新型两步真菌和乳酸菌发酵作为大豆豆渣增值的创新策略：改善感官特性和生物活性功能

《EUROPEAN FOOD RESEARCH AND TECHNOLOGY》：Novel two-step fungal and lactic acid bacteria fermentation as an innovative strategy for soy okara valorization: improvement of sensory properties and bioactive functionality

　　

大豆豆渣是豆腐生产中富含膳食纤维的副产物残渣，但其有限的消化性和感官特性限制了其在食品系统中的应用。本研究探讨了一种新型两步发酵策略，将固态发酵与Cyclocybe aegerita以及随后使用五种食品相关乳酸菌（LAB）菌株（Lacticaseibacillus rhamnosus、Lacticaseibacillus casei、Lactiplantibacillus plantarum、Pediococcus acidilactici和Pediococcus pentosaceus）进行液体发酵相结合，以改善大豆豆渣的营养可及性、感官特性和生物活性功能。真菌发酵作为主动的生物转化步骤，提高了后续细菌发酵的营养可及性。C. aegerita将总纤维含量降低约22%，总碳水化合物降低约70%，同时还原糖增加3.8倍，表明基质被广泛降解。因此，与仅经乳酸菌发酵的大豆豆渣相比，乳酸菌生长增加了2–3 log₁₀ CFU/g。GC-MS分析显示，两步发酵使香气谱多样化，其中真菌发酵主要促进甲基支链脂肪酸的形成，而随后的乳酸菌发酵则产生乙偶姻和双乙酰。此外，与非发酵大豆豆渣相比，发酵与味觉感知的显著变化相关，包括苦味降低和鲜味感知增强。此外，顺序发酵显著增强了酚类化合物的释放，导致抗氧化能力增加4.4倍，在基于细胞的测定中抗炎效果增强约17%。总体而言，结果表明真菌生物转化与乳酸菌发酵相结合可实现营养可及性以及大豆豆渣感官和生物活性特性的显著增强，为大豆食品副产物的增值提供了一种有前景的策略。

论文解读

随着全球对植物蛋白来源需求的日益增长，豆制品生产规模迅速扩大，导致大量大豆豆渣（soy okara）这一不溶性大豆残渣的产生。据统计，每公斤大豆约产生1–1.2公斤豆渣，年产量估计约1400万吨。然而，豆渣因水分含量高（>80%）、消化性低、感官特性不佳，仅有部分被商业化用于人类食品，大部分被废弃或低值利用。同时，豆渣富含膳食纤维（30–50%）、蛋白质（20–30%）、脂质（约15%）以及结合态酚类化合物，具有潜在的抗氧化和抗炎活性，但其高分子聚合物结构（如纤维素、半纤维素、木质素）限制了微生物的降解利用。乳酸菌（lactic acid bacteria, LAB）常用于植物基食品的保藏和风味改善，但多数LAB缺乏木质纤维素降解酶，难以直接利用豆渣中的复杂多糖。相比之下，担子菌门（Basidiomycota）丝状真菌拥有木质纤维素酶（如漆酶），能有效降解高分子量、高度支化的生物聚合物。可食用蘑菇Cyclocybe aegerita（毛木耳？实际为茶新菇？这里保留原文）已被证明在含大豆基质发酵中可提高蛋白质可利用性、改善感官和功能特性并减少抗营养因子。因此，本研究旨在探索C. aegerita与LAB协同发酵豆渣的新策略。

研究人员采用了两步顺序发酵策略：首先利用C. aegerita对大豆豆渣进行固态发酵（solid-state fermentation, SSF）作为预消化步骤，随后接入五种食品相关LAB菌株（Lacticaseibacillus rhamnosus GG、Pediococcus acidilactici、Lactiplantibacillus plantarum、Pediococcus pentosaceus、Lacticaseibacillus casei）进行液体发酵（submerged fermentation）。研究评估了该过程对微生物生长、营养成分、感官特性、抗氧化能力和抗炎潜力的影响。结果表明，两步发酵显著改善了豆渣的营养可及性、感官和生物活性功能，为豆渣增值提供了新途径。该成果发表于《EUROPEAN FOOD RESEARCH AND TECHNOLOGY》。

研究采用的主要技术方法包括：点样法（spot-on lawn assay）验证LAB菌株间无相互抑制；平板计数法和pH计监测LAB生长及酸度；化学成分测定采用凯氏定氮法（粗蛋白）、Bradford法（可溶性蛋白）、AOAC 991.43法（膳食纤维）、苯酚-硫酸法（总碳水化合物）和3,5-二硝基水杨酸（3,5-DNS）法（还原糖）；总酚用Folin-Ciocalteu法测定，抗氧化性用DPPH自由基清除法评估；抗炎活性通过免疫印迹检测COX-2表达和DHE荧光染色检测活性氧（ROS）；感官评价由22名受训人员采用定量描述分析（9点标度）进行，同时使用电子舌（E-tongue）测定味觉特征；挥发性化合物通过顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用（HS-SPME-GC-MS）定量。样本来源：C. aegerita（CBS No. 127.88）来自荷兰Westerdijk真菌生物多样性研究所；LAB菌株由德国霍恩海姆大学食品微生物与卫生学系提供；豆渣来自德国Taifun-Tofu GmbH公司。

研究结果如下：

（1）C. aegerita预消化对乳酸菌生长的影响：点样法显示五种LAB菌株间无抑制，可联合接种。平板计数表明，在24小时和48小时，两种底物上的LAB活菌数均显著增加，其中经C. aegerita预消化的豆渣（SO-F-LAB）比未经预消化的豆渣（SO-LAB）高2–3 log₁₀ CFU/g，说明真菌预消化提高了营养可利用性，促进了细菌早期生长。48小时后生长趋于停滞，可能与可发酵糖耗尽有关。初始pH方面，SO-F-LAB（6.63）低于SO-LAB（7.19），可能源于真菌代谢产生的酸性物质；发酵48小时后两者pH接近，但总体酸化程度中等。

（2）不同发酵对化学组成的影响：发酵显著改变了豆渣化学成分。与未发酵豆渣（SO）相比，经真菌发酵的样品（SO-F和SO-F-LAB）中蛋白质、膳食纤维和碳水化合物含量下降最为明显，总纤维降低约22%，总碳水化合物降至约初始值的三分之一，而还原糖浓度增加3.8倍。这可能归因于真菌分泌的碳水化合物活性酶（CAZymes）和木质素降解酶。随后LAB发酵消耗了还原糖，使SO-LAB和SO-F-LAB中还原糖低于SO-F。这体现了真菌与LAB的协同作用。

（3）抗氧化和抗炎作用：真菌发酵显著增加了总酚含量，但还原糖可能干扰Folin-Ciocalteu测定。DPPH实验显示，SO-F-LAB的抗氧化活性最高（110.58 ± 2.38 μg TE/g），较SO（24.80 ± 1.39 μg TE/g）提高4.4倍。细胞内ROS测定表明，发酵样品（尤其SO-F-LAB）的ROS水平低于未发酵样品，说明细胞抗氧化反应改善。免疫印迹结果显示，C. aegerita发酵显著降低了COX-2/GAPDH比值，而单独LAB发酵无此效果，提示真菌发酵对抗炎贡献主要作用。这可能与真菌产生的活性多糖或释放的酚类衍生物有关。

（4）未发酵和发酵豆渣的味道：电子舌分析显示，所有样品均未检测到咸味和酸味。真菌发酵显著增强了鲜味，可能源于C. aegerita菌丝释放的鲜味肽、谷氨酸和5'-核苷酸；LAB发酵对鲜味影响不显著。发酵还增加了甜度和涩度感知。甜度增加归因于真菌酶解释放的木糖等单糖。涩度在SO-F中增加，但SO-F-LAB反而低于SO，研究人员推测LAB发酵可能通过聚合酚类结构或产生代谢物干扰电极响应，从而降低涩感。苦味经LAB和真菌发酵后均显著降低，SO-F-LAB降幅最大，可能与苦味肽水解以及鲜味物质抑制苦味受体有关。

（5）挥发性化合物的定量和气味感知：感官评估显示，发酵降低了豆渣特征性的豆腥味、青草味和泥土味，其中SO-F-LAB降幅最大。GC-MS共鉴定出35种挥发性化合物。真菌发酵使短链醛类（如壬醛）内标物消失，己醛降低约97%，2-戊基呋喃完全降解。同时，真菌发酵产生了1-辛烯-3-醇和1-辛烯-3-酮等C8化合物，赋予蘑菇/发霉香气。发酵还产生了焦糖、乳制品和奶酪样香气，SO-F-LAB强度最高。真菌发酵产生了高浓度的丁酸和异戊酸（由亮氨酸转化而来），而LAB发酵主要通过糖代谢生成双乙酰和乙偶姻。此外，所有样品中均检出甲基酮，但真菌和LAB来源不同。吡嗪类化合物可能与两次发酵间的热处理（美拉德反应）有关。

总结讨论：两步发酵通过真菌预消化提高了底物可发酵性，促进了LAB生长；真菌降解纤维和碳水化合物释放酚类和还原糖，LAB进一步代谢产生风味活性物质；抗氧化和抗炎活性的增强主要归功于真菌发酵释放的酚类化合物和可能形成的活性多糖。该策略有效改善了豆渣的感官可接受性和健康功能性。

研究结论：本研究证明了使用C. aegerita和LAB进行顺序发酵可改变大豆豆渣的营养、感官和功能特性的潜力。真菌发酵通过降低膳食纤维和多糖组分，同时增加还原糖浓度，显著改变了豆渣的组成。真菌发酵后，纤维含量降低约22%，总碳水化合物含量降至初始值的三分之一，还原糖浓度增加3.8倍。此外，C. aegerita预消化改善了后续发酵中LAB的生长，与无真菌预处理的LAB发酵相比，活菌数提高了2–3 log₁₀。这一改善可能与真菌发酵后可发酵化合物的可用性增加有关。顺序发酵增强了豆渣的功能特性，抗氧化能力提高4.4倍，抗炎活性比未发酵豆渣高约17%。此外，发酵通过减少与豆制品相关的青草味和豆腥味并改变挥发性化合物组成，改善了豆渣的感官特征。真菌发酵改变了短链和甲基支链脂肪酸（如异戊酸）的丰度，而预消化豆渣的LAB发酵则产生了双乙酰、乙偶姻和甲基酮等乳制品样香气化合物。总之，顺序发酵过程中C. aegerita与LAB的相互作用为通过微生物加工实现豆渣增值提供了见解。该方法代表了一种从廉价且全球可获得的植物基资源中开发具有改善营养、感官和功能特性的食品配料的有前景策略。