通过发酵提升豆类副产品的价值：增强其抗菌活性的策略

《Food Bioscience》：Valorization of pulse by-products through fermentation: a strategy to enhance antimicrobial activity

　　

摘要：

豆类被广泛食用，其工业加工过程中会产生可能含有抗菌成分的副产品。虽然先前的研究指出酶辅助提取法可从豆类中提取出抗菌肽，但本研究发现粗水解物对四种主要的食源性疾病病原体（单核细胞增生李斯特菌、沙门氏菌、大肠杆菌和金黄色葡萄球菌）并无抑制作用。作为替代方法，研究人员尝试了发酵技术。使用植物乳杆菌UPCCO 4932进行发酵取得了良好效果。豌豆、鹰嘴豆、豆类、豆粒及豆壳等发酵副产品对单核细胞增生李斯特菌具有杀菌作用，能将其数量减少3个对数单位/克以上。其他副产品则具有抑菌作用，在24小时的测试中能够阻止病原体生长。这些研究结果表明，利用选定的乳酸菌株对豆类副产品进行可控发酵是一种有效的资源利用策略，既能以可持续方式开发天然抗菌剂，提升食品安全性，又能减少农业和食品加工过程中的废弃物。优化发酵参数以及使用如植物乳杆菌之类的特定微生物菌株，是提升发酵植物基材料抗菌效果的关键。

引言

豆类属于豆科，是全世界广泛种植的可食用种子。其中，南非、南亚和北美洲是豆类最重要的生产地，每年产量占全球总量的50%以上，而欧洲的占比为9%（Rawal和Navarro，2019）。豆类种类繁多，但最常被食用的有鹰嘴豆、豌豆、小扁豆和豆类，这类食物富含蛋白质、碳水化合物、纤维和矿物质，脂肪含量较低。由于其营养价值高，它们既可以整粒食用，也可以经过破碎、去壳或磨粉后食用，近年来其产量增长了约2000万吨（FAOSTAT，2021）。由于豆类产量大且经过工业加工，因此会产生大量废弃物和副产品（Luzardo-Ocampo等人，2020）。在豆类生产链中，有几个关键环节会导致废弃物的产生：首先是收获后立即去除豆荚、叶子和茎；另一个关键环节是种子筛选，通过大小和密度将合格种子与不合格种子分开，不合格种子约占总量的5%-25%（Tassoni等人，2020）。这些残留物仍富含蛋白质、多肽、纤维、维生素、脂肪酸、多酚以及其他具有附加价值的分子，根据循环经济理念，这些物质可以被回收并用于各种生产领域（Gómez-García等人，2021）。目前，豆类副产品的处理方式包括填埋、焚烧、堆肥以及用作动物饲料，但这些方法并不具备可持续性，还会带来温室气体排放等环境风险。为了寻找更好的处理方法，近期的一些研究致力于从这些副产品中提取可用于食品和饲料的成分。有些研究探讨了豆类中的多肽和多酚对革兰氏阴性和革兰氏阳性微生物的抗菌活性，其中包括沙门氏菌、单核细胞增生李斯特菌、金黄色葡萄球菌和大肠杆菌等重要的食源性疾病病原体（Heymich等人，2021；Kan等人，2010；Pina-Pérez和Ferrús Pérez，2018a；Rehman和Khanum，2011）。

酶辅助提取法是一种很有前景的方法，可通过该方法利用豆类副产品制备出具有多种特性的蛋白水解物，其中包括抗菌活性（Gharibzahedi等人，2024）。此外，考虑到豆类副产品的成分特点，发酵也可能是一种提升其中抗菌化合物含量的有效策略（Ricci等人，2025）。乳酸菌被认定为安全物质，能够发酵副产品中的营养物质和生物活性成分，从而产生有机酸、二乙酰、细菌素以及其他具有抗菌作用的代谢物（Ricci等人，2019a；Siedler等人，2019）。乳酸菌发酵已经被应用于豆类加工中，由于乳酸菌能够产生抗菌和抗真菌物质，因此有助于提升豆类的质量和安全性（Cichońska和Ziarno，2021；Licandro等人，2020；Emkani等人，2022）。本研究旨在探索通过酶辅助提取和乳酸发酵等绿色资源化策略，利用豆类副产品所产生的抗菌潜力。具体而言，本研究重点评估在豌豆、鹰嘴豆和豆类工业化加工过程中产生的副产品对四种主要目标病原体——沙门氏菌、单核细胞增生李斯特菌、金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌活性。本研究的主要目标是：一）检测豆类副产品蛋白提取物的抗菌活性；二）评估豆类副产品的可发酵性；三）制定一种发酵方案，利用豆类副产品产生抗菌活性。

章节节选

实验材料

鹰嘴豆、豌豆和豆类的副产品（每种一批）由意大利博洛尼亚的Conserve Italia公司提供。这些原料是经过分选工序后重新水化的种子，分选过程是通过光学分选机根据种子的颜色和尺寸进行分类的。所有副产品都在美国纽约的Tuttnauer公司生产的3870MLV高压灭菌锅中，在121摄氏度下灭菌20分钟，之后储存在-20摄氏度环境中直至使用。

酶辅助水相提取

豆类（鹰嘴豆、豌豆和豆类）的蛋白组分被

豆类副产品酶辅助水相提取物对病原体生长的影响

为了确定所使用的各种因素是否会影响所研究的食源性疾病病原体的生长，以及它们是否会被酶辅助水相提取物所抑制，研究人员测试了表2中列出的16种实验条件。在该实验设计中，研究了三个不同的因素：一）酶辅助水相提取所使用的酶（木瓜蛋白酶或Viscozyme与木瓜蛋白酶的组合）；二）豆类副产品（鹰嘴豆、豌豆和豆类）；三）目标微生物（单核细胞增生李斯特菌）

讨论

豆类在全世界被广泛食用，而在其生产链中的多个关键环节都会产生废弃物和副产品（Tassoni等人，2020）。与从果蔬中开发新型抗菌剂的研究趋势一致，许多研究表明豆类副产品中含有抗菌成分（Pina-Pérez和Ferrús Pérez，2018）。在所有常见的豆类中，都发现了具有对抗主要食源性疾病病原体抗菌活性的蛋白质、多肽和多酚

结论

本研究旨在通过评估豆类副产品对四种主要食源性疾病病原体——沙门氏菌、单核细胞增生李斯特菌、金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的抗菌潜力，来实现对豌豆、鹰嘴豆和豆类工业化加工过程中产生的副产品的资源化利用。研究人员采用了两种酶辅助提取策略来从这些副产品中提取蛋白，但并未在粗提取物中发现抗菌活性。作为替代方法，

作者贡献说明

Valentina Bernini：论文撰写——审阅与编辑、项目管理、方法学研究。Luca Fontechiari：论文撰写——审阅与编辑、初稿撰写、实验研究、定量分析、数据整理。Annalisa Ricci：论文撰写——审阅与编辑、初稿撰写、实验研究、定量分析、数据整理、概念构建。Camilla Lazzi：论文撰写——审阅与编辑、项目管理、方法学研究、资金申请、概念构建。Emanuela Zanardi：论文撰写——审阅与

未引用参考文献

Kanatt和Sharma，2011；联合国粮食及农业组织。

资金支持

本研究得到了意大利艾米利亚-罗马涅大区在“研究与技术转移高端人才”招标项目下资助的项目“低环境影响抗菌剂的研发（GAIA）：植物副产品与废物的回收以及昆虫养殖”的支持，项目编号为DGR 2088/2019，所属计划为FSE 2014/2020。

此外，本研究的部分工作还获得了欧盟委员会“NextGenerationEU”计划下SUS-MIRRI项目的支持，项目编号为IT，“加强意大利MIRRI研究基础设施”。

利益冲突声明

? 作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益关系或个人关系。

Annalisa Ricci|Luca Fontechiari|Valentina Bernini|Tullia Tedeschi|Emanuela Zanardi|Camilla Lazzi

意大利帕尔马大学食品与药品系