發(fā)酵果蔬的功能及應(yīng)用現(xiàn)狀

周 明，魏 穎，晏永球，賈福懷，凌 空，陸 路，畢 園，谷瑞增，魯 軍*

（1.中國食品發(fā)酵工業(yè)研究院有限公司，北京 100015；2.浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院，浙江杭州 310058；3.寧波御坊堂生物科技有限公司，浙江寧波 315012）

隨著生活水平的提高、消費觀念的改變以及飲食結(jié)構(gòu)的改善，消費者對自身健康意識逐步增強，他們普遍希望能從天然、綠色、營養(yǎng)的食材中獲取有利于健康的食物。我國農(nóng)產(chǎn)品種類豐富，可食用資源充足，但由于加工技術(shù)落后等原因，使大量有價值的果蔬原料未被有效利用，造成嚴(yán)重浪費?，F(xiàn)代發(fā)酵技術(shù)的引入，不僅很好地解決了在食品行業(yè)的上述問題，還為人們的飲食增加了更多的選擇。

近年來，市場上陸續(xù)出現(xiàn)了一些利用益生菌對果蔬原料進(jìn)行發(fā)酵的滅活發(fā)酵型產(chǎn)品[1-2]。所謂的果蔬發(fā)酵是指利用一種或多種新鮮水果、蔬菜、食用菌等，在單一或復(fù)合乳酸菌的作用下進(jìn)行一定時間的發(fā)酵而得到的汁類飲品，也被稱為酵素[3]。經(jīng)發(fā)酵工藝制備的果蔬產(chǎn)品，不僅提升了原有營養(yǎng)物質(zhì)的含量，還能引入新的功能成分和賦予全新的口感。在功效方面，也能起到增強機體免疫力、調(diào)節(jié)腸道菌群、增強抗氧化性、降血糖、降血脂等作用。在形式方面，隨著包裝技術(shù)和材料的改進(jìn)與創(chuàng)新，果蔬產(chǎn)品包裝上出現(xiàn)了很多新型終端產(chǎn)品樣式，從而更符合現(xiàn)代人們的生活習(xí)慣與需求。除此之外，發(fā)酵制品仍存有不足之處，今后，專業(yè)研究人員還需繼續(xù)通過更先進(jìn)的手段、理念去加以優(yōu)化、提升和完善。

1 我國果蔬原料應(yīng)用現(xiàn)狀

我國是果蔬生產(chǎn)大國，據(jù)國家統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，自1993年起我國果蔬產(chǎn)量已連續(xù)數(shù)年占世界總產(chǎn)量的第一位。我國果蔬在種植、加工等技術(shù)的提升下，產(chǎn)量呈逐年上升趨勢。其中，2020 年我國水果產(chǎn)量2.6 萬t、同期蔬菜產(chǎn)量達(dá)到7.2 萬t。在產(chǎn)品形式上，果蔬罐頭、果蔬汁、速凍或干制果蔬制品、醬腌果蔬及鮮切果蔬在市場上較為常見[4]。

果蔬的初加工是指對果蔬進(jìn)行一次性的不涉及果蔬內(nèi)在成分改變的加工，一般只是使果蔬發(fā)生量的變化而非質(zhì)的變化。果蔬的精深加工是指對果蔬進(jìn)行兩次以上的加工，主要是指對蛋白質(zhì)資源、纖維資源、油脂資源、新營養(yǎng)資源及活性成分的提取和利用。我國近年來盡管在果蔬加工方面具有一定的優(yōu)勢，但也存在一些問題：（1）我國果蔬加工利用率低，僅占30%，而發(fā)達(dá)國家高達(dá)70%，與發(fā)達(dá)國家相比還存在著較大的差距。其中，蔬菜加工率不到1%。由此造成新鮮原料損耗率高，水果損耗率在30%左右，蔬菜損耗率在50%左右；（2）原料種植規(guī)模小，收獲期集中，供應(yīng)周期短；（3）品質(zhì)參差不齊，加工造成營養(yǎng)損失。如大量的風(fēng)落果、殘次果、下腳料等，這些原料中雖含有對人體有益的功效成分，如多糖、低聚糖、膳食纖維、多酚、黃酮等[5]，但因品質(zhì)問題未能被有效利用。現(xiàn)代發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用，能夠有效防止新鮮果蔬腐爛、霉變等問題，還能使原料發(fā)生物理、感官、營養(yǎng)的變化，從而改善其口感、風(fēng)味，增加營養(yǎng)[6]。

2 常見用于果蔬發(fā)酵的乳酸菌

乳酸菌（lactic acid bacteria，LAB）是將糖類（如葡萄糖、乳糖等）發(fā)酵為乳酸的一類無芽孢、革蘭氏染色陽性細(xì)菌的總稱[7-8]。乳酸菌種類多，并廣泛分布于生物界。根據(jù)《伯杰氏系統(tǒng)細(xì)菌學(xué)手冊》介紹，乳酸菌包括乳桿菌屬、明串珠菌屬、鏈球菌屬、雙歧桿菌屬、片球菌屬、產(chǎn)孢乳桿菌屬等[9]。其中，發(fā)酵中應(yīng)用最多的是乳桿菌屬和明串珠菌屬，根據(jù)發(fā)酵最終產(chǎn)物分為同型發(fā)酵和異型發(fā)酵兩類。

2.1 同型乳酸發(fā)酵的乳酸菌

同型乳酸發(fā)酵是發(fā)酵中應(yīng)用最廣泛的一類，它是將碳源幾乎全部轉(zhuǎn)化為乳酸，常見的有保加利亞乳桿菌、瑞士乳桿菌、植物乳桿菌、嗜酸乳桿菌等。有研究表明，利用保加利亞乳桿菌發(fā)酵紅樹莓汁，可以增加果汁風(fēng)味，同時可使乳酸和檸檬酸含量分別增加2.48 倍和1.75 倍，總氨基酸和必需氨基酸含量提高41.55%和54.17%[10]。張業(yè)芳等[11]研究顯示植物乳桿菌可提高獼猴桃果漿中總酚和總黃酮含量。Simsek 等[12]利用植物乳酸菌對番茄、胡蘿卜、菊苣等5 種以上蔬菜進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)現(xiàn)所得產(chǎn)品具有葡萄糖苷酶抑制和凝血活性作用。李信等[13]研究了乳酸菌對菊芋汁發(fā)酵的影響，得出植物乳桿菌可提高乳酸含量至11.91 mg/mL，同時產(chǎn)生微量香味成分雙乙酰和乙偶姻。

2.2 異型乳酸發(fā)酵的乳酸菌

異型乳酸發(fā)酵型除能將碳源大部分轉(zhuǎn)化為乳酸外，還會產(chǎn)生乙醇、乙酸、二氧化碳等物質(zhì)，常見的有明串珠菌、短乳桿菌、乳酸桿菌等。Li 等[14]研究顯示腸膜明串珠菌YZ 有利于蘋果汁發(fā)酵，乳酸產(chǎn)量是復(fù)合發(fā)酵劑的3～6 倍。姚永紅等[15]將蘋果酒用腸膜明串珠菌WZ30-2 進(jìn)行二次發(fā)酵后，經(jīng)液相色譜分析得出，蘋果酸含量降低了3 789.81 mg/L，乳酸含量升高了2 250.31 mg/L。發(fā)酵后經(jīng)GC/MS 檢測出51 種風(fēng)味物質(zhì)，其中揮發(fā)性成分增加了8.727 mg/L，香氣也更加飽滿圓潤。張晶等[16]采用短乳桿菌發(fā)酵蘋果汁，用高效液相色譜法測定得出蘋果汁中的總酸含量為2.61 g/100 g，其中乳酸、富馬酸、乙酸、奎寧酸含量明顯提高。嚴(yán)維凌等[17]選用番茄汁、胡蘿卜汁，對保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌、嗜酸乳桿菌和兩歧雙歧桿菌開展不同方式的混合，結(jié)果顯示，嗜熱鏈球菌、雙歧桿菌、嗜酸乳桿菌配合發(fā)酵，在產(chǎn)生乳酸基礎(chǔ)上，還生成了部分乙酸和雙乙酰、醛、醇等風(fēng)味成分。

3 果蔬發(fā)酵后的功能功效

發(fā)酵果蔬中含有豐富的營養(yǎng)和功能性成分，因加工原料配比和工藝不同，而導(dǎo)致功能各異，研究發(fā)現(xiàn)其對人體有一定的生理功效。

3.1 增強機體免疫

機體免疫是人體自身的防御機制，多糖類、多酚類、黃酮類是具有一定免疫調(diào)節(jié)作用的功能性物質(zhì)，也是果蔬發(fā)酵后研究較多的物質(zhì)。尹曼等[18]研究發(fā)現(xiàn)，十七種復(fù)合果蔬經(jīng)發(fā)酵后形成的有機酸、小分子酚酸等物質(zhì)對小鼠脾淋巴有一定的增殖和抗氧化能力。采用分級萃取后發(fā)現(xiàn)正丁醇相具有較好的促進(jìn)T/B 淋巴細(xì)胞增殖的作用，乙酸乙酯相具有保護脾淋巴細(xì)胞免受氧化應(yīng)激損傷的作用。吳彬彬等[19]研究發(fā)現(xiàn)植物果蔬發(fā)酵液具有降低丙二醛含量和增強總過氧化氫歧化酶活性的能力，表明其可改善S180 荷瘤小鼠免疫調(diào)節(jié)功能。王智鼎等[20]研究發(fā)現(xiàn)，將54 種果蔬混合發(fā)酵后的飲品對小鼠進(jìn)行灌胃，通過遲發(fā)型變態(tài)反應(yīng)試驗和ConA 誘導(dǎo)脾淋巴細(xì)胞轉(zhuǎn)化實驗證實，發(fā)酵汁可增加足趾厚度和增強T 淋巴細(xì)胞活性；通過抗體生成細(xì)胞證實其還可顯著增強B 淋巴細(xì)胞產(chǎn)生相應(yīng)抗體的功能。

3.2 調(diào)節(jié)腸道菌群

隨著生活節(jié)奏加快、飲食結(jié)構(gòu)改變，便秘、肥胖等病癥的人數(shù)有所增加，影響身體健康[21]。發(fā)酵果蔬富含膳食纖維、有機酸、低聚糖等功能物質(zhì)，可起到緩解和改善腸道菌群的作用。李倩倩[22]研究顯示，小西芹漿水經(jīng)乳桿菌屬和片球菌屬發(fā)酵的代謝物質(zhì)對糞腸球菌具有明顯的抑制作用。楊莉麗等[23]研究顯示服用復(fù)合果蔬發(fā)酵汁后，能夠?qū)δc易激綜合征患者腸道菌群豐度有一定的改善作用。朱艷等[24]研究顯示，復(fù)合果蔬發(fā)酵汁能顯著增強益生菌，有效抑制大腸菌群的黏附性。對發(fā)酵液進(jìn)行分級萃取后，正丁醇相抑制大腸桿菌黏附的效果在質(zhì)量濃度為200 μg/mL 時最好，黏附率降低了20.11%。

3.3 增強抗氧化

人體因與外界的持續(xù)接觸，導(dǎo)致污染、放射線照射、氧化呼吸等因素不斷在體內(nèi)產(chǎn)生自由基。研究表明，癌癥、衰老或某些疾病與過量自由基產(chǎn)生氧化有關(guān)。果蔬發(fā)酵物中的酚類物質(zhì)能在細(xì)胞和生理水平上起到防止氧化的作用。Galleano 等[25]研究得出果蔬中酚類可以對某些人群起到改善血壓的作用。陳永芳等[26]用鼠李糖乳桿菌對胡蘿卜汁發(fā)酵后，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，其中的槲皮素含量比發(fā)酵前提高了243.91%，對DPPH 和羥基自由基的清除率分別為70.6%和26.45%，比發(fā)酵前提高了30.42%和21.45%。賴婷等[27]將桂圓肉用7 種不同乳酸菌發(fā)酵，分析得出植物乳桿菌釋放結(jié)合態(tài)酚類物質(zhì)能力最強，可使游離態(tài)酚類含量增加11.9%，游離態(tài)總黃酮含量增加19.6%。乳酸菌發(fā)酵后，桂圓肉游離態(tài)鐵離子還原能力和氧自由基吸收能力分別提高11.8%和59.1%。

3.4 其他功能

果蔬發(fā)酵物中還具有輔助降血糖、降血脂、抗疲勞等的功能性物質(zhì)。張小鳳[28]研究得出復(fù)合發(fā)酵飲料對α-葡萄糖苷酶的抑制率為61.35%，顯著高于未發(fā)酵液。甘奕[29]研究表明山楂經(jīng)發(fā)酵后可使高脂飲食大鼠肝臟恢復(fù)正常，并可緩解肝臟中脂肪的堆積。褚巧芳等[30]研究發(fā)現(xiàn)果蔬發(fā)酵汁能明顯增加乳酸脫氫酶含量，從而加速乳酸轉(zhuǎn)化，減少在體內(nèi)積累而延緩疲勞。

4 果蔬發(fā)酵產(chǎn)品現(xiàn)狀

20 世紀(jì)80 年代，果蔬發(fā)酵類產(chǎn)品從日本流入歐、美，出現(xiàn)在養(yǎng)生會所、高檔商場及餐廳，成為最受歡迎的健康飲品，也是營養(yǎng)專家推薦健康食譜中不可缺少的，常被人們用作禮品饋贈親友。在日本及臺灣等地的傳統(tǒng)制作中，采用的是大量應(yīng)季果蔬，清洗后切塊，利用高糖造成滲透壓差，從果蔬塊中采集汁液，再利用自然接種或者人工接入相應(yīng)菌種進(jìn)行發(fā)酵，屬于傳統(tǒng)發(fā)酵，缺乏現(xiàn)代生物加工技術(shù)，生產(chǎn)規(guī)模較小，產(chǎn)品品質(zhì)難以保證，發(fā)酵周期長，產(chǎn)率低，風(fēng)味不易控制，且原料來源受產(chǎn)地氣候變化、時間等因素影響，產(chǎn)品品質(zhì)不穩(wěn)定；含糖量高，不適合諸如糖尿病等人食用。盡管如此，果蔬發(fā)酵飲料由于其天然性、安全性和保健功能，因此在市場中價格仍然居高不下，供不應(yīng)求。

世界各國都將生物技術(shù)視為21 世紀(jì)最有潛力的技術(shù)，而天然果蔬發(fā)酵產(chǎn)品已成為當(dāng)前的研究熱點，果蔬發(fā)酵產(chǎn)品對人體的重要作用使其成為未來生物科技發(fā)展的重要領(lǐng)域。由于發(fā)酵飲料利用微生物發(fā)酵萃取天然果蔬原料之精華，濃縮了微生物代謝生成的有機酸、功能性低聚糖、多肽等功能成分，具有調(diào)節(jié)腸道菌群平衡、提高免疫力、潤腸通便、排毒養(yǎng)顏、延緩衰老、消除自由基、抗腫瘤、抑制炎癥、清除血管垃圾等功效，再加上易吸收、符合現(xiàn)代營養(yǎng)保健理念等，因此備受人們喜愛。日本、韓國、德國等國家都進(jìn)行了發(fā)酵果蔬汁的研究與開發(fā)，尤其是日本，大力開發(fā)果蔬飲料市場，發(fā)展態(tài)勢迅猛。2001年，日本大制藥公司開發(fā)了名為“蔬菜的戰(zhàn)士”的植物性乳酸菌發(fā)酵蔬菜汁飲料產(chǎn)品，其中有大蒜、甘薯、南瓜、西紅柿等富含胡蘿卜素的8 種蔬菜，營養(yǎng)豐富，頗受市場歡迎。2010 年，瑞典Skane 公司推出了一款發(fā)酵果汁，醫(yī)學(xué)證據(jù)表明其所含的益生菌可以促進(jìn)女性對鐵的吸收。發(fā)酵類產(chǎn)品在西方的功能性食品領(lǐng)域已占據(jù)很大份額，發(fā)酵果蔬汁隨著日本、韓國市場的成熟逐漸引入了我國。最初，產(chǎn)品都是采用玻璃瓶裝，這種包裝存在體量大、沉重、不方便運輸?shù)葐栴}。近年，隨著生產(chǎn)技術(shù)和包裝材料的不斷改進(jìn)，陸續(xù)出現(xiàn)了顆粒粉、片劑、膠囊、濃縮液等商品形式，解決了快節(jié)奏生活下，消費者的攜帶、服用、營養(yǎng)、儲存等問題[31]。

5 結(jié)語

我國果蔬資源豐富、品種多、產(chǎn)量大，果蔬原料經(jīng)過發(fā)酵，不僅改善了風(fēng)味和口感，而且提升了功能成分的含量，形成了一種新的產(chǎn)品形式，為消費者提供了有益于身體健康的飲品。在菌種選擇方面也可不局限于乳酸菌等傳統(tǒng)益生菌類菌株，可考慮添加酵母菌、醋酸菌等，使其更好地分解果蔬中的大分子營養(yǎng)物質(zhì)，便于人體吸收。發(fā)酵產(chǎn)品功能顯著，尤其在增強免疫、調(diào)節(jié)腸道菌群、抗氧化方面有較明顯的效果，但果蔬的營養(yǎng)物質(zhì)被菌種利用和轉(zhuǎn)化機理還有待進(jìn)一步研究，同時針對產(chǎn)品中功能成分對人體的代謝作用也需深入研究，并且需要系統(tǒng)分析產(chǎn)物中起作用的物質(zhì)成分。

發(fā)酵技術(shù)有效緩沖了新鮮果蔬在集中收貨期內(nèi)不易貯藏的問題，且提高了果蔬產(chǎn)品的營養(yǎng)價值，但還是存在一些問題，如產(chǎn)品顏色單一、含活菌發(fā)酵型產(chǎn)品較少、功能性物質(zhì)不明確等。未來可運用新工藝來改進(jìn)發(fā)酵產(chǎn)品的感官等問題，可以采用新技術(shù)制備具有活性益生菌的產(chǎn)品來豐富市場，可以利用新科研手段明確產(chǎn)品中是哪些功能性物質(zhì)起到了功效的作用。

總之，在今后的研究中果蔬發(fā)酵的功能特性仍舊是市場關(guān)注的熱點，開發(fā)出功能性好、風(fēng)味獨特、形式多樣的果蔬發(fā)酵產(chǎn)品是消費者的訴求。