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《食品科学》:北京农学院金君华教授等:唾液联合乳杆菌M18-6对发酵豆乳风味品质及其抗氧化活性的影响

时间:2025-11-11 12:15:54
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  大豆是我国广泛种植的农作物之一,属于日常饮食中的优质蛋白食品。目前,国内外都在加强对发酵豆乳营养与功能的深入研究,人们更加注重其带来的健康效益。在全球,发酵豆乳的市场规模远低于酸乳市场,主要是由于发酵豆乳中存在的豆腥味和脂肪酸败味道直接影响消费者对其的接受度,很大程度限制了发酵豆乳的市场发展。

  Ligilactobacillus salivarius)是一种特性良好的细菌素产生菌,常从人、猪和禽类胃肠道以及人乳和其他资源中分离出,广泛应用于口腔健康的维护和肠道健康的调节,可以抑制口腔和肠道中有害菌的生长,同时还能参与调节免疫系统,增强机体的免疫力水平。唾液联合乳杆菌除了用于发酵牛奶生成酸奶,还可以用于发酵豆乳。唾液乳联合杆菌M18-6为本实验室从广西米粉中筛选出的具有潜在益生功能的菌株且适合发酵豆乳,具有凝乳时间短(2.5~3 h)、发酵完成后活菌数高等特点,产品风味可以被大众所接受,具有潜在应用价值。

  北京农学院食品科学与工程学院的邓宇、贾宇和金君华*等前期研究发现唾液联合乳杆菌M18-6具有抗氧化活性,可以快速发酵豆乳,且人群感官接受度高。因此,本实验在研究唾液联合乳杆菌M18-6发酵豆乳特性的基础上,分析唾液联合乳杆菌M18-6发酵豆乳风味物质的组成并测定发酵豆乳的抗氧化活性,以期为功能性发酵豆乳的开发与产业发展提供理论依据。

  如图1所示,未发酵豆乳的平均粒径在5~10 µm之间,发酵6 h豆乳的平均粒径在5~8 µm之间,发酵12 h豆乳的平均粒径在5~7 µm之间;随着发酵时间的延长,发酵豆乳的体积平均粒径D[3,4]逐渐减小,随着发酵时间的延长,豆乳酸度增加、pH值降低,发酵豆乳中的蛋白质大分子物质在乳酸菌的作用下发生肽键断裂,分解成小分子肽和氨基酸,与其他分子之间的相互作用力减弱,也一定程度上改善了发酵豆乳的质地,使发酵豆乳更加细腻爽滑。但是,在发酵2.5 h时豆乳刚达到凝固点,其平均粒径D[3,4]增大,可能原因是豆乳前期发酵凝固主要靠乳酸菌短时产酸的能力,使大豆蛋白变性,发生聚集沉淀,导致分子颗粒粒径主要集中在10~100 µm之间。随着乳酸菌的进一步作用,蛋白质会进一步分解,脂肪球也在逐渐分解,导致分子粒径减小。因此,应充分考虑外界因素如pH值、蛋白含量以及脂肪含量对发酵豆乳粒径的影响和自身之间的相关性,重点关注这些物质的变化情况,为后续更好地改善产品质地提供帮助。

  如表1、图2所示,与未发酵豆乳相比,经过M18-6菌株发酵2.5 h豆乳中主要产生豆腥味的己醛含量明显减少,己醛呈青草味,是豆腥味挥发性物质的最主要成分;2-戊基呋喃含量基本没有变化,2-戊基呋喃具有青草味、土味和豆味,由亚油酸氧化产生,豆乳在加热过程中受到光照或空气照射,就会产生2-戊基呋喃,其含量随着加热温度升高和时间延长而增加;1-辛烯-3-醇有下降的趋势,1-辛烯-3-醇呈磨菇味,也是产生豆腥味的主要物质之一。豆乳发酵2.5 h后产生了具有果香的芳香味物质,如2-庚酮、丙酮、3-甲基丁酸等物质的含量显著增加,1-壬醇、3-辛酮等物质的含量有上升趋势,这些具有芳香味的物质在一定程度上掩盖了部分豆腥味,给人带来愉悦感。发酵豆乳中引起豆腥味的挥发性风味物质含量有所降低,掩盖豆腥味的酯类、酮类、醇类等风味物质相对含量的增加,赋予发酵豆乳各种水果清香、花香和奶油香等风味特征。烃类等化合物来源于脂肪酸自氧化,由于大部分烃类化合物具有较高的阈值,并不会对发酵乳的风味产生较大影响;而游离脂肪酸自身的氧化作用以及微生物代谢作用,使部分醛类物质直接影响后期发酵乳的风味,醛类化合物的化学性质活泼,一般为中间体化合物,但因为其阈值较低,能够对发酵豆乳的风味产生较大的影响。酮类化合物是发酵豆乳中最主要的风味化合物之一,构成产品的特有香气。因此,豆乳经唾液联合乳杆菌M18-6发酵不仅可以有效降低或消除发酵豆乳的豆腥味,改善豆乳风味,还可以增加其香气。

  对不同发酵时间(0、2.5、6、12 h)豆乳风味物质的GC-IMS图进行对比分析,以未发酵豆乳为参照,对其他时间段样品的数据进行处理,结果如图3所示。每一个点代表一种挥发性有机物,经过定性分析发现,挥发性有机物有51 种(包括物质的二聚体),其中醇类11 种、醛类10 种、酮类10 种、酯类2 种,还有呋喃类等物质。颜色代表物质的浓度,白色表示浓度较低,红色表示浓度较高,颜色越深表示浓度越大。由图3可知,乙醇的浓度随发酵时间的延长显著增加。

  进一步对检测到的挥发性有机物进行指纹图谱分析,结果如图4所示。每一行代表一个样品中选取的全部信号,每一列代表同一挥发性有机物在不同样品中的信号峰。3-甲基丁醛、戊醛、己醛、2-庚烯醛、庚醛、2-辛烯醛、辛醛、正壬醛、5-甲基-2-呋喃甲醇、2-己烯-1-醇、2-甲基-1-丙醇、丙酮、2-丁酮、2-己酮等物质只存在于未发酵豆乳样品中,这些物质是产生豆腥味的主要来源。

  苯甲醛、2-庚酮、麦芽酚、1-辛烯-3-醇、2-戊基呋喃等物质的浓度会随发酵时间的延长而逐渐降低,发酵豆乳的豆腥味也相应减弱。1-己醇、1-戊醇、3-辛醇、2-乙基呋喃、1-羟基-2-丙酮、2,3-戊二酮等物质在刚凝乳(2.5 h)和发酵6 h的样品中含量较高,这些物质带有令人愉悦的清新果香味,但随着时间延长浓度逐渐减弱并消失,超出人类感知阈值范围。

  乙偶姻、2,3-丁二酮、二乙基二硫、乙酸乙酯、3-甲基乙酸丁酯、3-甲基丁酸、2-甲基丁酸、2-戊酮等物质绝大多数同样是芳香类物质,其浓度与豆乳发酵时间呈线性关系,这些芳香类物质均可提供较好的风味,从而对发酵豆乳的风味加以修饰,特别是乙偶姻、2,3-丁二酮等发酵豆乳制品中重要的特征风味物质,可赋予发酵豆乳特有的乳脂气息、干酪香气和豆香味,在保证良好风味的情况下,可以为豆乳制品加工选择合适的发酵时间提供合理参考范围。

  经检测发现豆乳发酵前后风味物质组成变化很大,发酵前样品中含量相对较高的辛烯醇、己醛、己醇和2-戊基呋喃是主要产豆腥味的物质,这与王毅文等的结论相似。刘志强等认为若脂肪酶在加工过程中活性未降低,后期会形成较多的豆腥味物质,这类物质即使加热蒸煮也不能完全除去。但是,经发酵后浓度会减弱甚至消失。发酵后样品中产生了酯类、有机酸类、双乙酰、硫化物、乙偶姻等挥发性物质,并且会随发酵时间的延长浓度升高。与此同时发现,这些物质并不一定单独作用,它们之间具有复杂的代谢系统,相互作用、相互影响,共同构成发酵豆乳的特有风味。此外,通过GC-IMS测定不同时间段的样品风味变化,证实发酵时间等外界因素对挥发性香味物质也有一定的影响,这与陈倩的研究结果相一致。在唾液联合乳杆菌M18-6的发酵作用下,豆乳的风味得到改善和提升,对后续发酵豆乳实际开发应用具有指导意义。

  如图5所示,1 mg/mL VC溶液的羟自由基清除率达到95%以上。质量浓度为1 mg/mL样品的羟自由基清除率为63%,2、4、8 mg/mL样品的羟自由基清除率均达到80%以上,但质量浓度为2、4、8 mg/mL样品的羟自由基清除率无显著差异。1 mg/mL VC溶液羟自由基清除率显著高于4 个不同质量浓度的发酵豆乳样品。

  以不添加丙烯酰胺溶液的细胞为空白对照,用不同浓度(1.25、2.50、5.00、10.00、20.00 mmol/L)的丙烯酰胺溶液分别处理Caco-2细胞24 h,构建氧化损伤细胞模型。由图6可知,2.50 mmol/L丙烯酰胺溶液处理24 h可一定程度刺激细胞增殖,这与沈洋的研究结果一致,可能与低浓度的丙烯酰胺刺激细胞生长的信号通路有关。其余浓度的丙烯酰胺溶液对Caco-2细胞造成不同程度的损伤,主要表现在Caco-2细胞存活率降低,当丙烯酰胺溶液浓度为10.00、20.00 mmol/L时,与空白对照组相比细胞存活率极显著降低(

  P<0.01)。丙烯酰胺的IC50约为15.6 mmol/L,因此本实验选取15.6 mmol/L作为丙烯酰胺溶液的最佳诱导浓度,构建细胞氧化损伤模型。

  以正常培养生长的细胞为空白对照组(CK组),模型组为由15.6 mmol/L丙烯酰胺溶液诱导的氧化损伤细胞模型(AA组),实验组为添加不同质量浓度的发酵豆乳(1、2、4 mg/mL)。由图7可知,AA组CAT活力显著低于CK组,说明模型构建成功。对于实验组而言,质量浓度为1 mg/mL的发酵豆乳对氧化损伤细胞表现出与阳性对照VC同样的修复效果。与AA组相比,质量浓度为1 mg/mL发酵豆乳的CAT活力增强1.67 倍,可以减轻细胞的氧化损伤程度,起到良好的抗氧化作用。但是,CAT活力并没有随着发酵豆乳质量浓度的增加而提升,反而加速了细胞的氧化损伤,可能与发酵豆乳纯度较低有关。

  SOD是生物体中重要的抗氧化酶,能清除细胞内的活性氧物质和体内产生的超氧阴离子自由基,保护细胞免受氧化损伤,对维持机体的氧化平衡起着重要作用,其活性可以间接反映细胞内的氧化应激水平和机体的抗氧化能力。如图8所示,与空白对照组相比,模型组的SOD活力仅为2.06 U/mL。而阳性对照组以及实验组的SOD活力均达到50 U/mL以上,表现出较强的活性,可以有效清除过量的活性氧自由基,对氧化损伤细胞的修复发挥积极作用。但发酵豆乳与SOD活力未呈现剂量效应关系。

  衡量抗氧化作用效果不仅体现在酶活力的变化,某些次级代谢产物水平也可以反映抗氧化作用。GSH是一种良好的细胞内氧化还原状态调节剂、自由基清除剂,对外源性毒物所致的氧化损伤具有保护作用。谷胱甘肽转移酶在清除氧自由基的过程中会催化生成GSH,随着GSH生成量的增加,抗氧化能力也会逐步提升。如图9所示,模型组的GSH浓度仅为0.03 mmol/L,实验组的GSH浓度均在0.2 mmol/L以上,当发酵豆乳质量浓度为1 mg/mL时,GSH浓度为0.42 mmol/L,与模型组相比,提高了12.83 倍;与阳性对照组相比,提高了1.44 倍。虽然不同质量浓度发酵豆乳之间不呈剂量效应关系,但是GSH生成量均显著高于模型组,对丙烯酰胺诱导的氧化损伤具有较强的抗氧化作用。

  豆乳过度氧化会产生一些异味物质,从而影响豆乳的风味,而己醛和戊醛等豆腥味物质主要是由脂肪氧合酶催化不饱和脂肪酸的过氧化反应形成,因此,需要提高豆乳的抗氧化能力,减少氧化反应的发生,从而保持豆乳的良好风味。经过唾液联合乳杆菌菌株M18-6发酵的豆乳不仅有较强清除羟自由基的能力,在丙烯酰胺诱导Caco-2细胞氧化损伤模型中也起到积极的抗氧化作用,使其CAT、SOD活力与模型组相比,分别提高了1.67 倍和29.80 倍,且GSH浓度也增加了12.83 倍。所以,唾液联合乳杆菌菌株M18-6发酵豆乳不仅使其质地趋于细腻、光滑,还改善了豆乳的风味,减少了豆腥味风物质的产生,提高了豆乳的抗氧化活性。

  本实验利用能够稳定快速发酵大豆蛋白体系的唾液联合乳杆菌菌株M18-6发酵豆乳,并对发酵豆乳的粒径、风味物质组成以及抗氧化活性进行分析。结果表明,随着发酵时间的延长,豆乳的粒径逐渐减小,发酵豆乳质地趋于细腻、光滑,可能与大豆蛋白、脂肪等大分子在发酵过程中逐渐分解为小分子化合物有关。通过对发酵前后豆乳的挥发性成分分析可以发现,主要产生豆腥味的己醛随着发酵时间的延长浓度逐渐降低,1-辛烯-3-醇浓度也有下降的趋势;相反双乙酰、乙偶姻以及其他产生果香味的物质随着发酵时间的延长,其浓度逐渐增加,它们是发酵豆乳主要的呈香风味物质。通过对发酵豆乳的抗氧化性研究发现,经过唾液联合乳杆菌菌株M18-6发酵的豆乳不仅羟自由基清除能力较强,在丙烯酰胺诱导Caco-2细胞氧化损伤模型中也起到积极的抗氧化作用,使CAT、SOD活力与模型组相比,分别提高了1.67 倍和29.80 倍,且GSH浓度也增加了12.83 倍,己醛和戊醛等豆腥味物质主要是由脂肪氧合酶催化不饱和脂肪酸的过氧化反应形成,因此,抗氧化能力越强,己醛等豆腥味物质含量就越少,可提高发酵豆乳的风味品质。唾液联合乳杆菌菌株M18-6发酵豆乳不仅能够使其质地趋于细腻、光滑,还可以改善豆乳的风味,减少豆腥味风物质的产生,提高豆乳的抗氧化活性。本实验结果可为后续功能性发酵豆乳的开发与产业发展提供理论依据以及为研究肠道抗氧化活性提供有力支撑。

  本文《唾液联合乳杆菌M18-6对发酵豆乳风味品质及其抗氧化活性的影响》来源于《食品科学》2025年46卷第05期236-244页,作者:邓 宇,贾 宇,牛君霞,王玉兰,谢远红,张红星,宋晓东,程聪洋,葛绍阳,金君华*。DOI:10.7506/spkx0723-232。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

  实习编辑:农梦琪;责任编辑:张睿梅。点击下方 阅读原文 即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网

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