APPS | 基于普通豆（Phaseolus vulgaris）的植物基益生菌酸奶：体外消化前后理化性质、生物活性肽及健康促进活性研究

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MANG ZHONG

Introduction

近年来，随着人们健康意识的不断提高，具有保健功能的食品逐渐受到广泛关注，其中富含益生菌的植物基食品成为研究热点。普通豆（Phaseolus vulgaris）作为一种重要的豆类作物，富含蛋白质、膳食纤维、矿物质以及多酚和生物活性肽等多种功能成分，具有潜在的抗氧化、抗炎及降血压等健康促进作用。然而，尽管普通豆在全球范围内产量丰富，但由于加工过程中可能导致营养成分损失及蛋白质功能性降低，其在高附加值食品中的应用仍然较为有限。近年来的研究表明，通过发酵及酶促处理等加工技术，可促进结合态生物活性成分的释放并提高其生物利用度，从而提升豆类食品的功能特性。

植物基酸奶作为乳制酸奶的重要替代品，因其不含乳糖和胆固醇而受到越来越多消费者的青睐。在发酵过程中，乳酸菌（Lactic Acid Bacteria, LAB）不仅能够产生乳酸等代谢产物，还可生成具有生理活性的多肽，例如具有血管紧张素转化酶（Angiotensin-Converting Enzyme, ACE）抑制活性的肽类物质，这些成分在调节血压方面具有潜在作用。尽管已有研究表明发酵能够提高植物性食品的生物活性，但目前多数研究主要集中于单一豆类或有限的功能指标，对于不同普通豆品种在植物基酸奶开发中的综合比较研究仍然较少。因此，本研究以4 种普通豆品种：斑豆（pinto bean）、海军豆（navy bean）、大白豆（great northern bean）和红芸豆（red kidney bean）为原料，以大豆为参照，开发植物基益生菌酸奶。通过分析其发酵性能、理化特性、蛋白质与肽组成、体外消化后的抗氧化活性及ACE抑制活性，以及储存稳定性，系统评估普通豆在植物基功能性酸奶开发中的应用潜力。

MANG ZHONG

结果与讨论

豆乳及酸奶的理化与营养特性

乳酸菌发酵显著改变了豆乳体系的理化性质。在发酵过程中，大豆、海军豆、大白豆、斑豆和红芸豆豆乳的pH值由约6.5下降至约4.5，同时可滴定酸度由约0.26%增加至0.55%。这一变化主要源于乳酸菌在发酵过程中利用碳水化合物并生成乳酸等有机酸，从而使体系酸化。酸性环境不仅有利于形成酸奶特有的风味和质构，同时还能抑制腐败微生物的生长，提高产品的微生物安全性。

近似成分分析结果表明，大豆酸奶的蛋白质含量最高（3.35 g/100 g），同时脂肪含量也最高（4.33 g/100 g）。相比之下，普通豆酸奶整体脂肪含量较低。在普通豆样品中，红芸豆酸奶的蛋白质含量位居第二，显示出其在开发高蛋白低脂植物基酸奶产品方面具有一定潜力。发酵过程对样品的水分、蛋白质和脂肪含量影响较小，但可溶性固形物含量明显下降，这主要是由于乳酸菌在发酵过程中消耗了部分可发酵糖类。

质构特性与乳清析出

质构特性和乳清析出是评价酸奶品质的重要指标。实验结果表明，大白豆酸奶的乳清析出率最低（3.20%），说明其具有较强的保水能力和良好的凝胶网络结构。这表明在发酵过程中形成了稳定的三维蛋白质凝胶网络，能够有效保持体系中的水分。质构分析结果进一步表明，大白豆酸奶在硬度、一致性及凝聚性方面均高于其他样品。发酵后，该样品的硬度提高约67.76%，一致性提高约64.01%。这种质构改善可能与其较高的蛋白质含量及较低的脂肪含量有关。在酸化过程中，当pH值接近蛋白质等电点时，蛋白质电荷被中和并发生聚集，从而形成稳定的凝胶结构。从工业生产角度来看，较低的乳清析出率和较高的凝胶强度有利于提高产品在储存和运输过程中的稳定性。

图1 豆乳和酸奶的抗自由基效率（A）、总酚含量（TPC）（B）、总可溶性蛋白（C）和总肽含量（D）

矿物质组成与颜色特性

矿物质分析结果显示，钾（K）是所有豆类酸奶中含量最高的矿物质，其次为磷（P）、硫（S）、镁（Mg）和钙（Ca）。其中，斑豆酸奶在宏量元素和微量元素方面均表现出较高含量，包括钾、磷、镁、钙、铁（Fe）和锌（Zn）。发酵过程在大多数样品中略微降低了矿物质含量，但斑豆和海军豆酸奶仍保持较高水平，说明不同豆类品种在矿物质稳定性方面存在差异。颜色分析表明，大豆、海军豆和大白豆酸奶呈现浅色或奶油色，而斑豆和红芸豆酸奶则呈现明显的红色调，这主要与其较高的多酚含量有关。发酵过程导致这两种样品的颜色发生明显变化（ΔE > 2），表明这种差异能够被消费者感知。这种颜色变化可能与酚类化合物与蛋白质或多糖之间的相互作用有关。

抗氧化活性与总酚含量

通过自由基清除实验及总酚含量（Total Phenolic Content, TPC）测定，评估了样品的抗氧化特性。结果表明，发酵后所有样品的抗氧化活性均出现一定程度的提升（图1）。这种提升可能来源于多种机制，包括结合态酚类化合物的释放、糖苷型黄酮向活性更高的苷元转化，以及蛋白质水解过程中产生的抗氧化肽。然而，TPC在发酵后略有下降，这可能是由于酚类化合物与食品体系中其他组分发生结合反应所致。在所有样品中，斑豆酸奶表现出最高的抗氧化活性和酚类含量，这与以往研究中“有色豆类含有较高多酚水平”的结论一致。相比之下，海军豆和大白豆酸奶的酚类含量和抗氧化能力相对较低。

图2 豆乳和酸奶的SDS-PAGE蛋白电泳图谱

蛋白质水解与肽生成

SDS-PAGE电泳结果显示，在发酵过程中发生了显著的蛋白质水解（图2）。原本分子量为30~250 kDa的大分子蛋白在乳酸菌蛋白酶的作用下被降解为分子量小于25 kDa的小分子肽。与此同时，总肽含量显著增加，尤其是在红芸豆和大白豆酸奶中表现最为明显。而总可溶性蛋白含量基本保持稳定或略有下降，这说明蛋白质主要被转化为小分子肽，而不是发生整体蛋白损失。这些小分子肽可能具有多种生物活性，如抗氧化、抗菌和降血压等功能。

图3 体外胃肠道（GI）消化模拟后，豆乳和酸奶的抗自由基效率（A）、总酚含量（TPC）（B）、ACE抑制活性（C）以及总肽含量（D）

模拟胃肠消化后的生物活性

模拟胃肠消化实验结果表明，消化过程进一步促进了生物活性成分的释放（图3）。消化后样品的抗氧化活性及酚类含量均显著增加，说明酚类化合物和肽类物质的生物可利用性得到提升。消化产生的小分子组分（< 10 kDa）主要包含氨基酸、小肽以及来自豆类种皮的酚类化合物。其中，斑豆和红芸豆酸奶在消化后表现出较高的抗氧化能力。此外，ACE抑制活性在发酵后显著增强，其中消化后的红芸豆酸奶表现出最强的ACE抑制作用（29.75%）。这一结果表明发酵过程促进了具有降血压潜力的生物活性肽的释放。

生物活性成分的相关性分析

Pearson相关分析表明，总酚含量与抗氧化活性之间存在显著正相关关系，无论在消化前还是消化后均表现一致。这说明酚类化合物是样品抗氧化能力的主要贡献因素。相比之下，肽含量与抗氧化活性的相关性较弱，说明肽类物质可能通过不同机制发挥抗氧化作用，或现有检测方法尚不能完全反映其抗氧化潜力。

储存稳定性与微生物活性

在4 ℃冷藏条件下储存28天期间，豆类酸奶在水分含量、颜色及质构方面均保持良好的稳定性。pH值维持在约4.5，仅出现轻微下降。同时，乳酸菌数量始终保持在10⁶ CFU/g以上，这一水平被认为是发挥益生菌功能的最低有效数量。储存前期（约三周）乳酸菌数量略有增加，随后趋于稳定，而酵母和霉菌数量始终保持在极低水平（< 10 CFU/g）。这些结果表明豆类酸奶能够为益生菌提供适宜的生长环境，并具有良好的货架期稳定性。

MANG ZHONG

Conclusion

本研究表明，乳酸菌发酵能够显著改善豆类酸奶的理化性质和功能特性。发酵过程通过降低pH值、提高酸度并促进蛋白质水解，从而促进生物活性肽和酚类化合物的释放。不同豆类品种在功能特性方面表现出明显差异。其中，大白豆酸奶具有最佳的质构特性和最低的乳清析出率；斑豆酸奶具有最高的矿物质含量和抗氧化能力；红芸豆酸奶则表现出最强的ACE抑制活性。此外，发酵及模拟胃肠消化过程均能显著提高生物活性成分的释放和生物可及性，从而增强其抗氧化及潜在降血压功能。总体而言，不同普通豆品种在植物基益生菌酸奶开发中具有各自独特的功能优势。然而，在实现工业化应用之前，仍需进一步开展体内功能验证、感官品质评价以及规模化生产研究。

Probiotic plant-based yogurts from common beans (Phaseolus vulgaris): physicochemical properties, bioactive peptides, and health-promoting activities before and after in vitro digestionMehri Karbasia,b, Xiaoqing Xieb & Changmou Xua,b,c,*

aDepartment of Food Science and Human Nutrition, University of Illinois Urbana-Champaign, Urbana, 61801, USA

bThe Food Processing Center, Department of Food Science and Technology, University of Nebraska-Lincoln, Lincoln, 68588, USA

cCenter for Digital Agriculture, University of Illinois Urbana-Champaign, Urbana, 61801, USA

*Corresponding author.

Abstract

Soybean and common beans (navy, great northern, pinto, and red kidney) were used to prepare plant-based milks and their corresponding probiotic yogurts. Fermentation significantly enhanced textural properties of all bean yogurts, particularly in great northern yogurt, which also presented the highest whiteness along with the lowest syneresis (3.20%). Pinto yogurt had the greatest free radical scavenging activity (60.61 g/mL) and total phenolic content (2 736.92 mg/L). Total peptide content considerably increased in all fermented samples, highest in red kidney yogurt, as indicated by SDS-PAGE. Following gastrointestinal simulation, yogurt digestates showed improved bioactivity over bean milks, including higher phenolics (up to 6 869.84 mg/L in pinto), radical quenching (greatest in pinto with 112.76 g/mL), and antihypertensive activity (29.75% in red kidney). Viable probiotics remained above 1 × 10⁶ CFU/g after 28 days. These findings indicate that bioactive-rich, bean-based functional yogurts have the potential to promote digestive health, exhibit antihypertensive functionality, and effectively serve as carriers of viable probiotics. Moreover, bean cultivar selection should be guided by the intended functional application, with red kidney beans offering the greatest potential for antihypertensive activity, pinto beans providing superior antioxidant capacity, and great northern beans delivering enhanced textural and color attributes. Accordingly, these outcomes provide practical guidance for the targeted development of plant-based probiotic yogurts using specific legume varieties.

Reference:

Karbasi, M., Xie, X. & Xu, C. Probiotic plant-based yogurts from common beans (Phaseolus vulgaris): physicochemical properties, bioactive peptides, and health-promoting activities before and after in vitro digestion. Agric. Prod. Process. Sto. 2, 38 (2026). https://doi.org/10.1007/s44462-026-00071-7.

文章编译由作者提供

编辑：王佳红；责任编辑：孙勇

封面图片来源：摄图网

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