本文系Agricultural Products Processing and Storage原創編譯，歡迎分享，轉載請授權。

MANG ZHONG

Introduction

近年來，隨著人們健康意識的不斷提高，具有保健功能的食品逐漸受到廣泛關注，其中富含益生菌的植物基食品成為研究熱點。普通豆（Phaseolus vulgaris）作為一種重要的豆類作物，富含蛋白質、膳食纖維、礦物質以及多酚和生物活性肽等多種功能成分，具有潛在的抗氧化、抗炎及降血壓等健康促進作用。然而，盡管普通豆在全球范圍內產量豐富，但由于加工過程中可能導致營養成分損失及蛋白質功能性降低，其在高附加值食品中的應用仍然較為有限。近年來的研究表明，通過發酵及酶促處理等加工技術，可促進結合態生物活性成分的釋放并提高其生物利用度，從而提升豆類食品的功能特性。

植物基酸奶作為乳制酸奶的重要替代品，因其不含乳糖和膽固醇而受到越來越多消費者的青睞。在發酵過程中，乳酸菌（Lactic Acid Bacteria, LAB）不僅能夠產生乳酸等代謝產物，還可生成具有生理活性的多肽，例如具有血管緊張素轉化酶（Angiotensin-Converting Enzyme, ACE）抑制活性的肽類物質，這些成分在調節血壓方面具有潛在作用。盡管已有研究表明發酵能夠提高植物性食品的生物活性，但目前多數研究主要集中于單一豆類或有限的功能指標，對于不同普通豆品種在植物基酸奶開發中的綜合比較研究仍然較少。因此，本研究以4 種普通豆品種：斑豆（pinto bean）、海軍豆（navy bean）、大白豆（great northern bean）和紅蕓豆（red kidney bean）為原料，以大豆為參照，開發植物基益生菌酸奶。通過分析其發酵性能、理化特性、蛋白質與肽組成、體外消化后的抗氧化活性及ACE抑制活性，以及儲存穩定性，系統評估普通豆在植物基功能性酸奶開發中的應用潛力。

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結果與討論

豆乳及酸奶的理化與營養特性

乳酸菌發酵顯著改變了豆乳體系的理化性質。在發酵過程中，大豆、海軍豆、大白豆、斑豆和紅蕓豆豆乳的pH值由約6.5下降至約4.5，同時可滴定酸度由約0.26%增加至0.55%。這一變化主要源于乳酸菌在發酵過程中利用碳水化合物并生成乳酸等有機酸，從而使體系酸化。酸性環境不僅有利于形成酸奶特有的風味和質構，同時還能抑制腐敗微生物的生長，提高產品的微生物安全性。

近似成分分析結果表明，大豆酸奶的蛋白質含量最高（3.35 g/100 g），同時脂肪含量也最高（4.33 g/100 g）。相比之下，普通豆酸奶整體脂肪含量較低。在普通豆樣品中，紅蕓豆酸奶的蛋白質含量位居第二，顯示出其在開發高蛋白低脂植物基酸奶產品方面具有一定潛力。發酵過程對樣品的水分、蛋白質和脂肪含量影響較小，但可溶性固形物含量明顯下降，這主要是由于乳酸菌在發酵過程中消耗了部分可發酵糖類。

質構特性與乳清析出

質構特性和乳清析出是評價酸奶品質的重要指標。實驗結果表明，大白豆酸奶的乳清析出率最低（3.20%），說明其具有較強的保水能力和良好的凝膠網絡結構。這表明在發酵過程中形成了穩定的三維蛋白質凝膠網絡，能夠有效保持體系中的水分。質構分析結果進一步表明，大白豆酸奶在硬度、一致性及凝聚性方面均高于其他樣品。發酵后，該樣品的硬度提高約67.76%，一致性提高約64.01%。這種質構改善可能與其較高的蛋白質含量及較低的脂肪含量有關。在酸化過程中，當pH值接近蛋白質等電點時，蛋白質電荷被中和并發生聚集，從而形成穩定的凝膠結構。從工業生產角度來看，較低的乳清析出率和較高的凝膠強度有利于提高產品在儲存和運輸過程中的穩定性。

圖1 豆乳和酸奶的抗自由基效率（A）、總酚含量（TPC）（B）、總可溶性蛋白（C）和總肽含量（D）

礦物質組成與顏色特性

礦物質分析結果顯示，鉀（K）是所有豆類酸奶中含量最高的礦物質，其次為磷（P）、硫（S）、鎂（Mg）和鈣（Ca）。其中，斑豆酸奶在宏量元素和微量元素方面均表現出較高含量，包括鉀、磷、鎂、鈣、鐵（Fe）和鋅（Zn）。發酵過程在大多數樣品中略微降低了礦物質含量，但斑豆和海軍豆酸奶仍保持較高水平，說明不同豆類品種在礦物質穩定性方面存在差異。顏色分析表明，大豆、海軍豆和大白豆酸奶呈現淺色或奶油色，而斑豆和紅蕓豆酸奶則呈現明顯的紅色調，這主要與其較高的多酚含量有關。發酵過程導致這兩種樣品的顏色發生明顯變化（ΔE > 2），表明這種差異能夠被消費者感知。這種顏色變化可能與酚類化合物與蛋白質或多糖之間的相互作用有關。

抗氧化活性與總酚含量

通過自由基清除實驗及總酚含量（Total Phenolic Content, TPC）測定，評估了樣品的抗氧化特性。結果表明，發酵后所有樣品的抗氧化活性均出現一定程度的提升（圖1）。這種提升可能來源于多種機制，包括結合態酚類化合物的釋放、糖苷型黃酮向活性更高的苷元轉化，以及蛋白質水解過程中產生的抗氧化肽。然而，TPC在發酵后略有下降，這可能是由于酚類化合物與食品體系中其他組分發生結合反應所致。在所有樣品中，斑豆酸奶表現出最高的抗氧化活性和酚類含量，這與以往研究中“有色豆類含有較高多酚水平”的結論一致。相比之下，海軍豆和大白豆酸奶的酚類含量和抗氧化能力相對較低。

圖2 豆乳和酸奶的SDS-PAGE蛋白電泳圖譜

蛋白質水解與肽生成

SDS-PAGE電泳結果顯示，在發酵過程中發生了顯著的蛋白質水解（圖2）。原本分子量為30~250 kDa的大分子蛋白在乳酸菌蛋白酶的作用下被降解為分子量小于25 kDa的小分子肽。與此同時，總肽含量顯著增加，尤其是在紅蕓豆和大白豆酸奶中表現最為明顯。而總可溶性蛋白含量基本保持穩定或略有下降，這說明蛋白質主要被轉化為小分子肽，而不是發生整體蛋白損失。這些小分子肽可能具有多種生物活性，如抗氧化、抗菌和降血壓等功能。

圖3 體外胃腸道（GI）消化模擬后，豆乳和酸奶的抗自由基效率（A）、總酚含量（TPC）（B）、ACE抑制活性（C）以及總肽含量（D）

模擬胃腸消化后的生物活性

模擬胃腸消化實驗結果表明，消化過程進一步促進了生物活性成分的釋放（圖3）。消化后樣品的抗氧化活性及酚類含量均顯著增加，說明酚類化合物和肽類物質的生物可利用性得到提升。消化產生的小分子組分（< 10 kDa）主要包含氨基酸、小肽以及來自豆類種皮的酚類化合物。其中，斑豆和紅蕓豆酸奶在消化后表現出較高的抗氧化能力。此外，ACE抑制活性在發酵后顯著增強，其中消化后的紅蕓豆酸奶表現出最強的ACE抑制作用（29.75%）。這一結果表明發酵過程促進了具有降血壓潛力的生物活性肽的釋放。

生物活性成分的相關性分析

Pearson相關分析表明，總酚含量與抗氧化活性之間存在顯著正相關關系，無論在消化前還是消化后均表現一致。這說明酚類化合物是樣品抗氧化能力的主要貢獻因素。相比之下，肽含量與抗氧化活性的相關性較弱，說明肽類物質可能通過不同機制發揮抗氧化作用，或現有檢測方法尚不能完全反映其抗氧化潛力。

儲存穩定性與微生物活性

在4 ℃冷藏條件下儲存28天期間，豆類酸奶在水分含量、顏色及質構方面均保持良好的穩定性。pH值維持在約4.5，僅出現輕微下降。同時，乳酸菌數量始終保持在10? CFU/g以上，這一水平被認為是發揮益生菌功能的最低有效數量。儲存前期（約三周）乳酸菌數量略有增加，隨后趨于穩定，而酵母和霉菌數量始終保持在極低水平（< 10 CFU/g）。這些結果表明豆類酸奶能夠為益生菌提供適宜的生長環境，并具有良好的貨架期穩定性。

MANG ZHONG

Conclusion

本研究表明，乳酸菌發酵能夠顯著改善豆類酸奶的理化性質和功能特性。發酵過程通過降低pH值、提高酸度并促進蛋白質水解，從而促進生物活性肽和酚類化合物的釋放。不同豆類品種在功能特性方面表現出明顯差異。其中，大白豆酸奶具有最佳的質構特性和最低的乳清析出率；斑豆酸奶具有最高的礦物質含量和抗氧化能力；紅蕓豆酸奶則表現出最強的ACE抑制活性。此外，發酵及模擬胃腸消化過程均能顯著提高生物活性成分的釋放和生物可及性，從而增強其抗氧化及潛在降血壓功能。總體而言，不同普通豆品種在植物基益生菌酸奶開發中具有各自獨特的功能優勢。然而，在實現工業化應用之前，仍需進一步開展體內功能驗證、感官品質評價以及規模化生產研究。

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?×?10? 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.

文章編譯由作者提供

編輯：王佳紅；責任編輯：孫勇

封面圖片來源：攝圖網

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