蚕豆固态发酵改性：基于酿酒酵母调控蚕豆粉组分特性的策略

《Foods》：Solid-State Fermentation with Saccharomyces cerevisae: A Strategy to Modulate the Properties of Faba Bean Flours

　　

蚕豆(Vicia faba L.)是一种高蛋白豆类，其应用受限于感官特性及以棉子糖家族寡糖(RFOs)为代表抗营养因子。研究人员考察了以酿酒酵母(S. cerevisiae)进行固态发酵(SSF)对淀粉富集(SF)与蛋白富集(PF)蚕豆粉特性的影响，测定了近似组成、氨基酸谱、可消化碳水化合物、有机酸含量及工艺功能特性，并评估了SF与PF基可丽饼的感官属性。SSF使可消化碳水化合物降低10%(SF)与22%(PF)；SF中RFOs浓度下降39%；苹果酸与乙酸在两组分中均升高；PF中谷氨酸与天冬氨酸升高(分别+14.09%、+8.41%)，赖氨酸下降，提示蛋白结构改变但未损害营养品质；吸水率(WAC)提升12.41%(SF)与6.7%(PF)，仅SF的吸油率(OAC)提升22.63%；水溶性(WS)在SF与PF分别下降43.78%与23.76%；以发酵PF制备可丽饼较未发酵粉全球接受度提升48.50%。结果表明，S. cerevisiae固态发酵是改善蚕豆粉感官特性、拓展其作为植物基功能性配料应用的潜在策略。

研究背景方面，植物基食品市场持续扩张，全球销售额2025年达289亿美元，豆类因耐逆性与生物固氮优势成为替代蛋白核心来源。蚕豆含27–34%蛋白与40–47%淀粉，但受RFOs致胃肠胀气、豆腥味挥发物及空气分级后两馏分（淀粉富集SF与蛋白富集PF）特性差异限制。现有发酵研究多聚焦全豆或 submerged fermentation，少见对空气分级馏分分别固态发酵(SSF)且以酿酒酵母(S. cerevisiae)为单一菌株的报道，故研究人员假设SSF可同步优化两馏分营养、工艺与感官属性，以拓展其在可丽饼等谷物基产品中的直接替代潜力。

关键技术方法上，研究人员从西班牙Sanygran SL获取经空气分级得到的SF与PF蚕豆粉；SF直接以烘焙酵母S. cerevisiae 30℃活化后25℃、80%湿度固态发酵3 h，PF则先经α-淀粉酶与淀粉葡萄糖苷酶60℃水解淀粉释放单糖，再加酵母25℃发酵9 h至还原糖消耗趋缓，随后90℃灭酶、60℃烘干、粉碎过160 μm筛。表征涵盖AOAC近似组成、酶法试剂盒测可消化碳水与有机酸、Megazyme试剂盒测RFOs、ISO 13903离子交换色谱测氨基酸、离心法测吸水/溶性(WAC/WS)与吸油率(OAC)、Yasumatsu法测乳化活性/稳定性(EA/ES)、高速剪切法测起泡能力/稳定性(FC/FS)及倒置管法测最低凝胶浓度(LGC)；可丽饼以100% SF或30% PF替代小麦粉制作，16人感官小组以5点喜好度量外观/气味/滋味/稠度/黏性、9点量全球接受度。

研究结果部分，3.1节近似组成显示发酵后两馏分碳水显著降（SF -3.61%、PF -14.88%），SF蛋白与灰分升、PF略降，脂肪变幅<1单位可忽略。3.2节可消化碳水与有机酸中，SF总可消化碳水降10%、PF降22%，蔗糖两馏分均显著降，PF麦芽糖与淀粉显著降，SF单糖最高升5倍；RFOs在SF降39%（具统计显著），PF数值降但不显著；苹果酸两馏分升，SF另伴L-乳酸与乙酸升、柠檬酸降。3.3节氨基酸谱中，SF总氨基酸+18.9%、PF+9.9%，天冬与谷氨酸两馏分均显著升，SF赖氨酸升而PF赖氨酸降，SF含硫氨基酸中甲硫氨酸升、半胱氨酸/胱氨酸降。3.4节工艺功能显示WAC两馏分升（SF +12.41%、PF +6.71%）、WS降（SF -43.78%、PF -23.76%），OAC仅SF升22.63%；乳化与起泡属性各有升降，SF的FC降、FS升13.89%，PF的FC显著降18.92%；LGC上SF几乎不凝胶（仅发酵SF在20%成胶），PF维持12%不受发酵影响。3.5节可丽饼感官中，SF基可丽饼无论发酵与否全球接受度（6.75、6.31）均显著高于小麦对照（4.63），发酵仅增不悦气味；PF基中未发酵UPF接受度4.00同对照，发酵FPF升至5.94，且气味强度降、滋味与稠度评分改善。

讨论部分指出，S. cerevisiae不能直接降淀粉，SF中依赖蔗糖与RFOs供能故RFOs降解明显，PF因预水解单糖充足致RFOs利用受抑；有机酸累积致pH降至~5.8，激活内源α-半乳糖苷酶并诱导蛋白部分解折叠，非酶脱酰胺使天冬酰胺/谷氨酰胺转为天冬/谷氨酸，酵母同化无机氮合成谷氨酸系氨基酸，解释氨基酸谱变化。WAC升源于淀粉无定形区修饰与PF热处理蛋白展开暴露亲水基，WS降因聚集；OAC升在SF关联淀粉颗粒孔隙化与疏水氨基酸露头。FPF可丽饼接受度提升归因单糖参与美拉德反应掩蔽豆腥、谷氨酸呈鲜、赖氨酸（苦味相关）下降及蛋白聚集改质稠度。

结论部分翻译如下：本研究假设烘焙酵母固态发酵可增强蚕豆粉化学、工艺与感官属性，并按淀粉/蛋白含量分别以S. cerevisiae处理。在当前条件下，发酵粉RFOs降至蛋白富集22.5%、淀粉富集39.2%；氨基酸谱总体保留，营养未受损；结构变化引发蛋白残基-脂质-淀粉残基新互作，改变工艺功能。SSF使两粉WAC升6.7–12.4%，OAC仅SF升22.7%而PF不变，利于工业配料。SSF使PF可丽饼全球接受度提升48.5%。结果表明SSF可拓展蚕豆粉在植物基产品中的适用性，烘焙酵母因食品级通用性具转化潜力；但放大需控热质传递与湿损失以保障重现性，后续应在其他食品中验证粉级改良向终产品品质的传递。论文发表于《Foods》。