張鴻儒，謝晉，韓迪，連家威，王靖

(中國農業(yè)科學院 農業(yè)部食物與營養(yǎng)發(fā)展研究所，北京，100081)

我國是大豆的故鄉(xiāng)，豆制品在飲食文化中具有悠久的歷史。大豆中蛋白質含量高，大豆蛋白具有降血脂、預防心血管疾病等保健功能。但是大豆中的大分子蛋白質不利于人體吸收消化，經過發(fā)酵，大豆蛋白的消化吸收率提高，同時可改善礦物質元素的吸收。20世紀初，發(fā)酵豆奶開始逐步得到發(fā)展。已知最早的發(fā)酵豆奶由LI于1910年在法國巴黎建廠生產；1929年，美國出現(xiàn)第一家制造銷售發(fā)酵豆奶的公司；日本在20世紀80年代引入發(fā)酵豆奶技術；至2012年，全球已開發(fā)174個發(fā)酵豆奶品牌[1]。經過一個世紀的探索發(fā)展，發(fā)酵豆奶從最初的純豆奶發(fā)酵到添加營養(yǎng)強化劑、其他輔料，其原料加工和發(fā)酵工藝發(fā)展迅速。2017年10月，在上海召開“2017年豆基蛋白飲品及發(fā)酵營養(yǎng)技術升級高峰論壇”，大會積極推動新型豆基發(fā)酵奶發(fā)展，對于大豆食品多樣化創(chuàng)新發(fā)展具有重要意義。

1 新型豆基發(fā)酵奶

新型豆基發(fā)酵奶是以大豆或大豆粉、大豆分離蛋白為主要原料，可添加營養(yǎng)強化劑、食品添加劑和其他食品輔料后經發(fā)酵制得的產品。根據原料分為：發(fā)酵原漿豆奶(豆乳)、發(fā)酵調制豆奶(豆乳)和發(fā)酵豆奶(豆乳)飲料，如表1所示。

新型豆基發(fā)酵奶的發(fā)展與豆奶產業(yè)緊密相連。

表1 新型豆基發(fā)酵奶的分類[2]Table 1 The classification of the new soybean yogurt

近年來，中國大陸及臺灣地區(qū)、日本、泰國等地豆奶年消費量逐年增長。如表2所示，2016年我國大陸地區(qū)豆奶人均年消費量低于日本、中國臺灣地區(qū)、泰國。國內主要豆奶品牌有維維豆奶、豆本豆、永和豆奶等品牌。日本豆奶產業(yè)發(fā)展迅速，主要品牌有紀文豆?jié){、丸三愛、福連、不二制油等。在美國，豆奶從20世紀80年開始流行，主要品牌有Silk、Soy Dream、Vitasoy等。目前，世界范圍內新型豆基發(fā)酵奶品牌有Sojade、Nancy′s、Danone BIO、不二制油等。目前我國欠缺有較大影響力的品牌產品，究其原因主要是產品風味和口感欠佳。近年來，新型豆基發(fā)酵奶因其健康功效引起人們的重視。2017年6月，國務院推出《國民營養(yǎng)計劃(2017-2030)》，提出著力發(fā)展新型營養(yǎng)健康食品。新型豆基發(fā)酵奶作為一種健康食品，不僅適合乳糖不耐癥的人群，易消化吸收，而且具有降低膽固醇、預防心血管疾病等保健功能，是一種較優(yōu)的食物選擇。

表2 豆奶消費水平Table 2 The consumption of soybean milk

來源：日本豆乳協(xié)會2016年世界豆乳消費比較。

2 新型豆基發(fā)酵奶生產中的欠缺

豆奶作為新型豆基發(fā)酵奶的原料，豆腥味影響發(fā)酵奶的接受度，特別是西方消費者對豆腥味較為敏感。發(fā)酵菌種的特性與產品風味和組織狀態(tài)有緊密聯(lián)系。當前的研究在豆腥味去除和發(fā)酵菌種方面存在一定不足。

在原料方面，豆腥味主要來源于磨漿過程中亞油酸、亞麻酸等不飽和脂肪酸在脂肪氧化酶(Lipoxidase, LOX)催化下氧化分解生成醛類、酮類、醇類、酚類等揮發(fā)性呈味物質(如圖1所示)。

圖1 豆腥味形成機理[3]Fig.1 The formation mechanism of beany flavor

新型豆基發(fā)酵奶中使用的菌種主要是動物源益生菌，植物源益生菌的研究較少。而豆奶與牛奶相比不含乳糖，缺乏益生菌利用的單分子碳源。在殺菌方面，高溫殺菌會使局部蛋白質變性，降低營養(yǎng)價值。

3 新型豆基發(fā)酵奶的研究進展

新型豆基發(fā)酵奶加工過程主要包括：原料→磨漿→配料→均質→滅菌→冷卻→接種→發(fā)酵→灌裝→冷藏→發(fā)酵豆奶。生產中為了保證產品風味、口感及食品安全，去除豆腥味、殺菌及發(fā)酵菌種的選擇是加工生產的重點。下文將從大豆品種、鈍化酶活、風味調節(jié)劑、殺菌工藝、發(fā)酵菌種等方面進行介紹。

3.1 大豆品種

大豆品種的品質特性與大豆產品的品質和加工技術密切相關[4]。大豆中的脂肪氧化酶(LOX)是影響新型豆基發(fā)酵奶風味的重要因素。因此，生產中使用缺失LOX的大豆品種，避免了加工過程中的去腥步驟。1990年，在日本發(fā)現(xiàn)了一種缺失全部LOX的大豆。1991年，日本學者誘導大豆種子培育出缺少脂肪氧化酶的大豆品種[5]。我國在缺失LOX的大豆選育方面也有進展，2002年，國內育成了第一個缺失TI和Lox2，3的三缺大豆品種[6]。2005年，中國學者韓粉霞等[7]培育出脂肪氧化酶3種同工酶全缺失的大豆新品種。

3.2 鈍化酶活

豆腥味影響新型豆基發(fā)酵奶的風味，主要是因為不飽和脂肪酸在脂肪氧化酶(LOX)催化下氧化分解生成醛類、酮類、醇類、酚類等揮發(fā)性呈味物質。研究發(fā)現(xiàn)，LOX活性降低，引起豆腥味減弱。因此，鈍化LOX活性是當前降低豆腥味的有效方法，包括熱處理、化學法(酸堿法、金屬螯合法)[8]。

熱處理是目前工業(yè)中常用的鈍化酶活方式。直接蒸汽加熱法與傳統(tǒng)直火加熱法相比，產品的豆腥味較低。磨漿溫度的差異，也會影響風味物質的含量[9]。熱磨漿的溫度≥80 ℃，豆腥味顯著下降；溫度≥110 ℃，豆腥味降低?；瘜W法主要有酸堿法、金屬螯合法。酸堿法：通過調節(jié)豆奶的pH值影響LOX活性，降低豆腥味。通常把大豆浸泡在檸檬酸溶液、NaOH溶液或NaHC03溶液中。金屬螯合法：LOX是一種非血紅素鐵蛋白，鐵離子促進其氧化還原反應，磨漿前加入磷酸鹽、乙二胺四乙酸等螯合鐵離子，抑制不飽和脂肪酸的氧化分解。

熱處理鈍化酶過程中容易破壞營養(yǎng)物質，影響產品品質。脈沖電場(pulsed electric fields, PEF)是一種非熱食物加工及保存方法，在殺菌和抑制酶活性的同時保證食物最高品質的口感、顏色、質構和營養(yǎng)價值。研究發(fā)現(xiàn),脈沖電場對大豆和豌豆中的LOX起到鈍化效果[10]。YING[11]研究PEF使大豆中的LOX失活，隨著處理時間、脈沖強度、脈沖頻率和脈寬的增大，LOX活性逐漸降低。徐婭莉[12]研究脈沖電場會導致LOX失活，失活率與電場強度和脈沖數(shù)相關。鐘葵[13]研究脈沖電場破壞了LOX二級和三級結構，從而鈍化酶活性。

3.3 風味調節(jié)劑

風味調節(jié)劑通過添加競爭吸附苦味受體阻滯劑或掩蓋豆奶中的豆腥味，通常添加環(huán)糊精和其他風味物質。環(huán)糊精能夠包埋亞油酸分子，抑制與LOX接觸，降低豆腥味。王金鵬[14]研究發(fā)現(xiàn)，環(huán)糊精濃度越高，降低豆腥味的效果越好。掩蓋豆腥味方面，主要添加濃縮果蔬汁。國外，通常將新型豆基發(fā)酵奶調成草莓、蘋果、花生、玉米等味道掩蓋豆奶的不良風味，例如BIO開發(fā)出草莓味發(fā)酵豆奶，不二制油開發(fā)出藍莓味發(fā)酵豆奶等。

3.4 殺菌工藝

在發(fā)酵過程中，去除雜菌有益于益生菌的生長，對于品質控制具有重要意義。巴氏殺菌方法不能完全地殺死耐熱芽孢，超高溫瞬時滅菌方法殺菌效果較好，但會使局部蛋白質變性。超高壓殺菌是在常溫下利用高壓殺菌，主要是破壞細菌內部蛋白質的共價鍵，蛋白質酶失活，達到殺菌效果，但是對高黏度的溶液和耐熱芽孢的殺菌效果不明顯。微波殺菌是一種新型殺菌方式，利用微波的熱效應和非熱效應，表面與內部受熱，時間短，有效殺死芽孢[15]，食物的顏色、質地和營養(yǎng)能夠較好地保存。1969年，首次報道微波處理巴氏殺菌的生牛乳[16]。微波加熱作用于巴氏殺菌奶已經經過了長時間的研究和商業(yè)實踐[17]。黃敏璋[18]研究微波殺菌在豆?jié){飲料中應用，與傳統(tǒng)水浴殺菌相比，細菌生長緩慢，延長保質期。但是微波殺菌缺少有效的行業(yè)標準，需要單獨設計殺菌設備，生產成本增加，因此沒有得到大范圍推廣[19]。

3.5 發(fā)酵菌種

發(fā)酵菌種的特性對產品的質量和功能特性有很大影響。研究者們通過選育出適合豆基發(fā)酵奶的菌種，優(yōu)化產品風味和口感。微生物育種主要包括自發(fā)突變育種、誘變育種和生物工程育種。一般的食品研究院校較多采用自然篩選和自發(fā)突變育種培育新的食物益生菌。涂順明等通過自發(fā)突變育種，發(fā)酵品質和凝乳時間的穩(wěn)定性作為標準，馴化出豆基發(fā)酵奶專用菌種。

研究發(fā)現(xiàn)，雙歧桿菌(Bifidobacterium)、植物乳桿菌(Lactobacillusplantarum)、瑞士乳桿菌(Lactobacillushelveticus)、干酪乳桿菌(Lactobacilluscasei)應用于豆基發(fā)酵奶中。劉麗莎[20]使用產生胞外多糖的雙歧桿菌，并添加胞外多糖，與豆奶的風味相結合提高滋味氣味，降低豆腥味，提高豆基發(fā)酵奶的組織形態(tài)。趙麗麗[21]從自然界中篩選出1株具有遺傳穩(wěn)定性的植物乳桿菌，用來制備豆基發(fā)酵奶，發(fā)酵后的大豆異味物質(己醛)含量顯著降低，并且產生了乳香味物質2、3-丁二酮。王水泉[22]把植物乳桿菌L.plantarumP8與幾種嗜熱鏈球菌分別復配，用于豆奶和牛奶發(fā)酵，發(fā)酵時間、酸度、黏度、風味等方面表現(xiàn)良好。張京[23]從酸菜汁中分離到1株植物乳桿菌，并用此菌發(fā)酵豆奶，產品在4 ℃條件下貯藏穩(wěn)定，酸度變化較小，菌種存活率達到91.2%。GAN[24]從傳統(tǒng)泡菜中分離出1株植物乳桿菌，能夠在豆奶中生長，發(fā)酵(37 ℃，10 h)活菌數(shù)達到9.17 lg CFU/mL。瑞士乳桿菌是一種新型的發(fā)酵菌種，與其他益生菌相比具有較強的蛋白水解活性。瑞士乳桿菌和干酪乳桿菌組合發(fā)酵純豆奶，產酸能力強[25]。唐雨萌等[26]分別把干酪乳桿菌和瑞士乳桿菌在豆奶中發(fā)酵，能夠利用大豆糖源，水解大豆蛋白形成凝乳。韓璞[27]從乳制品、保健品和微生態(tài)制劑中分離出干酪乳桿菌作為酸豆奶的發(fā)酵菌種，有較好的酸化能力，活菌數(shù)可達1.7×9 lg CFU/mL。

3.6 其他新型技術

除了以上的研究進展外。目前也有采用蛋白脫酰胺法降低蛋白質與風味物質結合，有利于去除不良風味[28]。大豆發(fā)芽法降低LOX活性，豆腥味減弱[29]。華欲飛等研發(fā)出無氧磨漿技術，磨漿過程中隔絕氧氣，防止不飽和脂肪酸氧化降解，沒有豆腥味，但是整體豆味降低。郭順堂等[30]研發(fā)出微壓煮漿法，壓力介與1～2個標準大氣壓，提高非豆腥味物質含量，豆奶整體風味效果優(yōu)于常壓煮漿。日本不二制油公司的USS特殊分離方法，磨漿過程不破壞細胞壁，LOX無法與不飽和脂肪酸接觸，豆腥味較低。

4 新型豆基發(fā)酵奶的生理功能

新型豆基發(fā)酵奶包含大豆蛋白、益生菌以及其他大豆營養(yǎng)物。大豆蛋白具有降血脂、減肥、降低膽固醇等功效[31]。大豆異黃酮具有防治癌癥、降低膽固醇、抗動脈粥樣硬化癥等功效。益生菌具有提高免疫力、抗癌、改善血脂、抗氧化等功效[32]。新型豆基發(fā)酵奶的部分蛋白質在發(fā)酵過程中被降解成低分子的肽、氨基酸等，更易于被人體消化吸收。植物乳桿菌和兩歧雙岐桿菌混合發(fā)酵豆奶，小肽含量增加27.12%，氨基酸含量增加9.95%[33]。因此新型豆基發(fā)酵奶結合益生菌和大豆的特性具有多種生理功能，下文將從提高免疫力、抗癌、降低膽固醇等方面介紹。

4.1 提高免疫力

益生菌是對人體有益的微生物，當達到一定的攝入量對宿主的生理活動產生有益的影響，益生菌是一種免疫調節(jié)劑，在孕婦的產前營養(yǎng)優(yōu)化中使用，能夠有效地預防新生兒過敏。植物乳桿菌能夠產生有機酸、雙乙酰、抗菌化合物等抑制致病菌的生長繁殖，激活腸粘膜免疫系統(tǒng)[34]。KWON等[35]研究復合益生菌能夠增強新一代的調節(jié)T細胞。新型豆基發(fā)酵奶中大豆蛋白被益生菌降解成大豆肽，國明明[36]研究正常小鼠和免疫缺損的小鼠，發(fā)現(xiàn)大豆肽對兩種小鼠的免疫功能都有增強作用。研究發(fā)現(xiàn)，大豆肽與酪蛋白肽相比，大豆肽對巨噬細胞的吞噬作用更顯著。富校軼等[37]研究發(fā)現(xiàn)超濾大豆蛋白肽能夠增強小鼠免疫力，提高免疫低下小鼠的肝臟指數(shù)。

4.2 抗癌

益生菌和大豆具有抗癌功效，其抗癌機制目前不太明確，可能是通過腸道菌群代謝，提高宿主免疫應答和對結腸的保護來實現(xiàn)抗癌[38]，pH值的降低可能會影響結腸癌的發(fā)病率[39]。在結腸中，益生菌通過微生物發(fā)酵產生短鏈脂肪酸，能夠提高凋亡細胞數(shù)，從而降低結腸癌的發(fā)病率。BIASCO等[40]研究發(fā)現(xiàn)腸道癌的患者食用嗜酸桿菌和雙歧桿菌后，腸道的pH明顯降低。雙歧桿菌是一種生物反應調節(jié)劑，能夠激活單核巨噬細胞，發(fā)揮抗癌作用[41]。大豆中存在一種抗癌肽(Lunasin)，起到強烈的抑癌作用[42]。大豆異黃酮在體外能夠抑制前列腺癌癥細胞的生長。大豆皂苷可能會降低蛋白激酶活性、干擾細胞周期、破壞細胞膜及誘導凋亡而起到抗腫瘤的作用[43]。吳非[44]探究大豆分離蛋白在不同酶的降解下，測定不同酶產物對癌細胞的生長抑制率，結果表明大豆蛋白在合適的酶降解條件下能夠顯著提高其抗癌特性。

4.3 降低膽固醇

益生菌發(fā)酵制品不僅可以調節(jié)腸道菌群，還能夠在人體及動物體內發(fā)揮降低膽固醇的作用。益生菌產生的胞外多糖能夠把膽固醇吸附在細菌表面或細胞膜內，從而清除膽固醇。腸道的某些益生菌能夠水解膽鹽，更易排除體外，達到降低膽固醇的效果。也有研究者提出，益生菌在發(fā)酵過程中產生的短鏈脂肪酸限制了肝臟合成膽固醇，減少膽固醇含量[45]。ATAIE-JAFARI[46]研究嗜酸乳桿菌Lactobacillusacidophilus和雙歧桿菌的混合發(fā)酵劑益生菌酸奶對膽固醇水平的影響，發(fā)現(xiàn)輕中度高血清膽固醇患者的血清膽固醇水平降低。HARRISON等[47]研究發(fā)現(xiàn)嬰兒攝入嗜酸乳桿菌的發(fā)酵酸奶血清膽固醇水平明顯降低。大豆蛋白水解得到的某些肽類具有降低膽固醇的功效，阻礙膽汁酸或膽固醇吸收，抑制膽固醇的合成[48]。趙秀娟等[49]比較大豆蛋白和大豆活性肽對大鼠膽固醇代謝的影響，結果表明大豆活性肽降低血漿膽固醇作用強于大豆蛋白。SIRTORI等研究證實大豆低分子小肽具有降低膽固醇的效果[50]。

4.4 其他生理功能

益生菌在抗菌、減肥、抗炎、抗高血壓等方面也得到有效的證實。研究發(fā)現(xiàn)青春雙歧桿菌能分泌抗菌物質，可能是多糖，對革蘭氏陽性菌的抗菌能力較強[51]。張曉磊等[52]使用益生菌(干酪乳桿菌、植物乳桿菌和雙歧桿菌)混合發(fā)酵豆奶，能夠顯著降低小鼠腹部和腎周脂肪指數(shù)，并有效地改善肝脂肪堆積。長期使用大豆制品能夠延緩動脈粥樣硬化，降低心血管疾病的發(fā)生[53]。史曉艷[54]對惡性腫瘤患者化療過程中給予雙歧桿菌，對照組僅單純化療，結果發(fā)現(xiàn)給予雙歧桿菌組減弱腸道黏膜炎癥。

5 新型豆基發(fā)酵奶的展望

目前，同發(fā)達國家相比，我國新型豆基發(fā)酵奶的生產工藝較為落后，產品口味單一，知名企業(yè)較少，但是發(fā)展?jié)摿Υ蟆Ｈ藗兘】档南M觀念逐漸形成，對新型豆基發(fā)酵奶的需求也會越來越大。從食品研發(fā)角度，新型豆基發(fā)酵奶的未來研究應注重于風味改進，產品多元化，原料擴展到綠豆、紅豆、豌豆等豆類。充分利用大豆與益生菌的功能特性，例如大豆蛋白的乳化性、起泡性、凝膠性、吸油性，或培育出胞外多糖代謝高的發(fā)酵菌改善產品組織形態(tài)，從而降低食品添加劑的使用。從營養(yǎng)方面，保留大豆中的功能性成分，例如大豆中大豆異黃酮，大豆皂苷等物質，開發(fā)出營養(yǎng)且美味的新型豆基發(fā)酵奶。