发酵果蔬的功能及应用现状

周 明，魏 颖，晏永球，贾福怀，凌 空，陆 路，毕 园，谷瑞增，鲁 军*

（1.中国食品发酵工业研究院有限公司，北京 100015；2.浙江大学生物系统工程与食品科学学院，浙江杭州 310058；3.宁波御坊堂生物科技有限公司，浙江宁波 315012）

随着生活水平的提高、消费观念的改变以及饮食结构的改善，消费者对自身健康意识逐步增强，他们普遍希望能从天然、绿色、营养的食材中获取有利于健康的食物。我国农产品种类丰富，可食用资源充足，但由于加工技术落后等原因，使大量有价值的果蔬原料未被有效利用，造成严重浪费。现代发酵技术的引入，不仅很好地解决了在食品行业的上述问题，还为人们的饮食增加了更多的选择。

近年来，市场上陆续出现了一些利用益生菌对果蔬原料进行发酵的灭活发酵型产品[1-2]。所谓的果蔬发酵是指利用一种或多种新鲜水果、蔬菜、食用菌等，在单一或复合乳酸菌的作用下进行一定时间的发酵而得到的汁类饮品，也被称为酵素[3]。经发酵工艺制备的果蔬产品，不仅提升了原有营养物质的含量，还能引入新的功能成分和赋予全新的口感。在功效方面，也能起到增强机体免疫力、调节肠道菌群、增强抗氧化性、降血糖、降血脂等作用。在形式方面，随着包装技术和材料的改进与创新，果蔬产品包装上出现了很多新型终端产品样式，从而更符合现代人们的生活习惯与需求。除此之外，发酵制品仍存有不足之处，今后，专业研究人员还需继续通过更先进的手段、理念去加以优化、提升和完善。

1 我国果蔬原料应用现状

我国是果蔬生产大国，据国家统计数据显示，自1993年起我国果蔬产量已连续数年占世界总产量的第一位。我国果蔬在种植、加工等技术的提升下，产量呈逐年上升趋势。其中，2020 年我国水果产量2.6 万t、同期蔬菜产量达到7.2 万t。在产品形式上，果蔬罐头、果蔬汁、速冻或干制果蔬制品、酱腌果蔬及鲜切果蔬在市场上较为常见[4]。

果蔬的初加工是指对果蔬进行一次性的不涉及果蔬内在成分改变的加工，一般只是使果蔬发生量的变化而非质的变化。果蔬的精深加工是指对果蔬进行两次以上的加工，主要是指对蛋白质资源、纤维资源、油脂资源、新营养资源及活性成分的提取和利用。我国近年来尽管在果蔬加工方面具有一定的优势，但也存在一些问题：（1）我国果蔬加工利用率低，仅占30%，而发达国家高达70%，与发达国家相比还存在着较大的差距。其中，蔬菜加工率不到1%。由此造成新鲜原料损耗率高，水果损耗率在30%左右，蔬菜损耗率在50%左右；（2）原料种植规模小，收获期集中，供应周期短；（3）品质参差不齐，加工造成营养损失。如大量的风落果、残次果、下脚料等，这些原料中虽含有对人体有益的功效成分，如多糖、低聚糖、膳食纤维、多酚、黄酮等[5]，但因品质问题未能被有效利用。现代发酵技术的应用，能够有效防止新鲜果蔬腐烂、霉变等问题，还能使原料发生物理、感官、营养的变化，从而改善其口感、风味，增加营养[6]。

2 常见用于果蔬发酵的乳酸菌

乳酸菌（lactic acid bacteria，LAB）是将糖类（如葡萄糖、乳糖等）发酵为乳酸的一类无芽孢、革兰氏染色阳性细菌的总称[7-8]。乳酸菌种类多，并广泛分布于生物界。根据《伯杰氏系统细菌学手册》介绍，乳酸菌包括乳杆菌属、明串珠菌属、链球菌属、双歧杆菌属、片球菌属、产孢乳杆菌属等[9]。其中，发酵中应用最多的是乳杆菌属和明串珠菌属，根据发酵最终产物分为同型发酵和异型发酵两类。

2.1 同型乳酸发酵的乳酸菌

同型乳酸发酵是发酵中应用最广泛的一类，它是将碳源几乎全部转化为乳酸，常见的有保加利亚乳杆菌、瑞士乳杆菌、植物乳杆菌、嗜酸乳杆菌等。有研究表明，利用保加利亚乳杆菌发酵红树莓汁，可以增加果汁风味，同时可使乳酸和柠檬酸含量分别增加2.48 倍和1.75 倍，总氨基酸和必需氨基酸含量提高41.55%和54.17%[10]。张业芳等[11]研究显示植物乳杆菌可提高猕猴桃果浆中总酚和总黄酮含量。Simsek 等[12]利用植物乳酸菌对番茄、胡萝卜、菊苣等5 种以上蔬菜进行发酵，发现所得产品具有葡萄糖苷酶抑制和凝血活性作用。李信等[13]研究了乳酸菌对菊芋汁发酵的影响，得出植物乳杆菌可提高乳酸含量至11.91 mg/mL，同时产生微量香味成分双乙酰和乙偶姻。

2.2 异型乳酸发酵的乳酸菌

异型乳酸发酵型除能将碳源大部分转化为乳酸外，还会产生乙醇、乙酸、二氧化碳等物质，常见的有明串珠菌、短乳杆菌、乳酸杆菌等。Li 等[14]研究显示肠膜明串珠菌YZ 有利于苹果汁发酵，乳酸产量是复合发酵剂的3～6 倍。姚永红等[15]将苹果酒用肠膜明串珠菌WZ30-2 进行二次发酵后，经液相色谱分析得出，苹果酸含量降低了3 789.81 mg/L，乳酸含量升高了2 250.31 mg/L。发酵后经GC/MS 检测出51 种风味物质，其中挥发性成分增加了8.727 mg/L，香气也更加饱满圆润。张晶等[16]采用短乳杆菌发酵苹果汁，用高效液相色谱法测定得出苹果汁中的总酸含量为2.61 g/100 g，其中乳酸、富马酸、乙酸、奎宁酸含量明显提高。严维凌等[17]选用番茄汁、胡萝卜汁，对保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌、嗜酸乳杆菌和两歧双歧杆菌开展不同方式的混合，结果显示，嗜热链球菌、双歧杆菌、嗜酸乳杆菌配合发酵，在产生乳酸基础上，还生成了部分乙酸和双乙酰、醛、醇等风味成分。

3 果蔬发酵后的功能功效

发酵果蔬中含有丰富的营养和功能性成分，因加工原料配比和工艺不同，而导致功能各异，研究发现其对人体有一定的生理功效。

3.1 增强机体免疫

机体免疫是人体自身的防御机制，多糖类、多酚类、黄酮类是具有一定免疫调节作用的功能性物质，也是果蔬发酵后研究较多的物质。尹曼等[18]研究发现，十七种复合果蔬经发酵后形成的有机酸、小分子酚酸等物质对小鼠脾淋巴有一定的增殖和抗氧化能力。采用分级萃取后发现正丁醇相具有较好的促进T/B 淋巴细胞增殖的作用，乙酸乙酯相具有保护脾淋巴细胞免受氧化应激损伤的作用。吴彬彬等[19]研究发现植物果蔬发酵液具有降低丙二醛含量和增强总过氧化氢歧化酶活性的能力，表明其可改善S180 荷瘤小鼠免疫调节功能。王智鼎等[20]研究发现，将54 种果蔬混合发酵后的饮品对小鼠进行灌胃，通过迟发型变态反应试验和ConA 诱导脾淋巴细胞转化实验证实，发酵汁可增加足趾厚度和增强T 淋巴细胞活性；通过抗体生成细胞证实其还可显著增强B 淋巴细胞产生相应抗体的功能。

3.2 调节肠道菌群

随着生活节奏加快、饮食结构改变，便秘、肥胖等病症的人数有所增加，影响身体健康[21]。发酵果蔬富含膳食纤维、有机酸、低聚糖等功能物质，可起到缓解和改善肠道菌群的作用。李倩倩[22]研究显示，小西芹浆水经乳杆菌属和片球菌属发酵的代谢物质对粪肠球菌具有明显的抑制作用。杨莉丽等[23]研究显示服用复合果蔬发酵汁后，能够对肠易激综合征患者肠道菌群丰度有一定的改善作用。朱艳等[24]研究显示，复合果蔬发酵汁能显著增强益生菌，有效抑制大肠菌群的黏附性。对发酵液进行分级萃取后，正丁醇相抑制大肠杆菌黏附的效果在质量浓度为200 μg/mL 时最好，黏附率降低了20.11%。

3.3 增强抗氧化

人体因与外界的持续接触，导致污染、放射线照射、氧化呼吸等因素不断在体内产生自由基。研究表明，癌症、衰老或某些疾病与过量自由基产生氧化有关。果蔬发酵物中的酚类物质能在细胞和生理水平上起到防止氧化的作用。Galleano 等[25]研究得出果蔬中酚类可以对某些人群起到改善血压的作用。陈永芳等[26]用鼠李糖乳杆菌对胡萝卜汁发酵后，结果发现，其中的槲皮素含量比发酵前提高了243.91%，对DPPH 和羟基自由基的清除率分别为70.6%和26.45%，比发酵前提高了30.42%和21.45%。赖婷等[27]将桂圆肉用7 种不同乳酸菌发酵，分析得出植物乳杆菌释放结合态酚类物质能力最强，可使游离态酚类含量增加11.9%，游离态总黄酮含量增加19.6%。乳酸菌发酵后，桂圆肉游离态铁离子还原能力和氧自由基吸收能力分别提高11.8%和59.1%。

3.4 其他功能

果蔬发酵物中还具有辅助降血糖、降血脂、抗疲劳等的功能性物质。张小凤[28]研究得出复合发酵饮料对α-葡萄糖苷酶的抑制率为61.35%，显著高于未发酵液。甘奕[29]研究表明山楂经发酵后可使高脂饮食大鼠肝脏恢复正常，并可缓解肝脏中脂肪的堆积。褚巧芳等[30]研究发现果蔬发酵汁能明显增加乳酸脱氢酶含量，从而加速乳酸转化，减少在体内积累而延缓疲劳。

4 果蔬发酵产品现状

20 世纪80 年代，果蔬发酵类产品从日本流入欧、美，出现在养生会所、高档商场及餐厅，成为最受欢迎的健康饮品，也是营养专家推荐健康食谱中不可缺少的，常被人们用作礼品馈赠亲友。在日本及台湾等地的传统制作中，采用的是大量应季果蔬，清洗后切块，利用高糖造成渗透压差，从果蔬块中采集汁液，再利用自然接种或者人工接入相应菌种进行发酵，属于传统发酵，缺乏现代生物加工技术，生产规模较小，产品品质难以保证，发酵周期长，产率低，风味不易控制，且原料来源受产地气候变化、时间等因素影响，产品品质不稳定；含糖量高，不适合诸如糖尿病等人食用。尽管如此，果蔬发酵饮料由于其天然性、安全性和保健功能，因此在市场中价格仍然居高不下，供不应求。

世界各国都将生物技术视为21 世纪最有潜力的技术，而天然果蔬发酵产品已成为当前的研究热点，果蔬发酵产品对人体的重要作用使其成为未来生物科技发展的重要领域。由于发酵饮料利用微生物发酵萃取天然果蔬原料之精华，浓缩了微生物代谢生成的有机酸、功能性低聚糖、多肽等功能成分，具有调节肠道菌群平衡、提高免疫力、润肠通便、排毒养颜、延缓衰老、消除自由基、抗肿瘤、抑制炎症、清除血管垃圾等功效，再加上易吸收、符合现代营养保健理念等，因此备受人们喜爱。日本、韩国、德国等国家都进行了发酵果蔬汁的研究与开发，尤其是日本，大力开发果蔬饮料市场，发展态势迅猛。2001年，日本大制药公司开发了名为“蔬菜的战士”的植物性乳酸菌发酵蔬菜汁饮料产品，其中有大蒜、甘薯、南瓜、西红柿等富含胡萝卜素的8 种蔬菜，营养丰富，颇受市场欢迎。2010 年，瑞典Skane 公司推出了一款发酵果汁，医学证据表明其所含的益生菌可以促进女性对铁的吸收。发酵类产品在西方的功能性食品领域已占据很大份额，发酵果蔬汁随着日本、韩国市场的成熟逐渐引入了我国。最初，产品都是采用玻璃瓶装，这种包装存在体量大、沉重、不方便运输等问题。近年，随着生产技术和包装材料的不断改进，陆续出现了颗粒粉、片剂、胶囊、浓缩液等商品形式，解决了快节奏生活下，消费者的携带、服用、营养、储存等问题[31]。

5 结语

我国果蔬资源丰富、品种多、产量大，果蔬原料经过发酵，不仅改善了风味和口感，而且提升了功能成分的含量，形成了一种新的产品形式，为消费者提供了有益于身体健康的饮品。在菌种选择方面也可不局限于乳酸菌等传统益生菌类菌株，可考虑添加酵母菌、醋酸菌等，使其更好地分解果蔬中的大分子营养物质，便于人体吸收。发酵产品功能显著，尤其在增强免疫、调节肠道菌群、抗氧化方面有较明显的效果，但果蔬的营养物质被菌种利用和转化机理还有待进一步研究，同时针对产品中功能成分对人体的代谢作用也需深入研究，并且需要系统分析产物中起作用的物质成分。

发酵技术有效缓冲了新鲜果蔬在集中收货期内不易贮藏的问题，且提高了果蔬产品的营养价值，但还是存在一些问题，如产品颜色单一、含活菌发酵型产品较少、功能性物质不明确等。未来可运用新工艺来改进发酵产品的感官等问题，可以采用新技术制备具有活性益生菌的产品来丰富市场，可以利用新科研手段明确产品中是哪些功能性物质起到了功效的作用。

总之，在今后的研究中果蔬发酵的功能特性仍旧是市场关注的热点，开发出功能性好、风味独特、形式多样的果蔬发酵产品是消费者的诉求。