新型豆基发酵奶研究进展

张鸿儒，谢晋，韩迪，连家威，王靖

(中国农业科学院 农业部食物与营养发展研究所，北京，100081)

我国是大豆的故乡，豆制品在饮食文化中具有悠久的历史。大豆中蛋白质含量高，大豆蛋白具有降血脂、预防心血管疾病等保健功能。但是大豆中的大分子蛋白质不利于人体吸收消化，经过发酵，大豆蛋白的消化吸收率提高，同时可改善矿物质元素的吸收。20世纪初，发酵豆奶开始逐步得到发展。已知最早的发酵豆奶由LI于1910年在法国巴黎建厂生产；1929年，美国出现第一家制造销售发酵豆奶的公司；日本在20世纪80年代引入发酵豆奶技术；至2012年，全球已开发174个发酵豆奶品牌[1]。经过一个世纪的探索发展，发酵豆奶从最初的纯豆奶发酵到添加营养强化剂、其他辅料，其原料加工和发酵工艺发展迅速。2017年10月，在上海召开“2017年豆基蛋白饮品及发酵营养技术升级高峰论坛”，大会积极推动新型豆基发酵奶发展，对于大豆食品多样化创新发展具有重要意义。

1 新型豆基发酵奶

新型豆基发酵奶是以大豆或大豆粉、大豆分离蛋白为主要原料，可添加营养强化剂、食品添加剂和其他食品辅料后经发酵制得的产品。根据原料分为：发酵原浆豆奶(豆乳)、发酵调制豆奶(豆乳)和发酵豆奶(豆乳)饮料，如表1所示。

新型豆基发酵奶的发展与豆奶产业紧密相连。

表1 新型豆基发酵奶的分类[2]Table 1 The classification of the new soybean yogurt

近年来，中国大陆及台湾地区、日本、泰国等地豆奶年消费量逐年增长。如表2所示，2016年我国大陆地区豆奶人均年消费量低于日本、中国台湾地区、泰国。国内主要豆奶品牌有维维豆奶、豆本豆、永和豆奶等品牌。日本豆奶产业发展迅速，主要品牌有纪文豆浆、丸三爱、福连、不二制油等。在美国，豆奶从20世纪80年开始流行，主要品牌有Silk、Soy Dream、Vitasoy等。目前，世界范围内新型豆基发酵奶品牌有Sojade、Nancy′s、Danone BIO、不二制油等。目前我国欠缺有较大影响力的品牌产品，究其原因主要是产品风味和口感欠佳。近年来，新型豆基发酵奶因其健康功效引起人们的重视。2017年6月，国务院推出《国民营养计划(2017-2030)》，提出着力发展新型营养健康食品。新型豆基发酵奶作为一种健康食品，不仅适合乳糖不耐症的人群，易消化吸收，而且具有降低胆固醇、预防心血管疾病等保健功能，是一种较优的食物选择。

表2 豆奶消费水平Table 2 The consumption of soybean milk

来源：日本豆乳协会2016年世界豆乳消费比较。

2 新型豆基发酵奶生产中的欠缺

豆奶作为新型豆基发酵奶的原料，豆腥味影响发酵奶的接受度，特别是西方消费者对豆腥味较为敏感。发酵菌种的特性与产品风味和组织状态有紧密联系。当前的研究在豆腥味去除和发酵菌种方面存在一定不足。

在原料方面，豆腥味主要来源于磨浆过程中亚油酸、亚麻酸等不饱和脂肪酸在脂肪氧化酶(Lipoxidase, LOX)催化下氧化分解生成醛类、酮类、醇类、酚类等挥发性呈味物质(如图1所示)。

图1 豆腥味形成机理[3]Fig.1 The formation mechanism of beany flavor

新型豆基发酵奶中使用的菌种主要是动物源益生菌，植物源益生菌的研究较少。而豆奶与牛奶相比不含乳糖，缺乏益生菌利用的单分子碳源。在杀菌方面，高温杀菌会使局部蛋白质变性，降低营养价值。

3 新型豆基发酵奶的研究进展

新型豆基发酵奶加工过程主要包括：原料→磨浆→配料→均质→灭菌→冷却→接种→发酵→灌装→冷藏→发酵豆奶。生产中为了保证产品风味、口感及食品安全，去除豆腥味、杀菌及发酵菌种的选择是加工生产的重点。下文将从大豆品种、钝化酶活、风味调节剂、杀菌工艺、发酵菌种等方面进行介绍。

3.1 大豆品种

大豆品种的品质特性与大豆产品的品质和加工技术密切相关[4]。大豆中的脂肪氧化酶(LOX)是影响新型豆基发酵奶风味的重要因素。因此，生产中使用缺失LOX的大豆品种，避免了加工过程中的去腥步骤。1990年，在日本发现了一种缺失全部LOX的大豆。1991年，日本学者诱导大豆种子培育出缺少脂肪氧化酶的大豆品种[5]。我国在缺失LOX的大豆选育方面也有进展，2002年，国内育成了第一个缺失TI和Lox2，3的三缺大豆品种[6]。2005年，中国学者韩粉霞等[7]培育出脂肪氧化酶3种同工酶全缺失的大豆新品种。

3.2 钝化酶活

豆腥味影响新型豆基发酵奶的风味，主要是因为不饱和脂肪酸在脂肪氧化酶(LOX)催化下氧化分解生成醛类、酮类、醇类、酚类等挥发性呈味物质。研究发现，LOX活性降低，引起豆腥味减弱。因此，钝化LOX活性是当前降低豆腥味的有效方法，包括热处理、化学法(酸碱法、金属螯合法)[8]。

热处理是目前工业中常用的钝化酶活方式。直接蒸汽加热法与传统直火加热法相比，产品的豆腥味较低。磨浆温度的差异，也会影响风味物质的含量[9]。热磨浆的温度≥80 ℃，豆腥味显著下降；温度≥110 ℃，豆腥味降低。化学法主要有酸碱法、金属螯合法。酸碱法：通过调节豆奶的pH值影响LOX活性，降低豆腥味。通常把大豆浸泡在柠檬酸溶液、NaOH溶液或NaHC03溶液中。金属螯合法：LOX是一种非血红素铁蛋白，铁离子促进其氧化还原反应，磨浆前加入磷酸盐、乙二胺四乙酸等螯合铁离子，抑制不饱和脂肪酸的氧化分解。

热处理钝化酶过程中容易破坏营养物质，影响产品品质。脉冲电场(pulsed electric fields, PEF)是一种非热食物加工及保存方法，在杀菌和抑制酶活性的同时保证食物最高品质的口感、颜色、质构和营养价值。研究发现,脉冲电场对大豆和豌豆中的LOX起到钝化效果[10]。YING[11]研究PEF使大豆中的LOX失活，随着处理时间、脉冲强度、脉冲频率和脉宽的增大，LOX活性逐渐降低。徐娅莉[12]研究脉冲电场会导致LOX失活，失活率与电场强度和脉冲数相关。钟葵[13]研究脉冲电场破坏了LOX二级和三级结构，从而钝化酶活性。

3.3 风味调节剂

风味调节剂通过添加竞争吸附苦味受体阻滞剂或掩盖豆奶中的豆腥味，通常添加环糊精和其他风味物质。环糊精能够包埋亚油酸分子，抑制与LOX接触，降低豆腥味。王金鹏[14]研究发现，环糊精浓度越高，降低豆腥味的效果越好。掩盖豆腥味方面，主要添加浓缩果蔬汁。国外，通常将新型豆基发酵奶调成草莓、苹果、花生、玉米等味道掩盖豆奶的不良风味，例如BIO开发出草莓味发酵豆奶，不二制油开发出蓝莓味发酵豆奶等。

3.4 杀菌工艺

在发酵过程中，去除杂菌有益于益生菌的生长，对于品质控制具有重要意义。巴氏杀菌方法不能完全地杀死耐热芽孢，超高温瞬时灭菌方法杀菌效果较好，但会使局部蛋白质变性。超高压杀菌是在常温下利用高压杀菌，主要是破坏细菌内部蛋白质的共价键，蛋白质酶失活，达到杀菌效果，但是对高黏度的溶液和耐热芽孢的杀菌效果不明显。微波杀菌是一种新型杀菌方式，利用微波的热效应和非热效应，表面与内部受热，时间短，有效杀死芽孢[15]，食物的颜色、质地和营养能够较好地保存。1969年，首次报道微波处理巴氏杀菌的生牛乳[16]。微波加热作用于巴氏杀菌奶已经经过了长时间的研究和商业实践[17]。黄敏璋[18]研究微波杀菌在豆浆饮料中应用，与传统水浴杀菌相比，细菌生长缓慢，延长保质期。但是微波杀菌缺少有效的行业标准，需要单独设计杀菌设备，生产成本增加，因此没有得到大范围推广[19]。

3.5 发酵菌种

发酵菌种的特性对产品的质量和功能特性有很大影响。研究者们通过选育出适合豆基发酵奶的菌种，优化产品风味和口感。微生物育种主要包括自发突变育种、诱变育种和生物工程育种。一般的食品研究院校较多采用自然筛选和自发突变育种培育新的食物益生菌。涂顺明等通过自发突变育种，发酵品质和凝乳时间的稳定性作为标准，驯化出豆基发酵奶专用菌种。

研究发现，双歧杆菌(Bifidobacterium)、植物乳杆菌(Lactobacillusplantarum)、瑞士乳杆菌(Lactobacillushelveticus)、干酪乳杆菌(Lactobacilluscasei)应用于豆基发酵奶中。刘丽莎[20]使用产生胞外多糖的双歧杆菌，并添加胞外多糖，与豆奶的风味相结合提高滋味气味，降低豆腥味，提高豆基发酵奶的组织形态。赵丽丽[21]从自然界中筛选出1株具有遗传稳定性的植物乳杆菌，用来制备豆基发酵奶，发酵后的大豆异味物质(己醛)含量显著降低，并且产生了乳香味物质2、3-丁二酮。王水泉[22]把植物乳杆菌L.plantarumP8与几种嗜热链球菌分别复配，用于豆奶和牛奶发酵，发酵时间、酸度、黏度、风味等方面表现良好。张京[23]从酸菜汁中分离到1株植物乳杆菌，并用此菌发酵豆奶，产品在4 ℃条件下贮藏稳定，酸度变化较小，菌种存活率达到91.2%。GAN[24]从传统泡菜中分离出1株植物乳杆菌，能够在豆奶中生长，发酵(37 ℃，10 h)活菌数达到9.17 lg CFU/mL。瑞士乳杆菌是一种新型的发酵菌种，与其他益生菌相比具有较强的蛋白水解活性。瑞士乳杆菌和干酪乳杆菌组合发酵纯豆奶，产酸能力强[25]。唐雨萌等[26]分别把干酪乳杆菌和瑞士乳杆菌在豆奶中发酵，能够利用大豆糖源，水解大豆蛋白形成凝乳。韩璞[27]从乳制品、保健品和微生态制剂中分离出干酪乳杆菌作为酸豆奶的发酵菌种，有较好的酸化能力，活菌数可达1.7×9 lg CFU/mL。

3.6 其他新型技术

除了以上的研究进展外。目前也有采用蛋白脱酰胺法降低蛋白质与风味物质结合，有利于去除不良风味[28]。大豆发芽法降低LOX活性，豆腥味减弱[29]。华欲飞等研发出无氧磨浆技术，磨浆过程中隔绝氧气，防止不饱和脂肪酸氧化降解，没有豆腥味，但是整体豆味降低。郭顺堂等[30]研发出微压煮浆法，压力介与1～2个标准大气压，提高非豆腥味物质含量，豆奶整体风味效果优于常压煮浆。日本不二制油公司的USS特殊分离方法，磨浆过程不破坏细胞壁，LOX无法与不饱和脂肪酸接触，豆腥味较低。

4 新型豆基发酵奶的生理功能

新型豆基发酵奶包含大豆蛋白、益生菌以及其他大豆营养物。大豆蛋白具有降血脂、减肥、降低胆固醇等功效[31]。大豆异黄酮具有防治癌症、降低胆固醇、抗动脉粥样硬化症等功效。益生菌具有提高免疫力、抗癌、改善血脂、抗氧化等功效[32]。新型豆基发酵奶的部分蛋白质在发酵过程中被降解成低分子的肽、氨基酸等，更易于被人体消化吸收。植物乳杆菌和两歧双岐杆菌混合发酵豆奶，小肽含量增加27.12%，氨基酸含量增加9.95%[33]。因此新型豆基发酵奶结合益生菌和大豆的特性具有多种生理功能，下文将从提高免疫力、抗癌、降低胆固醇等方面介绍。

4.1 提高免疫力

益生菌是对人体有益的微生物，当达到一定的摄入量对宿主的生理活动产生有益的影响，益生菌是一种免疫调节剂，在孕妇的产前营养优化中使用，能够有效地预防新生儿过敏。植物乳杆菌能够产生有机酸、双乙酰、抗菌化合物等抑制致病菌的生长繁殖，激活肠粘膜免疫系统[34]。KWON等[35]研究复合益生菌能够增强新一代的调节T细胞。新型豆基发酵奶中大豆蛋白被益生菌降解成大豆肽，国明明[36]研究正常小鼠和免疫缺损的小鼠，发现大豆肽对两种小鼠的免疫功能都有增强作用。研究发现，大豆肽与酪蛋白肽相比，大豆肽对巨噬细胞的吞噬作用更显著。富校轶等[37]研究发现超滤大豆蛋白肽能够增强小鼠免疫力，提高免疫低下小鼠的肝脏指数。

4.2 抗癌

益生菌和大豆具有抗癌功效，其抗癌机制目前不太明确，可能是通过肠道菌群代谢，提高宿主免疫应答和对结肠的保护来实现抗癌[38]，pH值的降低可能会影响结肠癌的发病率[39]。在结肠中，益生菌通过微生物发酵产生短链脂肪酸，能够提高凋亡细胞数，从而降低结肠癌的发病率。BIASCO等[40]研究发现肠道癌的患者食用嗜酸杆菌和双歧杆菌后，肠道的pH明显降低。双歧杆菌是一种生物反应调节剂，能够激活单核巨噬细胞，发挥抗癌作用[41]。大豆中存在一种抗癌肽(Lunasin)，起到强烈的抑癌作用[42]。大豆异黄酮在体外能够抑制前列腺癌症细胞的生长。大豆皂苷可能会降低蛋白激酶活性、干扰细胞周期、破坏细胞膜及诱导凋亡而起到抗肿瘤的作用[43]。吴非[44]探究大豆分离蛋白在不同酶的降解下，测定不同酶产物对癌细胞的生长抑制率，结果表明大豆蛋白在合适的酶降解条件下能够显著提高其抗癌特性。

4.3 降低胆固醇

益生菌发酵制品不仅可以调节肠道菌群，还能够在人体及动物体内发挥降低胆固醇的作用。益生菌产生的胞外多糖能够把胆固醇吸附在细菌表面或细胞膜内，从而清除胆固醇。肠道的某些益生菌能够水解胆盐，更易排除体外，达到降低胆固醇的效果。也有研究者提出，益生菌在发酵过程中产生的短链脂肪酸限制了肝脏合成胆固醇，减少胆固醇含量[45]。ATAIE-JAFARI[46]研究嗜酸乳杆菌Lactobacillusacidophilus和双歧杆菌的混合发酵剂益生菌酸奶对胆固醇水平的影响，发现轻中度高血清胆固醇患者的血清胆固醇水平降低。HARRISON等[47]研究发现婴儿摄入嗜酸乳杆菌的发酵酸奶血清胆固醇水平明显降低。大豆蛋白水解得到的某些肽类具有降低胆固醇的功效，阻碍胆汁酸或胆固醇吸收，抑制胆固醇的合成[48]。赵秀娟等[49]比较大豆蛋白和大豆活性肽对大鼠胆固醇代谢的影响，结果表明大豆活性肽降低血浆胆固醇作用强于大豆蛋白。SIRTORI等研究证实大豆低分子小肽具有降低胆固醇的效果[50]。

4.4 其他生理功能

益生菌在抗菌、减肥、抗炎、抗高血压等方面也得到有效的证实。研究发现青春双歧杆菌能分泌抗菌物质，可能是多糖，对革兰氏阳性菌的抗菌能力较强[51]。张晓磊等[52]使用益生菌(干酪乳杆菌、植物乳杆菌和双歧杆菌)混合发酵豆奶，能够显著降低小鼠腹部和肾周脂肪指数，并有效地改善肝脂肪堆积。长期使用大豆制品能够延缓动脉粥样硬化，降低心血管疾病的发生[53]。史晓艳[54]对恶性肿瘤患者化疗过程中给予双歧杆菌，对照组仅单纯化疗，结果发现给予双歧杆菌组减弱肠道黏膜炎症。

5 新型豆基发酵奶的展望

目前，同发达国家相比，我国新型豆基发酵奶的生产工艺较为落后，产品口味单一，知名企业较少，但是发展潜力大。人们健康的消费观念逐渐形成，对新型豆基发酵奶的需求也会越来越大。从食品研发角度，新型豆基发酵奶的未来研究应注重于风味改进，产品多元化，原料扩展到绿豆、红豆、豌豆等豆类。充分利用大豆与益生菌的功能特性，例如大豆蛋白的乳化性、起泡性、凝胶性、吸油性，或培育出胞外多糖代谢高的发酵菌改善产品组织形态，从而降低食品添加剂的使用。从营养方面，保留大豆中的功能性成分，例如大豆中大豆异黄酮，大豆皂苷等物质，开发出营养且美味的新型豆基发酵奶。