。另外,发酵组的甘油三酯和总胆固醇水平显著低于对照组,并且高密度脂蛋白胆固醇水平升高,而且喂食乳酸菌发酵的桑叶提取物对洛哌丁胺诱导的便秘大鼠具有通便作用。李桃花等[26]将不同浓度的水果酵素喂养小鼠,发现经喂养后的小鼠胃肠动力和肠道机械运动均有一定的提升。蒋欣容等[27]研究发现以鼠李糖乳杆菌、干酪乳杆菌、植物乳杆菌等乳酸菌发酵的果蔬乳饮料组和干酪乳杆菌单菌株发酵的果蔬乳饮料组均能在一定程度上缓解小鼠便秘症状,其中混合乳酸菌发酵果蔬乳饮料组在促进小鼠排便、抑制肠道病原菌、调节肠动力神经递质上效果最优。

1.4 解酒护肝

果蔬发酵液中含有的乙醇脱氢酶能够分解体内酒精,防止大脑及体内器官被麻痹,改善严重宿醉、头痛等现象。Jung等[28]研究证实发酵的木通提取物中乙醇脱氢酶的活性提高,从而加快了乙醇的分解,能缓解酒精宿醉和降低血浆乙醇浓度。过量酒精可以导致肝损伤,谷丙转氨酶(ALT)、谷草转氨酶(AST)和碱性磷酸酶(AKP)是评价肝脏损伤的重要指标,当肝细胞膜通透性增加或肝细胞坏死,可导致 ALT、AST和AKP 水平升高[29]。曲佳乐[30]等研究了吉林的大高酵素的保健功能,发现其可以明显地降低AST、ALT活性,从而具有一定的解酒护肝的作用。秦松等[31]研究证实了奇魅牌植物酵素饮料可有效地降低血清中AST、ALT的活性及肝组织中三酰甘油水平,提高了乙醇脱氢酶、乙醛脱氢酶和还原型谷胱甘肽水平,而且病理学结果与酶学变化相一致,对小鼠酒精性肝损伤有一定的保护作用。此外,谷大为等[32]在研究果蔬发酵液对小鼠酒精性肝损伤的保护作用中发现果蔬发酵液可通过阻止活性氧介导的线粒体信号通路,抑制肝细胞凋亡,从而保护小鼠酒精性肝损伤。而且,果蔬发酵制品中富含的维生素可有效促进酒精在体内分解,并且有一定的自由基清除能力,以消除酒后头痛、头晕现象[33]。

1.5 提高免疫力

用于发酵果蔬的益生菌及其细胞壁组分(肽聚糖、葡聚糖),代谢产物(胞外多糖、多肽等)能激活巨噬细胞增强其吞噬作用,而且还能激活黏膜免疫细胞、促进细胞分裂和产生干扰素、抗体等,因此能增强机体的非特异性和特异性免疫性反应,提高机体免疫力[34-36]。魏琴等[37]研究表明添加柠檬酵素的饲料具有提高雏鸡血液中淋巴细胞数、淋巴细胞比率以及血小板总数的趋势,具有一定促进雏鸡生长性能和免疫力的作用。此外,该柠檬酵素还能提高麻鸭胸腺指数和法氏囊指数,从而提高麻鸭的免疫力[38]。郭爽等[39]证实了敖东酵素能显著增加小鼠血清溶血素滴度水平,对小鼠的免疫功能有正向调节作用。刘春花[40]等研究发现由108种植物原料经植物乳杆菌、嗜热链球菌等微生物制备的发酵液能显著提高机体非特异性免疫功能、体液免疫功能,具有增强免疫功能的作用。此外,发酵果蔬产品通常富含维生素、矿物质、消化酶、有机酸、寡糖、促生长因子和膳食纤维,能通过促进肠道益生菌生长,调整胃肠道微生态平衡来保持机体的健康,也间接提高了机体免疫力。

1.6 其他功能

果蔬发酵汁中的黄酮、生物碱、多糖、皂苷、萜类和多酚等物质还具有辅助降血脂、降血糖和抗疲劳的功效[41-42]。Zhang等[43]研究表明植物乳杆菌和黄色微杆菌发酵的柿果液对小肠中α-葡萄糖苷酶活性的抑制效果比非发酵组高2.06～4.73倍,使淀粉类分解为葡萄糖的速度减慢,从而减缓肠道内葡萄糖的吸收,具有降血糖的功能。以枯草芽孢杆菌发酵的南瓜提取物可以抑制高脂饮食小鼠的体重增加,并且降低脂肪组织、肝酶和血浆脂质的水平,具有控制肥胖和脂肪肝的功能[44]。

2 在果蔬发酵制品中的应用

2.1 在食品行业中的应用

我国水果和蔬菜资源十分丰富,但具有时令性,存在保藏加工性较差,鲜销状况比较严峻的问题,导致部分果蔬原料的浪费。通过有益菌对其进行发酵,不但解决了资源浪费的问题,而且发酵制品的营养价值和益生功效得到了提高,改善了风味,延长了产品的保质期,并且可提高产品的安全性等。因此近年来发酵果蔬制品已成为一个新的经济增长点。

发酵果蔬汁在欧美日韩等地区流行甚广,如日本的发酵蔬菜饮料产品“蔬菜的战士”含有西红柿、南瓜、大蒜、甘薯等8种富含胡萝卜素的蔬菜,具有独特风味且营养丰富,颇受市场欢迎。在英国市场上,有各种水果风味的“Froot”发酵饮料。在我国近年来各类果醋、枸杞汁发酵饮料、芦荟汁酸乳饮料、艾酵客发酵果蔬汁等产品开始流行,目前也已有针对不同果蔬原料,如南瓜、花椰菜、西瓜、苹果、红枣、甜瓜、苦瓜、芹菜、番茄、荔枝、火龙果等的发酵产品的研发,取得了初步的进展[1,45]。南昌大学、江西江中制药(集团)有限责任公司等单位联合创制了果蔬发酵专用益生菌发酵剂,采用新工艺生产的13类发酵果蔬系列产品受到国内外消费者的一致好评[46]。

2.2 在种植业中的应用

将果蔬及其加工废弃物进行发酵制备的酵素施肥,不仅可以有效地解决农业生产中农药公害、病虫害、环境污染等问题,还可以使农作物产量显著提高,增加经济效益。郭俊花等[47]在红富士苹果生长过程中观察到,施用苹果皮渣酵素可以使单果质量提高9.8%,可溶性固形物、总酸、蛋白质、还原糖含量等指标提高20%以上,同时,果实的硬度以及总灰分、维生素C、总糖、多酚和黄酮的含量均提高。赵英等[48]通过新型玉米酵素专用肥对玉米生长发育影响的研究发现,施用酵素肥的玉米根系发达、毛细根系数量增加,玉米植株生长发育良好,产量显著提高,从而可以提高经济效益。欧阳传德等[49]研究证实了大蒜酵素的10倍水稀释液对大棚草莓白粉病和灰霉病的防治效果均佳,分别达到85.92%和80.12%。

2.3 在畜牧业中的应用

添加果蔬发酵产品的饲料喂养的家禽家畜生长茁壮,疾病减少,饲养效率提高,成本降低,可取得可观的经济效益。Park等[50]以添加植物源发酵型饲料喂养母鸡的研究发现,添加1%和2%的植物源发酵型饲料可以提高母鸡产蛋性能、蛋重、蛋壳强度、蛋白含量、哈氏单位和盲肠微生物群落。Yeh等[51]研究表明凝结芽孢杆菌L12是用于第二阶段发酵的最好的乳酸菌,喂养该发酵饲料能提高肉鸡生长性能。黄建军[52]将丰力旺牌酵素应用于猪的养殖中,结果显示此酵素可有效提高生猪的生长性能,减少病患,降低粪便臭味,从而显著提高经济效益。

2.4 在水产养殖业中的应用

果蔬发酵制品应用于水产养殖可改善水体环境、在宿主体内定植而抑制病原菌的增殖、补充必要的营养物质、维持微生态平衡及增强机体免疫机能。Elshopakey等[53]通过添加发酵蔬菜产品-Manda(日本广岛)喂养日本对虾的研究发现,给予Manda能显著提高对虾的先天免疫参数,包括总血细胞数、吞噬作用、酚氧化酶活性、活性氧产生和杀菌活性,此外补充Manda饮食的虾组在用副溶血弧菌侵染后显示出较低的死亡率。Lee等[54]通过补充枯草芽孢杆菌发酵的柑橘副产品对幼年的橄榄比目鱼进行饲喂,结果表明添加发酵的柑橘副产品能显著增加髓过氧化物酶和溶菌酶活性,并且能够增加对迟钝爱德华氏菌的抵抗性。此外,Katya等[55]以乳酸杆菌和酵母发酵的蘑菇和平菇副产品为添加剂饲喂幼年的鲶鱼,发现能显著提高幼年鲶鱼的平均体重、比生长率以及溶菌酶活性。

此外,果蔬发酵液中含有蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶等多种酶类,在环保等领域亦呈现出良好的发展前景。用果蔬废弃物进行发酵,不仅减少环境污染,提高资源利用率,而且产品绿色环保,可取代化学清洁剂应用于日常生活。

3 结语和展望

综合诸多学者研究发现果蔬发酵制品具有许多有益功能包括抗氧化、抑菌、改善肠道功能、解酒护肝、提高免疫力等。这些功能使其作为一种新兴的活性功能制品应用于食品中,已有一些产品受到消费者的青睐。同时还可应用于种植业方面,可改善作物性状、提高作物产量、防治病害;而且应用于畜牧业中可改善家畜家禽的体质,提高产量等。

目前消费者对健康、营养、环境的关注度不断提高,加快研究质优价廉的果蔬发酵制品,进一步充分挖掘各种果蔬原料及其加工副产物资源,生产安全、天然、无污染、具有多种功效的果蔬发酵产品是未来的发展趋势,从而真正实现果蔬资源利用化以及果蔬发酵产业的可持续发展。

此外,发酵果蔬制品的品质和功效不仅取决于原材料本身,发酵剂亦是关键影响因素,功能性发酵菌株的筛选和优化是发酵果蔬制品研发的重中之重,建立果蔬发酵益生菌资源库是当务之急。而且可采用多菌种协同发酵以发挥多种益生菌的功效,因此针对不同的果蔬创制直投式的复配发酵剂是发展趋势。而且,对发酵调控机制的研究及发酵工艺的优化,亦是研发果蔬发酵制品及充分发挥其功效的重要措施。

随着发酵果蔬制品行业的不断壮大,构建果蔬发酵制品的功能评价体系具有重要意义。目前大多是通过体外试验、细胞模型试验和动物模型试验来评价果蔬发酵制品的功效,但由于人体的消化吸收环境复杂,功效成分在人体中消化吸收及发生的生物转化有待深入研究,并加大力度探索和建立科学的适用的功效评价体系。