豆乳与牛乳经特定益生菌发酵后功能特性的比较研究

《Fermentation》：Comparative Study of Functional Properties in Soy Beverages and Cow’s Milk Fermented by Selected Beneficial Bacteria

　　

乳酸菌（LAB）和双歧杆菌菌株对牛乳和植物基替代品豆乳的发酵，均以创制功能性产品为目标，但两者在底物及最终特性上存在显著差异。本研究旨在比较21株选自IATA-CSIC菌种保藏库的LAB和双歧杆菌菌株在豆乳和牛乳发酵中所呈现的功能特性。LAB和双歧杆菌菌株在豆乳中表现出更大幅度的pH下降，尤其是植物乳杆菌（Lactiplantibacillus plantarum）和假链状双歧杆菌（Bifidobacterium pseudocatenulatum）菌株，它们仅在豆乳中能够生长和发酵。鼠李糖乳杆菌（Lacticaseibacillus rhamnosus）和副干酪乳杆菌（Lacticaseibacillus paracasei）菌株在牛乳和豆乳中均表现出较高的蛋白水解活性，而嗜热链球菌（Streptococcus thermophilus）和乳酸乳球菌（Lactococcus lactis）菌株在牛乳中表现出较高的蛋白水解活性，大多数双歧杆菌菌株则未表现出蛋白水解活性。发酵作用大多导致豆乳中抗氧化活性的增加（以DPPH法测定），以及牛乳中抗氧化活性的增加（以FRAP法测定）。最后，所有副干酪乳杆菌、鼠李糖乳杆菌和双歧杆菌菌株均在豆乳中表现出高效的黄豆苷元（daidzein）和染料木素（genistein）生成能力。综上所述，豆乳是植物乳杆菌和双歧杆菌菌株更适宜的底物，且许多所选菌株产生的生物活性异黄酮增强了豆乳的功能潜力。

### 论文解读：豆乳与牛乳经益生菌发酵的功能特性比较研究

#### 研究背景与目的

近年来，乳酸菌（LAB）长期与动物乳发酵相关联，能够将糖转化为乳酸并改善乳制品的质构、风味和营养特性。随着植物基饮食的兴起，豆乳已成为动物乳最主要的植物基替代品。豆乳和牛乳在营养上可比较，均含有高生物学价值的蛋白质；牛乳天然富含钙和维生素D，而豆乳则具有低饱和脂肪、无胆固醇和不含乳糖的特点，适合乳糖不耐受者、素食者及减少脂肪摄入的人群。然而，豆乳含有植物源性的酚类化合物和异黄酮，而牛乳中不含这些成分，这使得豆乳具有独特的营养价值。已有研究表明LAB和双歧杆菌能够发酵豆乳，并改善其消化性，但不同菌株在两种底物中的生长能力和功能特性差异尚缺乏系统比较。本研究旨在比较来自IATA-CSIC菌种保藏库的21株LAB和双歧杆菌在豆乳和牛乳发酵中所带来的功能特性差异，包括菌株生长、pH变化、蛋白水解活性、抗氧化活性以及异黄酮转化能力，为筛选具有改善功能特性的潜在发酵菌种提供依据。

#### 研究方法概述

研究人员从IATA-CSIC菌种保藏库中选取21株乳酸菌和双歧杆菌，包括植物乳杆菌、副干酪乳杆菌、鼠李糖乳杆菌、乳酸乳球菌、嗜热链球菌以及双歧杆菌属多个菌种。将各菌株分别接种至商业UHT豆乳（含15%大豆，Carrefour Bio）和UHT牛乳（Carrefour）中，初始接种量约为7 log cfu/mL，在最适温度下厌氧或好氧发酵48小时。发酵后测定菌落总数和pH值；采用OPA法测定蛋白水解活性，以亮氨酸当量表示；分别用DPPH自由基清除法和FRAP铁还原法评估抗氧化活性；通过HPLC-PAD法定量豆乳中异黄酮（黄豆苷、黄豆苷元、染料木苷、染料木素）的浓度变化。所有实验均设置未接种对照，数据经SPSS统计软件进行正态性、方差齐性检验，采用Dunnett检验比较与对照的显著差异，并进行Pearson相关性分析。

#### 研究结果与讨论

**3.1 乳酸菌和双歧杆菌发酵豆乳和牛乳后的菌落数与pH变化**

发酵48小时后，乳酸乳球菌、嗜热链球菌、副干酪乳杆菌和鼠李糖乳杆菌在豆乳和牛乳中均增长约2 log CFU/mL。然而，植物乳杆菌和双歧杆菌菌株仅在豆乳中表现出生长，在牛乳中几乎不生长，仅植物乳杆菌ESI 144在牛乳中轻微生长。这一结果说明豆乳更适合植物乳杆菌和双歧杆菌的生长和发酵。pH方面，LAB和双歧杆菌使豆乳pH从7.04降至4.71，平均下降2.38个pH单位；而牛乳pH从6.59降至5.26，平均下降1.33个单位。植物乳杆菌使豆乳pH下降超过2个单位，但在牛乳中几乎没有下降；双歧杆菌使豆乳pH下降2.12，而牛乳中仅下降0.75。嗜热链球菌在两种饮料中pH下降均大于2个单位，无显著差异；乳酸乳球菌INIA 415和ESI 515在牛乳中pH下降最显著。

**3.2 蛋白水解活性比较**

对照豆乳的亮氨酸当量值（133.86±24.11 μM）高于对照牛乳（60.13±3.80 μM），所有豆乳样品（包括对照和发酵样品）的亮氨酸当量均高于牛乳。总体上，21株菌使牛乳的亮氨酸当量平均增加33.8%，使豆乳增加17.6%，但菌属、菌种甚至菌株间差异显著。乳酸乳球菌Li03在两种饮料中均无蛋白水解活性，而INIA 415和ESI 515在牛乳中分别增加94.03%和153.35%，在豆乳中分别增加38%和65.53%。嗜热链球菌在牛乳中表现出低但显著的蛋白水解活性，在豆乳中则无活性。所有植物乳杆菌菌株在两种饮料中均无蛋白水解活性，这与该菌为氨基酸营养缺陷型、缺乏胞外蛋白酶基因的报道一致。副干酪乳杆菌和鼠李糖乳杆菌在牛乳和豆乳中均表现出高蛋白水解活性，使豆乳亮氨酸当量增加41.5%，牛乳增加45.2%。双歧杆菌菌株在两种饮料中的蛋白水解活性均很低，仅假链状双歧杆菌INIA P815在牛乳中有显著增加。相关性分析显示，牛乳中蛋白水解活性与pH下降及FRAP抗氧化活性呈正相关，而豆乳中未观察到这些相关性。

**3.3 抗氧化活性的变化**

发酵后抗氧化活性的变化在豆乳和牛乳中呈现相反趋势。大多数菌株发酵豆乳后，DPPH自由基清除能力显著增加；而大多数菌株发酵牛乳后，FRAP铁还原能力显著增加。乳酸乳球菌菌株在豆乳中DPPH值增加，在牛乳中无显著变化；同时它们使牛乳FRAP增加，却使豆乳FRAP显著下降。嗜热链球菌菌株仅使牛乳FRAP显著增加，DPPH无变化，这可能与其不能转化异黄酮糖苷有关。乳杆菌菌株发酵豆乳显著提高DPPH并降低FRAP，发酵牛乳则显著降低DPPH并提高FRAP。双歧杆菌菌株仅在豆乳中显著增加DPPH，这与其将黄豆苷和染料木苷转化为黄豆苷元和染料木素有关。研究还发现，异黄酮糖苷向苷元的转化与DPPH抗氧化活性呈正相关，而蛋白水解活性与FRAP活性呈正相关，因为蛋白质水解产生的肽和氨基酸具有还原能力。

**3.4 豆乳中黄豆苷元和染料木素浓度的增加**

未发酵豆乳中异黄酮主要以糖苷形式存在，对照豆乳中黄豆苷元浓度为8.17±1.99 μM、染料木素浓度为16.29±3.07 μM、黄豆苷浓度为166.34±10.20 μM、染料木苷浓度为187.15±9.54 μM。除两株嗜热链球菌外，所有菌株在豆乳发酵后均产生显著量的黄豆苷元和染料木素，大多数菌株在48小时后将黄豆苷和染料木苷完全转化为苷元。部分菌株如假链状双歧杆菌INIA P815、INIA P946、副干酪乳杆菌INIA P160、INIA P534和鼠李糖乳杆菌INIA P344在24小时内即完成完全转化。双歧杆菌属的短双歧杆菌和假链状双歧杆菌具有较高的脱糖苷酶活性，乳杆菌属菌株也常具有高葡萄糖苷酶活性，而嗜热链球菌的β-葡萄糖苷酶活性很低。异黄酮脱糖苷化不仅提高了异黄酮的生物利用度和雌激素活性，还伴随着DPPH法测得的抗氧化活性增加。

#### 总结与结论

本研究系统比较了21株LAB和双歧杆菌在豆乳和牛乳发酵中的功能特性差异，得出以下结论：乳酸乳球菌、副干酪乳杆菌和鼠李糖乳杆菌是制备发酵牛乳和豆乳功能性产品的潜在菌种；植物乳杆菌和双歧杆菌菌株仅在豆乳中表现出功能特性的改善，豆乳是这些菌株更适宜的生长和发酵底物；大多数LAB和双歧杆菌菌株产生的高含量肽、游离氨基酸和异黄酮苷元提高了豆乳的功能特性，尤其适用于特定人群。研究还筛选出乳酸乳球菌ESI 515、副干酪乳杆菌INIA P461、鼠李糖乳杆菌INIA P344和INIA P540等潜在菌株，可用于制备功能改善的发酵食品。