传统发酵豆制品营养功能成分研究进展

贾 璠，郭 霞，何 晨，李庆雷，王秀伶*

（河北农业大学 生命科学学院，河北 保定 071000）

大豆除富含优质蛋白外，还含有脂肪、维生素、低聚糖、卵磷脂、微量元素等营养成分以及异黄酮和皂苷等天然活性物质。发酵豆制品主要包括腐乳、豆豉、豆酱和酱油等。在微生物酶的催化下，大豆中的营养功能成分发生系列生物化学反应，使得发酵豆制品不仅风味独特、易于消化，更重要的是发酵过程中还产生许多新的功能性物质，如活性肽、不饱和脂肪酸、游离型大豆异黄酮以及不同种类的维生素和矿物质等，使发酵豆制品在营养与保健方面更具优势。然而，目前人们关注和研究更多的是发酵豆制品的色、香、味等感官品质，对发酵豆制品发酵过程中产生的新物质的种类、结构和功能挖掘得不够。本文拟对传统发酵豆制品的营养功能成分、活性以及发酵豆制品食用安全性进行综述，旨在促进深入挖掘发酵豆制品中的新营养功能成分与活性，倡导发酵豆制品生产企业优化生产工艺，兼顾产品的感官、功能成分含量与食用安全，推动我国发酵豆制品健康、稳定发展。

1 发酵豆制品的营养保健功能

1.1 发酵豆制品主要营养功能成分

在发酵过程中，微生物产生的蛋白酶将大豆蛋白降解为游离氨基酸，这大大提高了大豆蛋白的生物利用度。与未发酵大豆相比，传统发酵豆制品中的蛋白质、脂肪等含量明显下降，而核黄素（维生素B2）、视黄醇（维生素A）等含量则明显上升，大豆中的其他营养成分发酵后则有升有降（见表1[1-5]）。大豆在发酵过程中，一方面，微生物产生的蛋白酶和脂肪酶等能将大豆中的蛋白质和脂肪降解为小分子水溶性蛋白质、游离氨基酸和脂肪酸，因此，与未发酵的大豆相比，发酵豆制品中的蛋白质和脂肪含量明显降低。另一方面，微生物也会利用大豆中的营养成分产生一些新的活性物质，特别是B族维生素类，如发酵豆制品中的视黄醇、核黄素（酱油除外）和维生素B12等的含量明显升高（见表1）。视黄醇是一种人体必需的营养素，可促进视觉细胞内感光色素的形成，维持正常的视觉反应。核黄素作为细胞内脱氢酶的主要成分，参与多种氧化呼吸过程，核黄素缺乏会影响机体的生物氧化，使代谢发生障碍。维生素B12（钴胺素）能促进红细胞发育和成熟、维持机体造血机能以及维护神经系统功能等。膳食中的维生素B12在动物性食物中含量较高，在植物性食物中则基本不存在。大豆在发酵过程中可产生维生素B12，因而，发酵豆制品是素食人群维生素B12的重要来源。

表1 大豆及发酵大豆制品的主要营养成分比较Table 1 Comparison of the main nutrients in soybeans and fermented soybean products

1.2 发酵豆制品中的新活性物质

大豆在发酵过程中会产生新的活性物质，如活性肽、维生素、不饱和脂肪酸、类黑精以及游离型大豆异黄酮等，发酵过程中产生的新活性物质明显著提升了产品的营养与保健功能。大豆在发酵过程中，发酵用菌株以及大豆内原有菌株分泌蛋白酶（内肽酶和端肽酶），使大豆中植物蛋白肽链中的肽键断裂分解为小分子活性肽。产生的脂肪酶能将脂肪水解为甘油和脂肪酸，脂肪酸一方面经过β-氧化产生酰基-CoA与酮酸，并进一步生成醇和酮等；另一方面，脂肪酸则被氧化生成酸、酯和呋喃类化合物，提高了发酵豆制品的风味及营养价值。维生素合成过程复杂，目前产维生素的菌株已有分离报道，如少孢根霉可产维生素B2，该菌株与其他微生物协同作用还可以产生维生素B1[3]，巨大芽孢杆菌[6]和乳酸菌[7]等可产维生素B12。微生物产生的β-葡萄糖苷酶可将大豆中的异黄酮糖苷水解为苷元，利于机体吸收和利用。羰基化合物和氨基化合物间经历复杂的过程（美拉德反应）可形成类黑精等。现有研究结果表明，发酵豆制品具有抗癌、抗氧化、营养神经、预防老年痴呆、降低血浆胆固醇、促进免疫调节系统、改善肠道环境以及增进食欲等多种功效[8-9]。

1.2.1 发酵豆制品中的游离氨基酸和活性肽

大豆在发酵过程中会有大量蛋白质降解为游离的氨基酸和一些活性短肽，氨基酸的生成不仅大大提高了大豆营养成分的生物利用度，还能使发酵豆制品产生特殊的鲜味。陈丹丹[10]使用全自动氨基酸分析仪测定毛霉发酵豆豉中的氨基酸种类与含量时发现，常温发酵30 d后，豆豉中的谷氨酸含量最高（0.316 g/100 g），其次是亮氨酸（0.146 g/100 g）、苯丙氨酸（0.107 g/100 g）和天门冬氨酸（0.100 g/100 g）。与常温发酵相比，45℃保温发酵时，豆豉中丙氨酸、酪氨酸和苯丙氨酸含量升高。谷氨酸是中枢神经系统主要的兴奋性神经递质，参与神经元和胶质细胞的增殖、发育、存活与死亡等生理过程。另外，谷氨酸还可以在谷氨酸脱羧酶的作用下产生具有降血压和改善机体神经机能的非蛋白质氨基酸—γ-氨基丁酸（gamma aminobutyric acid，GABA）。不同发酵工艺生产的发酵豆制品GABA含量各不相同，但一般以腐乳中的含量最高。即使同类发酵豆制品，不同厂家的产品也会因为发酵菌种、生产工艺、辅料成分等的不同导致GABA的含量不同。马艳莉等[11]对发酵豆制品中的GABA进行测定，发现腐乳中的GABA含量最高（277.26mg/100g），其次是酱油（141.51mg/100mL）、豆豉（116.81 mg/100 g）和豆酱（68.81 mg/100 g）。与构成蛋白质的氨基酸相比，非蛋白质氨基酸GABA的稳定性相对较差，且其热稳定性与pH也有一定关系。王向阳等[12]的研究发现，在100℃高温下加热15 min，pH4.0～7.0范围内GABA损失率表现为先降后升，其中pH4.5和pH5.0时的GABA损失率最高，损失率分别为22.2%和16.8%。黄柳舒等[13]研究发现，在93℃条件下加热15min，pH为6时GABA的损失率高达53.1%。

血管紧张素转化酶（angiotensinconvertingenzyme，ACE）可使肽链C端二肽残基水解。ACE催化血管紧张素I（十肽）水解生成血管紧张素II（八肽），血管紧张素II是强烈的血管收缩剂，可导致血压升高。KUBAM等[14]利用凝胶过滤柱层析及反相高效液相色谱（reversed-phase high-performance liquid chromatography，RPLC）技术，从腐乳中分离得到两种具有ACE抑制活性的大豆多肽，并确定活性多肽序列为异亮氨酸（Ile）-苯丙氨酸（Phe）-亮氨酸（Leu）和色氨酸（Trp）-亮氨酸（Leu）。ZHU X L等[15]从酱油中分离得到具有ACE抑制活性的丙氨酸（Ala）-苯丙氨酸（Phe）和异亮氨酸（Ile）-苯丙氨酸（Phe）。马艳莉等[16]在腐乳后发酵过程中发现，乙醇、红曲和面曲等不同辅料的添加量会影响ACE抑制剂活性。

目前ACE抑制肽的合成包括酶水解法和微生物发酵法，其中酶水解法主要利用胃蛋白酶和胰蛋白酶等将大豆蛋白水解，酶水解法条件温和、易操控，是大豆多肽的主要生产方法。微生物发酵法则是豆制品发酵过程中添加的发酵用菌株或大豆原有的内生菌等共同代谢的结果，它不是简单的蛋白水解，而是将水解生成的小分子肽进行移接和重组形成的，此过程产生的ACE抑制肽在风味、色泽以及吸收方面均优于酶水解法[17]。但与酶水解法相比，微生物发酵法操作繁琐，反应过程不易控制。因此，今后有必要对微生物发酵法产生ACE抑制肽的原理、条件以及辅料影响等进行深入系统的研究，通过优化生产工艺提高ACE抑制肽的产量，最终使大豆发酵制品中的ACE抑制肽含量在某一生产工艺下能够保持稳定。需指出的是，ACE抑制肽对pH（2～10）和Ca2+、Mg2+、K+等金属离子稳定性较好，但对温度敏感，当温度低于40℃时，ACE抑制肽的活性高达88%，随着温度升高其抑制活性急速下降[18]，因此，发酵豆制品应尽量避免高温烹饪食用。

除降压作用外，发酵豆制品还具有降糖和抑制肿瘤血管生成的作用。有研究报道，细菌型豆豉的乙醇和水提取物均能显著降低果糖诱导的血糖不耐症、高胰岛素紊乱症和高血脂紊乱症[19]。根据韩国学者报道[20]，用地衣芽孢杆菌发酵的清麹酱（Chungkookjang）中的小分子肽能显著提高II型糖尿病大鼠的胰岛素活性，有利于改善II型糖尿病大鼠血液中葡萄糖的动态平衡。吴伟等[21]的研究结果表明，ACE抑制剂可促进糖尿病大鼠胰岛素再生，进而对II型糖尿病起到治疗作用。

1.2.2 发酵豆制品中的维生素

维生素在人体内的含量虽然低微，却对保持人体健康有十分重要的意义。与未发酵的大豆相比，发酵豆制品中的维生素含量较高，表现突出的是B族维生素，尤其是维生素B2（核黄素）和维生素B12（见表1）。目前已知，维生素具有预防老年痴呆、营养神经、预防恶性贫血、保护缺血性脑损伤以及调节脂质代谢等多种功效。多数维生素对温度、光照、金属离子以及pH较为敏感，但不同种类的维生素对不同影响因子的敏感程度不同。王超等[22]研究发现，高温加热5h维生素B2最高损失率仅为8%，而对维生素B2进行光照1 h其损失率高达41%。维生素B2对Na+、K+和Ca2+较为稳定，但Mg2+会导致维生素B2稳定性下降10%。此外，维生素B2在酸性和中性条件下较为稳定，但在碱性条件下，维生素B2稳定性降低20%左右。维生素B12遇高温易降解，随高温时间延长损失增加[23]，遇强光或紫外线易被破坏，另外，维生素B12在弱酸条件下稳定（pH4.5～5.0），强酸（pH＜2）或碱性溶液中易分解。因此，发酵豆制品储存时应避免强光直射，食用时应避免高温烹饪和碱性环境，以减少发酵豆制品中的维生素的降解。

（1）预防老年痴呆

随着我国人口老龄化加剧，老年痴呆症患者人数剧增。尽管老年痴呆产生的原因错综复杂，但体内维生素B12不足是原因之一。维生素B12化学结构复杂，人体自身不能合成，主要从食物中获得，膳食中仅动物性食物含有较多维生素B12。老年人喜欢吃素食，而绝大多数植物性食物中基本不含维生素B12，导致老年人容易缺乏维生素B12。李梁蜜等[24]研究发现，维生素B12和叶酸可通过降低血浆同型半胱氨酸水平来降低患老年痴呆症风险；王聪等[25]研究结果也表明，低水平维生素B12及叶酸可增加患老年痴呆风险。成人每天维生素B12及叶酸的推荐摄入量分别为2.4 μg和400 μg，摄入量长期低于日常所需水平，会增加患老年痴呆症的风险。尽管大豆中不含维生素B12，但大豆在发酵过程中，在发酵用菌株以及大豆原有内生菌等的共同作用下，可以合成维生素B12。因此，发酵豆制品可作为老年人维生素B12有效食物来源。

（2）调节脂质代谢、减少大脑缺血性损伤

维生素B2（核黄素）具有抑制胆固醇合成、预防缺血性脑损伤、参与细胞生长代谢等多种功效。顾清等[26]通过对SD雄性大鼠建立高脂血症模型，发现维生素B2通过降低3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶水平来调节肝脂代谢。阮名花等[27]研究发现，维生素B2可通过保护抗氧化酶活力来发挥其保护脑组织的功能，抑制大鼠缺血性脑损伤的发生。

（3）维持正常视觉反应和免疫系统功能

维生素A（视黄醇）为脂溶性维生素，有助于眼疾治疗和维持免疫系统功能正常。维生素A主要存在于动物肝脏、血液和眼球的视网膜中，人体自身不能合成维生素A，需从膳食中摄取，而发酵豆制品中的维生素A含量远高于大豆（见表1）。辅助性T细胞17（T helper cell 17，Th17）是一种新型T细胞亚群，能分泌产生白介素-17（interleukin-17，IL-17），IL-17作为炎症介质可介导炎症、感染等的发生和发展。李亚力等[28]研究IL-17在糖尿病视网膜病变患者血浆与房水中的水平变化时发现，IL-17参与糖尿病患者视网膜病变的炎症反应过程，可能在糖尿病患者视网膜病变发生、发展中发挥重要作用。陈永兴等[29]的研究发现，维生素A可改善I型糖尿病患者血清IL-17的异常分泌，保护残存胰岛β细胞的功能。

1.2.3 发酵豆制品中的游离型大豆异黄酮及其微生物转化产物

与游离型大豆异黄酮苷元相比，结合型糖苷的脂溶性较差，不利于机体吸收利用。豆制品发酵过程中，微生物产生的糖苷酶能将结合型大豆异黄酮糖苷转化为游离型苷元，显著提高了大豆异黄酮的生物利用度。XU X等[30]通过粪样菌群体外转化，发现摄入体内的大豆异黄酮可被转化为不同代谢产物，目前已报道的大豆异黄酮的微生物转化产物主要包括二氢黄豆苷原、二氢染料木素、雌马酚和去氧甲基安哥拉紫檀素等，其中有关雌马酚的活性报道最多。研究结果表明[31]，大豆异黄酮代谢产物雌马酚具有较强的体外抗氧化和抑制人肝癌细胞SMMC-7721生长[32]的作用。ABIRU Y等[33]通过HPLC检测发现，来自台湾的16种青腐乳（相当于国内的臭豆腐）样品中均含有S-雌马酚，其含量为0.34～2.68 mg/100 g。马艳莉等[34]对青方腐乳（即臭豆腐）发酵过程中大豆异黄酮转化进行研究，整个发酵周期约90 d，分为前酵、盐坯和后酵，经HPLC检测发现，白坯中的大豆异黄酮以糖苷型为主，前酵过程中糖苷型大豆异黄酮转化为苷元型，在后酵前30 d苷元型大豆异黄酮总量显著下降，根据新生成物质的高效液相保留时间，推测大豆苷元可能部分转化为雌马酚。

1.2.4 发酵豆制品中的可溶性矿物质、不饱和脂肪酸和有机酸

大豆富含钙、镁、铁、磷等矿物质，但多以植酸盐存在，不易被机体吸收利用。通过微生物发酵作用，植酸类物质被水解为磷酸盐和肌醇，植酸含量减少15%，大豆中矿物质的可溶性增加2～3倍，利用率提高30%～50%[35]。HEANEY R P等[36]在研究16位正常女性对高植酸盐（0.352 g/88 g）大豆和低植酸盐（0.108g/88g）大豆中Ca2+的吸收时发现，机体从高植酸盐大豆中吸收Ca2+的量为（0.310±0.070）mmol/L，从低植酸盐大豆中吸收Ca2+的量为（0.414±0.074）mmol/L，通过显著性分析发现，机体从低植酸盐大豆中吸收的Ca2+的量极显著高于从高植酸盐大豆中吸收的Ca2+的量（P＜0.01）。该研究结果表明，大豆中以植酸盐形式存在的矿物质不易被机体吸收和利用。

豆制品发酵过程中不仅会产生活性物质，还会产生豆制品特有的颜色和风味物质。解春芝等[37]采用气相色谱-质谱联用技术测定了不同种类腐乳中游离脂肪酸含量，发现总游离脂肪酸含量为8.09～18.85 g/100 g，其中油酸、亚油酸等不饱和脂肪酸含量分别为22.29%～28.16%和43.36%～50.74%。这些不饱和脂肪酸可发挥免疫调节、清理血栓和调节血脂等作用。根据中国营养协会推荐，人体摄入脂肪酸的比例为单不饱和脂肪酸∶多不饱和脂肪酸∶饱和脂肪酸=1∶1∶1，但对于体内胆固醇含量较高的人群来说，饱和脂肪酸含量应低些，适当提高不饱和脂肪酸比例，上述三类脂肪酸最佳比例为13∶10∶7。脂类物质水解生成的甘油可转化为有机酸，并与发酵豆制品中所含的醇类物质结合生成风味独特的酯类物质[38]。谭丽贤[39]通过固相萃取-高效液相色谱检测发现，酱油中含有大量的乳酸、乙酸、柠檬酸、焦谷氨酸、琥珀酸等有机酸，其中焦谷氨酸的含量最高。焦谷氨酸是一种环状氨基酸，由谷氨酰胺转化而成，发酵过程中，当谷氨酰胺酶浓度较低或酶活性转低时，谷氨酰胺会经非酶解途径生成焦谷氨酸。焦谷氨酸无鲜味，对于酱油的风味不起作用，但具有保湿功能，焦谷氨酸钠已被用作化妆品的保湿因子。叶秀娟等[40]经HPLC检测发现，豆豉中的有机酸主要为酒石酸、苹果酸、乳酸、醋酸、柠檬酸和琥珀酸。发酵豆制品中的有机酸不仅可以调节产品风味，还可增强食欲、刺激进食。

1.2.5 发酵豆制品中的类黑精和乙酰胆碱酯酶抑制剂

在微生物作用下，豆制品中的糖类和氨基酸类物质发生反应生成一类具有抗氧化活性的高分子混合体类黑精。何健等[41]采用水浸提法发现曲霉型豆豉中含有大量类黑精物质。现有研究结果表明，类黑精的抗氧化活性高于δ-生育酚[42-43]。乙酰胆碱（acetylcholine，ACh）是一种神经递质，在保持记忆和维持正常认知方面有重要作用。正常生理条件下，ACh的释放和降解需要维持动态平衡，一旦平衡被打破，将导致各种疾病的发生。管立军等[44]对9种发酵豆豉进行了测定，发现其中的8种均具有较高ACh酯酶抑制活性。张赟彬等[45]利用水、甲醇和乙醇三种溶剂对豆豉、腐乳进行提取，发现体积分数为80%的乙醇提取物对乙酰胆碱酯酶抑制能力最强，抑制率为52%。乙酰胆碱酯酶抑制剂可抑制乙酰胆碱酯酶的活性，阻止神经元间神经递质乙酰胆碱分解为胆碱和乙酸，保持机体内乙酰胆碱的动态平衡。

2 发酵豆制品食用安全

2.1 发酵豆制品中可能存在的有毒物质

发酵豆制品的主要原料为大豆，大豆在收获和贮藏过程中易受外界环境的影响而发霉变质。大豆在发酵过程中，发酵用菌株或大豆中原有的内生菌等产生氨基酸脱羧酶，脱羧酶作用于氨基酸可产生生物胺。生物胺是一类对多种行为有潜在效应的神经递质，也是荷尔蒙、生物碱以及核苷酸等合成的前体。适量的生物胺有利于人体健康，过量的生物胺则会导致人体中毒，引起血压变化、头痛、呼吸紊乱以及呕吐等，严重时还会引起神经性毒性。生物胺广泛存在于食品，尤其是发酵食品中。欧盟规定食品中组胺含量不得超过100mg/kg，酪胺含量不得超过100～800mg/kg。我国目前尚无发酵豆制品生物胺的限量值规定。JIN S M等[46]从豆豉中分离到产生物胺的梭菌属（Clostridium）菌株和假单胞菌属（Pseudomonas）菌株。胡鹏等[47]利用HPLC对豆豉中的生物胺进行了测定，发现生物胺含量范围为101.07～427.19 mg/kg。丙烯酰胺是一种不饱和酰胺，具有神经毒性和潜在致癌性，易引起动物的神经退行性改变。文安燕等[48]通过高效液相色谱-串联质谱（HPLC-MS/MS）检测，发现水豆豉、黑豆豉、豆瓣酱以及腐乳中均含有一定量的丙烯酰胺，其中豆瓣酱和黑豆豉中的含量较高。目前虽未见食用豆豉等发酵豆制品致病的实例报道，但在发酵豆制品中检测到一定量的丙烯酰胺，尤其豆瓣酱和豆豉中的丙烯酰胺含量相对较高。丙烯酰胺属中等毒类，在体内有蓄积作用，进而会影响神经系统功能。1993年，世界卫生组织曾规定饮用水中的丙烯酰胺含量≤0.5 μg/L，但各国对食品中的丙烯酰胺均无限量值规定。1994年，国际癌症研究中心将丙烯酰胺列为2A类致癌物，对人体有潜在的致癌性。因此，发酵豆制品生产企业应优化生产工艺，最大限度降低传统发酵豆制品中的有毒有害物质含量，相关部门应对传统发酵豆制品中的生物胺和丙烯酰胺等进行限量值规定，并将限量值纳入传统发酵豆制品的质量标准，科学质量标准的制定将有利于将我国传统发酵豆制品尽快推向国际市场。

2.2 发酵豆制品中可能存在的有害微生物

尽管传统发酵豆制品发酵时有各自的发酵用菌株，但由于其制作过程大多为开放式“自然发酵”，发酵过程容易污染杂菌，因此，传统发酵豆制品的制作实际上是一个多菌混合发酵过程。HAN B Z等[49]用静止法和不连续翻转法发酵腐乳时，在豆腐坯中检出金黄色葡萄球菌、大肠杆菌以及蜡样芽孢杆菌等致病菌。罗信旭等[50]对细菌型豆豉不同发酵时期蜡样芽孢杆菌污染情况进行动态检测，发现自发发酵过程中的蜡样芽孢杆菌数量高达2.3×104CFU/g，长期大量食用细菌型豆豉存在潜在风险。白凤岚等[51]从130份食品中分离得到23株蜡样芽孢杆菌均携带不同的毒力基因，其中16株携带毒力基因nhe B和ent FM，检出率为69.3%，14株携带毒力基因nhe A和nhe C，检出率为60.9%，毒力基因hbl D在11株菌株中检出，检出率为47.8%，这些毒力基因的存在可能增加蜡样芽孢杆菌的溶血风险。因此，应尽快建立准确、高效的病原微生物检测方法（如PCR检测法），加大对传统发酵豆制品中潜在病原微生物的检测力度，尽快制定传统发酵豆制品病原微生物检测标准，为消费者提供安全食用保障。

2.3 发酵豆制品中的高盐危害

豆制品在发酵过程中容易混入杂菌，为减少杂菌污染，发酵豆制品在制作过程中会添加大量食盐来防腐。酱油含盐量高达18%，豆豉含盐量为10%～15%，豆酱含盐量在10%以上。鲁超等[52]利用近红外光谱对王致和腐乳盐坯中盐分含量进行测定，发现不同腐乳盐坯含盐量为7.10%～18.61%。由于含盐量过高，导致我国传统发酵豆制品目前多用作调味品使用。目前已知，食盐量过高是导致高血压等慢性疾病的重要原因之一。张海涛等[53]通过正交试验极差分析和多指标综合评定，设计了低盐腐乳的发酵工艺，在保证腐乳的感官性质和理化性质的前提下，低盐腐乳的盐含量可降低至5.39 g/100 g。因此，发酵豆制品生产企业应不断创新生产工艺，减少食盐添加量，今后有必要将盐含量纳入发酵豆制品的质量标准。

3 结语

尽管传统发酵豆制品的生产与加工在我国已有上千年历史，然而国内对传统发酵豆制品的研究大多集中于产品营养与风味方面，目前对传统发酵豆制品中新活性物质的挖掘还非常有限。我国作为传统发酵豆制品的发源地，应尽快建立传统发酵豆制品的质量标准，在保证有益活性物质含量的同时，彻底消除质量安全隐患。另外，由于含盐量较高，目前我国传统发酵豆制品大多只用作调味品。相比之下，由我国豆豉传到国外加以改良后研制的纳豆和天贝含盐量较低，更适合消费者直接食用。值得注意的是，近年来有关纳豆和天贝的新的研究成果不断被报道。我国传统发酵豆制品要延续和发展下去，必须不断挖掘优良菌种，规范发酵工艺，解析发酵机制，深入研究传统发酵豆制品中新活性物质的种类与结构，不断研发具有我国自主知识产权、功效物质和作用机制明确、安全性高的创新型传统发酵豆制品，通过制定科学的传统发酵豆制品质量标准，将我国的高科技功能型发酵豆制品尽快推向世界。