固态发酵强化印奇果粕的营养特性与功能活性研究

《Applied Food Research》：Enhancement of nutritional and functional properties of sacha inchi meal by solid-state fermentation

本研究针对印奇果粕( SM)利用率低的问题，通过固态发酵( SSF)技术，分别采用枯草芽孢杆菌( B. subtilis)、少孢根霉( R. oligosporus)和嗜酸乳杆菌( L. acidophilus)进行发酵处理。结果表明，发酵显著提升了总酚含量( TPC)、抗氧化活性( DPPH/ABTS)及关键酶活性，并改善了氨基酸组成与蛋白品质，所有样品均显示出强效的血管紧张素转换酶( ACE)抑制活性。该研究为SM的高值化利用及功能性食品开发提供了有效策略。

　　

在追求健康饮食和可持续食品资源的今天，如何高效利用农产品加工副产物已成为食品科学领域的重要课题。印奇果（Sacha inchi），作为一种富含蛋白质和不饱和脂肪酸的“超级种子”，在榨取油脂后会产生大量的印奇果粕（SM），约占原料总量的50-70%。然而，这股“潜力股”却因其强烈的豆腥味和涩味而难以直接应用于食品加工，造成了资源的巨大浪费。与此同时，消费者对具有特定健康功效的功能性食品的需求日益增长。有没有一种方法能够“变废为宝”，同时提升其营养价值呢？固态发酵（SSF）这一古老的生物加工技术，或许正是打开这座宝库的钥匙。它利用微生物在接近自然状态的固体基质上生长代谢，不仅能改善食物的风味，还能释放和转化出更多有益健康的活性物质。以往的研究多集中于大豆、谷物等常见原料，而对于印奇果粕这一特色资源，不同微生物发酵系统对其营养和功能特性的系统性影响尚不明确。为了解决这一问题，来自泰国拉查蒙坤叻南达鲁信大学的研究团队在《Applied Food Research》上发表了一项研究，系统探讨了三种不同微生物固态发酵对印奇果粕的强化效果。

为了系统评估固态发酵对印奇果粕的改善作用，研究人员采用了多项关键技术方法。研究首先获取了商业来源的印奇果粕作为发酵基质。核心实验是分别使用三种不同的微生物——枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）、少孢根霉（Rhizopus oligosporus）和嗜酸乳杆菌（Lactobacillus acidophilus）——在严格控制温度、湿度和时间的条件下进行固态发酵，并设置未发酵的印奇果粕作为对照（USM）。在发酵过程中及结束后，研究团队系统检测了多种指标：通过分光光度法测定了总酚含量（TPC）和自由基清除能力（DPPH, ABTS）；采用高效液相色谱法（HPLC）精确分析了8种特定酚酸成分的组成变化；利用生化方法测定了蛋白酶、α-淀粉酶和β-葡萄糖苷酶等关键水解酶的活性；通过氨基酸分析仪结合HPLC技术全面解析了样品的氨基酸组成和蛋白质质量（包括氨基酸评分AAS和必需氨基酸指数EAAI）；使用扫描电子显微镜（SEM）观察了发酵前后样品粉末的表面微观结构变化；最后，通过体外酶抑制实验评估了样品的血管紧张素转换酶（ACE）抑制活性，以探究其潜在的抗高血压功能。所有数据均经过严格的统计学分析，以确保结果的可靠性。

3.1. 发酵过程中印奇果粕酚类含量和酶活性的变化

研究结果显示，发酵显著影响了印奇果粕的酚类物质释放，但其效果因微生物种类而异。在枯草芽孢杆菌发酵系统（BSM）中，总酚含量（TPC）在48小时内从0.44 mg GAE/g显著增加至7.43 mg GAE/g，提升了约8.2倍。同时，蛋白酶和α-淀粉酶的活性也呈现显著上升趋势。在少孢根霉发酵系统（RSM）中，TPC在24小时发酵后达到2.72 mg GAE/g，增加了约3.0倍，其蛋白酶、α-淀粉酶和β-葡萄糖苷酶活性均持续增长。相比之下，嗜酸乳杆菌发酵系统（LSM）的TPC在整个72小时发酵期内保持稳定，未观察到显著提升。相关性分析进一步揭示，在BSM和RSM中，TPC的增加与蛋白酶、β-葡萄糖苷酶等酶活性呈显著正相关，表明微生物产生的酶系在酚类物质释放中起到了关键作用。

3.2. 游离态和结合态酚类化合物的贡献

研究人员进一步分析了酚类化合物的存在形式。在未发酵的印奇果粕（USM）中，结合态酚类（56.51%）略高于游离态（43.49%）。发酵处理后，BSM和RSM样品中的游离态和结合态酚类含量均显著增加。BSM中游离态酚类的比例升至54.0%，而RSM中结合态酚类仍占优势（52.85%）。这表明固态发酵不仅增加了酚类总量，还改变了其存在形态的分布，BSM发酵更有利于游离酚的释放。

3.3. 酚类组成

通过HPLC精确分析发现，未发酵的印奇果粕中主要含有香草酸和阿魏酸。发酵后，八种被检测的酚酸（包括没食子酸、绿原酸、香草酸、咖啡酸、丁香酸、p-香豆酸、阿魏酸和芥子酸）含量均显著增加。其中，RSM样品中酚酸总量最高，达到92.92 mg/100g，相比USM增加了约14.1倍。特别值得注意的是，发酵过程“创造”出了在原料中未检出的没食子酸。然而，在LSM样品中，阿魏酸含量却出现了下降，推测可能与乳酸菌特有的酚酸代谢途径有关。

3.4. 发酵过程中印奇果粕抗氧化活性的变化

酚类物质含量的提升直接带来了抗氧化能力的增强。在BSM系统中，DPPH自由基清除率从27.09%升至56.00%，ABTS自由基清除率从13.33%大幅提升至81.23%。RSM系统也表现出类似的显著提升。相关性分析再次证实，在BSM和RSM中，抗氧化活性的增强与TPC及各种酶活性的提高密切相关。而LSM系统的抗氧化活性则变化不大。这表明由枯草芽孢杆菌和少孢根霉主导的发酵能有效激发印奇果粕的抗氧化潜力。

3.5. 表面形态

扫描电镜（SEM）观察直观地展示了发酵带来的物理结构变化。未发酵的印奇果粕结构完整，淀粉颗粒清晰可见。而经过三种微生物发酵后，样品表面均变得粗糙、多孔，淀粉颗粒结构被破坏。这种细胞壁结构的降解为酶类接触并分解底物、释放酚类等活性成分创造了有利条件。

3.6. 总氨基酸组成

在营养改善方面，发酵对印奇果粕的氨基酸组成产生了积极影响。虽然大多数氨基酸含量变化不显著，但丙氨酸和赖氨酸在发酵后均有显著增加。总氨基酸含量和总必需氨基酸含量在发酵样品中均呈现上升趋势（约1.1-1.2倍）。基于世界卫生组织（WHO）的推荐模式计算，所有样品中甲硫氨酸+半胱氨酸（Met + Cys）均为第一限制性氨基酸，赖氨酸为第二限制性氨基酸。然而，发酵后的印奇果粕的必需氨基酸指数（EAAI）有所改善，尤其是RSM和BSM样品，表明其蛋白质整体质量得到提升。

3.7. ACE抑制活性

在功能活性方面，一个令人惊喜的发现是，无论是否经过发酵，所有印奇果粕样品都表现出很强的血管紧张素转换酶（ACE）抑制活性（78.75%-81.10%），且组间无显著差异。这表明印奇果粕本身富含具有潜在抗高血压作用的成分（如某些酚酸和肽类），发酵过程并未削弱这一特性。

综上所述，本研究清晰地表明，利用枯草芽孢杆菌和少孢根霉对印奇果粕进行固态发酵，是一种极具潜力的生物加工策略。它能通过微生物酶系（如蛋白酶、α-淀粉酶、β-葡萄糖苷酶）的有效作用，显著提升印奇果粕的总酚含量、改变酚类形态与组成，并极大地增强其抗氧化能力。同时，发酵还能改善蛋白质的氨基酸组成和质量。研究结果强调了微生物酶在释放和转化酚类等生物活性物质中的核心作用。该研究成功地将一种农业加工副产物转化为具有增强营养价值和功能特性的潜在功能性食品原料，为开发基于印奇果粕的纳豆、天贝和益生菌产品等新型健康食品提供了坚实的科学依据，对促进食品工业的可持续发展和高值化利用具有重要意义。