植物乳桿菌的功能性及工業(yè)化應(yīng)用研究進(jìn)展

馮麗莉，張棟，荀一萍，薛玉玲，王世杰，朱宏

（石家莊君樂(lè)寶乳業(yè)有限公司，石家莊050221）

0 引言

益生菌（Probiotics）又稱為活菌制劑、生態(tài)制品或微生態(tài)調(diào)節(jié)劑，是一類能夠促進(jìn)宿主腸道菌群生態(tài)平衡，并對(duì)宿主的健康及生理功能發(fā)揮一定有益作用的活性微生物[1]。目前，益生菌仍以乳酸菌為主，。在乳酸菌中屬于乳桿菌屬的就有50多個(gè)種，其中主要的乳桿菌種有:植物乳桿菌（Lactobacillus plantarum）、干酪乳桿菌（Lactobacillus casei）、副干酪乳桿菌（Lactobacillus paracasei）等[2]。植物乳桿菌是一種常見于乳制品、果蔬及肉類中的乳桿菌，能夠耐受胃液到達(dá)腸道，對(duì)機(jī)體產(chǎn)生有益作用[3]。植物乳桿菌屬于乳桿菌屬，15℃能生長(zhǎng)，最適生長(zhǎng)溫度30～35℃，厭氧或兼性厭氧菌，成短桿狀，最適pH值在6.5左右，屬于同型發(fā)酵乳酸菌[4]。本文主要介紹植物乳桿菌的功能特性及工業(yè)化生產(chǎn)情況，為其在產(chǎn)品中的應(yīng)用提供一定的參考。

1 植物乳桿菌的生理功能

目前，乳酸菌既可以使食品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值得到提高，又可以使食品的風(fēng)味得到改善，從而提高食品的保藏時(shí)間和附加值，同時(shí)近些年對(duì)乳酸菌的研究表明，乳酸菌還有很多醫(yī)療保健作用。乳酸菌是存在于人胃腸道中的有益菌群，通過(guò)一系列復(fù)雜的代謝過(guò)程可以產(chǎn)生乳酸等有機(jī)酸、細(xì)菌素、過(guò)氧化氫、雙乙酰等多種天然的抑制有害菌的物質(zhì)，這些物質(zhì)能夠維持胃腸道內(nèi)菌群平衡,提高身體的免疫能力，促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)成分的有效吸收，降低血液中膽固醇水平，緩解乳糖不耐癥和抑制腫瘤的形成等多項(xiàng)益生功能[5]。

1.1 植物乳桿菌對(duì)腸道菌群的調(diào)節(jié)作用

乳酸菌可以通過(guò)自身及代謝產(chǎn)物和其他細(xì)菌之間的相互作用，調(diào)節(jié)菌群之間的關(guān)系，形成生物學(xué)屏障，以維持和保證菌群最佳優(yōu)勢(shì)組合及其穩(wěn)定。胃腸道中各種微生物的種類、數(shù)量和定居位置是相對(duì)穩(wěn)定的，它們之間相互協(xié)作，相互制約，菌群之間共同形成一個(gè)平衡的微生態(tài)系統(tǒng)，起到了整腸作用。

據(jù)研究報(bào)道，募集健康兒童攝入一種經(jīng)L.plantarum 299v發(fā)酵的米粥，飲用量為：每天1次，每周3次，在飲用后第7 d、第13 d和后期的檢測(cè)中，試驗(yàn)組腸道病原體由原來(lái)的27.6%分別降低到7.8%，8.2%和12.7%；而對(duì)照組試驗(yàn)在第7 d和第13 d的檢測(cè)中腸道病原體由原來(lái)的16.7%降低到11.4%和8.1%，但是，在后期的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)有22.6%的兒童又?jǐn)y帶了腸道病原體。這與對(duì)照組相比，試驗(yàn)組攜帶的腸道致病性細(xì)菌大大減少[6]。

腸道菌群不僅是腸道防御屏障的重要組成部分，而且，腸道菌群的平衡對(duì)人體的健康及長(zhǎng)壽起著十分重要的作用。植物乳桿菌能夠通過(guò)定殖抗力與生態(tài)占位來(lái)抑制病原菌，這種定殖抗力的產(chǎn)生是由于體內(nèi)有益菌群與致病菌競(jìng)爭(zhēng)腸道上皮的吸附位點(diǎn)而產(chǎn)生的，如果這些吸附位點(diǎn)被較多有益菌群所占據(jù)，病原菌就會(huì)被排斥[7]。植物乳桿菌自身能夠產(chǎn)生抑菌物質(zhì)，比如細(xì)菌素、類細(xì)菌素拮抗物質(zhì)、過(guò)氧化氫、有機(jī)酸、二氧化碳和雙乙酰等[8]。

1.2 植物乳桿菌的免疫調(diào)節(jié)作用

自然界中廣泛存在著病菌、病毒、支原體、衣原體等多種致病微生物，并且新的變異體也在不斷產(chǎn)生，其不僅可以導(dǎo)致人體產(chǎn)生各種炎癥，而且會(huì)引發(fā)腫瘤、艾滋病等疾病。因此，提高人體免疫力，以預(yù)防和治療各類致病微生物引起的疾病，成為各國(guó)科學(xué)家研究的熱點(diǎn)。M ane等通過(guò)臨床試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)L.plcmtanim CECT 7315和L.pkmtarum CECT 7316均能夠增強(qiáng)老年人的機(jī)體免疫力[9]。Perdigon等對(duì)小鼠飼喂L.phm Larun CR L936后，結(jié)果發(fā)現(xiàn)可誘導(dǎo)腸上皮的IgM和派爾集合淋巴結(jié)中的免疫細(xì)胞，并且增強(qiáng)了腸道和支氣管中IgA和CD 4+T細(xì)胞的免疫功能[10]。Beatriz等利用患萊姆病小鼠模型研究植物乳桿菌對(duì)其機(jī)體自身免疫力調(diào)節(jié)作用，研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，口服植物乳桿菌活菌劑可以有效地防止小鼠被細(xì)菌感染[11]。

益生菌菌體或其代謝產(chǎn)物對(duì)腸道黏膜的免疫刺激作用，體現(xiàn)了益生菌對(duì)動(dòng)物機(jī)體的免疫調(diào)節(jié)作用。乳酸菌中起到主要免疫調(diào)節(jié)成份為細(xì)胞壁的肽聚糖、多糖和胞壁酸幾部分[12]。在細(xì)胞免疫中研究發(fā)現(xiàn)，益生菌能夠激活巨噬細(xì)胞，可以吞噬和殺滅多種病原微生物，同時(shí)誘導(dǎo)其釋放兩種免疫活性因子腫瘤壞死因子（TNF-α）和白細(xì)胞介素（IL-6）。植物乳桿菌菌體本身及其代謝產(chǎn)物是引起免疫調(diào)節(jié)作用的主要因素，滅活的菌體也具有免疫調(diào)節(jié)作用。

1.3 植物乳桿菌的降低膽固醇作用

膽固醇在人體內(nèi)有著非常重要的生理作用，但過(guò)高的膽固醇存在于血液中容易引起動(dòng)脈硬化、冠心病、腦中風(fēng)等心腦血管疾病，嚴(yán)重影響著人類的健康。近些年國(guó)內(nèi)外的研究發(fā)現(xiàn)，乳酸菌具有較強(qiáng)的降膽固醇作用，通過(guò)適量飲用益生菌發(fā)酵乳可以達(dá)到降低血清膽固醇含量的效果，減少心血管疾病的發(fā)病幾率[13]。劉長(zhǎng)建[14]等研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，LactobacillusplantarumⅢ去除膽固醇的機(jī)理是益生菌菌體在生長(zhǎng)過(guò)程中對(duì)膽固醇的吸附和吸收作用。目前，篩選具有功能性的乳酸菌是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)之一，很多乳酸菌具有降低膽固醇的作用已得到了大量體內(nèi)和體外試驗(yàn)的證明，但是作用機(jī)理目前還沒(méi)有統(tǒng)一的觀點(diǎn)。

2 植物乳桿菌國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

眾所周知，氧化作用是機(jī)體的必要代謝過(guò)程，然而在這一過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生活性氧。活性氧產(chǎn)生過(guò)量就會(huì)出現(xiàn)過(guò)度氧化現(xiàn)象從而導(dǎo)致細(xì)胞中毒[15-17]。從而引起機(jī)體衰老和與衰老相關(guān)疾病。同時(shí)過(guò)度氧化還會(huì)導(dǎo)致高血壓、動(dòng)脈硬化、糖尿病和心腦血管疾病[18-19]。經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)學(xué)者的大量研究發(fā)現(xiàn)植物乳桿菌具有良好的氧化物清除能力。蔣琰潔[20]等人對(duì)從新疆傳統(tǒng)乳品中分離的乳酸菌進(jìn)行了抗氧化能力檢測(cè)發(fā)現(xiàn)其中一株植物乳桿菌具有較好的亞鐵離子螯合能力。宋曉辰[21]等人對(duì)一株植物乳桿菌NDC 75017的抗氧化活性進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)菌株具有抗氧化活性，并推測(cè)其抗氧化本質(zhì)可能與其具有金屬離子螯合能力、提供電子和清除自由基等作用模式有關(guān)。劉少敏[22]分析了四種不同乳酸菌對(duì)Caco-2細(xì)胞緩解氧化損傷的能力發(fā)現(xiàn)鼠李糖乳桿菌LGG和植物乳桿菌75017表現(xiàn)出很強(qiáng)的損傷修復(fù)能力。同時(shí)進(jìn)一步分析了其抗氧化機(jī)制，發(fā)現(xiàn)植物乳桿菌75017能夠下調(diào)3個(gè)炎癥反應(yīng)相關(guān)的基因表達(dá)。李盛鈺[23]等人發(fā)現(xiàn)一株植物乳桿菌C 88通過(guò)提高Caco-2細(xì)胞的自由基清除能力和抗氧化酶活性表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗氧化活性。

高血壓、冠心病、動(dòng)脈粥樣硬化等心血管疾病是當(dāng)前導(dǎo)致人類死亡的主要原因，研究發(fā)現(xiàn)，血脂中總膽固醇的減少能降低高血脂人群患心血管疾病的風(fēng)險(xiǎn)[24]。國(guó)外已經(jīng)有研究證明益生菌在降低膽固醇方面具有良好的效果[25-26]。李常營(yíng)[27]等人對(duì)于一株酸菜來(lái)源的植物乳桿菌S4-5進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)48 h后植物乳桿菌S4-5對(duì)膽固醇的移除率達(dá)到84%。王今雨[28]等人研究發(fā)現(xiàn)植物乳桿菌NDC 75017體細(xì)胞破碎液中的膽固醇脫除率可達(dá)32.87%。廖宇欣[29]研究了植物乳桿菌M 1-UVs29的降膽固醇特性并對(duì)其膽固醇共沉淀?xiàng)l件進(jìn)行了研究。

2.1 植物乳桿菌的工業(yè)化生產(chǎn)

目前益生菌想要實(shí)現(xiàn)應(yīng)用或者商品化首先要能夠進(jìn)行大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)，國(guó)外的益生菌凍干粉生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟并且?guī)缀鯄艛嘀鴩?guó)內(nèi)的益生菌產(chǎn)業(yè)。我國(guó)在益生菌凍干粉生產(chǎn)研究上起步較晚但是發(fā)展迅速，目前國(guó)內(nèi)也出現(xiàn)能夠工業(yè)化生產(chǎn)益生菌和發(fā)酵劑菌粉的生產(chǎn)企業(yè)，這離不開我國(guó)學(xué)者的大量工作。李東華[30]通過(guò)以植物乳桿菌為研究對(duì)象通過(guò)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的pH值調(diào)整、菌株富集等條件的優(yōu)化，將培養(yǎng)液中菌種密度提高20%，凍干時(shí)間縮短10 h。隋春光[31]等人通過(guò)正交試驗(yàn)確定了一株高產(chǎn)γ-氨基丁酸的植物乳桿菌Lp-S2的凍干粉生產(chǎn)工藝，通過(guò)該工藝使其生產(chǎn)的植物乳桿菌Lp-S2的凍干粉活菌數(shù)達(dá)到1.5×1012g-1。任琳[32]等人通過(guò)對(duì)植入乳桿菌凍干粉含水量的研究發(fā)現(xiàn)，凍干粉含水量降低則菌株活力逐漸下降，并認(rèn)為4℃和-20℃是保存凍干粉的最佳條件。

2.2 植物乳桿菌的微膠囊化

益生菌微膠囊化可以有效的避免外部的不利因素對(duì)益生菌的傷害，利用腸溶性壁材可使益生菌能夠到達(dá)腸道內(nèi)才被釋放出來(lái)，不但提高了產(chǎn)品中的活菌數(shù)量也提高了益生菌到達(dá)腸道的活菌數(shù)量，同時(shí)減少活菌給產(chǎn)品帶來(lái)的后酸和風(fēng)味等影響，使得益生菌更好的發(fā)揮益生功效[33-34]。由于微膠囊化能解決多種益生菌在應(yīng)用中存在的問(wèn)題，因此植物乳桿菌微膠囊化研究進(jìn)展迅猛。徐旻[35]殼聚糖-海藻酸鈉為壁材制備植物乳桿菌M 1-UVs29緩釋微膠囊，確定了微膠囊紙杯工藝，制備的微膠囊累計(jì)釋放時(shí)間達(dá)8 h。屈方寧[36]采用內(nèi)源乳化法制備海藻酸鈉微膠囊包埋植物乳桿菌ST-Ⅲ并驗(yàn)證了微膠囊對(duì)植物乳桿菌ST-Ⅲ具有良好的保護(hù)作用。朱瑩丹[37]利用牛乳蛋白為原料，通過(guò)內(nèi)源乳化法制備的微膠囊可以顯著地提高益生菌Lactobacillus plantarum LIP-1對(duì)不良環(huán)境的抵抗能力。目前此項(xiàng)研究還處于試驗(yàn)室階段，沒(méi)有真正實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用的報(bào)道。植物乳桿菌的微膠囊化在實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)上還有很多問(wèn)題有待研究。

3 植物乳桿菌的應(yīng)用

3.1 植物乳桿菌在畜牧方面的應(yīng)用

目前植物乳桿菌應(yīng)用于畜牧業(yè)方面主要為飼喂植物乳桿菌發(fā)酵液或菌體，以及青儲(chǔ)飼料的制作，并且都收到較好的效果。梁海威[38]使用植物乳桿菌22703飼喂肉雞，發(fā)現(xiàn)植物乳桿菌能提高肉雞的生長(zhǎng)性能，改善血液生化指標(biāo)，可以考慮將其作為一種新型的替代抗生素的微生態(tài)制劑。張乃鋒[39]，在生長(zhǎng)豬飼糧中添加活菌數(shù)為1×109kg-1植物乳桿菌GF103，發(fā)現(xiàn)能夠改善生長(zhǎng)豬腸道菌群環(huán)境，提高生長(zhǎng)豬生長(zhǎng)速度和飼料利用效率。敖曉琳[40]使用植物乳桿菌制作青儲(chǔ)飼料發(fā)現(xiàn)供試的植物乳桿菌，尤其是從青飼料和青貯材料中分離的菌株能有效改善飼料稻青貯的品質(zhì)，可考慮用作青貯飼料稻發(fā)酵劑。

3.2 植物乳桿菌在食品方面的應(yīng)用

植物乳桿菌除了自身的益生作用還有抑制有害菌生長(zhǎng)等作用，可以提高食品的保質(zhì)期。植物乳桿菌在食品中有多種應(yīng)用，包括乳制品、植物性飲料、泡菜、發(fā)酵肉類等。馬成杰[41]使用植物乳桿菌ST-Ⅲ發(fā)酵豆乳，發(fā)現(xiàn)植物乳桿菌ST-Ⅲ在豆乳中生長(zhǎng)良好，到達(dá)發(fā)酵終點(diǎn)時(shí)的菌數(shù)為6.1×108m L-1（對(duì)數(shù)值為8.78），表觀黏度可達(dá)0.24 Pa·s，感官品質(zhì)較佳。張莉[42]對(duì)3種益生菌輔助發(fā)酵Cheddar干酪進(jìn)行了研究，其中植物乳桿菌不影響干酪的各項(xiàng)指標(biāo)而且能夠使干酪中乳酸菌活菌數(shù)高于益生性食品要求。同時(shí)經(jīng)過(guò)小鼠灌喂發(fā)現(xiàn)植物乳桿菌輔助發(fā)酵的干酪有助于降低心血管發(fā)病率。張慶[43]等人使用植物乳桿菌發(fā)酵燕麥酸面團(tuán)，發(fā)現(xiàn)植物乳桿菌可以在酸面團(tuán)中生長(zhǎng)良好，提高面團(tuán)酸度。面團(tuán)的氨基酸評(píng)分和蛋白質(zhì)功效比值也得到了提高。

4 展望

植物乳桿菌有助于改善人體腸道健康、調(diào)節(jié)人體免疫等作用，近年來(lái)，植物乳桿菌在情緒管理、肝臟疾病、口腔健康、婦科健康等益生功能的研究也較多。因此，植物乳桿菌的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，不僅在食品發(fā)酵領(lǐng)域，還在工業(yè)發(fā)酵及醫(yī)療保健等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，例如在藥品、膳食補(bǔ)充劑、糖果零食、口腔護(hù)理、日化用品等產(chǎn)品中均出現(xiàn)了植物乳桿菌的添加和應(yīng)用。隨著科學(xué)證據(jù)的不斷充實(shí)、產(chǎn)品研發(fā)的不斷深入、以及消費(fèi)者認(rèn)知度的不斷提升，益生菌產(chǎn)業(yè)無(wú)論從數(shù)量還是質(zhì)量，都將進(jìn)入迅速提升的新時(shí)代。

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