综述：菜豆（Phaseolus vulgaris L.）发酵生物加工：对蛋白质、膳食纤维和风味的影响

《Journal of Functional Foods》：Bioprocessing of common bean ( Phaseolus vulgaris L.) by fermentation: Effects on protein, fiber, and flavor

　　

菜豆（Phaseolus vulgaris L.）是一种营养丰富的豆类，富含蛋白质、膳食纤维、复合碳水化合物、维生素、矿物质和酚类化合物。尽管其营养密度高，但菜豆在现代食品系统中的整合受到抗营养因子（ANFs）、低蛋白质消化率、不良风味以及加工挑战的限制，这些因素降低了消费者的接受度，并限制了其被纳入商业可行的食品中。发酵已成为一种战略性生物加工手段，用以克服这些限制并提升菜豆的营养、功能和感官特性。本综述综合并讨论了菜豆发酵对蛋白质、膳食纤维和风味的影响，以及诸如微生物选择、豆类预处理和工业挑战等加工策略。文献表明，发酵可提高蛋白质溶解度，改善其消化率，并产生游离氨基酸和生物活性肽。发酵通过解聚可溶性组分中的结构多糖，改变细胞壁结构并重新分配结合纤维，从而修饰碳水化合物组分，使其更易被结肠发酵利用。风味也通过游离脂肪酸的释放和新的挥发性化合物的生成而改变，这些化合物引入了理想的风味特征。乳酸菌（LAB）、芽孢杆菌属（Bacillus spp.）和丝状真菌在豆类基质内的生化转化中发挥着重要作用。新兴的组学技术是研究微生物代谢、利用人工智能改进菌株选择以及发酵转化的宝贵工具。菜豆的发酵代表了开发具有改善的营养品质、感官接受度和工业相关性的创新型功能性成分的一种有前景的方法。

**1. 引言**

消费者对植物基产品作为乳制品和动物蛋白替代品的需求显著增长。豆类因其高蛋白浓度和良好的功能特性而被广泛用作肉类类似产品中的关键成分。此外，其低环境影响和相关的健康益处使豆类成为可持续和健康导向型食品开发的有吸引力的选择。尽管大豆（Glycine max）被广泛用于食品和工业产品开发，但它在美利坚合众国（U.S.）被认为是一种主要过敏原，在成人和儿童中的患病率分别为0.1-0.6%和0.5%。考虑到这些问题，人们的注意力已转向既营养又低致敏性的替代植物蛋白来源。菜豆（Phaseolus vulgaris L.）已成为满足多样化饮食需求的有前景的选择。然而，菜豆的消费也受到抗营养因子（ANFs）存在的限制，包括蛋白酶抑制剂、凝集素、植酸盐、单宁、皂苷和α-半乳糖苷。这些化合物会降低蛋白质消化率，减少矿物质生物利用度，并导致胃肠不适。浸泡、蒸煮、发芽和发酵等加工策略可降低ANFs水平并提高营养素可及性；发酵和发芽可将豆类中的植酸盐减少高达95%，单宁减少高达50%。传统的加工方法，包括浸泡、脱皮和热处理或高压蒸煮，可能导致可溶性蛋白质的损失并改变主要大分子（尤其是蛋白质）的组成。

发酵是一种古老的过程，由于其能够延长保质期，同时改善食品的感官特性和营养价值，在现代食品系统中仍然具有相关性。它利用微生物的代谢活性，可以将底物中的主要化合物转化为更具活性的生物分子和工业上相关的次级代谢产物。微生物的代谢活性可以降低ANFs并提高蛋白质消化率，从而改变豆类大分子的营养、功能和生物活性特性。发酵菜豆已显示出增加抗氧化能力和改善肠道健康的潜力。这些效应与发酵过程中生物活性代谢物的产生和释放有关，包括酚类化合物（如酚酸和类黄酮）、短链脂肪酸（SCFAs）、生物活性肽和维生素，这些物质有助于抗氧化能力。肠道健康的改善可以通过SCFAs的产生以及其他食物来源的大分子刺激肠道微生物群来调节。此外，通过基因组研究和人工智能技术识别特定微生物物种，已使得各种工业过程得以改进。从工业和商业角度来看，发酵菜豆在开发创新成分和功能性食品方面显示出巨大潜力。在食品过程和系统中，发酵通过不同的途径发生，包括酸发酵、碱发酵、酒精发酵和乳酸发酵，这取决于涉及的微生物和底物组成。发酵菜豆可以被掺入食品中，如酸奶和酸面团面包，以增强风味和整体感官属性。本综述旨在强调菜豆发酵过程的最新进展，描述传统和新型策略的优缺点，以及对关键生物分子如蛋白质、膳食纤维的修饰及其对风味的影响。

**2. 菜豆（Phaseolus vulgaris L.）的营养和抗营养因子**

菜豆是人类营养的关键豆类。营养专家认为豆类是高质量的食物来源，因为它们富含蛋白质、必需氨基酸、复合碳水化合物、膳食纤维、维生素和矿物质。斑豆、芸豆、利马豆、黑豆和北方大豆是最常食用的品种。菜豆中最相关的大分子包括蛋白质（14%-33%）、膳食纤维（16%-47%）、脂肪（1-2%）、多酚、维生素和矿物质，具体取决于品种。尽管营养价值高，但美利坚合众国（U.S.）豆类的人均消费量仅为9.3克/天，对成年人来说较低。此外，菜豆中ANFs的存在会导致消费者胃肠不适，间接限制了其消费。在这些ANFs中，植酸盐降低矿物阳离子的生物利用度；棉子糖和皂苷可引起胃肠不适；多酚会干扰营养吸收；当豆类未适当煮熟时，凝集素可能有毒。食品工业已认识到这些局限性，并开始增强菜豆的营养价值，将其掺入传统食品中，例如用菜豆粉代替普通面粉制成的创新烘焙产品。此外，菜豆被用于分离蛋白质以制造植物性食品，如香肠、饮料和零食。在饮料类别中，挤出和脱皮已被探索用于消除ANFs。供应商之间对豆粉的市场认知度有限以及缺乏普遍的质量规范进一步阻碍了其一致的工业规模应用。各种加工方法，如发芽、高压、热处理和发酵，被用来提高菜豆基产品的营养品质。例如，丹贝（tempeh）是亚洲国家一种传统的豆类发酵产品。它通过浸泡、去皮、蒸煮、pH调节和用少孢根霉（Rhizopus oligosporus）发酵的过程生产，产生带有白色菌丝体的馅饼状食品。丹贝营养丰富，含有大量膳食纤维、叶酸、不饱和脂肪酸、异黄酮和矿物质，以及高蛋白质浓度。菜豆（P. vulgaris）丹贝含有16.3-23.3%干物质（DM）的蛋白质；1.0-1.3% DM的脂肪，以及17.5% DM的蛋白质，具有2.1-3.6 mg GAE/g和基于DPPH抑制的43%抗氧化能力。在烘焙应用中，发酵菜豆粉可以减少胃肠酶抑制剂并增强抗氧化能力。用乳酸菌（LAB）发酵被广泛用于降低ANFs、增强感官特性以及产生生物活性代谢物。除了烘焙产品，菜豆越来越多地被用作饮料和乳制品替代品中的富含蛋白质成分，尤其是在不断增长的纯素市场中。

**3. 传统豆类加工方法的优缺点**

食品系统中用于菜豆的传统加工方法包括浸泡（缩短蒸煮时间）、煮沸、烘烤、压力蒸煮、高压灭菌、挤出、发芽和发酵。然而，其中一些处理可能导致可溶性营养素和生物活性化合物的损失，并改变豆类的感官特性。浸泡和热处理会减少水溶性营养素，包括矿物质、可溶性蛋白质和生物活性化合物，如酚类化合物。煮沸和压力处理可降低凝集素和蛋白酶抑制剂的水平，但这些方法也会改变淀粉结构并软化子叶。烘烤用于改善风味和香气；然而，这种干热处理也会影响膳食纤维和热敏感分子。挤出结合了热力和机械力，以实现具有特定特征的即食食品或功能性添加剂。然而，产品质量取决于多个变量，包括水分、粒径、温度和螺杆转速。热处理，如煮沸，通过破坏淀粉颗粒促进淀粉糊化。糊化作用增加了淀粉的水解作用，并通过使碳水化合物和其他营养素更易利用来提高微生物发酵的效率。结合热处理与发酵已被提议用于提高菜豆基产品的蛋白质消化率和改善营养品质。作为发酵前的预处理，糊化作用与乳酸菌（Lactobacillus sp.）和酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）发酵相结合，与未经预处理的发酵相比，促进了低分子量肽的形成，并将蛋白质消化率提高了高达90%。同一研究显示抗性淀粉和膳食纤维发生变化，表明热处理可以修饰发酵过程，并且加热可以在发酵初始步骤中减缓微生物对碳水化合物的利用。发芽通过激活内源酶并增加游离氨基酸、酚类物质和其他次级代谢物的浓度，增强了谷物的营养成分。然而，发芽需要严格控制以解决过程中的微生物污染和变异性。发芽通过增强必需氨基酸谱、增加色氨酸含量、提高类黄酮（如槲皮素和山奈酚）水平、实现大豆苷元和染料木素的合成，以及降解ANFs（包括凝集素、菜豆球蛋白和胰蛋白酶抑制剂），改善了菜豆的营养和保健品质。鹰嘴豆与菜豆一样是干籽粒，发芽软化谷物基质，激活内源代谢并增强多种生物活性化合物的释放。例如，菜豆的优化发芽确定了酚类化合物（36.40 ± 0.15 mg 没食子酸当量，GAE/100g）、抗氧化能力（92.46 ± 0.27% DPPH）、总黄酮浓度（53.59 ± 0.13 mg/100g）和香草酸（11.68 ± 0.14 μg/g），以及改善的生物活性和体外蛋白质消化率（86.36 ± 0.14%）。同时，抗营养因子如胰蛋白酶抑制剂显著减少（5.43 ± 0.20 mg/g）。相比之下，生菜豆呈现出相当低的生物活性化合物水平，包括总酚类化合物范围为6.55至10.32 mg GAE/g，总黄酮为8至10 mg/100g，抗氧化能力（17%至31% DPPH），香草酸（2.48至5.54 μg/g），以及限制蛋白质消化率的ANFs。这些结果表明，发芽不仅为发酵创造了更有利的环境，而且增强了最终产品的功能价值。发芽是发酵前的另一种潜在预处理。然而，在工业规模上应用发芽具有挑战性，因为需要精确控制水分、时间、温度和卫生条件，以避免不一致的发芽或可能的污染。传统的加工和预处理方法可以改善菜豆的特性，如蛋白质消化率，但它们在产生生物活性化合物和感官属性方面的效果仍然有限。热处理和糊化作用可用作促进发酵的预处理。这些预处理对于具有高结构完整性从而限制微生物获取营养素的菜豆尤其重要。

**4. 菜豆的发酵及微生物的选择**

发酵是一种成熟的生物过程，其中培养包括细菌、真菌和酵母在内的微生物，以修饰底物中的复杂分子。发酵不仅进一步减少ANFs，而且通过微生物代谢转化营养基质，产生生物活性肽，增强酚类物质含量，并改善风味特征。对于豆类，如菜豆，发酵已成为克服技术和营养障碍的关键策略，包括低蛋白质消化率、有限的营养素生物利用度以及减少ANFs。微生物学、基因组学和合成生物学的最新进展扩大了发酵在设计具有改进目标功能特性的产品方面的潜力。在自然发酵也称为自发发酵中，与植物材料相关的原生微生物群通过其代谢活动改变底物的化学组成。相比之下，控制发酵涉及将选定的微生物接种到原料中，以诱导特定的生化转化，从而提高过程的一致性和可重复性。根据水分可用性，控制发酵可分为固态发酵（SSF），其中微生物在含水量极低的固体基质上生长，以及液体发酵（SmF），其中微生物在液体培养基中生长。发酵策略的选择取决于底物的特性、技术目标以及最终产品的期望属性。据报道，菜豆的发酵可改善消化率和生物可及性，同时将ANFs浓度降低85%。发酵显著提高了豆类蛋白质的消化率。特别是，乳酸发酵提供了6%至15%的改善，达到75%至81%的总体消化率，而SSF将消化率提高了40%至55%。这些效应与微生物代谢和酶活性有关，它们根据其化学结构以及在豆类基质内的相互作用，修饰蛋白质、酚类化合物、碳水化合物和其他生物分子。它还通过产生有机酸、醇和过氧化氢来抑制病原微生物并延长保质期，从而有助于食品保存。发酵植物性食品与多种生物活性有关，包括抗氧化、抗炎和抗糖尿病作用，这些作用与酚类成分的修饰和生物活性化合物的释放有关。酚类化合物因其能够提供氢原子和电子、稳定自由基并增强抗氧化潜力而具有相关性。Valdés-Alvarado等人（2025）表明，用植物乳杆菌（Lactiplantibacillus (L.) plantarum）299v发酵黑豆和斑豆，由于其增强了酚类化合物和其他抗氧化代谢物，从而保留了其自由基清除能力。此外，发酵可以增强用菜豆配制的食品的技术和感官特性。将发酵豆类掺入面包和饮料等产品中，已显示出改善质地和风味的潜力。例如，在麦麸（5:4，w/w）酸面团发酵中添加黑豆，可将植酸盐浓度从11.15 mg/g降低至3.21 mg/g，并将可溶性膳食纤维从22%增加至78%，从而改善了烘焙性能、感官属性和产品稳定性。发酵是改善菜豆基成分和食品的营养、功能和感官特性的有价值策略。其有效性在很大程度上取决于所使用的微生物菌株、发酵条件和底物。需要进一步优化和标准化这些生物过程，以最大限度地生产所需产物，同时避免营养损失并保持产品质量。需要透彻理解预处理方法和发酵如何相互作用，以评估开发基于豆类的功能性食品的潜力。如表中所示，用于菜豆发酵的微生物选择主要由几个相互依赖的因素决定，包括底物的化学组成——特别是其蛋白质、淀粉、纤维和ANFs谱——发酵条件，如温度、pH、水分活度和氧气可用性，以及候选菌株的生长特性，包括酶分泌能力、酸耐受性和底物亲和力。最合适的菌株是在豆类基质中有效生长，同时产生水解蛋白质、碳水化合物、细胞壁多糖和其他成分的酶的菌株。因此，微生物选择与豆类基质的预期转化相关，例如特定ANFs的靶向减少，包括半乳低聚糖、单宁和植酸盐；生物活性化合物（如游离氨基酸和酚类物质）的富集；或通过挥发性化合物改善感官属性。丝状真菌，如米曲霉（Aspergillus (A.) oryzae）和黑曲霉（A. niger），因其强大的胞外酶系统（包括蛋白酶、淀粉酶和β-葡萄糖苷酶）而被广泛使用。这些酶能够广泛水解贮藏蛋白（如白蛋白）、淀粉和结构多糖，从而促进游离氨基酸、肽、可溶性糖和其他次级代谢物的释放。真菌发酵通常与菜豆营养和功能特性的显著变化有关，以及产生有助于土味香气的化合物。芽孢杆菌属（Bacillus）物种，特别是枯草芽孢杆菌（Bacillus (B.) subtilis），因其快速生长、产酶和短发酵周期而被广泛使用。这些特性使其适用于专注于有效降解ANFs以及改善蛋白质质量、消化率和氨基酸可得性的发酵。一些研究表明，用芽孢杆菌发酵可将植酸等化合物减少51%，将胰蛋白酶抑制剂活性从25.1 ± 1.9%降低至18.2 ± 0.6%，并减少单宁，同时在SSF和液体发酵中将必需氨基酸水平提高高达41.5%，并增加肽和可溶性含氮化合物。其强大的蛋白水解活性也有助于质地修饰和风味特征的发展，包括鲜味、坚果味或类似发酵大豆的味道。乳酸菌（LAB），如植物乳杆菌（L. plantarum）、干酪乳杆菌（L. casei）和短乳杆菌（Levilactobacillus brevis），是菜豆发酵中最常用的选定微生物，因为它们具有酸耐受性、对植物源性底物的亲和力以及益生特性。LAB发酵与支持微生物生长的酸化介质以及增强抗氧化和抗高血糖特性相关，使得LAB发酵的豆类产品适用于针对非传染性慢性疾病的功能性食品应用。例如，用植物乳杆菌（L. plantarum）和短乳杆菌（L. brevis）发酵糊化豆粉已被报道可增加游离氨基酸水平，改善体外蛋白质消化率，降低植酸浓度，并增强抗氧化能力。类似地，用植物乳杆菌（L. plantarum）和魏斯氏菌（Weissella paramesenteroides）发酵豆粉，在受控条件下能增加总酚浓度和游离氨基酸水平，同时减少ANFs。对于阿卢比亚豆（P. vulgaris）粉，胰蛋白酶和α-胰凝乳蛋白酶抑制剂在发酵后分别从2.9 ± 0.8降至0.6 ± 0.4 TIA mg/g，以及从247.0 ± 44.0降至18.0 ± 15.0 CUI/g。单宁也较对照（7.0 ± 0.7 mg GAE/100g）在发酵后（1.3 ± 0.6 mg GAE/100g）减少。这些发现强调了如何选择LAB以改善菜豆基质的营养和功能质量。微生物选择应受特定酶学能力和代谢产物的指导，这些是实现发酵豆类产品中目标营养、功能和感官属性所必需的。

**5. 控制发酵与组学方法**

在传统的发酵过程中，自发发酵已被用于生产豆类基发酵食品，但它有局限性。主要缺点是缺乏过程控制，因为微生物群落通常是固有异质性的、动态的和难以预测的。因此，决定风味发展、质地、ANF减少和生物活性化合物形成的代谢活动可能在批次之间变化。这种变异性损害了可重复性、可追溯性和效率，而这些对于工业应用来说是关键特性。因此，优选使用特定选定微生物作为发酵剂的控制发酵，以实现更高程度的标准化，从而产生更高质量和更功能性的产品。由组学技术支持的新型发酵策略已成为理解和优化微生物过程的强大工具。这些方法能够表征微生物群落及其分子功能，超越了依赖经验观察来设计高度精确的发酵系统。组学越来越被整合，以改善微生物资源选择、过程监测、代谢物预测和发酵控制。基因组学提供有关微生物遗传组成的详细信息。它能够识别与关键代谢活动相关的物种、菌株和功能基因，包括蛋白水解、碳水化合物降解、酸产生和ANF修饰。这些数据对于选择具有目标特性的微生物发酵剂以及预测微生物群落的酶学潜力非常有价值。通过绘制编码植酸酶、蛋白酶或碳水化合物活性酶的基因簇，基因组学方法通过有意识地选择具有互补代谢能力的菌株，实现了理性的发酵剂设计。比较分析进一步揭示了微生物群落如何对底物组成和加工条件做出响应。当与转录组学、蛋白质组学和代谢组学整合时，这形成了一个多维框架，该框架捕获了微生物在特定发酵条件下的代谢潜力和活性功能行为，从而支持营养结果和过程效率的优化。转录组学通过揭示微生物基因表达如何响应发酵过程中的环境条件而波动，对基因组学进行了补充，为涉及风味生成、应激适应和底物利用的途径的调控提供了更深入的见解。蛋白质组学通过识别产生的特定蛋白质和酶，进一步巩固了这种理解，从而阐明了每个发酵阶段发生的生化功能。最后，代谢组学非常有价值，因为它可以分析发酵过程中产生的低分子量化合物，包括有机酸、氨基酸、挥发性化合物、酚类化合物、糖类以及其他与感官和营养改善相关的分子。利用质谱法和核磁共振波谱法等分析方法，代谢组学追踪动态的生化变化，并将微生物活动与发酵终产物的最终组成联系起来。在豆类发酵中，风味、消化率和ANF减少的改善依赖于协调的代谢转化。结合组学工具可以促进对发酵的全面理解，并推动从传统方法向数据驱动的过程设计的转变。最终，这些工具有助于开发高效、可重复且高度针对性的菜豆发酵策略，从而产生具有增强感官特性、卓越营养品质且更接近工业可扩展性的产品。

**6. 发酵过程中的蛋白质修饰**

菜豆的高蛋白质浓度使其成为开发新型富含蛋白质产品的重要来源。豆类蛋白质主要由球蛋白和白蛋白组成，约占蛋白质总组分的80-90%，而谷蛋白（7-15%）和醇溶蛋白（2-4%）含量较低。菜豆球蛋白（Phaseolin），一种豌豆球蛋白（vicilin）型7S球蛋白，是主要的贮藏蛋白，约占种子总蛋白的40-50%。尽管菜豆中蛋白质和氨基酸谱丰富，但其消化率受到贮藏蛋白分子结构和干豆细胞结构的限制。这些豆类中的蛋白质在子叶细胞内形成复杂的基质，并被其他细胞壁包围。这些细胞壁由难以用酶水解的多糖组成，而传统的加工方法（如烘焙、蒸煮或油炸）对其破坏作用甚微。SSF提供了一种释放这种锁定蛋白质浓度的可行方法。例如，用少孢根霉（Rhizopus oligosporus）RT-3对红芸豆进行SSF处理，成功地破坏了子叶细胞完整性，增强了蛋白质基质降解，并促进了肽的释放。它还在模拟胃肠消化过程中增加了可溶性蛋白质和游离氨基酸的浓度。类似地，使用LAB可以增强菜豆粉中游离氨基酸的释放，为发酵的传统预处理提供了强有力的替代方案。当豆粉经过植物乳杆菌（L. plantarum）CRL 2211和魏斯氏菌（Weissella paramesenteroides）CRL 2182控制发酵时，研究人员观察到多酚和ANFs显著减少，同时游离氨基酸增加了50%，这是由于释放了谷氨酰胺、谷氨酸、精氨酸、亮氨酸和赖氨酸，与浸泡和发芽等传统处理方法相比。黑豆品种以其高蛋白质和生物活性肽浓度而闻名。Ren等人（2025）使用真菌灵芝（Ganoderma orogonense）（一种广泛用于生产健康食品的菌株）对发芽的黑豆进行了SSF，结果在发酵第17天，必需氨基酸增加了77.7%，支链氨基酸增加了62.2%。发酵的主要好处是能够修饰蛋白质组分，产生游离氨基酸和肽。这些发现强调了发酵是增强菜豆中蛋白质可及性以及释放肽和氨基酸的有效策略。然而，这些过程的效率取决于微生物菌株选择、精确的发酵条件以及干豆基质的结构特性。需要进一步研究以优化发酵过程中的蛋白质回收率，并将这些策略与新兴技术相结合，以实现从菜豆中可规模化、经济可行的蛋白质成分生产。

**7. 发酵过程中的膳食纤维和碳水化合物变化**

膳食纤维是菜豆的主要功能性成分，对胃肠健康、血糖调节和心血管保护至关重要。除了营养，膳食纤维显著影响豆类成分在食品系统中的技术性能。许多豆粉表现出技术功能缺陷，如低吸水性和吸油性以及较差的乳化能力，这限制了其更广泛的工业应用。发酵提供了一种有效的策略来修饰豆类基质，以改善其技术和营养特性。例如，用泡盛曲霉（Aspergillus awamori）对芸豆粉进行SSF，增强了其吸水性和吸油性，分别增加了约61.9%和72.9%，并改善了用发酵粉配制的饼干的功能特性，包括约31.3%的体外消化率和纤维组分的修饰。这些结果表明，发酵改变了细胞壁结构，并促进了结合纤维组分的重新分布。发酵还通过解聚可溶性组分中的结构多糖来修饰碳水化合物组分，从而增强了菜豆纤维的功能作用，使其更易被结肠发酵利用，从而改善了豆类产品的益生元潜力。在发酵过程中，微生物碳水化合物降解酶驱动可溶性膳食纤维（SDF）和不溶性膳食纤维（IDF）的重新分布。发酵剂微生物分泌酶，将结构多糖水解成更小的亚基，这些亚基随后可能被代谢成单糖、短链脂肪酸（SCFAs）和其他有机酸。这种酶促作用通常使SDF增加约7-12%，同时部分减少IDF 20-31%，具体取决于所使用的微生物、发酵时间和预处理条件。Liang等人（2022）报道，乳酸菌产生β-葡萄糖苷酶，这有助于纤维增溶并促进膳食纤维组分的重新分布。然而，过度发酵会过度降解纤维聚合物并减少总膳食纤维，这强调了需要优化发酵时间以最大化期望的纤维修饰。预处理是影响菜豆发酵过程中膳食纤维变化的另一个关键因素。单独热处理可能对IDF影响有限，但当与发酵结合时，它可以改变最终的纤维谱。De Pasquale等人（2020）证明，在热处理后发酵白豆和黑豆，无论使用植物乳杆菌（L. plantarum）MRS1还是短乳杆菌（L. brevis）MRS24，都增加了总膳食纤维（TDF）、SDF和IDF。未发酵的生白豆粉和糊化白豆粉的IDF为18%；发酵后，变为29.1 ± 0.3%。这种效应归因于加热过程中的淀粉老化，这促进了抗性淀粉的形成并导致TDF的增加。同时，抗性淀粉可以抑制微生物对淀粉的水解，从而改变整体发酵动力学。发酵过程中的纤维修饰也促进了与结构多糖结合的酚类化合物的释放。在发芽黑豆用灵芝（Ganoderma orogonense）发酵的过程中，SSF 10天后观察到的结构变化表明木质素、半纤维素和纤维素发生了降解，同时相关的酚类化合物被释放。最终，发酵调节了菜豆中膳食纤维的组成，对技术功能性能、益生元活性和功能性食品开发产生了积极影响。

**8. 菜豆产品开发中的挑战与策略**

将菜豆衍生成分纳入工业食品系统仍然受到与感官可接受性和技术放大可行性相关的挑战的限制。在这种背景下，发酵已成为一种有前景的生物加工策略，具有改善消化率、提高营养品质、改善风味和产生促进健康的代谢物的潜力。菜豆具有独特的风味，一种青草味、泥土味的香气，以及经常限制消费者接受度的感官属性。这些特征主要由脂质氧化过程中产生的挥发性化合物驱动，特别是己醛、醛类和己醇。传统的物理处理方法，如挤压，可以通过限制氧化反应来减少异味化合物；然而，它们通常严重损害营养品质。例如，挤压已被证明会导致膳食纤维的显著损失，在某些情况下，与生豆相比，纤维浓度降低了51%。因此，虽然物理加工增强了感官吸引力，但营养上的权衡是相当大的。微生物代谢可以通过降解脂质来源的前体（如磷脂和游离脂肪酸）来降低异味强度，同时生成引入理想感官特征的新挥发性化合物。在绿豆的后发酵过程中，己酸、己酸乙酯和鲜味氨基酸（包括Asp和Glu）的浓度显著增加；相比之下，甜味和苦味氨基酸Met和Lys的水平下降。然而，在不改变整体感官特征的情况下靶向特定的不良风味化合物仍然具有挑战性，因为微生物代谢活动难以控制。一种非常有效的替代策略是将菜豆作为功能性成分与其他底物一起掺入混合发酵系统中。这种混合方法显示出改善营养价值、感官品质和整体产品功能性的潜力。这一策略在类似牛奶的饮料中显而易见。含有100%发酵白芸豆提取物的配方因其稀薄的稠度和酸味而难以被接受。然而，含有30%豆类提取物和70%牛奶的混合物产生了一种比传统酸奶更稠密、更理想的发酵饮料。这些结果表明，菜豆成分可以作为天然增稠剂，可能减少发酵乳制品中化学稳定剂的需求。在来源于菜豆的其他发酵基质中也观察到了类似的感官改善。用黑豆粉补充酸面团改善了烘焙性能，并延长了植物蛋白强化小麦面包的无霉保质期。此外，在豆基丹贝（tempeh）中加入25%的红芸豆成功地改善了氨基酸谱，而没有对感官接受度产生负面影响，因为占主导地位的大豆基质有效地掩盖了芸豆部分的苦味和残留的豆腥味。总之，这些发现表明，当以适当的比例掺入复杂系统时，菜豆成分的感官局限性可以得到缓解，从而产生互补的风味特征。另一种有前景的策略涉及选择具有良好香气形成能力的微生物。米曲霉（A. oryzae）广泛用于酱油和其他传统发酵，以其产生挥发性芳族化合物以增强感官品质而闻名。当应用于海军豆分离蛋白的SSF时，米曲霉增加了化合物如乙酸和异丙醇的形成，这表明挥发性谱的主动调节和在发酵过程中风味发展的改善。这一点强调了微生物选择不仅与营养转化相关，而且与靶向感官优化相关。从产品开发的角度来看，增加菜豆消费可能取决于其被纳入常见食品类别，如烘焙产品、零食、饮料和植物性食品，在这些类别中，豆粉可以更容易地整合到复杂基质中。在这些系统中，香气和味道是消费者接受度的关键决定因素。香气主要与通过嗅觉受体感知的挥发性化合物有关，而味道则取决于与舌头上受体相互作用的非挥发性化合物。由于这两个维度都有助于整体风味感知，发酵提供了一种特别有吸引力的策略，因为它可以通过发酵剂菌株、底物组成、预处理和发酵条件的选择进行高度定制。此外，发酵可以通过几种互补机制改善菜豆来源食品的风味，而不仅仅是掩盖不良感官特征。微生物代谢可以减少脂质氧化衍生的异味化合物，特别是醛类，如己醛、壬醛、辛醛和2-戊基呋喃，它们是豆类中青草味、草味和豆腥味的关键贡献者。在发酵过程中，这些醛被微生物的醇脱氢酶和醛脱氢酶在微生物氧化还原代谢中酶促转化为相应的醇和羧酸。这种转化显著降低了感官影响，从而减少了对“豆腥味”异味的感知。另一方面，发酵产生了新的香气活性代谢物，这些代谢物定义了豆类基食品的感官特征。在乳酸发酵系统中，通常形成有机酸、酯和醇衍生挥发物等化合物，有助于产生果味、酸味和更平衡的香气特征。丝状真菌发酵可以产生更多样化的挥发性谱，包括酮类、短链脂肪酸、内酯和吡嗪类，这些与麦芽味、黄油味、烘烤味和咸味相关。这些差异突出了发酵衍生代谢物的类型和感官影响，这在很大程度上取决于微生物菌株和底物组成。发酵可以改善菜豆来源食品的风味、功能性和营养品质，尤其是当豆类在混合发酵系统中用作成分而不是作为唯一底物时。然而，现有的研究在标准化发酵方法、微生物菌株和食品基质方面仍然有限，使得分析和比较变得困难。需要更多标准化的策略来减少异味，同时保持或增强营养品质。然而，另一个挑战是凝集素和胰蛋白酶抑制剂的存在，如果加工不当，这些物质可能会降低菜豆基产品的营养品质和消化率。

**9. 结论与未来展望**

菜豆的发酵是一种旨在克服限制豆类在多种食品系统中使用的主要营养、功能和感官限制的策略。本研究旨在提供证据，证明发酵过程能够选择性降解菜豆中的抗营养因子，同时以增强消化率和技术功能性能的方式改变蛋白质溶解度和膳食纤维组分。发酵通过增强豆类成分的风味、质地和功能性，提供了显著的技术优势，从而支持将其纳入面包、饮料、乳制品和其他植物性产品中。然而，这些效应的大小和一致性在很大程度上取决于豆类品种、预处理方法、发酵过程、微生物选择和特定的技术条件。这些变异限制了研究之间的直接比较，并阻碍了更广泛的工业应用。未来的研究应侧重于开发标准化的发酵系统，特别关注根据其靶向特定ANF降解酶、驱动蛋白水解活性和改善风味的能力来选择发酵剂培养物。另一个重要的视角是感官优化；因此，未来的研究应优先考虑在混合食品基质中表征挥发性谱和配方。在生物系统中验证最终产品的健康效果对于推进功能性食品应用也是必要的，而不是仅仅依赖机制性的体外研究。虽然发酵，加上靶向酶预处理和发酵剂培养物，显然可以将菜豆转变为一种极具竞争力的食品成分，但这一过程很少在工业规模上放大。主要障碍是现有的证据过于依赖特定背景。大多数研究集中在简单的发酵系统上，未能捕捉到实际食品加工环境的复杂性，这使得将实验室结果应用于大规模生产变得极具挑战性。此外，需要对特定微生物菌株进行监管和安全评估、经济可行性研究以及工业规模上的消费者接受度评估。在组学工具支持下的可扩展发酵过程，是高效菜豆加工的关键步骤，旨在解决有限商业化中的转化瓶颈。最终，系统地解决这些差距不仅将加强豆类发酵的科学基础，而且还将有助于开发可持续、负担得起且营养充足的植物性食品系统。一个协调的研究议程，整合了靶向菌株特异性优化发酵设计（包括人工智能）、感官科学、基于组学的代谢物分析以及可扩展的加工技术，对于将菜豆和其他豆类定位为功能性食品行业中具有竞争力、营养优越的植物性成分至关重要。豆类发酵的未来不仅取决于生物活性，还取决于成功整合到可扩展、稳定、符合法规和可接受的食品系统中。总之，将蛋白质、膳食纤维和风味化合物的定制分析表征与简化的发酵模型相结合，将显著提高推进商业化和造福消费者的能力。