摘 要： 发酵大豆食品具有抗氧化、降血压、降低胆固醇、抗癌、免疫调节等多种生物学功能。综述了近几年国内外对于发酵大豆食品功能性方面的研究进展, 为其向功能营养型发展提供理论依据。
关键词： 发酵大豆食品; 功能;
Abstract： Fermented soybean food has various bioactivities, such as antioxidant, antihypertensive, cholesterol-lowering, anticarcinogenic, and immunomodulating activity. View the progress the domestic and foreign researches on functionality of fermented soybean food, so as to provide theoretical basis for nutritional and functional type.
Keyword： fermented soybean food; functionality;
大豆是中国最主要的粮食作物。随着人类历史的不断发展, 人们发现发酵工艺可以改善大豆风味、质地和营养品质, 延长食品的保存期。因此, 传统的发酵大豆食品逐渐成为中华饮食文化的代表。国内外发酵豆制品包括中国豆豉、酱油、腐乳和豆酱, 韩国Cheonggukjang, Doenjiang以及日本纳豆等。目前, 人们生活品质在日益提高, 食品的功能性研究也成为世界范围内的热点问题。综述了近几年国内外对于发酵大豆食品功能性方面的研究进展, 以期为发酵大豆食品向功能营养型发展提供理论依据。
1、 抗氧化作用
抗氧化一直是人们研究不断的方向, 由于合成抗氧化剂对人体有一定伤害, 人们越来越追求在饮食中摄取天然抗氧化成分。发酵豆制品中抗氧化作用的活性物质研究最多的是异黄酮类物质, Ahmad A等[1]对大豆中异黄酮与大豆发酵食品天贝中的进行比较, 其黄豆苷元、染料木黄酮、异黄酮甘和染料木素活性成分含量分别为:大豆中16.72, 11.10, 6.16和24.61 mg;天贝中38.91, 24.03, 0.69和6.57 mg。大豆和天贝异黄酮对BACE1的IC50值分别为10.87和5.47 mg m L, 并且天贝异黄酮 (IC50=2.67 mg/m L) 具有比大豆异黄酮 (IC50=10 mg/m L) 更强的DPPH自由基清除活性, 由此说明发酵可以使大豆食品的抗氧化能力增强。
陈燕琼等[2]利用米曲霉 (Aspergillus oryzae) CICC2436进行固态发酵生产, 3 d后获得了富含苷元和Glyceollins的发酵大豆, 经DPPH自由基清除率试验及铁还原力试验证实, 发酵大豆具有较高的体外抗氧化活性。另外还发现, 对大豆进行损伤及发芽前处理能促进糖苷向苷元的转化。
Doenjiang是一种韩国传统食用的发酵大豆酱, Lee等[3]以代谢物组特征为依据, 将Doenjiang的工业发酵过程分为蒸煮、干燥、发酵、浸盐和后熟5个阶段, 并考察了单糖、氨基酸和脂肪酸3类初级代谢物, 以及异黄酮和大豆皂苷这2类次级代谢物在不同发酵阶段的动态变化规律。异黄酮糖苷在蒸煮后逐渐降低, 而异黄酮糖苷配基在浸盐和后熟中明显增加。在干燥后的加工过程中大豆皂苷通常降低。在浸盐和后熟中观察到增加的异黄酮糖苷配基, 如黄豆苷原、黄豆黄素和染料木素, 与Doenjang的抗氧化能力和总酚含量呈正相关。
刘梦洁等[4]采用纤溶活性筛选法和纳豆激酶基因筛选方法, 经16S r RNA基因序列分析, 获得了一株纳豆激酶高产菌株MJ-1, 并鉴定其为枯草芽孢杆菌。通过MJ-1进行固态发酵制得的发酵大豆食品, 在60%初始含水量和37℃的条件下, 20 h发酵后获得的最大纳豆激酶活性为90.18 FU/g干重, 达到营养纳豆活性水平, 并且MJ-1发酵显着改善大豆的抗氧化活性。
2、 降血压作用
心血管疾病是一种严重威胁人类的常见病, 尤其是对50岁以上的中老年人, 而高血压则是其主要的致病因子之一。血管紧张素转换酶 (ACE) 可以将血管紧张素I转化为血管紧张素II, 后者是一种强烈的血管收缩物质, 它可以使血管平滑肌收缩引起升压效果, ACE则起着限速酶的作用[5]。李风娟等[6]以枯草芽孢杆菌 (Bacillus subtilis) SY菌株发酵生产豆豉发现, 在发酵前期, 样品的ACE抑制活性迅速增加, 然后降低并保持平稳;发酵12 h样品的IC值为0.312 mg/m L;中性蛋白酶活力在前36 h迅速增至718 U/g, 多肽及游离氨基的含量也相应逐渐增加并趋于稳定。由此可见, 大豆蛋白质被微生物蛋白酶的适度降解有利于产品保持良好的ACE抑制活性, 而枯草芽孢杆菌SY有望成为发酵大豆食品的生产菌株, 并获得具有潜在调节血压作用的产品。
氨基丁酸 (GABA) 又名4-氨基丁酸, 是一种非蛋白质组成的天然氨基酸, GABA通过促进血管扩张以及抑制ACE, 可以有效地降低血压[7]。目前, 已经研究发现的能够合成GABA的微生物有大肠杆菌、断乳杆菌、植物乳杆菌、乳酸乳球菌、红曲霉和酿酒酵母等[8]。徐次刚等[9]试验推测, 成团泛菌也可能引起GABA上升, 食窦魏斯氏菌起稳定GABA含量的作用, 具体这2种菌的作用, 尚需进一步研究。
Ab K S等[10]从酱油成曲中筛选了四种菌株, 分别为NSK, NSZ, NSJ和NST, 通过在含有0.4%谷氨酸的肉汤培养基中培养孢子悬浮液作为GABA生产的底物, 进一步评价其产生GABA的能力。结果表明, 这些菌株都能够产生GABA, 但它们之间的质量浓度存在较大差异 (p<0.05) , 分别为194 mg/L (NSK) , 63 mg/L (NSZ) , 51.53 mg/L (NSJ) 和31.66 mg/L (NST) , 对最高浓度的NSK进行表征, 发现与米曲霉具有99%的相似性。这一发现表明可以使用米曲霉NSK作为起始培养物来开发富含GABA成分的酱油。Bao Z等[11]研究干酪乳酸杆菌发酵豆浆 (FSM) ACE的抑制活性, 结果表明CICC 20280和CICC 23184 FSM在体外试验中显示高ACE抑制活性, CICC 23184 FSM的ACE抑制活性高于CICC 20280 FSM。FSM起生物活性作用的物质是肽和GABA。其中CICC 20280 FSM和CICC 23184 FSM的含量分别为3.970 2±020.670 2 mg/m L (肽) , 1.710 2±020.360 2 mg/m L (GABA) 和5.170 2±020.220 2 mg/m L (肽) , 1.570 2±020.210 2mg/m L (GABA) 。
刘婉璐等[12]以米曲霉3.042发酵制备豆酱, 研究样品ACE抑制活性的变化, 并对相关化学成分的变化进行了分析。发酵前期样品的ACE抑制活性迅速升高, 然后保持平稳, 多肽的含量迅速增加然后降低, 说明发酵初期多肽的生成对ACE抑制活性有着重要影响。GABA的含量持续降低, 进一步表明其对样品总的ACE抑制活性无明显贡献。而样品颜色逐渐加深, 说明美拉德反应产物具有ACE抑制活性, 对发酵后期样品稳定的高活性起着重要作用, 这为高ACE抑制活性的功能性调味品的研发提供理论指导。
3、 降低血液中的胆固醇
高密度脂蛋白胆固醇是一种好的胆固醇, 而低密度脂蛋白胆固醇是一种坏的胆固醇, 好的偏低, 坏的偏高, 不加注意会引起心脑血管疾病、动脉硬化、血栓等疾病。泰国一项调查[13]:绝经后妇女在食用6个月传统发酵大豆对BMI、生殖激素、血脂和血糖的影响。共有60名妇女被分为2组:试验组 (n=31) 和参考组 (n=29) , 试验组允许正常饮食, 辅以发酵大豆6个月。发酵大豆每天提供约60 mg的异黄酮。结果显示, 食用发酵大豆对孕激素和胆固醇有良好的影响, 但没有影响雌二醇、葡萄糖和甘油三酯的含量。虽然试验组雌二醇和葡萄糖没有变化, 但参考组中雌二醇降低, 葡萄糖增加。因此, 研究结果表明, 发酵大豆可能对生殖激素和胆固醇具有有益作用, 值得进一步详细研究。
郭连莹等[14-15]探讨大豆蛋白降低胆固醇作用的适宜剂量, 研究发现在4周内15%大豆蛋白和20%大豆蛋白具有相同的降低血浆胆固醇的趋势, 10%大豆蛋白无降低胆固醇的作用。但过多的摄入大豆蛋白并不能起到更好降低胆固醇的效果, 因为高剂量大豆蛋白的摄入上调CYP7A基因m RNA的表达量而可能负反馈刺激HMGCo A-R基因m RNA的表达量, 从而降低了大豆蛋白降胆固醇效果。S Wu等[16]分别用10%赤小豆miso、10%黑豆miso和10%大豆miso喂养高脂肪小鼠, 发现与大豆miso相比, 以赤小豆和黑豆miso作为膳食的小鼠血清胆固醇含量 (31.0%) 显着降低, 粪便中胆汁酸含量增加 (40.0%) , 由此表明具有高抗氧化活性特征的赤小豆和黑豆的膳食比大豆降低胆固醇效果更好。
纳豆激酶是由枯草芽孢杆菌产生的一种丝氨酸蛋白酶, 它主要的功能是溶解血栓, 也作为新一代的溶栓药物得到相应的发展与研究。研究学者[4]以菌株MJ-1发酵制成纳豆, 发现MJ-1可以分泌抗凝剂成分, 导致纳豆食品中抗凝血活性较强, 其抗凝活性可达91%。赵仲麟等[17]从发酵豆制品中分离筛选得到一株纳豆激酶高产菌株, 当发酵至17 h时纳豆激酶活性达到最大值。谢嵩等[18]成功发酵制得纳豆激酶冻干粉, 在Wistar高脂模型大鼠喂养高脂饲料2周后, 其TC、TG水平较空白组显着升高, 纳豆激酶冻干粉高 (360 mg/kg) 、中 (180 mg/kg) 、低剂量组 (90 mg/kg) 及阳性对照组 (普伐他汀钠片200 mg/kg) 在给药6周后均能显着降低TC, TG水平。因此得出, 纳豆激酶对降血脂具有良好功效, 为其作为降血脂药物和保健品奠定了基础。
4、 抗癌作用
乳腺癌、前列腺癌和结肠癌是三大常见和危险的癌症。赵欣等[19]研究表明水豆豉具有体外抗癌效果, 尤其是在48 h发酵时, 对MCF-7人乳腺癌细胞具有最强的生长抑制作用, 且MCF-7细胞的Bax, caspase3, 9基因的表达强于其他发酵时间的水豆豉, Bcl-2基因则弱于其他发酵时间的水豆豉。同时, 有研究学者发现纳豆脂肽也可以抑制MCF-7细胞的增殖, 引起MCF-7凋亡, 并将细胞周期阻滞在S期。
染料木黄酮是具有雌激素活性的异黄酮类化合物, 具有抗癌作用。Chen J等[20]研究了染料木黄酮的特异性细胞凋亡的作用机制的IGF-1R/p-Akt和Bax在人乳腺癌细胞体外可能参与介导的途径。Bax和Bcl-2分别是Bcl-2家族的促凋亡蛋白和抗凋亡蛋白, 当两者之间的比率上调时, 可使细胞凋亡受到抑制;当两者之间的比例下调时, 可导致细胞凋亡[21]。用不同浓度的染料木黄酮处理MCF-7人乳腺癌细胞, 检测细胞增殖情况以及IGF-1R、p-Akt、Bcl-2和Bax蛋白表达, 与Bcl-2和Bax m RNA的表达发现, 染料木黄酮抑制MCF-7细胞的增殖并诱导细胞凋亡。此外, 染料木黄酮诱导IGF-1R和p-Akt的失活, Bcl-2/Bax比值下降。这些结果表明, 染料木黄酮可以通过调控IGF-1R-PI3 K/Akt信号通路, 降低Bcl-2/Bax m RNA和蛋白质表达来抑制癌细胞增殖。因此, 染料木黄酮有助于预防乳腺癌。Mahmoud A M等[22]发现, 染料木黄酮也能抑制前列腺癌细胞LAPC-4及PC-3的增殖, 而且这种作用存在剂量依赖关系。
Jeong J K等[23]研究以米曲霉、枯草杆菌-SKm、乳酸乳球菌-Gam混合发酵生产的大豆酱对结肠癌小鼠模型的抗癌作用, 发现使用益生菌混合发酵, 改善了结肠癌的症状, 降低了肿瘤发病率, 并降低血清促炎细胞因子的水平, 如白介素-6、肿瘤坏死因子-α、诱导型一氧化氮合酶和环氧合酶-2在结肠组织中的表达水平。此外, 它增加Bax降低Bcl-2表达水平, 并增加结肠组织中的p21和p53表达。这些研究结果表明, Doenjang通过改善结肠癌症状, 调节炎症细胞因子水平, 减少肿瘤发病率, 控制结肠炎症和凋亡相关基因的表达, 从而抑制由AOM和DSS诱导的结肠癌发生。
5、 免疫调节
Th细胞即辅助性T淋巴细胞, 根据其产生细胞因子的不同, 将其分为Th1、Th2两种亚型。Th1型细胞主要分泌干扰素-γ (IFN-γ) 、白介素-2 (IL-2) 等促炎因子, 介导细胞免疫;Th2型细胞主要分泌白介素-5 (IL-5) 、白介素-6 (IL-6) 等抗炎因子, 促进体液免疫反应[24]。Th1/Th2型细胞间生理性平衡稳态对机体正常免疫功能的维持起着重要作用。沈柱英等[25]为充分了解纳豆中的成分对脾细胞增殖能力的影响, 从纳豆糖蛋白粗提物中获得两种较纯的纳豆糖蛋白:NPPC-1-b和NPPC-2-a, 对体外免疫活性探讨发现, 100~200μg/m L的NPPC-1-b以及12.5~200μg/m L的NPPC-2-a可显着增强脾细胞增殖能力, 而且100μg/m L的NPPC-2-a作用效果最佳。在细胞因子表达方面, NPPC-1-b和NPPC-2-a可显着促进细胞因子IL-2以及IFN-γ的表达, 其中50μg/m L的NPPC-2-a分泌IL-2最多, 200μg/m L的NPPC-2-a表达IFN-γ的量最高, 由此可知NPPC-1-b和NPPC-2-a具有一定的免疫调节作用。
JH Lee等[26]用Doenjang (DJ) 、Cheunggukjang (CGJ) 和未发酵大豆喂养小鼠4周, 研究对其免疫能力和安全性的影响。DJ和CGJ组中观察到脾NK细胞活性增强, Th1细胞介导的免疫应答在DJ和CGJ组分别加强了与在受刺激的脾T细胞和B细胞中IFN-γ/IL-4及Ig G2a/Ig G1比值, 抵抗了单增李斯特菌, 总体而言, DJ和CGJ的摄入促进了Th1的体液免疫应答和细胞免疫应答。另外, 乳酸乳杆菌K040706可以通过调节免疫学因子, 如通过活化NF-κB产生NO, TNF-α和IL-6以及激活r IFN-γ引发巨噬细胞中的TLR2来改善免疫功能。同时, K040706可以恢复环磷酰胺诱导的免疫抑制小鼠的免疫学因子, 作为潜在的免疫调节剂需要进一步的评估[27]。
6、 其他功能
发酵大豆的神经保护作用已经在动物实验中证实, Cheonggukjang[28]是一种韩国传统的发酵大豆酱, Cheonggukjang提取物预处理对三甲基锡损害小鼠记忆功能障碍有改善作用, 处理组中细胞凋亡数量和脑海马ACh E活性均降低, 并且上调NGF表达水平, 继而激活NGF信号通路, 另外还提高了SOD活性水平, 丙二醛含量降低。Abdelall H F等[29]也研究发现深色酱油对大鼠丙烯酰胺 (ACR) 诱导的神经毒性具有保护作用。
吴敬文等[30]发现大豆皂苷和大豆异黄酮对D-半乳糖诱导衰老小鼠衰老有减缓作用, 其作用机制可能与提高小鼠的抗氧化能力有关。Mohd Y H等[31]研究发现, 1 000 mg/kg的豆豉提取物能够明显降低AST、ALT、胆固醇、TG、MDA和NO水平, 并且提高SOD和FRAP水平。另外, 豆豉提取物还能修复受损肝细胞的正常结构, 提高体内保肝作用和抗氧化作用。
7、 结语
我国是发酵工业大国, 醋、酱油和啤酒等产量世界第一, 但由于工艺技术落后、环境污染严重、创新品种较少、部分产品长期依赖进口等原因, 并不是发酵强国。随着人们对生活品质要求的提高, 在饮食上要吃得饱, 更要吃得好。发酵豆制品目前对于消费者来说不仅仅是一种调味料, 还是一种功能性食品, 但由于含盐量过高, 被认为是促进胃癌等疾病的致病因子, 限制了消费量。发酵豆制品作为我国传统食品中非常宝贵的资源, 更应该予以重视。因此, 我们要利用现代科学技术和手段, 加强菌株改造和工艺优化, 形成完整的技术创新体系, 降低其含盐量, 科学化、工业化地开发发酵豆制品, 将美味、营养、功能等有机结合起来, 为发酵豆制品向功能营养型发展提供技术支持。
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