日本纳豆、中国豆豉营养与活性成分研究进展
(2011-04-28 10:03:23)
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日本纳豆、中国豆豉营养与活性成分研究进展
现如今在日本风行的健康食品纳豆就是从我国传入的豆豉的孪生姐妹,严格说是我国细菌型豆豉的孪生姐妹。因为我国的豆豉可分为霉菌型豆豉和细菌型豆豉两大类。霉菌型豆豉中有根霉型豆豉、米曲霉型豆豉及毛霉型豆豉。细菌型豆豉是利用枯草杆菌(Bacillus subtilis)在较高温度下,繁殖于蒸熟大豆上,借助其较强的蛋白酶生产出风味独特具有特异功能性的食品,其最大特点是产生粘性物质,并可拉丝。用于制作纳豆的纳豆菌也是枯草杆菌属,1905年尺村发现纳豆上所繁殖拉丝的枯草杆菌有其特性,提出单独作为一“种”, 命名为纳豆芽孢杆菌(Bacillus nattosawamura)。但Smith等研究纳豆芽孢杆菌的生理生化特征后,认为其生理学性质及其它性质与枯草杆菌相同,伯捷手册第6版也将纳豆菌包括于枯草杆菌属内,目前在国际上还未把纳豆菌列为独立的菌种,但习惯上仍称之为纳豆杆菌。目前日本对纳豆的拉丝物质、酶、噬菌体、遗传学等的性质等均进行了深入研究与开发。
1990年4月在日本神奈川举行的第一次纳豆研究发表会上,大豆供给安定协会木村氏讲了不少未公开的军事上应用纳豆的情况,第二次世界大战中除日本作为军粮大批生产纳豆外,纳粹德国从中国东北(当时伪满州国)进口30万吨大豆制成熏蒸大豆,作为希腊战线德军的军粮。后这方面的军事情报及技术为前苏联所获,发展为苏联宇宙食品,在乌克兰契尔诺布利核电站核泄漏事故中,为了消除生体放射性反应,也曾进口大量纳豆,这可能是其中含吡啶二羧酸的作用。
中国传统大豆制品—豆豉在中医药学上是一味中药,也是一种传统的发酵大豆食品,被我国卫生部定为第一批药食兼用品种,如中成药银翘解毒片、羚翘解毒片中均含有豆豉。我国的传统发酵大豆食品豆豉,以其特殊的风味、丰富的品种、独特的营养保健作用,在国际市场上曾具有极高的声誉,但是随着科学的进步,人类对食品消费观念的改变,许多品种由于存在高盐、口味、产品档次较低等原因,而且大多只能作为调味食用,因而造成国际市场竞争力弱。虽然我国人民在长期的实践经验中发现豆豉等产品具有良好的保健作用,但是缺乏理论依据。利用现代生命科学技术开展对中国豆豉保健与医疗功能的研究具有重要的现实意义。
1.日本纳豆活性成分及保健价值的研究进展
纳豆的传统制作方法是将精选的黄豆浸泡煮熟,然后用稻草包扎起来,维持一定的温湿度,培养1~2d。发酵过程中,豆粒会被一种粘稠状的聚合物所覆盖,这种粘稠状的物质能拉成细长丝。现已发展成为纯培养接种、以现代工艺为基础的生产方法。
纳豆的发酵生产一般工艺流程为: 精选的大豆流水浸泡14h——浸泡大豆蒸煮(130℃、55min)——蒸煮大豆接种发酵(38℃、11h,湿度85%)——发酵纳豆保熟(5℃、1d)——成熟纳豆。
1.1纳豆的传统保健价值
日本早在江户时代,纳豆就是一种有名的健康食品,可用来治疗风邪、醒酒,同时也用来预防和治疗心脑血管疾病。据十八世纪日本《本朝食鉴》所载纳豆可调整肠胃、促进食欲、解毒。日本全国纳豆协同组合联合会编《纳豆沿革史》所载的传统的药效传述很多,归纳起来主要有治感冒、防恶醉、解疲劳、改善肝脏机能,保健心脏及血管、治泻肚等。20世纪30年代的研究发现,纳豆还可以治疗白癣,并应用于霍乱、伤寒、赤痢等的预防和治疗。
1.2纳豆激酶的溶栓作用研究[1][2]
日本须见洋行等首先发现纳豆中存在一种具有强烈纤溶活性的酶——纳豆激酶(Nattokinase简称NK)。在纤维蛋白平板上滴加酶提取液,短时间内(17~18h)即可有清楚的溶圈出现。通过动物血栓模型研究NK的溶栓活性发现,NK不仅抑制血栓的形成,同时还有很强的溶栓作用,并在一定范围内呈量效关系。酶活性越大,溶解圈越大。在小鼠颈总动脉中注射醋酸引起血栓,分别静脉注射纳豆激酶、纤溶酶和弹性蛋白酶,在同等浓度下,颈总动脉恢复率分别为(62±5. 3)%、(15. 8±0. 7)%、0%。纳豆激酶的溶栓效果远远大于纤溶酶和弹性蛋白酶。该酶能显著溶解体内外血栓,明显缩短优球蛋白的溶解时间,并能激活静脉内皮细胞产生纤维蛋白的溶酶原激活剂(TPA),从而也间接地表现其溶纤维活性。
目前已应用的大多溶血栓药物如尿激酶、链激酶等均只能由静脉给药,而无法口服,由于纳豆激酶具有抗胰酶水解的能力,所以纳豆激酶不仅可以静脉注射,而且口服效果也好。当前通过口服药物促使栓塞溶解的疗法受限于纤溶酶的稳定性及其成本,在临床上使用的血栓溶解酶都不能达到预想的溶栓水平,需大量长期使用。原因一是这些酶的半衰期短(小于20min),投用后不久在肾和肝脏内就被降解或完全消失;二是经基因操作或化学修饰的酶会引入导致免疫反应的外来蛋白,三是有些酶当大量投用后不久就会出现反跳作用。这些都从根本上限制了外来酶的大量使用。而口服纳豆激酶不但可以经肠道吸收进入血液循环来直接作用血栓,还可以诱导肝脏或血管内皮产生TPA,使生物体自身纤溶酶系统活化,从而温和、持续地提高血液的纤溶活性。而TPA正是目前各大企业竞相利用生物技术开发的第二代血栓溶解药物。由于纳豆激酶是由纳豆菌发酵得到的,可以大规模生产;纳豆激酶稳定、易于纯化且价廉;纳豆长期食用的安全性等因素都将使纳豆激酶成为一种理想的预防和治疗栓塞的生化药物。所以纳豆激酶作为一种很有潜力的新溶栓药物,在日本已得到广泛深入的研究。
纳豆的粘稠物是纳豆菌作用大豆后产生的类似果聚糖的混合物:果糖和γ-多聚谷氨酸(PGA),其中PGA是粘性物质的主要成分。PGA是由谷氨酸构成的单一氨基酸的聚合物,其中D-谷氨酸占多数。用纤维蛋白平板测定NK活性,结果显示每克湿重纳豆约相当于1600IU(尿激酶单位)或者40CU单位纤溶酶。
以前认为NK是枯草杆菌中唯一具有纤溶活性的蛋白酶,但最近Kim等研究发现,韩国发酵食品Changkookjang的工程菌Bacillus
关于纳豆对降血压影响的研究是用遗传高血压症的SHR鼠所进行的动物试验,分为含纳豆28%饲料试验组及用蒸熟大豆为饲料的对照组进行血压的比较。其结果发现,对照组的血压逐步上升,达到250mmHg附近,而纳豆饲料组的血压在试验开始后稍下降,以后的上升只达到200mmHg,降血压的效果很明显,认为这是由于肾素、血管紧张素及前列腺素物质所致,其作用因子存在于纳豆的乙醇可溶部分。
日本医生在研究中发现纳豆不仅能减缓小肠对糖份的吸收,而且还能防止食后血糖迅速上升。纳豆中含有氨基酸诱导体的有效成份能使小肠中的α-葡萄糖苷酶的活力下降,从而使人体食入的淀粉和蔗糖由消化酶生成的单糖减少,所以只能吸收单糖的小肠无法快速吸收糖份,从而起到防治糖尿病的作用。
2. 中国豆豉中营养与活性成分的研究进展
2.1 中国豆豉的传统保健价值
李时珍在《本草纲目》说:豆豉有开胃增食,消食化滞、发汗解表、除烦平喘、驱风散寒、治水土不服、解山岚瘴气等疗效。并对豆豉与其它药物配伍作用有详尽介绍。“黑豆性平,作豉则温,故能升能散,得葱发汗,得盐能吐,得酒则治风,得薤则治痢,得蒜则止血,炒熟又能止汗”。
2.2中国豆豉中营养素的消化吸收性提高[5]
大豆中的胰蛋白酶抑制物,可以抑制小肠中胰蛋白酶的活力,因而会妨碍蛋白质的消化、吸收和利用。大豆含有5%的纤维素,这些纤维素形成细胞膜包围着蛋白质,使蛋白质不易与消化酶接触,消化率较低。整粒大豆食用时,其蛋白质消化率仅为60%。在豆豉发酵过程中破坏了胰蛋白酶抑制物,纤维素酶使纤维素水解生成单糖。
豆豉在发酵过程中,微生物中的蛋白酶使原料大豆的蛋白质部分水解,故发酵成熟时,可使水溶性氮的含量提高,并使大豆的硬度下降,蛋白酶更容易与蛋白质接触水解产生一系列的中间产物,如胨、多肽、氨基酸等,这些低分子量的蛋白食入后,可以不再经过消化直接为肠粘膜吸收,这对消化力减退和患有消化功能障碍的病人是十分有利的。
类脂物在脂肪酶作用下水解成脂肪酸,一部分与醇结合形成芳香化合物的酯;淀粉酶水解多糖为单糖,一部分起反应生成醇、酸和酯。
2.3中国豆豉加工处理可提高矿物质的利用率[ 3 ]
大豆的矿物质含量丰富,但是大都以植酸盐的形式存在,植酸盐是肌醇磷酸酯的钾、钙、镁复盐。大豆中70%—80%的磷不易为人体利用,约有60%的被排出体外;钙与植酸结合形成不溶性钙;约有70%—80%不被人体吸收残留在粪便中;铁与植酸盐结合形成不溶性铁,使大豆中铁的吸收率仅为7%;植酸还能与锌结合形成不溶性盐而利用率下降。在豆豉加工过程中,由于微生物分泌的活性植酸酶能使植酸水解生成肌醇和磷酸盐,植酸可减少15%—20%,因而矿物质的可溶性可增加2—3倍,利用率可增加30%—50%。
2.4糖苷型异黄酮在β--葡萄糖苷酶的作用下水解为游离型异黄酮[4]
在豆豉的加工过程中,有许多自然菌种参加发酵过程,有的菌种在发酵过程中会产生一定量的β--葡萄糖苷酶。糖苷型异黄酮是由游离型异黄酮与一分子的葡萄糖以7-位氧苷键结合的产物,β-葡萄糖苷酶可作用于糖苷型异黄酮分子中的氧苷键,使其葡萄糖基团脱掉,供微生物代谢利用,从而使糖苷型异黄酮转化为游离型异黄酮,即使苷转化为苷元的形式。
2.5维生素的变化[5]
豆豉与原料熟黑豆相比,其维生素B1、B2的含量有明显提高;维生素A、E的含量基本不变。
3.结束语
3.1纳豆激酶是由纳豆菌发酵得到的,可以大规模生产;纳豆激酶稳定、易于纯化且价廉;纳豆长期食用的安全性等因素都将使纳豆激酶成为一种理想的预防和治疗栓塞的生化药物。所以纳豆激酶作为一种很有潜力的新溶栓药物,在日本已得到广泛深入的研究与应用。
3.2经过一系列生化反应,豆豉最终产品中的游离氨基酸、不饱和脂肪酸、水溶性固形物、水溶性矿物质、维生素B1、B2比原料显著提高,豆豉加工使糖苷型大豆异黄酮在-β葡萄糖苷酶的作用下部分转化为游离型大豆异黄酮,使活性更高的游离型大豆异黄酮的含量明显提高。
3.3中国细菌型豆豉从生产原料、生产菌株到生产工艺都与日本纳豆极其相似,但是当前对其功能成分的研究甚少。豆豉加工处理对于提高豆豉的自身营养与活性成分,是一种十分有效的工艺技术条件,所以它不应仅仅是作为传统的营养调味食品,更应该开发为新的保健(功能)食品,如增强抗病力、抗衰老、预防癌症、降低血脂等方面。为了使豆豉这一优质保健原料更好的造福于人类,目前我们正积极与我国有关豆豉生产企业紧密合作,在豆豉激酶的溶栓方面、豆豉功能性新食品的开发方面、豆豉大豆异黄酮的转化等方面进行研究。开展此方面的研究,对提高我国传统发酵大豆食品的质量、档次与国际市场竞争力,具有重要的实用价值。