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(1.華南農業(yè)大學食品學院,廣東省食品質量與安全重點實驗室,廣東廣州 510642; 2.華農(潮州)食品研究院有限公司，廣東潮州 521000; 3.廣東展翠食品股份有限公司，廣東潮州 521000)

果蔬發(fā)酵制品是以一種或多種新鮮水果、蔬菜等為原材料,經(jīng)過益生菌發(fā)酵而成的富含維生素、氨基酸、礦物質和次生代謝產物等多種營養(yǎng)成分的功能性發(fā)酵產品。由于益生菌在發(fā)酵過程中產生細菌素、胞外多糖、多酚類物質、酶等多種功效成分,使得發(fā)酵果蔬制品具有改善營養(yǎng)健康、調節(jié)胃腸道功能、提高免疫能力、抑制有害菌和抗氧化等作用[1-2];而且乳酸菌和(或)酵母菌等益生菌發(fā)酵果蔬后產酸、生香而賦予發(fā)酵產品一些特有的風味[3-4],因此果蔬發(fā)酵制品是目前的研究熱點,亦受到了廣大消費者的青睞,具有廣闊的開發(fā)應用前景。

目前對果蔬發(fā)酵制品的研究主要集中在分析發(fā)酵過程中的生物轉化、功效酶的活性、營養(yǎng)成分等,并對其進行功能驗證。本文綜述了果蔬發(fā)酵制品的功效及其應用,旨在為果蔬的綜合開發(fā)利用及其功能性發(fā)酵制品的研發(fā)提供參考資料。

1 果蔬發(fā)酵制品的功效

1.1 抗氧化作用

多酚類物質具有抗氧化作用,其作為還原介質、金屬螯合劑、單線態(tài)氧猝滅劑或H+受體發(fā)揮作用[5]。乳酸菌在發(fā)酵時,能產生某些酚酸酯酶如阿魏酸酯酶[6],可水解一些結合酚,釋放果蔬中的游離酚,并產生大量的有機酸,防止酚類物質的降解,從而提高了抗氧化活性。酚類物質在貢獻電子后能產生穩(wěn)定的中間體,能有效的在細胞和生理水平上防止氧化。Kwaw等[7]研究表明植物乳桿菌發(fā)酵的桑葚汁與非發(fā)酵果汁相比,總酚含量從(721.06±2.88) mg/100 mL增加至(928.12±3.05) mg/100 mL,超氧陰離子自由基的清除率從68.06%±0.2%增加至74.15%±0.14%,其總花青素和總黃酮的含量也顯著提高,該研究表明了乳酸菌發(fā)酵桑葚汁能提高總酚的含量,增強其抗氧化能力。Pianpumepong等[8]研究表明植物乳桿菌發(fā)酵的姜黃飲料含有較多的酚類化合物(姜黃素、四氫姜黃素),小鼠實驗證實了乳酸菌發(fā)酵能提高其酚類物質的生物利用率,增強抗氧化能力,使小鼠血液中的自由基數(shù)量明顯減少。

Kim等[9]將柑橘果肉副產品(CFB)和果皮副產品(CPB)以nuruk發(fā)酵劑(含曲霉、根霉、釀酒酵母、枯草芽孢桿菌、乳酸菌)進行發(fā)酵15 d,發(fā)酵的CFB和CPB中的槲皮素、柚皮素和橙皮素的濃度顯著增加(分別增加了130.396、50.757 ppm),而橙皮苷和柚皮苷的濃度降低;其抗氧化活性與未發(fā)酵的對照相比,增加了約2倍。生物轉化后的橙皮苷元如橙皮素和柚皮素比未轉化的橙皮苷和柚皮苷具有更強的抗氧化活性?？梢?通過發(fā)酵使果蔬中的物質進行了生物轉化,明顯增強其抗氧化活性。

針對不同的果蔬的發(fā)酵,篩選其適制性的功能菌株是提高其抗氧化活性的關鍵,Fessard等[10]通過篩選34個功能菌株以制備具有抗氧化活性的菠蘿汁發(fā)酵飲料,結果表明菌株Weissellacibaria64和Leuconostocmesenteroides12b能夠增加其抗氧化活性。盧冬梅等[11]篩選酵母菌RV171制備火龍果不同種類和部位的發(fā)酵液,發(fā)現(xiàn)紅心火龍果的果皮發(fā)酵液的總黃酮和總酚含量最高,總抗氧化能力、還原能力和羥自由基清除能力最強。因此,應根據(jù)不同的果蔬原料對發(fā)酵菌株進行篩選,以更有效地提高產品的抗氧化作用。

1.2 抑菌作用

果蔬經(jīng)過有益菌發(fā)酵后可產生不同的抗菌活性成分,如有機酸、細菌素、過氧化氫、胞外多糖等[12-15],其抑菌作用的機理包括對細胞壁或細胞膜的破壞、抑制細胞呼吸、抑制蛋白質等生物大分子物質的合成等[16]。Yang等[17]將植物乳桿菌MG208發(fā)酵西蘭花,該發(fā)酵液能顯著地抑制幽門螺桿菌的生長,并且降低其粘附活性,可以用作保護胃環(huán)境免受幽門螺桿菌感染的功能性飲食。Hashemi等[18]研究表明,與未發(fā)酵組相比,以植物乳桿菌LS5發(fā)酵的甜檸檬發(fā)酵液對大腸桿菌O157∶H7和鼠傷寒沙門氏菌顯示出更高的抗菌活性,且對鼠傷寒沙門氏菌的抗菌作用更強。Kantachote等[19]研究證實植物乳桿菌DW12發(fā)酵的椰子液抑制食源性致病菌的生長,抑制作用依次為副溶血性弧菌>單核細胞增生李斯特菌>金黃色葡萄球菌≈蠟狀芽孢桿菌>鼠傷寒沙門氏菌>大腸桿菌。蘇能能等[20]研究發(fā)現(xiàn)桑葚鮮果因含有一定量的有機酸和花青素而具有抑菌作用,但其含糖量高、pH偏高故抑菌效果不佳,在經(jīng)過植物乳桿菌發(fā)酵后,其含糖量和pH降低,提高了抑菌活性,對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、銅綠假單胞菌和鼠傷寒沙門氏菌的抑制效果顯著增強。

1.3 改善腸道功能

果蔬發(fā)酵汁中富含植物性膳食纖維、有機酸、低聚糖和多種酶類,有大量研究表明其有助于胃腸對食物的消化、吸收,恢復腸道內菌群平衡,改善人體胃腸道功能,增強腸道的蠕動能力[21-24]。此外果蔬發(fā)酵制品中含有多種益生菌,與宿主黏膜上皮細胞結合形成占位性保護,具有生物屏障作用;而且益生菌在腸道內定植后,代謝產生有機酸等抗菌物質而具有生物拮抗作用。

Lee等[25]研究發(fā)現(xiàn)與對照組相比,喂食乳酸菌(保加利亞乳桿菌,嗜熱鏈球菌和嗜酸乳桿菌)發(fā)酵的桑葉提取物的大鼠糞便顆粒數(shù)、濕重和含水量顯著增加。而且在發(fā)酵組中觀察到腸道和糞便中存活的乳桿菌數(shù)量增加,腸道運送時間短于對照組。另外,發(fā)酵組的甘油三酯和總膽固醇水平顯著低于對照組,并且高密度脂蛋白膽固醇水平升高,而且喂食乳酸菌發(fā)酵的桑葉提取物對洛哌丁胺誘導的便秘大鼠具有通便作用。李桃花等[26]將不同濃度的水果酵素喂養(yǎng)小鼠,發(fā)現(xiàn)經(jīng)喂養(yǎng)后的小鼠胃腸動力和腸道機械運動均有一定的提升。蔣欣容等[27]研究發(fā)現(xiàn)以鼠李糖乳桿菌、干酪乳桿菌、植物乳桿菌等乳酸菌發(fā)酵的果蔬乳飲料組和干酪乳桿菌單菌株發(fā)酵的果蔬乳飲料組均能在一定程度上緩解小鼠便秘癥狀,其中混合乳酸菌發(fā)酵果蔬乳飲料組在促進小鼠排便、抑制腸道病原菌、調節(jié)腸動力神經(jīng)遞質上效果最優(yōu)。

1.4 解酒護肝

果蔬發(fā)酵液中含有的乙醇脫氫酶能夠分解體內酒精,防止大腦及體內器官被麻痹,改善嚴重宿醉、頭痛等現(xiàn)象。Jung等[28]研究證實發(fā)酵的木通提取物中乙醇脫氫酶的活性提高,從而加快了乙醇的分解,能緩解酒精宿醉和降低血漿乙醇濃度。過量酒精可以導致肝損傷,谷丙轉氨酶(ALT)、谷草轉氨酶(AST)和堿性磷酸酶(AKP)是評價肝臟損傷的重要指標,當肝細胞膜通透性增加或肝細胞壞死,可導致 ALT、AST和AKP 水平升高[29]。曲佳樂[30]等研究了吉林的大高酵素的保健功能,發(fā)現(xiàn)其可以明顯地降低AST、ALT活性,從而具有一定的解酒護肝的作用。秦松等[31]研究證實了奇魅牌植物酵素飲料可有效地降低血清中AST、ALT的活性及肝組織中三酰甘油水平,提高了乙醇脫氫酶、乙醛脫氫酶和還原型谷胱甘肽水平,而且病理學結果與酶學變化相一致,對小鼠酒精性肝損傷有一定的保護作用。此外,谷大為等[32]在研究果蔬發(fā)酵液對小鼠酒精性肝損傷的保護作用中發(fā)現(xiàn)果蔬發(fā)酵液可通過阻止活性氧介導的線粒體信號通路,抑制肝細胞凋亡,從而保護小鼠酒精性肝損傷。而且,果蔬發(fā)酵制品中富含的維生素可有效促進酒精在體內分解,并且有一定的自由基清除能力,以消除酒后頭痛、頭暈現(xiàn)象[33]。

1.5 提高免疫力

用于發(fā)酵果蔬的益生菌及其細胞壁組分(肽聚糖、葡聚糖),代謝產物(胞外多糖、多肽等)能激活巨噬細胞增強其吞噬作用,而且還能激活黏膜免疫細胞、促進細胞分裂和產生干擾素、抗體等,因此能增強機體的非特異性和特異性免疫性反應,提高機體免疫力[34-36]。魏琴等[37]研究表明添加檸檬酵素的飼料具有提高雛雞血液中淋巴細胞數(shù)、淋巴細胞比率以及血小板總數(shù)的趨勢,具有一定促進雛雞生長性能和免疫力的作用。此外,該檸檬酵素還能提高麻鴨胸腺指數(shù)和法氏囊指數(shù),從而提高麻鴨的免疫力[38]。郭爽等[39]證實了敖東酵素能顯著增加小鼠血清溶血素滴度水平,對小鼠的免疫功能有正向調節(jié)作用。劉春花[40]等研究發(fā)現(xiàn)由108種植物原料經(jīng)植物乳桿菌、嗜熱鏈球菌等微生物制備的發(fā)酵液能顯著提高機體非特異性免疫功能、體液免疫功能,具有增強免疫功能的作用。此外,發(fā)酵果蔬產品通常富含維生素、礦物質、消化酶、有機酸、寡糖、促生長因子和膳食纖維,能通過促進腸道益生菌生長,調整胃腸道微生態(tài)平衡來保持機體的健康,也間接提高了機體免疫力。

1.6 其他功能

果蔬發(fā)酵汁中的黃酮、生物堿、多糖、皂苷、萜類和多酚等物質還具有輔助降血脂、降血糖和抗疲勞的功效[41-42]。Zhang等[43]研究表明植物乳桿菌和黃色微桿菌發(fā)酵的柿果液對小腸中α-葡萄糖苷酶活性的抑制效果比非發(fā)酵組高2.06～4.73倍,使淀粉類分解為葡萄糖的速度減慢,從而減緩腸道內葡萄糖的吸收,具有降血糖的功能。以枯草芽孢桿菌發(fā)酵的南瓜提取物可以抑制高脂飲食小鼠的體重增加,并且降低脂肪組織、肝酶和血漿脂質的水平,具有控制肥胖和脂肪肝的功能[44]。

2 在果蔬發(fā)酵制品中的應用

2.1 在食品行業(yè)中的應用

我國水果和蔬菜資源十分豐富,但具有時令性,存在保藏加工性較差,鮮銷狀況比較嚴峻的問題,導致部分果蔬原料的浪費。通過有益菌對其進行發(fā)酵,不但解決了資源浪費的問題,而且發(fā)酵制品的營養(yǎng)價值和益生功效得到了提高,改善了風味,延長了產品的保質期,并且可提高產品的安全性等。因此近年來發(fā)酵果蔬制品已成為一個新的經(jīng)濟增長點。

發(fā)酵果蔬汁在歐美日韓等地區(qū)流行甚廣,如日本的發(fā)酵蔬菜飲料產品“蔬菜的戰(zhàn)士”含有西紅柿、南瓜、大蒜、甘薯等8種富含胡蘿卜素的蔬菜,具有獨特風味且營養(yǎng)豐富,頗受市場歡迎。在英國市場上,有各種水果風味的“Froot”發(fā)酵飲料。在我國近年來各類果醋、枸杞汁發(fā)酵飲料、蘆薈汁酸乳飲料、艾酵客發(fā)酵果蔬汁等產品開始流行,目前也已有針對不同果蔬原料,如南瓜、花椰菜、西瓜、蘋果、紅棗、甜瓜、苦瓜、芹菜、番茄、荔枝、火龍果等的發(fā)酵產品的研發(fā),取得了初步的進展[1,45]。南昌大學、江西江中制藥(集團)有限責任公司等單位聯(lián)合創(chuàng)制了果蔬發(fā)酵專用益生菌發(fā)酵劑,采用新工藝生產的13類發(fā)酵果蔬系列產品受到國內外消費者的一致好評[46]。

2.2 在種植業(yè)中的應用

將果蔬及其加工廢棄物進行發(fā)酵制備的酵素施肥,不僅可以有效地解決農業(yè)生產中農藥公害、病蟲害、環(huán)境污染等問題,還可以使農作物產量顯著提高,增加經(jīng)濟效益。郭俊花等[47]在紅富士蘋果生長過程中觀察到,施用蘋果皮渣酵素可以使單果質量提高9.8%,可溶性固形物、總酸、蛋白質、還原糖含量等指標提高20%以上,同時,果實的硬度以及總灰分、維生素C、總糖、多酚和黃酮的含量均提高。趙英等[48]通過新型玉米酵素專用肥對玉米生長發(fā)育影響的研究發(fā)現(xiàn),施用酵素肥的玉米根系發(fā)達、毛細根系數(shù)量增加,玉米植株生長發(fā)育良好,產量顯著提高,從而可以提高經(jīng)濟效益。歐陽傳德等[49]研究證實了大蒜酵素的10倍水稀釋液對大棚草莓白粉病和灰霉病的防治效果均佳,分別達到85.92%和80.12%。

2.3 在畜牧業(yè)中的應用

添加果蔬發(fā)酵產品的飼料喂養(yǎng)的家禽家畜生長茁壯,疾病減少,飼養(yǎng)效率提高,成本降低,可取得可觀的經(jīng)濟效益。Park等[50]以添加植物源發(fā)酵型飼料喂養(yǎng)母雞的研究發(fā)現(xiàn),添加1%和2%的植物源發(fā)酵型飼料可以提高母雞產蛋性能、蛋重、蛋殼強度、蛋白含量、哈氏單位和盲腸微生物群落。Yeh等[51]研究表明凝結芽孢桿菌L12是用于第二階段發(fā)酵的最好的乳酸菌,喂養(yǎng)該發(fā)酵飼料能提高肉雞生長性能。黃建軍[52]將豐力旺牌酵素應用于豬的養(yǎng)殖中,結果顯示此酵素可有效提高生豬的生長性能,減少病患,降低糞便臭味,從而顯著提高經(jīng)濟效益。

2.4 在水產養(yǎng)殖業(yè)中的應用

果蔬發(fā)酵制品應用于水產養(yǎng)殖可改善水體環(huán)境、在宿主體內定植而抑制病原菌的增殖、補充必要的營養(yǎng)物質、維持微生態(tài)平衡及增強機體免疫機能。Elshopakey等[53]通過添加發(fā)酵蔬菜產品-Manda(日本廣島)喂養(yǎng)日本對蝦的研究發(fā)現(xiàn),給予Manda能顯著提高對蝦的先天免疫參數(shù),包括總血細胞數(shù)、吞噬作用、酚氧化酶活性、活性氧產生和殺菌活性,此外補充Manda飲食的蝦組在用副溶血弧菌侵染后顯示出較低的死亡率。Lee等[54]通過補充枯草芽孢桿菌發(fā)酵的柑橘副產品對幼年的橄欖比目魚進行飼喂,結果表明添加發(fā)酵的柑橘副產品能顯著增加髓過氧化物酶和溶菌酶活性,并且能夠增加對遲鈍愛德華氏菌的抵抗性。此外,Katya等[55]以乳酸桿菌和酵母發(fā)酵的蘑菇和平菇副產品為添加劑飼喂幼年的鯰魚,發(fā)現(xiàn)能顯著提高幼年鯰魚的平均體重、比生長率以及溶菌酶活性。

此外,果蔬發(fā)酵液中含有蛋白酶、脂肪酶和淀粉酶等多種酶類,在環(huán)保等領域亦呈現(xiàn)出良好的發(fā)展前景。用果蔬廢棄物進行發(fā)酵,不僅減少環(huán)境污染,提高資源利用率,而且產品綠色環(huán)保,可取代化學清潔劑應用于日常生活。

3 結語和展望

綜合諸多學者研究發(fā)現(xiàn)果蔬發(fā)酵制品具有許多有益功能包括抗氧化、抑菌、改善腸道功能、解酒護肝、提高免疫力等。這些功能使其作為一種新興的活性功能制品應用于食品中,已有一些產品受到消費者的青睞。同時還可應用于種植業(yè)方面,可改善作物性狀、提高作物產量、防治病害;而且應用于畜牧業(yè)中可改善家畜家禽的體質,提高產量等。

目前消費者對健康、營養(yǎng)、環(huán)境的關注度不斷提高,加快研究質優(yōu)價廉的果蔬發(fā)酵制品,進一步充分挖掘各種果蔬原料及其加工副產物資源,生產安全、天然、無污染、具有多種功效的果蔬發(fā)酵產品是未來的發(fā)展趨勢,從而真正實現(xiàn)果蔬資源利用化以及果蔬發(fā)酵產業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

此外,發(fā)酵果蔬制品的品質和功效不僅取決于原材料本身,發(fā)酵劑亦是關鍵影響因素,功能性發(fā)酵菌株的篩選和優(yōu)化是發(fā)酵果蔬制品研發(fā)的重中之重,建立果蔬發(fā)酵益生菌資源庫是當務之急。而且可采用多菌種協(xié)同發(fā)酵以發(fā)揮多種益生菌的功效,因此針對不同的果蔬創(chuàng)制直投式的復配發(fā)酵劑是發(fā)展趨勢。而且,對發(fā)酵調控機制的研究及發(fā)酵工藝的優(yōu)化,亦是研發(fā)果蔬發(fā)酵制品及充分發(fā)揮其功效的重要措施。

隨著發(fā)酵果蔬制品行業(yè)的不斷壯大,構建果蔬發(fā)酵制品的功能評價體系具有重要意義。目前大多是通過體外試驗、細胞模型試驗和動物模型試驗來評價果蔬發(fā)酵制品的功效,但由于人體的消化吸收環(huán)境復雜,功效成分在人體中消化吸收及發(fā)生的生物轉化有待深入研究,并加大力度探索和建立科學的適用的功效評價體系。