王曉雯,王靈娟,王哲,秦曉娟,張新笑,徐為民,王道營*,鄒燁*

1(江蘇大學(xué) 食品與生物工程學(xué)院,江蘇 鎮(zhèn)江,212013)2(江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工所,江蘇 南京,210014)3(南京欽潤生物科技有限公司,江蘇 南京,211103)

發(fā)酵技術(shù)在食品工業(yè)有著廣泛的應(yīng)用,微生物的發(fā)酵作用可使食品原料發(fā)生生物化學(xué)變化。細(xì)菌、酵母和霉菌等微生物利用部分底物生長和繁殖,并用代謝產(chǎn)物來豐富底物,來自微生物的酶,特別是蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶,水解蛋白質(zhì)、多糖和脂質(zhì)后產(chǎn)生防止食物變質(zhì)和改善食品品質(zhì)的化合物,創(chuàng)造高附加值的產(chǎn)品[1]。其中蛋白質(zhì)作為一種非常復(fù)雜的生物大分子結(jié)構(gòu),是食品中六大營養(yǎng)物質(zhì)之一,為人體生命活動提供必要的能量,促進(jìn)生長發(fā)育的同時增強人體免疫力,所以研究發(fā)酵過程對蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)、功能和營養(yǎng)等方面的影響具有重要意義,為創(chuàng)造高營養(yǎng)價值的發(fā)酵食品提供理論指導(dǎo)。目前,國內(nèi)外學(xué)者在發(fā)酵對食品本身的品質(zhì)、風(fēng)味和營養(yǎng)價值等方面影響的報道較多[2-4]。但有關(guān)發(fā)酵對食品中蛋白質(zhì)各方面影響的研究報道較少,本文就發(fā)酵對蛋白質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)與功能特性及風(fēng)味影響進(jìn)行了綜述。

1 發(fā)酵對蛋白質(zhì)組成及結(jié)構(gòu)的影響

蛋白質(zhì)是一種具有復(fù)雜構(gòu)象的物質(zhì),其空間結(jié)構(gòu)由氨基酸脫水縮合成肽鏈后經(jīng)盤曲折疊而形成。發(fā)酵過程促進(jìn)大分子質(zhì)量蛋白質(zhì)水解,pH、溫度及發(fā)酵菌種等條件通過對蛋白酶及肽酶的影響改變著食品中蛋白質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu),又蛋白質(zhì)的特定結(jié)構(gòu)決定著蛋白質(zhì)的功能特性,食品的質(zhì)構(gòu)特性及風(fēng)味口感發(fā)生改變,提高了蛋白質(zhì)的利用率,增加了食品的營養(yǎng)價值。

1.1 對蛋白質(zhì)分子質(zhì)量的影響

十二烷基硫酸鈉—聚丙烯酰胺凝膠電泳法(sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis,SDS-PAGE)通常用于蛋白質(zhì)分子質(zhì)量的檢測,該方法具有微量快速、重復(fù)性好、操作簡單等優(yōu)點。食品在發(fā)酵前后,蛋白質(zhì)與SDS結(jié)合根據(jù)其電泳遷移率不同得出蛋白質(zhì)分子質(zhì)量的變化,由于發(fā)酵過程中蛋白酶的作用導(dǎo)致蛋白質(zhì)被逐步降解,在電泳圖譜中,大分子質(zhì)量條帶隨發(fā)酵時間的延長逐漸消失。

WU等[5]研究了豆?jié){發(fā)酵(37 ℃,24 h)和貯存(4 ℃,1～21 d)過程中蛋白質(zhì)分子質(zhì)量分布變化,結(jié)果表明發(fā)酵導(dǎo)致高聚集蛋白(>1 000 kDa)的斷裂和小肽的產(chǎn)生。OLUKOMAIYA等[6]通過SDS-PAGE圖譜發(fā)現(xiàn),發(fā)酵后菜籽粕樣品中大尺寸蛋白質(zhì)(37～60 kDa)的條帶強度降低,且產(chǎn)生更多的小分子蛋白質(zhì)或肽(<35 kDa)。WANG等[7]也在微生物發(fā)酵菜籽粕的研究中發(fā)現(xiàn),發(fā)酵后菜籽粕蛋白被降解為小分子肽。GE等[8]在植物乳桿菌對發(fā)酵香腸蛋白質(zhì)影響的研究中發(fā)現(xiàn),香腸發(fā)酵過程中,130～250 kDa、100～130 kDa和25～35 kDa范圍內(nèi)的肌漿蛋白條帶發(fā)生了顯著變化(P<0.05),高分子質(zhì)量蛋白質(zhì)在發(fā)酵過程中被降解。

1.2 對氨基酸含量的影響

氨基酸是蛋白質(zhì)的基本組成單位,其在食品加工過程中的改變影響著食品的風(fēng)味及營養(yǎng)價值。其中膳食蛋白質(zhì)中必需氨基酸含量及占比越接近人體蛋白質(zhì)組成時,越易于人體的消化吸收,蛋白利用率則越高。游離氨基酸作為一種呈味物質(zhì),其含量和種類常作為食品營養(yǎng)價值和口感、滋味評價的重要指標(biāo)[9]。

LIU等[10]在植物乳桿菌發(fā)酵核桃乳的過程中使用氨基酸分析儀對游離氨基酸含量進(jìn)行檢測,隨著發(fā)酵程度的增加,苯丙氨酸、絲氨酸和脯氨酸的含量呈上升趨勢,游離氨基酸總量先升高后降低,與未發(fā)酵的核桃乳相比,發(fā)酵結(jié)束的核桃乳中異亮氨酸、半胱氨酸、蘇氨酸、甘氨酸和組氨酸的含量分別降低了93.31%、90%、85.71%、55.79%和45.02%。游離氨基酸含量降低可能是發(fā)酵后期的酶促轉(zhuǎn)化等復(fù)雜反應(yīng)導(dǎo)致產(chǎn)物降解生成揮發(fā)性酸、胺和其他含氮物質(zhì)的結(jié)果。CHEN等[11]在不同菌種發(fā)酵對香菇鮮味的影響研究中發(fā)現(xiàn),25 ℃發(fā)酵過程中游離氨基酸呈上升趨勢,微生物代謝期間的消耗、細(xì)菌的自溶現(xiàn)象以及一些酶促轉(zhuǎn)化反應(yīng)都可能是游離氨基酸含量變化的原因。DEUS等[12]研究了可可豆發(fā)酵過程中氨基酸的變化,結(jié)果表明,發(fā)酵期間低pH值激活內(nèi)源性蛋白水解酶、天冬氨酸內(nèi)切蛋白酶和羧肽酶,其將貯藏蛋白(主要是豌豆球蛋白)水解成游離氨基酸和肽,提高了游離必需氨基酸和疏水性氨基酸的含量。

食品在發(fā)酵過程中,由于微生物的水解作用,大分子的蛋白質(zhì)降解為多肽及小肽,小肽繼續(xù)降解成為游離氨基酸,且菌種類型不同則蛋白質(zhì)的水解指數(shù)也有所不同,影響著游離氨基酸的含量。隨著發(fā)酵時間的延長,游離氨基酸總量顯著增加,但不同氨基酸變化趨勢有所不同,在發(fā)酵后期可能由于進(jìn)一步降解而導(dǎo)致游離氨基酸含量有下降的趨勢,最終影響著發(fā)酵食品的感官風(fēng)味。

1.3 對蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的影響

蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)是多肽鏈中鄰近的氨基酸殘基由于氫鍵相互作用而形成的空間結(jié)構(gòu),多肽鏈的折疊方式包括α-螺旋、β-折疊、β-轉(zhuǎn)角和無規(guī)則卷曲。蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的測定方法主要是傅立葉變換紅外光譜法(Fourier transform infrared spectrometer,FTIR)和圓二色譜分析法。紅外光譜可以反映肽鏈的結(jié)構(gòu)變化,二級結(jié)構(gòu)清楚地反映在酰胺I和酰胺II波段,特別是前者[13]。酰胺I區(qū)域(1 600～1 700 cm-1)通過檢測氨基酸羧基的振動來測量蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu),光譜的這一區(qū)域包括主要二級結(jié)構(gòu)的波段:α-螺旋(1 650～1 660 cm-1)和β-折疊(1 630～1 638 cm-1)。圓二色性利用遠(yuǎn)紫外區(qū)域的偏振光偏振角來測定蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu),利用近紫外區(qū)域的偏振光偏振角來測定蛋白質(zhì)三級結(jié)構(gòu)的變化[14]。

ALROSAN等[15]在發(fā)酵扁豆蛋白的研究中利用FTIR測得未發(fā)酵扁豆-酪蛋白復(fù)合物二級蛋白結(jié)構(gòu)組成:α-螺旋(9.90%)、β-折疊(30.90%)、β-轉(zhuǎn)角(43.87%)、無規(guī)則卷曲(15.32%)。發(fā)酵后α-螺旋與無規(guī)則卷曲組分的比例變化顯著,β-折疊和β-轉(zhuǎn)角無顯著差異。其中α-螺旋的百分比從9.90%顯著降低至6.58%。YANG等[16]在植物乳桿菌發(fā)酵大豆分離蛋白的研究中發(fā)現(xiàn),發(fā)酵使得α-螺旋和無規(guī)則卷曲含量顯著降低,而β-折疊和β-轉(zhuǎn)角含量顯著增加,其中α-螺旋結(jié)構(gòu)受體系中氫鍵穩(wěn)定性的控制,若靜電斥力降低導(dǎo)致氫鍵不穩(wěn)定,則α-螺旋結(jié)構(gòu)的含量降低。藍(lán)天嬋等[17]研究了產(chǎn)黃青霉發(fā)酵鴨肉制品的結(jié)構(gòu)變化,拉曼光譜的結(jié)果表明,α-螺旋結(jié)構(gòu)的含量減少,β-折疊結(jié)構(gòu)的含量相對增加,β-轉(zhuǎn)角和無規(guī)卷曲無明顯變化。LIU等[18]在鷹嘴豆蛋白發(fā)酵過程中發(fā)現(xiàn),發(fā)酵后α-螺旋含量顯著增加,β-折疊含量顯著降低。

發(fā)酵對蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)的影響相較于加熱和加壓等其他食品加工處理方式具有更積極的影響,通常會刺激微生物活動產(chǎn)生有益的效果,通過提高蛋白質(zhì)消化率而增加食物營養(yǎng)價值[14]。發(fā)酵過程使蛋白質(zhì)二級結(jié)構(gòu)重組,大多數(shù)情況下,發(fā)酵過程會使得α-螺旋結(jié)構(gòu)的含量降低,β-折疊和無規(guī)則卷曲的含量增加[19]。此外,β-折疊的增加與蛋白質(zhì)消化率呈顯著負(fù)相關(guān),還有研究表明蛋白疏水性隨β-折疊和無規(guī)則卷曲成分的增加而增加。在微生物發(fā)酵過程中,蛋白質(zhì)的水解、降解和重組可能或多或少的發(fā)生,這取決于溫度、pH值以及酶活性增加等綜合影響。因此,發(fā)酵誘導(dǎo)蛋白結(jié)構(gòu)變化并提高其質(zhì)量主要是由于食品中可利用的微生物酶和內(nèi)源酶的激活[20]。

1.4 對蛋白質(zhì)疏水性及二硫鍵的影響

蛋白質(zhì)中包含疏水和親水的兩種氨基酸,由于二硫鍵的鎖定作用,肽鏈盤曲折疊時疏水基團(tuán)被包裹在分子內(nèi)部,二硫鍵限制著蛋白質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的伸展,使蛋白質(zhì)具有緊密的三維結(jié)構(gòu),決定著蛋白質(zhì)的致密性、穩(wěn)定性和功能特性[21]。發(fā)酵改變蛋白質(zhì)分子的結(jié)構(gòu),因此巰基和二硫鍵的相對含量發(fā)生不同程度的改變。

常榮等[22]在研究發(fā)酵對酸肉蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響中發(fā)現(xiàn),發(fā)酵誘導(dǎo)蛋白變性利于分子結(jié)構(gòu)展開,包藏在內(nèi)部的疏水基團(tuán)暴露,蛋白質(zhì)分子間發(fā)生疏水聚集且表面疏水性降低,同時巰基氧化為二硫鍵。陳曉倩等[23]也在研究中發(fā)現(xiàn),隨發(fā)酵時間的延長,巰基氧化而導(dǎo)致含量減少,二硫鍵含量有增多的趨勢。劉長虹等[24]用比色法測定了發(fā)酵面團(tuán)中蛋白質(zhì)的二硫鍵變化,面筋蛋白中二硫鍵含量逐漸降低而趨于穩(wěn)定,主要是由于發(fā)酵過程中產(chǎn)生的蛋白酶等減弱了大分子間的鍵連作用,可能導(dǎo)致—S—S—還原為游離的—SH,使二硫鍵含量減少。

1.5 對蛋白質(zhì)亞基的影響

發(fā)酵過程中蛋白質(zhì)亞基發(fā)生改變,影響食品中蛋白組分,決定著其加工及營養(yǎng)特性。YOUSIF等[25]研究了自然發(fā)酵對大米蛋白組分的影響,結(jié)果表明在37 ℃、36 h的發(fā)酵條件下,g1-谷蛋白亞基和g2-谷蛋白亞基隨著發(fā)酵時間的延長而增加,未發(fā)酵大米的主要蛋白質(zhì)組分g3-谷蛋白亞基在發(fā)酵過程中顯著降低。此外球蛋白+白蛋白組分顯著增加了2.7倍,在36 h內(nèi)成為大米中的主要蛋白質(zhì)。LIU等[26]在乳酸菌發(fā)酵豆乳蛋白的研究中發(fā)現(xiàn),SDS圖譜中含有主要的大豆蛋白質(zhì)有7S β-伴大豆球蛋白(7S α′亞基、7S α亞基和7S β亞基)和11S大豆球蛋白(11S酸性亞基和11S堿性亞基)。在發(fā)酵過程中,7S和11S堿性亞基的降解率較高,而11S酸性亞基的降解率較低。EMKANI等[1]也發(fā)現(xiàn)豆類蛋白發(fā)酵過程中來自副干酪乳桿菌、植物乳桿菌、戊聚糖乳桿菌等不同乳酸菌的酶在不同程度上水解分離蛋白中的大豆蛋白組分,在植物乳桿菌發(fā)酵豆?jié){的研究中觀察到7S β-伴球蛋白的α和β亞基幾乎都被菌株降解。此外,魚肉制品在發(fā)酵過程中,蛋白組分也發(fā)生改變。ZHAO等[27]研究了發(fā)酵對鰩魚蛋白的影響,結(jié)果表明隨著發(fā)酵的進(jìn)行,堿溶蛋白和非蛋白氮含量增加,肌漿蛋白和肌原纖維蛋白含量逐漸減少,這些水溶性和鹽溶性蛋白質(zhì)含量的減少,主要是由于內(nèi)源性蛋白酶和微生物蛋白酶使蛋白降解,另一方面是隨著pH值的降低,蛋白之間相互作用減弱導(dǎo)致蛋白聚集。此外,一些內(nèi)肽酶可以切割親水性殘基,如谷氨酸、組氨酸和賴氨酸等,而保留大多數(shù)疏水性殘基,因此疏水相互作用增強,形成聚集使堿溶蛋白含量增加。

1.6 對蛋白質(zhì)粒徑的影響

通常情況下在食品發(fā)酵的過程中由于蛋白質(zhì)降解而導(dǎo)致粒徑變小,然而受pH、溫度等因素的影響,蛋白質(zhì)粒徑也會有變大的趨勢。張莉麗等[28]研究了發(fā)酵對可溶性大豆蛋白粒徑分布的影響,根據(jù)Zetasizer Nano粒度分布儀的結(jié)果,發(fā)酵使得蛋白雙峰粒徑分布從10～100 nm和100～1 000 nm處移至1～10 nm和10～100 nm處,隨發(fā)酵時間的延長逐漸從高粒徑區(qū)域向低粒徑方向移動。孫為正[29]的研究也表明發(fā)酵使得蛋白降解為小分子物質(zhì),粒徑分布趨向于低粒徑方向。YANG等[30]在乳酸菌發(fā)酵大豆分離蛋白而形成凝膠的研究中發(fā)現(xiàn),乳酸菌誘導(dǎo)發(fā)酵的過程中pH值下降,接近豆?jié){蛋白的等電點,因此大多數(shù)蛋白質(zhì)產(chǎn)生酸沉淀,導(dǎo)致蛋白平均粒徑較大,同時發(fā)酵后大豆蛋白的溶解度、表面疏水性也顯著降低。

1.7 對蛋白質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的影響

食品在加工處理的過程中會改變蛋白質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu),從而導(dǎo)致蛋白質(zhì)功能特性的變化,影響蛋白質(zhì)的溶解度、消化率、乳化性和起泡性等[31]。藍(lán)天嬋等[17]在產(chǎn)黃青霉發(fā)酵鴨肉制品的研究中,通過透射電鏡和掃描電鏡觀察到發(fā)酵肉沒有完整的肌原纖維,呈現(xiàn)無規(guī)則排列的顆粒狀,蛋白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)被破壞呈疏松狀態(tài)。張莉麗等[28]通過掃描電鏡觀察發(fā)酵前后大豆蛋白結(jié)構(gòu)也得出相似結(jié)論,發(fā)酵前大豆蛋白呈現(xiàn)表面光滑完整的片狀結(jié)構(gòu),而發(fā)酵后蛋白顆粒表面的微觀結(jié)構(gòu)逐漸由規(guī)則變得不規(guī)則,結(jié)構(gòu)松散且產(chǎn)生蛋白殘片,顆粒內(nèi)部存在大量空隙、蜂窩狀孔洞,該結(jié)果同時印證了發(fā)酵使蛋白粒徑變小的規(guī)律。

2 發(fā)酵對蛋白質(zhì)功能特性的影響

蛋白質(zhì)復(fù)雜多變的空間結(jié)構(gòu)與其功能聯(lián)系緊密,蛋白質(zhì)的功能特性改變受其結(jié)構(gòu)特性的影響。發(fā)酵過程中使食品中蛋白質(zhì)的空間構(gòu)象改變,進(jìn)而功能特性也在一定程度上發(fā)生變化。蛋白質(zhì)功能特性不僅決定著食品的感官特性和營養(yǎng)特性,而且影響著食品的物理加工特性[32]。

2.1 對蛋白質(zhì)溶解度的影響

在食品原料加工的過程中,蛋白中的溶解度受pH值、溫度、離子強度、處理時間及菌種類別等多種因素的影響,在發(fā)酵過程中蛋白質(zhì)溶解度會發(fā)生不同程度的變化。將樣品溶解后離心處理取上清液,利用凱氏定氮法計算蛋白含量,上清液蛋白含量占總蛋白含量的百分比反應(yīng)著蛋白質(zhì)溶解度的大小。

SCHLEGEL等[33]在發(fā)酵羽扇豆分離蛋白功能特性的研究中發(fā)現(xiàn)所有樣品在中性條件(pH 7)下的蛋白質(zhì)溶解度高于酸性條件(pH 4)下的溶解度,而且通常情況下蛋白質(zhì)溶解度在等電點(pH 4.5)處最小。經(jīng)過發(fā)酵后,在pH 4下的蛋白質(zhì)溶解度沒有顯著變化,而在pH 7下的溶解度從63.59%顯著降低到42.35%。主要是由于乳酸桿菌在發(fā)酵過程中產(chǎn)生有機(jī)酸,這可能誘導(dǎo)了蛋白質(zhì)的不可逆凝固,從而降低了溶解度。此外,停止發(fā)酵的熱處理(90 ℃,20 min)促進(jìn)部分水解羽扇豆蛋白的聚集和交聯(lián)而導(dǎo)致溶解度下降。SCHLEGEL等[34]在研究中還發(fā)現(xiàn)發(fā)酵過程中蛋白水解酶改變了蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu),導(dǎo)致蛋白質(zhì)的疏水部分暴露,有利于蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用,造成聚集體的形成從而蛋白質(zhì)溶解度的下降。KUMITCH等[35]研究了發(fā)酵時間對米曲霉和黑曲霉發(fā)酵豌豆蛋白粉理化和功能特性的影響,結(jié)果表明,發(fā)酵時間、真菌接種物和pH對蛋白質(zhì)溶解度均具有顯著影響。ARTEAGA等[36]研究了發(fā)酵對豌豆分離蛋白功能特性的影響,結(jié)果表明發(fā)酵24 h和48 h后,所有樣品的蛋白質(zhì)溶解度在pH為5.0時均顯著提高,而在pH為3.0、7.0和8.0時則顯著降低,發(fā)酵后蛋白質(zhì)溶解度下降可能與蛋白分解使疏水基團(tuán)暴露而蛋白質(zhì)分子表面疏水性改變有關(guān),此外微生物生長導(dǎo)致生物量增加也會使溶解度降低。

2.2 對蛋白質(zhì)起泡性的影響

蛋白質(zhì)的起泡性質(zhì)通常用發(fā)泡能力(foaming capacity,FC)和發(fā)泡穩(wěn)定性(foaming stability,FS)來表示。pH、發(fā)酵時間、溶解度、表面活性等因素都會影響蛋白質(zhì)的起泡性。KUMITCH等[35]在發(fā)酵時間對米曲霉和黑曲霉發(fā)酵豌豆蛋白粉功能特性影響的研究中發(fā)現(xiàn),隨發(fā)酵的進(jìn)行,樣品的FC和FS都有減少的趨勢,此外pH為7.0時FC最大,pH為5.0時FC最小。劉慧菊等[37]在研究不同微生物液態(tài)發(fā)酵對蠶豆蛋白功能特性的影響中發(fā)現(xiàn),發(fā)酵后蛋白起泡性逐漸增強,經(jīng)黑曲霉發(fā)酵后起泡性增加最大,且泡沫穩(wěn)定性最好,其次是枯草芽孢桿菌,最后是植物乳桿菌。KHALID等[38]研究發(fā)現(xiàn),受等電點的影響,芝麻蛋白在pH 5時FC的值最低,超過pH 5則FC顯著增加,且在pH 9和pH 10時最大。FC增加可能是由于蛋白質(zhì)上增加的凈電荷,削弱了疏水相互作用,使蛋白質(zhì)更易擴(kuò)散到空氣—水界面以包封空氣顆粒而增加泡沫形成。XIAO等[39]在研究中發(fā)現(xiàn)與未發(fā)酵的紅豆粉相比,發(fā)酵紅豆粉的FC無顯著差異,而FS高于未發(fā)酵的樣品。FS增加可能歸因于發(fā)酵過程中蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化,表面活性增強的同時分子間的相互作用增強,進(jìn)而形成穩(wěn)定的黏彈性膜。此外,溶解度是影響發(fā)泡性質(zhì)的重要因素,發(fā)酵過程中溶解度的降低影響蛋白質(zhì)向空氣—水界面遷移,進(jìn)而導(dǎo)致蛋白質(zhì)FC的降低。

2.3 對蛋白質(zhì)乳化性的影響

蛋白質(zhì)乳化性是指蛋白質(zhì)使油品與水形成穩(wěn)定乳狀液的能力,通常用乳化活性(emulsion activity,EA)、乳化穩(wěn)定性(emulsifying stability,ES)和乳化容量(emulsifying capacity,EC)三個指標(biāo)來測定。EA、ES測定可采用文獻(xiàn)[40]的方法,即將樣品與冷蒸餾水(4 ℃)和葵花籽油混合制成乳劑后離心處理,根據(jù)乳化層占比計算。根據(jù)一定量蛋白質(zhì)在形成水包油乳化體系時的電導(dǎo)率變化可測得EC。此外EA、ES還可以采用分光光度法來測定。

XIAO等[41]在固態(tài)發(fā)酵鷹嘴豆的過程中發(fā)現(xiàn),發(fā)酵過程中的酶水解通常會產(chǎn)生低分子質(zhì)量的肽,這些肽容易遷移到油水界面,從而提高EA,真菌發(fā)酵過程中分子構(gòu)型的改變,暴露了蛋白質(zhì)上的內(nèi)部親水或親脂基團(tuán),也可能是乳化性能增強的原因。然而GARCA ARTEAGA等[36]在研究發(fā)酵豌豆分離蛋白(pea protein isolate,PPI)的EC變化時發(fā)現(xiàn),PPI的發(fā)酵顯著降低了豌豆蛋白的乳化能力,未發(fā)酵PPI的乳化能力為(548±33) mL/g,用植物乳桿菌發(fā)酵24 h和48 h后,分別為(370±62) mL/g和(385±24) mL/g。用過氧化氫酵母、戊糖乳桿菌等其他菌發(fā)酵后,乳化能力更低。又蛋白質(zhì)溶解度(pH 7.0)與乳化能力呈顯著正相關(guān)(P<0.05),說明低乳化能力可能與蛋白質(zhì)的團(tuán)聚和副產(chǎn)物的相互作用有關(guān)。這些團(tuán)聚體可以阻止蛋白質(zhì)與油分子之間的疏水相互作用,降低蛋白質(zhì)的兩親性。發(fā)酵對蛋白質(zhì)乳化能力的影響受發(fā)酵菌種、發(fā)酵時間、pH、溶解度等多種因素的影響,使乳化性能發(fā)生不同程度的改變。

2.4 對蛋白質(zhì)黏度的影響

蛋白質(zhì)水溶液的黏度是影響食品口感和營養(yǎng)價值的重要因素之一,一定程度的黏度可以穩(wěn)定食品中的被分散成分。蛋白質(zhì)黏度的影響因素主要是蛋白質(zhì)分子的內(nèi)在特征(如大小、體積和不對稱性等)、蛋白質(zhì)—蛋白質(zhì)間的相互作用以及蛋白質(zhì)—溶劑間的相互作用。發(fā)酵過程會引起溶液pH發(fā)生改變,致使蛋白質(zhì)分子表面電荷變化,從而導(dǎo)致蛋白質(zhì)與水、離子相之間的相互作用發(fā)生改變,宏觀上表現(xiàn)為蛋白質(zhì)黏度改變[42]。

ALLAHDAD等[43]在一種富含豌豆蛋白和大米蛋白的新型發(fā)酵益生菌飲料的研究中發(fā)現(xiàn),發(fā)酵使飲料樣品的黏度從83.7 mPa·s降低至39.1 mPa·s,發(fā)酵使黏度降低可歸因于細(xì)菌酶的降解作用,降低了蛋白質(zhì)和肽的分子大小,改變了樣品的水溶性。PARK等[44]使用快速黏度分析儀測得自然發(fā)酵的過程中精米粒樣品的黏度降低,TIAN等[45]也得出了同樣的結(jié)論。

2.5 對蛋白質(zhì)體外消化率(in vitro protein digestibility,IVPD)的影響

IVPD的測定可將樣品暴露于胃蛋白酶(2 h,pH 1.9,37 ℃)和胰蛋白酶(2 h,pH 8.0,37 ℃)中消化,然后將消化的內(nèi)容物離心并棄去上清液,采用凱氏定氮法測定殘固物中蛋白質(zhì)含量,以消化前后蛋白質(zhì)含量差異的百分比作為IVPD%[46]。該方法與大鼠飼養(yǎng)試驗(體內(nèi)條件)中獲得的蛋白質(zhì)消化率值具有高度相關(guān)性,因此它可以很好地模擬體內(nèi)蛋白質(zhì)消化率[41]。MANUS等[47]在富含植物蛋白的乳酸菌發(fā)酵飲料IVPD的研究中得出,發(fā)酵處理顯著提高了IVPD,發(fā)酵飲料的消化率為72.7%,未發(fā)酵對照飲料的消化率為61.4%。HU等[48]研究了植物乳桿菌與酵母共同發(fā)酵對餅干中小麥蛋白質(zhì)消化率的影響,結(jié)果表明,發(fā)酵過程中蛋白質(zhì)發(fā)生水解且蛋白質(zhì)消化率顯著提高。TEREFE等[49]在發(fā)酵玉米粉的研究中也得出相同的蛋白質(zhì)消化率變化規(guī)律。

現(xiàn)代營養(yǎng)學(xué)者認(rèn)為,蛋白質(zhì)分解后以氨基酸的形式被機(jī)體吸收和利用,氨基酸的不足和過剩都影響蛋白質(zhì)的營養(yǎng)價值,其中必需氨基酸攝入不足會導(dǎo)致免疫系統(tǒng)功能下降[37]。微生物的發(fā)酵作用使蛋白質(zhì)大量降解為小分子多肽、游離氨基酸等,必需氨基酸的含量也相應(yīng)提高,因此體外消化率在一定程度上提升,增加了蛋白質(zhì)的生物利用度。此外發(fā)酵可以有效降解或消除原料中存在的單寧、植酸等抗?fàn)I養(yǎng)因子,尤其是植物性蛋白質(zhì),其質(zhì)量取決于消化率、氨基酸含量和非營養(yǎng)性化合物的殘基,如酚類化合物、抗?fàn)I養(yǎng)化合物、抗氧化劑和皂苷。發(fā)酵過程中產(chǎn)生的各種酶可以切斷蛋白質(zhì)和非營養(yǎng)性化合物之間的鍵,解決植物性蛋白質(zhì)不易消化的弊端,提高其營養(yǎng)價值[50]。

3 發(fā)酵對蛋白類風(fēng)味物質(zhì)的影響

風(fēng)味是評價食品品質(zhì)的主要指標(biāo)之一,也是影響消費者偏好的重要因素。蛋白質(zhì)水解、脂類氧化降解和美拉德反應(yīng)等都會導(dǎo)致風(fēng)味物質(zhì)形成,發(fā)酵過程中蛋白質(zhì)水解產(chǎn)生各種游離氨基酸進(jìn)而改善食品風(fēng)味。ZHANG等[51]在雪菜發(fā)酵的研究中發(fā)現(xiàn)氨基酸代謝及碳水化合物代謝是風(fēng)味產(chǎn)生的主要途徑,乳酸桿菌、噬鹽菌等發(fā)揮著主要作用,對雪菜的風(fēng)味有著積極的作用。CAI等[52]在發(fā)酵對腌鴨腿風(fēng)味影響的研究中發(fā)現(xiàn),微生物發(fā)酵加速了鴨肉中蛋白質(zhì)的降解,釀酒酵母促進(jìn)了谷氨酸的產(chǎn)生,提升腌鴨腿肉的鮮味,植物乳桿菌通過釋放丙氨酸顯著改善了腌鴨腿肉的甜味。FENG等[53]研究了發(fā)酵對魚肉制品風(fēng)味的影響,結(jié)果表明發(fā)酵過程可以促進(jìn)風(fēng)味物質(zhì)的產(chǎn)生,蛋白質(zhì)降解產(chǎn)生的游離氨基酸作為揮發(fā)物的主要前體之一,被脫羧、脫氨或進(jìn)一步代謝產(chǎn)生小分子風(fēng)味物質(zhì),如醛和酮,對發(fā)酵產(chǎn)品的口感和風(fēng)味都有影響。

4 結(jié)語

發(fā)酵技術(shù)在食品加工的過程中發(fā)揮著巨大的作用,不僅可以改善風(fēng)味及感官品質(zhì),去除食品中的抗?fàn)I養(yǎng)因子,提高營養(yǎng)價值,而且還可以提高保質(zhì)期,起到防腐的作用。此外,發(fā)酵食品生產(chǎn)成本低且加工工藝簡單。一直以來,發(fā)酵食品廣受消費者青睞,但是發(fā)酵工藝仍存在許多待解決的問題。首先,發(fā)酵食品在加工、運輸及貯藏的過程中易受微生物污染而導(dǎo)致腐敗變質(zhì),且產(chǎn)生不良風(fēng)味,因此應(yīng)該更加關(guān)注發(fā)酵食品安全性問題,防止生產(chǎn)菌種在其生長繁殖過程中產(chǎn)生有毒代謝產(chǎn)物,進(jìn)而對人體產(chǎn)生潛在危害。其次,大多數(shù)傳統(tǒng)發(fā)酵食品的工業(yè)化程度低,提高商品性、方便性、安全性及現(xiàn)代化對于發(fā)酵工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展具有重要意義,爭取做到應(yīng)用新技術(shù)提高生產(chǎn)效率的同時又不喪失傳統(tǒng)發(fā)酵食品的獨特風(fēng)味。本文總結(jié)了發(fā)酵對食品中蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能特性等多方面的影響,有助于進(jìn)一步了解發(fā)酵對食品的影響機(jī)理,由此逐步提升發(fā)酵食品的感官性能及營養(yǎng)價值,完善發(fā)酵工藝在食品加工中的應(yīng)用。