发酵型粮谷类植物基饮品开发及保健作用研究进展

◎ 罗 威，李亚楠，梁海娣

（1.湛江幼儿师范专科学校，广东 湛江 524084；2.岭南师范学院基础教育学院，广东 湛江 524037）

植物基食品没有明确法律定义，通常是指将植物蛋白作为替代蛋白应用到食品或者饮品中，以达到在结构或味道上能够取代动物制品带来的体验。目前，市场上常见的植物基产品主要包括植物肉和植物蛋白饮料等，相比于动物蛋白产品，植物基食品更加符合新一代消费者对健康饮食的追求，并且对环境和动物具有重大的环保意义。

粮谷类作为人类饮食中的重要组成部分，有着不可或缺的地位，除了是重要的主食作物以及主要能量来源外，还富含多种生物活性植物化学物质，包括酚类化合物、膳食纤维、类胡萝卜素、植物甾醇、γ-谷维素等，是微生物的良好发酵载体，因此具有加工成功能性饮料的巨大潜力[1]。与直接用原料烹饪的食物相比，发酵谷物食品通常更美味、更容易消化，富含多种营养物质，如维生素、有机酸和游离氨基酸，通过微生物发酵，蛋白质、膳食纤维等营养物质分解为功能性小分子，如活性多肽、黄酮类酚，并产生风味成分，不仅丰富了产品的口感，同时提升其营养功能特性[2]。

随着社会的发展，食品加工已经从营养食品向功能性食品等具有改善健康特征的食品发展。随着人们健康意识逐渐增强、消费升级、素食主义者增多，促使植物基食品有了相应的发展环境。目前，植物基发酵产品的开发逐渐成为食品行业的一个热点，由于含有活菌的微生物发酵制品在货架期会出现活菌数下降、酸化、活菌定植差异等问题[3]，所以，植物基发酵产品在原料选择、发酵工艺、风味优化、质构与稳定性等方面还需要进一步完善。本文就发酵型粮谷制品的相关研究进行了综述，以期为发酵粮谷制品进行市场化应用推广起到一定的指导作用。

1 工艺研究现状

1.1 菌种筛选

微生物发酵菌种主要有嗜热链球菌、保加利亚乳杆菌、嗜酸乳杆菌、双歧杆菌、鼠李糖乳杆菌和解淀粉乳杆菌等。菌种的筛选在粮谷类植物基制品发酵过程中起关键性作用，需要选择合适的菌种进行发酵，使粮谷类浆液发酵所得的产品感官品质好，能够适应人体肠道的高酸、高胆盐环境，同时满足活菌浓度在产品货架期达到国家标准的要求。

潘杨[4]从酸奶和自然发酵骆驼乳中分离筛选乳酸菌，作为巴旦木植物蛋白发酵饮料的发酵菌种，将分离到的2株保加利亚乳杆菌（L1和L2）以及2株嗜热链球菌（S1和S2）混合后进行乳酸发酵试验，经过感官评定的对比，确定最佳发酵菌种组合为杆球菌1∶1。相比单一菌种发酵，菌种间可相互促进生长与繁殖，且改善酸奶的风味和提高酸奶的功能。王丹丹等人[5]从4个内蒙古地区传统酸粥样品中筛选出乳酸菌M、M5、M12和酵母菌Y1，按照1∶1的比例进行复筛，分别接种到小米汁中，通过感官评价和产酸性能测试，最终确定M1和Y1为最佳菌株。阿特尔古丽·沙布尔江[6]从新疆波杂中分离出6株酵母菌及6株乳酸菌为供试菌种，进行单菌株选择和复合发酵剂的筛选，筛选出优良菌株为酿酒酵母Y8、片球菌L2、植物乳杆菌L9、鼠李糖乳杆L15，以上发酵菌株作为复合发酵剂，接种于波杂中，通过理化及感官指标进行筛选，最终筛选出适合波杂发酵用的酿酒酵母Y8和植物乳杆菌L9作为发酵用菌株。

1.2 发酵工艺流程

一般来说，原料、发酵剂和加工条件对发酵产品后续的理化特性、营养和功能性质有显著影响，工艺复杂与否也影响产品本身的产业化程度，结合产品的感官品质和理化指标，采取合理、简便的加工工艺，够提升发酵粮谷制品的市场竞争力，加速其产业化进程。

和树平等[7]以大麦、燕麦和薏仁为原料制作复合谷物发酵饮料，其制作工艺流程为：原料→制浆→均质→糖化→接种发酵→调配→均质→灌装→灭菌。通过工艺优化，得到的产品色泽均一，呈淡黄色，组织状态均匀，微生物指标和理化指标均符合规定。赵修报等人[8]以大麦芽、小米、赤小豆、燕麦为谷物原料，酵母菌和乳酸菌为发酵菌种混合发酵制备谷物发酵饮料，其制作工艺流程为：谷物→粉碎→糊化、糖化→煮沸→过滤→接种→发酵→调配→灭菌→谷物发酵饮料。通过优化工艺，采用静置发酵法得到的产品组织状态均匀，口感顺滑厚重，无异味。李雁含[9]以淮山为原料制备益生菌发酵饮料，其工艺流程为：新鲜淮山→清洗、去皮→切片、护色→热烫→磨浆→糊化→酶解→发酵→调配→成品。通过工艺优化，所得淮山益生菌发酵饮料的感官品质良好，产品中乳酸菌数为6.83×108CFU·mL-1，高于国家标准要求。

1.3 产品稳定技术

粮谷类品种繁多，不同原料所含营养素类别及含量都有很大的差异，近年来学者们研究了很多关于控制发酵粮谷类制品的稳定技术，例如糊化、均质、延长发酵时间、添加复配稳定剂等，目前在发酵型粮谷类植物基饮品中运用较多的方法是添加复配稳定剂。

蒋雅馨等[10]以糜米、大米、玉米碎为主要原料，植物乳杆菌CGMCC8198为发酵菌株进行发酵，研究发现，海藻酸钠0.08%、琼脂0.04%、CMC-Na 0.08%添加量的情况下，所得的乳酸菌发酵谷物饮料相态均匀，呈米白色，离心沉淀率低。彭小霞[11]在研究全谷物酸奶过程中发现，粮谷混合粉接种菌种XPL-1，发酵约18 h所得的样品持水性高于接种菌种068，发酵约7 h得到样品HP2。有可能是因为XPL-1中肠膜明串株菌在低温（32 ℃）长时发酵（18 h）时，产生了大量的胞外多糖，从而提高了产品的持水力。LOPONE等[12]采用精选乳酸菌菌种，制备的非乳燕麦麸发酵产品具有典型的果冻状结构和滑润的口感。SHIN等[13]研究了植物蛋白和膳食纤维对搅拌型大豆酸奶物理性质的影响，发现发酵后，与空白组相比，添加豌豆蛋白和柑橘纤维能够使黏度、凝固强度升高，且没有脱水收缩。

粮谷原料富含淀粉、膳食纤维、脂肪等成分，易在杀菌以及随后的贮藏过程中发生蛋白质及固体颗粒的聚沉和脂肪上浮等现象，pH、贮藏温度、增稠剂配比、糖添加量、料液比等都会对发酵制品的稳定性产生影响，因此，合理选择产品稳定技术，对提升产品的感官品质十分关键。

2 营养及功能评价

2.1 营养成分

粮谷类原料富含脂肪、蛋白质、糖类化合物和维生素，经过微生物发酵，一些大分子营养成分发生裂解，转化成机体更容易吸收的氨基酸、低聚糖、脂肪酸等营养成分。天然谷物通过发酵能增加赖氨酸、蛋氨酸和色氨酸含量，提高B族维生素的利用率，降低植酸、凝集素、胰蛋白酶抑制剂等抗营养因子含量[14]。

金子灿[15]以植物乳杆菌和鼠李糖乳杆菌为发酵菌株，研究富硒糙小米乳酸菌发酵饮料，发现随着发酵时间的增加，富硒发芽糙小米饮料中氮氧化物、氨、烯烃和芳香化合物有逐渐增加的趋势。氢、醇类、烷烃（甲烷等）和一些芳香化合物有逐渐减少的趋势。赵昕琪[16]以小米和糯米为主要原料，以Lactobacillus paracasei L1和Lactobacillus caseiYQ336作为发酵菌株，进行乳酸菌发酵饮料研制，发现发酵后总酸度、乳酸、总糖、还原糖及黄酮含量升高。BASINSKIENE等[17]利用木聚糖分解酶和乳酸菌对黑麦仁进行发酵，得到的饮料中，阿拉伯低聚糖和低聚木糖产量分别提高到300 mg·L-1和1 100 mg·L-1，与酵母发酵饮料相比，乳酸菌发酵饮料的pH值和乙醇体积分数较低。SERENA等[18]利用乳酸杆菌和双歧杆菌菌株共同发酵燕麦乳可降低木质素和植酸的含量，同时增加一些多酚类物质（如燕麦蒽酰胺）的含量，且发酵过程并未改变寡糖的特性，保留了其益生元的潜力。ZIARNO等[19]利用乳酸菌对发芽豆子进行发酵生产饮料，发现与未发酵的豆子相比，发酵过程有助于增加棕榈酸、硬脂酸和油酸在脂肪酸结构中的比例。

营养成分的变化影响产品的风味及功能，综上，对粮谷类原料进行发酵，能够降解粮谷类原料中的大分子物质，产生更易于机体吸收的营养成分，提升发酵型粮谷饮品的附加值，满足人们对健康产品的需求。

2.2 功能作用

粮谷类作物中含有多酚类、多糖类、维生素E等物质，发酵过程会破坏基质与抗氧化物质的结合，释放出游离酚、脂肪酸等物质；暴露出更多的羟基、羧基、羰基等官能团，与金属离子进行鳌合，进而提升抗氧化能力、抗菌性等生物活性。

苏颖晶[20]在研究发酵剂对全谷物酸牛奶功能特性的影响中发现，全谷物粉在解淀粉乳杆菌L6发酵的酸奶中有提高抗氧化能力的效果，山药薏米红豆低脂酸牛奶清除ABTS自由基、DPPH自由基、还原三价铁离子的能力分别达到1.01 mmol·L-1、199 mol·L-1、367 μmol·L-1。许蓝心[21]通过乳酸菌和酵母菌发酵制得小米发酵饮料，发现其可以显著降低高脂饲料饲养仓鼠的血清总胆固醇（TC）、甘油三酯（TG）水平、TC/HDL-C比值和动脉硬化指数以及肝脏中的TG水平，可以缓解仓鼠血清和肝脏中的抗氧化能力降低的趋势，减少丙二醛的生成量。SAHARAN等[22]利用真菌处理小麦、水稻、燕麦、玉米、高粱，结果表明发酵第5 d所有发酵谷物中酚类、类黄酮的含量显著增加，DPPH和ABTS自由基清除能力显著提高。MOHAMMADI等[23]通过研究开菲尔发酵饮料的化学组成及抗菌活性，发现发酵乳能够抑制部分致病菌，包括大肠杆菌ATCC11229、单核细胞增生李斯特菌ATCC 4957、蜡样芽孢杆菌ATCC 14579、鼠伤寒沙门氏菌ATCC 14028，且与开菲尔发酵乳相比，其抑制活性更强。

目前功能性食品越来越受到人们的欢迎，开展发酵型粮谷类植物基制品功能性研究，开发高附加值饮品，是未来发展的方向。通过筛选菌种、改善工艺提升发酵制品的功能活性，研究其中的营养成分变化，是科研工作者研究的方向。

3 存在的问题

尽管植物基饮品目前的研究较多，但发酵型粮谷类植物基饮品在发展道路上还需突破很多难题，如产品同质化、附加值低、功能性不强、缺少高端产品等。①从营养的角度来说，植物基饮品营养素的密度较低，与动物蛋白相比，植物蛋白的氨基酸模式不太适合人体需要，需要考虑如何调配其中的营养素构成，以满足人体对健康的需要。②从风味角度来说，植物基饮品还需要消除植物本身的一些特殊味道，如豆腥味、青草味、生味等，以改善植物蛋白的风味品质。③从口感角度来说，植物基饮料不需咀嚼、在口腔中滞留时间仅2 s，如何通过加工工艺改善产品品质以达到甘润、细腻、流畅、在短时间内发挥最大感官性效果，显得尤为重要。

因此，提升发酵型植物基产品的市场接受度，在科研方面还需要广泛深入的基础研究，包括原料、分子、发酵方面，可以为植物基产品持续开发升级，以及产品核心科技的提升提供有力的支撑。

4 结语

随着社会的发展，人们对健康的关注度提升，消费者选择食品，更倾向于产品的原料来源、营养成分、保健功能等特点，将植物基与微生物发酵相结合，可得到绿色、健康、环保的植物基发酵饮料，在未来具有很大的发展潜力与上升空间。虽然我国的发酵型粮谷类植物基饮品研究还处于起步阶段，但是发酵粮谷类制品的市场发展前景十分广阔，尤其是具有肠道健康维护功能的活菌型益生菌发酵产品。

2020年，行业研究机构FAIRR发布的调查报告显示，目前，全球2/5的食品巨头都有专门团队开发和销售植物基肉制品和乳制品。如今的饮料市场中，植物基已经成为发展的关键趋势，到2025年，全球植物基食品市场预计将达到384亿美元。综上，在健康中国战略下，低糖减脂、肠道健康、免疫调节等功能性食品的消费新需求，发酵型粮谷类植物基饮品未来的研究可从复合发酵菌种的筛选与培育、多种加工技术结合研究、功能性活菌型益生菌发酵粮谷饮品开发、产品稳定技术研究、风味物质研究及提升、抗营养因子的消除以及营养成分代谢及肠道维护机制等方面开展。