乳酸菌發(fā)酵提高果蔬抗氧化性的研究進展

段希宇 王蓉蓉 王晶晶 劉成國 羅揚 鄧放明 周輝

摘要：乳酸菌是發(fā)酵食品中一類常見的細菌，它對發(fā)酵果蔬、發(fā)酵肉制品的品質(zhì)形成具有重要的作用。乳酸菌發(fā)酵果蔬以后，除了增加果蔬的風(fēng)味以外，還可顯著提高果蔬的抗氧化能力，這對增加產(chǎn)品的益生功效，促進宿主健康具有重要的意義。對乳酸菌發(fā)酵提高果蔬抗氧化的作用進行綜述，分析目前研究所存在的問題，并對未來發(fā)展的方向進行了展望。

關(guān)鍵詞：乳酸菌；果蔬；抗氧化；多酚；黃酮

中圖分類號：TS201.3 文獻標(biāo)志碼：A doi：10.16693/j.cnki.1671-9646（X）.2018.03.042

Abstract：Lactic acid bacteria is a kind of common bacteria in fermented food，and it plays an important role in the quality formation of fermented fruits，vegetables and meat products. Fermentation of fruits and vegetables by lactic acid bacteria，not only improve the flavor of fruits and vegetables，but also can significantly improve the antioxidant capacity of fruits and vegetables，which is of great significance to increase the probiotic effect of products，and promote the health of the host. In this paper，the effects of fermentation by lactic acid bacteria on the antioxidant capacity of fruits and vegetables were reviewed. The existing problems and the future development direction were also discussed.

Key words：lactic acid bacteria；fruits and vegetables；antioxidant capacity；polyphenol；flavone

0 引言

果蔬是膳食的重要組成部分，無論是鮮食還是加工產(chǎn)品在日常生活中都占有重要的地位。我國擁有十分豐富的果蔬資源，是全球最大的果蔬生產(chǎn)輸出國，已成為僅次于糧食的第二大農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)。果蔬作為植物源性食品原料，富含功能活性成分，包括多酚、類胡蘿卜素、有機堿、有機硫化物等[1]。有科學(xué)試驗表明，果蔬的攝入有利于預(yù)防慢性疾病如高血壓、冠狀動脈心臟病等疾病，降低中風(fēng)的幾率[2]。新鮮的果蔬保質(zhì)期較短，而且在貯藏及貨期期間，很容易受到微生物的污染，因此新鮮果蔬除了直接食用以外，大部分都經(jīng)發(fā)酵、干制、糖漬等形成水果罐頭、泡菜、果干、果蔬汁、果醬等產(chǎn)品。其中，發(fā)酵是果蔬一種最簡單和方便的加工方法。傳統(tǒng)發(fā)酵蔬菜及發(fā)酵果酒利用果蔬自身表面附著的乳酸菌、酵母菌等微生物來進行發(fā)酵，微生物代謝所產(chǎn)生醇、醛、酮和有機酸等物質(zhì)共同形成了發(fā)酵果蔬所具有的感官品質(zhì)。乳酸發(fā)酵果蔬是指借助于乳酸菌發(fā)酵制成的發(fā)酵果汁、發(fā)酵蔬菜汁等[3]。在發(fā)酵的同時，乳酸菌的代謝活動也提高了果蔬的抗氧化性，豐富了發(fā)酵果蔬的功能性。對乳酸發(fā)酵提高果蔬抗氧化性的作用進行綜述，為闡明發(fā)酵果蔬品質(zhì)的形成機理、深入開發(fā)發(fā)酵果蔬的功能性提供一定的理論依據(jù)。

1 發(fā)酵果蔬的抗氧化性

1.1 發(fā)酵葉菜類

1.1.1 白菜

白菜原產(chǎn)地為中國，現(xiàn)各地廣泛栽培，為東北及華北地區(qū)冬春季主要蔬菜。長江以南為主要產(chǎn)區(qū)，種植面積占秋、冬、春菜播種面積的40%～60%。除鮮食以外，白菜還是腌制發(fā)酵蔬菜的常用原料之一，如四川泡菜、東北酸菜等。Sun Y P等人[4]對乳酸發(fā)酵白菜的抗氧化性進行研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵白菜的甲醇提取物對DPPH自由基清除能力與還原力能力高于發(fā)酵白菜的水提取物，乳酸發(fā)酵提高了白菜中酚類物質(zhì)的含量。

1.1.2 韭菜

韭菜為百合科蔥屬多年生草本植物，具有一種特殊而且強烈的韭香氣味，是我國特有的蔬菜之一。韭菜的各種營養(yǎng)素含量較高，含有豐富的氨基酸和人體必需微量元素。此外，韭菜還含有硫醚、多硫化物、黃酮、抗菌肽等生理活性物質(zhì)，使其具有抗突變、抗氧化、促消化等作用[5]。將韭菜汁采用腸膜明串珠菌發(fā)酵，隨著發(fā)酵的進行，韭菜汁的pH值不斷降低，多酚和黃酮含量不斷增加，提高了對超氧陰離子自由基的清除能力，而且發(fā)酵后的韭菜汁還具有較強的抑制病原菌作用[6]。

1.2 發(fā)酵根莖類

1.2.1 蘿卜

蘿卜為十字花科蘿卜屬，一兩年生的根類蔬菜，在2010年的種植面積已達到46×104 hm2以上?！侗静菥V目》中稱蘿卜具有消食、順氣、醒酒、化痰、治喘、止渴、利五臟、補虛等作用。蘿卜中含有的生理活性物質(zhì)——蘿卜硫素是迄今為止在蔬菜中發(fā)現(xiàn)的最強的抗癌成分[7]。

Jing P等人[8]對蘿卜泡菜發(fā)酵過程中，鹵水中酚酸、黃酮含量和抗氧化能力進行了研究，從鹵水中檢測出4種花色苷和一種山柰酚衍生物，此外還檢測出4 -羥基苯甲酸、香草醛、丁香、p -香豆酸、阿魏酸、芥子酸和水楊酸等酚類物質(zhì)。鹵水顏色變深與花色苷和乳酸的生成有關(guān)，ORAC和Fe2+的螯合能力下降，而還原力卻得到提高。采用黑胡蘿卜汁進行乳酸發(fā)酵，可得到胡蘿卜乳酸飲料，這種發(fā)酵飲料富含花青素，具有較強的抗氧化活性，并對Caco-2 細胞增殖具有一定的抑制作用[9]。

1.2.2 洋蔥

洋蔥為百合科蔥屬植物，可按其鱗莖形態(tài)分為普通洋蔥、分蘗洋蔥和頂球洋蔥。洋蔥具有較高的營養(yǎng)價值和藥用價值，洋蔥具有消炎抑菌、活血化瘀、降脂止瀉、防癌抗癌、利尿、降血糖、預(yù)防心血管等疾病[10]。采用腸膜明串珠菌發(fā)酵洋蔥時，隨著菌的大量生長繁殖，其分泌的β -葡萄糖苷酶發(fā)生酶解反應(yīng)，導(dǎo)致黃酮苷類化合物含量逐漸減少，黃酮苷元含量增加，提高了洋蔥的抗氧化作用，但在氯化鈉含量不斷增大的情況下，抗氧化作用逐漸降低，這可能與β -葡萄糖苷酶活性被氯化鈉抑制有關(guān)[11]。而采用真菌川地曲霉發(fā)酵洋蔥，可提高洋蔥對DPPH自由基的清除能力，增強了對谷氨酸誘導(dǎo)的神經(jīng)毒性HT22細胞的保護能力。這種提高的抗氧化能力與洋蔥中2種槲皮素葡萄糖苷（槲皮素- 3，4′- O - β - D -葡萄糖苷、槲皮素- 4′- O - β - D -葡萄糖苷）的酶解生成槲皮素有關(guān)[12]。

1.3 發(fā)酵果實類

1.3.1 豆角

豆角別名長角豆、帶豆、裙帶豆，富含植物蛋白、微生素和礦物質(zhì)，是我國夏秋兩季盛產(chǎn)的蔬菜。泡豇豆是將豇豆經(jīng)過泡制處理并在泡制過程中發(fā)生以乳酸發(fā)酵為主的發(fā)酵性腌制品，是一種風(fēng)味俱佳、營養(yǎng)豐富，且極具地方特色的傳統(tǒng)腌制品。研究發(fā)現(xiàn)乳酸發(fā)酵可以提高泡豇豆中總酚和黃酮的含量，同時提高了清除DPPH自由基的能力和還原能力，起抗氧化作用的主要是泡制豇豆中的酚類物質(zhì)，如沒食子酸、咖啡色、阿魏酸、水楊酸等[13]。

采用植物乳桿菌ATCC 14917發(fā)酵豇豆，可提高豇豆中沒食子酸、香草酸、槲皮素、阿魏酸、對羥基苯甲酸等多酚的含量，提高VC和VE的含量，提高發(fā)酵豇豆的抗氧化性[14]。豇豆和蕓豆進行接種發(fā)酵，通過結(jié)合態(tài)酚的釋放，增加了兒茶素等可溶性多酚的含量，同時也提高了抗氧化能力[15]。

1.3.2 大豆

采用鼠李糖乳桿菌發(fā)酵豆乳，鼠李糖乳桿菌合成的β -葡萄糖苷酶可水解異黃酮糖苷鍵，生成異黃酮苷元，使發(fā)酵豆乳對DPPH自由基清除能力提高了30%左右，并且發(fā)酵后的豆乳可有效抑制DNA的氧化[16]。將豆乳分別采用嗜酸乳桿菌、嗜熱鏈球菌、嬰兒雙歧桿菌、長雙歧桿菌進行發(fā)酵后，顯著提高了抗氧化能力，而且這種抗氧化能力與發(fā)酵終止時豆乳的pH值有關(guān)，發(fā)酵終止pH值越低時抗氧化能力最強，不同的乳酸菌菌株體現(xiàn)出不同的β -葡萄糖苷酶和蛋白酶活性，從而導(dǎo)致提高抗氧化水平的差異性[17-18]。

Gan系統(tǒng)評價了植物乳桿菌WCFS1發(fā)酵綠豆乳、大豆乳過程中多酚含量變化和抗氧化能力的關(guān)系，結(jié)果表明發(fā)酵豆乳的脂溶性部分抗氧化能力強于水溶性部分，發(fā)酵提高了2種豆乳中的酚類物質(zhì)含量，其中牡荊素和異牡荊素是主要的酚類物質(zhì)。研究表明，植物乳桿菌WCFS1可作為發(fā)酵豆乳的發(fā)酵劑應(yīng)用于功能性豆制品開發(fā)，提高豆乳的營養(yǎng)與抗氧化水平[19]。

將豆制品加工的副產(chǎn)物-黃漿水進行乳酸菌接種發(fā)酵，也可以提高黃漿水中總酚和異黃酮苷元的含量，提高對ABTS自由基、超氧陰離子、羥自由基的清除能力以及Fe2+還原能力，并且發(fā)酵后的黃漿水對DNA的損傷具有一定的保護作用，說明黃漿水可通過乳酸發(fā)酵來開發(fā)營養(yǎng)保健食品[20]。

與原料的大豆相比，大豆芽具有更多的異黃酮、皂苷、甾醇、生育酚，在利用乳酸菌發(fā)酵以后，提高了對超氧陰離子自由基的清除力，但對DPPH自由基的清除力及Fe2+還原能力降低了?？寡趸芰Ω纳频臋C理主要是乳酸菌對大豆異黃酮與大豆皂苷的酶解作用，提高了異黃酮和皂苷的含量[21]。

1.3.3 橄欖

橄欖為橄欖科橄欖屬常綠喬木，橄欖果實呈卵圓形，也稱為青果、青橄欖等，是一種藥食兩用的植物資源，具有抗菌、抗病毒、保肝利膽、免疫調(diào)節(jié)、抗腫瘤、降血壓、降血脂等藥理活性[22]。餐用橄欖是一種在歐洲、土耳其、埃及、阿根廷、摩洛哥等國常見的佐餐食品，餐用橄欖的加工工藝主要是采用新鮮橄欖腌制發(fā)酵而成。一般認為乳酸菌主導(dǎo)了餐用橄欖的發(fā)酵過程，其中植物乳桿菌和戊糖乳桿菌是優(yōu)勢菌種，常被用來作為餐用橄欖的發(fā)酵劑[23]。

橄欖苦苷和羥基酪醇是橄欖中主要的酚類物質(zhì)，賦予橄欖以苦澀的味道。而植物乳桿菌可合成β -葡萄糖苷酶，可除去橄欖中的苦澀味[24-25]。在自然發(fā)酵或接種發(fā)酵過程中，橄欖中總酚含量會降低32%～ 58%，橄欖苦苷的含量從266 mg/100 g 干質(zhì)量分別降低到30.7 ，16.1 mg/100 g 干質(zhì)量，橄欖的抗氧化能力會降低50%～72%，酚類物質(zhì)的減少與發(fā)酵過程中進入發(fā)酵鹵水中有關(guān)[26-27]。

1.4 發(fā)酵果汁

果蔬通過壓榨取汁，所獲得的汁液溶液被細菌污染，不利于運輸，使用乳酸菌發(fā)酵，對果蔬汁進行酸化，不但可以延長保質(zhì)期，還能獲得更好的發(fā)酵風(fēng)味和營養(yǎng)價值。

1.4.1 石榴

石榴是石榴科的一種多年生落葉灌木，又被成為丹若、若榴、安石榴等，具有較高的食用價值、藥用價值和觀賞價值。除了石榴汁可食用外，石榴皮中含有大量的多酚、鞣質(zhì)等活性成分，具有抗氧化、抗菌及增強機體免疫力等多種功能[28-29]。劉方方[30]采用植物乳桿菌和酵母菌接種發(fā)酵，研究了發(fā)酵石榴汁的抗氧化性。結(jié)果表明，在發(fā)酵過程中，發(fā)酵石榴汁、發(fā)酵石榴皮石榴汁的抗氧化能力呈先增加后減小的趨勢，這與總酚、總黃酮、鞣花酸含量變化趨勢一致，說明微生物對這幾類抗氧化物質(zhì)的轉(zhuǎn)化與抗氧化作用直接相關(guān)。結(jié)果還表明，乳酸菌在石榴汁中生長時，能較好地適應(yīng)石榴汁的基質(zhì)條件，生長量可達到107 CFU/mL以上，而采用長雙歧桿菌或嗜酸乳桿菌發(fā)酵石榴汁表現(xiàn)出較高的DPPH自由基的清除率，這與乳酸菌對石榴汁中表兒茶酸、兒茶酚等多酚的生物轉(zhuǎn)化有關(guān)[31-32]。在體外模擬消化時，石榴汁表現(xiàn)出類似的抗氧化能力，而這與低pH值、胃蛋白酶作用下腸道微生物的代謝有關(guān)。Zeinab E等人[33]采用植物乳桿菌與嗜酸乳桿菌2株益生菌來發(fā)酵石榴汁，結(jié)果表明益生菌發(fā)酵減少了石榴汁中花青素的含量，提高了石榴汁對DPPH自由基的清除力，其中嗜酸乳桿菌對抗氧化作用的改善能力強于植物乳桿菌。

1.4.2 桑葚

桑葚又名桑棗、桑果，是多年生木本植物?？粕俚拈L橢圓形聚合果。我國桑葚資源豐富，在全國各省市具有分布。桑葚已被國家衛(wèi)生部認定為“既是食品又是藥品”的水果之一，富含多糖、酚類和黃酮類等生理活性物質(zhì)[34]。

將桑葚汁采用乳酸菌發(fā)酵，發(fā)酵24 h可使乳酸菌細胞數(shù)目達到108 CUF/mL以上，花青素的含量從144.70 mg/100 g提高到171.4 mg/100 g，總多酚和黃酮的含量同時得到了提高，對DPPH自由基、超氧陰離子的清除能力也得到增強[35]。采用響應(yīng)面法將桑葚汁發(fā)酵條件優(yōu)化，可將花青素和黃酮含量分別提高到131.85±1.03 mg/100 mL和440.50±2.00 mg/100 mL，并且乳酸發(fā)酵以后的桑葚汁與發(fā)酵前相比，具有更好的顏色、風(fēng)味和口感[36]。但也有研究報道指出，采用某些腸膜明串珠菌、乳桿菌菌株發(fā)酵，可使桑葚中的花青素含量下降，抗氧化能力降低[37-38]。

1.4.3 蘋果

2013年我國蘋果的產(chǎn)量已達到3 800×104 t，約占世界總產(chǎn)量的56.32%。蘋果含有豐富的蛋白質(zhì)、維生素和糖分，以及多酚、三萜類等功能成分，其中多酚主要有黃烷醇、黃酮醇、二氫查耳酮、花青苷等。葉盼等人[39]采用植物乳桿菌發(fā)酵蘋果汁，發(fā)酵第9天時的蘋果汁對DPPH·和ABTS自由基清除能力達到最強，較發(fā)酵前分別提高了35.3%±3.3%和64.9%±3.5%，總酚含量較發(fā)酵前提高了52.1%±9.6%，而發(fā)酵蘋果汁中黃酮含量則一直呈下降趨勢，提高的抗氧化能力與多酚含量的提高有著正相關(guān)關(guān)系。

1.4.4 荔枝

荔枝屬無患子科，是典型的南亞熱帶常綠果樹。我國已有2 000多年的荔枝栽培歷史，2012年的栽培面積達到55×104 hm2以上，果實產(chǎn)量達到190×104 t。荔枝所含的生理活性物質(zhì)主要有糖類、酚、黃酮類，其中果肉中的酚類主要有原兒茶酸、綠原酸、咖啡酸、表兒茶素、丁香酸、阿魏酸等。將荔枝汁分別接種干酪乳桿菌、腸膜狀明串珠菌、乳酸鏈球菌、植物乳桿菌、保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌進行發(fā)酵。結(jié)果表明，幾種乳酸菌均能在荔枝汁中很好的生長，其中腸膜狀明串珠菌的生長速率略高于其他 5種菌，同時腸膜狀明串珠菌也更能適應(yīng)發(fā)酵后期的酸性環(huán)境，對荔枝汁中糖的轉(zhuǎn)化能力最強，而且在多酚和色澤保留率方面，腸膜狀明串珠菌也明顯優(yōu)于其他乳酸菌種[40]。

孫淑夷[41]采用乳酸菌與酵母菌對荔枝汁進行發(fā)酵，發(fā)現(xiàn)發(fā)酵過程中總酚含量逐漸增加，發(fā)酵液中總酸含量逐漸增加，發(fā)酵過程中發(fā)酵液中酒石酸的含量逐漸降低，乳酸含量逐漸增加。此外，荔枝汁在發(fā)酵過程中的抗氧化活性逐漸增強，發(fā)酵液具有較強的ABTS自由基、羥自由基、DPPH自由基和超氧自由基的清除能力，發(fā)酵液的DPPH清除能力、ABTS自由基清除能力、超氧自由基清除能力與發(fā)酵液中總酚含量具有顯著相關(guān)性。

1.4.5 紅棗

紅棗是我國特有的經(jīng)濟果品，除了含有豐富的多糖、有機酸、蛋白質(zhì)和維生素營養(yǎng)物質(zhì)，還含有較為豐富的黃酮、多酚等抗氧化物質(zhì)。靳玉紅等人將紅棗破碎煮沸后，接種乳酸菌來進行乳酸發(fā)酵，并比較了紅棗乳酸菌飲料、紅棗酒、紅棗汁的抗氧化性，結(jié)果表明紅棗乳酸發(fā)酵飲料的抗氧化能力要強于棗酒和原棗汁，而且紅棗乳酸發(fā)酵飲料具有更高的多酚和黃酮含量，有可能是紅棗中的多酚黃酮類物質(zhì)在乳酸菌代謝作用下，其結(jié)構(gòu)、組成和含量發(fā)生了變化，導(dǎo)致了抗氧化活性增強。

1.4.6 龍眼

龍眼又稱桂圓，原產(chǎn)于我國南部及西南部，與荔枝、香蕉、菠蘿同為華南四大珍果，在歷史上有“南方桂圓北人參”之稱[42]。龍眼是我國衛(wèi)生部公布的藥食同源食品，龍眼含有豐富的糖類、脂類、多肽類、多酚類等生理活性物質(zhì)。

相關(guān)研究表明，采用植物乳桿菌等7種乳酸菌對桂圓肉進行液態(tài)發(fā)酵時，可不同程度地增加桂圓肉中游離態(tài)總酚和總黃酮含量，降低結(jié)合態(tài)總酚和總黃酮的含量，提高了桂圓肉鐵離子還原能力和氧自由基吸收能力。

1.5 發(fā)酵菌類

將平菇與雞油菌采用3種乳酸菌進行接種發(fā)酵，發(fā)酵后食用菌中的多酚含量沒有顯著性的差別，但是植物乳桿菌發(fā)酵食用菌的產(chǎn)酸能力最強，生成的沒食子酸、尿黑酸和阿魏酸的含量最高。

2 問題及展望

我國果蔬資源豐富，發(fā)酵蔬菜等乳酸發(fā)酵果蔬有著悠久的歷史，但對其營養(yǎng)功能性的研究還不夠充分，對微生物生物轉(zhuǎn)化果蔬生理活性物質(zhì)的機制研究還不夠深入。未來可借助轉(zhuǎn)錄組、代謝組等組學(xué)技術(shù)手段，來深入研究乳酸菌生物轉(zhuǎn)化生理活性物質(zhì)的機制。

目前，對于乳酸菌發(fā)酵提高果蔬抗氧化性的研究主要集中在體外的效果評價上，缺乏體內(nèi)研究結(jié)果的支撐。而在發(fā)酵果蔬體外提高抗氧化作用的效果上，存在菌株的特異性，因此如何合理選擇發(fā)酵菌株，提高果蔬的營養(yǎng)及功能性，是產(chǎn)品開發(fā)的關(guān)鍵。在國外，益生菌發(fā)酵果蔬已成為果蔬深加工的重要組成部分，而我國則處于起步階段。雖然篩選獲得了較多的益生菌株，其中不少來源于果蔬，但是對于益生菌發(fā)酵果蔬的研究還比較缺乏，因此未來要加大對益生菌（乳酸菌）發(fā)酵果蔬的研究。未來發(fā)酵果蔬的產(chǎn)業(yè)化，離不開發(fā)酵劑的廣泛應(yīng)用，如何開發(fā)直投式發(fā)酵劑，解決直投式發(fā)酵劑制備過程中的關(guān)鍵問題，這也是未來研究的一個重點。

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