乳酸菌發(fā)酵果蔬研究進(jìn)展

王思軒，付 雪，朱雪梅，妥彥峰，牟光慶，錢 方*

（大連工業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，遼寧 大連 116034）

乳酸菌是一類能利用可溶性碳水化合物產(chǎn)生大量乳酸的細(xì)菌，可降解脂類和蛋白質(zhì)并產(chǎn)生多種人體必需氨基酸和維生素，是對宿主具有潛在益生作用的益生菌；用乳酸菌發(fā)酵果蔬，在豐富營養(yǎng)價(jià)值的同時(shí)還可以產(chǎn)生特殊的風(fēng)味物質(zhì)，如醇、醛、酸、酯和硫化物等[1-2]。乳酸菌具有提高抗氧化性、調(diào)節(jié)新陳代謝、延緩衰老、增強(qiáng)抗腫瘤能力等功能[3-4]。乳酸菌參與發(fā)酵可改善人體消化情況，促進(jìn)維生素和礦物質(zhì)的吸收和利用。本文主要闡述乳酸菌及其發(fā)酵果蔬的研究現(xiàn)狀，旨在為果蔬發(fā)酵制品深加工提供借鑒。

1 應(yīng)用于發(fā)酵果蔬的乳酸菌

目前，作為益生菌常被應(yīng)用于果蔬發(fā)酵的乳酸菌約有20余種，其中主要有嗜酸乳桿菌（Lactobacillus acidophilus）、植物乳桿菌（Lactobacillus plantarum）、明串珠菌（Leuconstoc genus）、短乳桿菌（Lactobacillus brevis）等[5]。嗜酸乳桿菌被視為第3代酸乳發(fā)酵劑，是人體腸道中的重要微生物[6]。馬蕊等[7]將2.5×107CFU/mL嗜酸乳桿菌接種到藍(lán)靛果果汁中，在34 ℃、pH 3.4條件下發(fā)酵后，通過高效液相色譜法檢測發(fā)現(xiàn)，果汁中蘋果酸和檸檬酸含量分別下降49.37%和36.05%，果汁口感得到提升。植物乳桿菌作為益生菌具有調(diào)節(jié)腸道菌群平衡、參與機(jī)體免疫應(yīng)答和降低膽固醇水平等功能，被廣泛應(yīng)用[8]。Bagher等[9]用植物乳桿菌LS5發(fā)酵甜檸檬汁，37 ℃發(fā)酵48 h后菌數(shù)從（7.0±0.1） CFU/mL增加到（8.63±0.38） CFU/mL，發(fā)酵后檸檬汁pH值、乳酸含量和抗氧化能力增加，與未發(fā)酵檸檬汁相比，發(fā)酵檸檬汁中的抗壞血酸更穩(wěn)定。明串珠菌是一種用于異型發(fā)酵的乳酸菌，是很多傳統(tǒng)發(fā)酵制品中的優(yōu)勢菌群[10]。黃存輝等[11]通過自然發(fā)酵和接種明串珠菌發(fā)酵2 種方式制備四川泡菜，并檢測發(fā)酵過程中的微生物數(shù)量、總酸及有機(jī)酸含量，結(jié)果表明，接種明串珠菌發(fā)酵的四川泡菜比自然發(fā)酵組含有更高含量的檸檬酸和酒石酸，使四川泡菜中有機(jī)酸含量提高，縮短發(fā)酵周期。

2 乳酸菌發(fā)酵果蔬的益生作用

在發(fā)酵過程中乳酸菌雖然只是發(fā)酵菌群中的一部分，但對發(fā)酵果蔬風(fēng)味物質(zhì)、營養(yǎng)成分的形成和提高具有重要作用，而且乳酸菌可以利用植物本身化學(xué)成分的多樣性通過發(fā)酵過程產(chǎn)生多種代謝產(chǎn)物，從而改變發(fā)酵食品的功能特性[12]。

用乳酸菌發(fā)酵果蔬可以提高果蔬抗氧化活性。在發(fā)酵過程中由于乳酸菌參與分解代謝，使得果蔬中酚類物質(zhì)、維生素等成分含量增加，抗氧化能力增強(qiáng)。靳玉紅等[13]將乳酸菌接種到紅棗中，比較紅棗發(fā)酵飲料、紅棗汁和紅棗酒的抗氧化性差異，結(jié)果表明，紅棗發(fā)酵飲料中多酚和黃酮含量更高，抗氧化性高于紅棗汁和紅棗酒，這主要是由于乳酸菌參與發(fā)酵導(dǎo)致紅棗中多酚和黃酮的結(jié)構(gòu)、組成和含量發(fā)生了變化。Park等[14]用植物乳桿菌LP-115發(fā)酵混合漿果果汁，以1 g/L接種量于37 ℃發(fā)酵36 h，混合漿果果汁發(fā)酵后的抗氧化活性從（209.57±2.93） μmol/g顯著增加到（268.30±1.75） μmol/g，抗氧化活性提高約28%。

乳酸菌發(fā)酵果蔬具有良好的降血糖作用。乳酸菌可以分泌酸性物質(zhì)，降低pH值，抑制病原菌生長，有助于腸道建立正常的菌群環(huán)境，從而直接或間接影響機(jī)體血糖代謝，達(dá)到降低血糖的效果。Wan Yujun等[15]發(fā)現(xiàn)，經(jīng)乳酸菌發(fā)酵后的胡蘿卜漿多糖中中性糖和糖醛酸的比例明顯高于未發(fā)酵胡蘿卜漿，這些多糖能更好地保護(hù)細(xì)胞免受高血糖傷害和較強(qiáng)氫氧自由基影響，從而有效干預(yù)Ⅱ型糖尿病，證明乳酸菌發(fā)酵胡蘿卜漿中的多糖比未發(fā)酵胡蘿卜漿中的多糖具有更好的降血糖作用。

乳酸菌發(fā)酵果蔬具有增強(qiáng)機(jī)體免疫力功效。研究證實(shí)，水果和蔬菜汁發(fā)酵后的有機(jī)酸、多糖和抗氧化物質(zhì)可以調(diào)節(jié)胃腸道中的菌群結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)機(jī)體免疫功能，提高機(jī)體免疫力[16]。王智鼎等[17]將長雙歧桿菌、嗜酸乳桿菌、保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌4 種菌按4%的接種量接種于果蔬汁（魔芋汁、茄子汁、草莓汁、無花果汁、金橘汁等54 種）中37 ℃發(fā)酵24 h，用果蔬汁灌胃小鼠后，其巨噬細(xì)胞吞噬功能、機(jī)體體液免疫應(yīng)答功能和T淋巴細(xì)胞免疫功能明顯增強(qiáng)，證明發(fā)酵果蔬汁可以從體液免疫、細(xì)胞免疫和單核巨噬細(xì)胞系統(tǒng)3 個(gè)方面改善機(jī)體免疫力，增強(qiáng)免疫系統(tǒng)機(jī)能。尹曼等[18]以乳酸菌發(fā)酵蘋果、香蕉、梨、白蘿卜、銀耳等10余種果蔬制作復(fù)合發(fā)酵果蔬汁，將水、乙醇、正丁醇、乙酸乙酯和氯仿作為萃取劑，用所得到的萃取物分別進(jìn)行動物實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明，正丁醇相萃取物對BALB/c小鼠脾淋巴細(xì)胞促增殖作用比較顯著，且復(fù)合果蔬發(fā)酵汁各萃取物均具有較好的保護(hù)脾淋巴細(xì)胞免受氧化應(yīng)激損傷的功效，證明復(fù)合發(fā)酵果蔬汁具有免疫調(diào)節(jié)功效。

3 乳酸菌發(fā)酵對果蔬產(chǎn)品品質(zhì)的提升作用

我國果蔬的產(chǎn)量季節(jié)性較明顯，在旺季如不及時(shí)處理就會出現(xiàn)腐爛變質(zhì)的現(xiàn)象，為延長果蔬保藏期，我國目前采用的方法有氣調(diào)包裝、冰溫保鮮、生物保鮮等技術(shù)[19]，但成本較高。發(fā)酵果蔬已經(jīng)發(fā)展為一種成熟、安全的果蔬生物保藏方法，利用乳酸菌對果蔬進(jìn)行發(fā)酵可提升產(chǎn)品品質(zhì)。

3.1 提高產(chǎn)品安全性

乳酸菌具有抑制腐敗菌生長的作用，食物發(fā)酵過程中，乳酸菌利用食物中的成分代謝產(chǎn)生過氧化氫、乳酸、乙酸和細(xì)菌素等產(chǎn)物，導(dǎo)致發(fā)酵體系整體pH值降低，產(chǎn)生的酸性環(huán)境不利于有害細(xì)菌生長，達(dá)到抑菌效果[20]。路則寶等[21]從傳統(tǒng)發(fā)酵食品中篩選出2 株乳酸菌：戊糖片球菌KM9和發(fā)酵乳桿菌KM19，2 株菌對大腸桿菌和李斯特菌均有顯著抑制作用，推測抑菌物質(zhì)為有機(jī)酸和小部分蛋白質(zhì)。

果蔬種植過程中含有很多硝酸鹽，發(fā)酵初期需氧菌迅速繁殖，產(chǎn)生硝酸還原酶，使果蔬中的硝酸鹽還原為亞硝酸鹽，果蔬中的亞硝酸鹽含量急劇升高[22]。乳酸菌是健康發(fā)酵食品的重要發(fā)酵劑，不僅具有調(diào)節(jié)腸道、抗氧化和增強(qiáng)免疫力的功能，還具有降低亞硝酸鹽含量的能力[23]。桑建等[24]從傳統(tǒng)東北酸菜中篩選出5 株植物乳桿菌，以白菜質(zhì)量0.2%加入植物乳桿菌發(fā)酵20 d后，亞硝酸鹽含量為5.7～10.2 mg/kg，均符合國家標(biāo)準(zhǔn)中的限量規(guī)定（≤20 mg/kg），表明這5 株植物乳桿菌均能起到降低亞硝酸鹽含量的效果。丁娟芳等[25]從揚(yáng)州醬菜中篩選出1 株亞硝酸鹽降解率達(dá)到91.7%的乳酸腸球菌。

3.2 改善產(chǎn)品風(fēng)味

果蔬發(fā)酵后產(chǎn)生的風(fēng)味物質(zhì)由果蔬本身和發(fā)酵菌株共同產(chǎn)生，龍眼果漿接種乳酸菌發(fā)酵后，果漿中增加了醇、醛等18 種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)[26]。任大勇等[27]以人工接種植物乳桿菌單發(fā)酵劑發(fā)酵辣白菜，結(jié)果表明，發(fā)酵辣白菜中主要風(fēng)味物質(zhì)二甲基二硫化物含量明顯增加，并檢測出共84 種揮發(fā)性風(fēng)味成分，達(dá)到改善風(fēng)味的目的。

3.3 提高產(chǎn)品營養(yǎng)價(jià)值

乳酸菌可以利用食物中的營養(yǎng)成分分解代謝產(chǎn)生乳酸，幫助促進(jìn)食物消化和吸收。乳酸菌產(chǎn)生的β-半乳糖苷酶可以緩解乳糖不耐受[28]。在食物發(fā)酵過程中乳酸菌會在不同程度上增加食物的營養(yǎng)成分，王升萬[29]研究表明，通過發(fā)酵可以增加果蔬原漿中的B族維生素、蛋白質(zhì)和氨基酸含量，達(dá)到提高營養(yǎng)價(jià)值的目的。

4 國內(nèi)外乳酸菌發(fā)酵果蔬研究現(xiàn)狀

乳酸菌發(fā)酵果蔬一直是國內(nèi)研究的熱點(diǎn)。羅霞等[30]將乳球菌La3以體積比10%的接種量接種于滅菌的黃芪水煎液中，以37 ℃發(fā)酵48 h后的水提物進(jìn)行動物實(shí)驗(yàn)，其中黃芪多糖和黃芪甲苷可有效增強(qiáng)免疫力低下模型小鼠巨噬細(xì)胞免疫能力，發(fā)酵產(chǎn)生的細(xì)菌素和有機(jī)酸等物質(zhì)具有降低血清膽固醇、增強(qiáng)機(jī)體免疫力、抗腫瘤等功效。馬曉娟[31]用植物乳桿菌NCU166發(fā)酵胡蘿卜漿，發(fā)現(xiàn)發(fā)酵后的胡蘿卜漿滅菌后對大腸埃希菌和沙門氏菌的抑制作用良好。劉曉瑩等[32]用嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌發(fā)酵葛根，結(jié)果表明，發(fā)酵后的葛根總黃酮含量和總還原力比未發(fā)酵葛根明顯增高，抗氧化能力增強(qiáng)。楊沖等[33]以乳酸菌發(fā)酵南豐蜜橘汁，發(fā)酵后的蜜橘汁中VC含量仍保持在80%以上，有效保留了維生素，總黃酮和多酚含量明顯增加，證實(shí)乳酸菌發(fā)酵可以提高產(chǎn)品營養(yǎng)價(jià)值和生物活性。羅心欣等[34]利用電子鼻對獼猴桃汁發(fā)酵期間的感官評分和香氣進(jìn)行研究，結(jié)果表明：36 ℃發(fā)酵24 h時(shí)，獼猴桃汁感官評分為81.45 分，發(fā)酵8 h時(shí)開始形成發(fā)酵香氣，發(fā)酵12 h是產(chǎn)生香氣物質(zhì)的關(guān)鍵點(diǎn)，發(fā)酵后期是發(fā)酵獼猴桃汁風(fēng)味形成的關(guān)鍵階段，不同發(fā)酵階段風(fēng)味差異可能受萜烯類、醇類、烷烴類、芳香類等化合物的影響；發(fā)酵初期獼猴桃汁活菌數(shù)為1×107CFU/mL，發(fā)酵結(jié)束時(shí)活菌數(shù)達(dá)2.185×108CFU/mL，發(fā)酵過程中活菌數(shù)明顯增長。

國外對乳酸菌發(fā)酵果蔬汁也有較多研究。Dimitrovski等[35]用植物乳桿菌PCS26發(fā)酵耶路撒冷洋薊汁和藍(lán)莓汁混合果汁，以單獨(dú)發(fā)酵耶路撒冷洋薊汁作為對照，結(jié)果表明，2 種果汁體積比1∶1時(shí)最受消費(fèi)者喜愛，4～7 ℃條件下貯藏時(shí)，混合果汁貨架期從單獨(dú)發(fā)酵耶路撒冷洋薊汁的（19.7±0.5） d延長到（35.7±6.4） d。Ricci等[36]對接骨木果汁進(jìn)行乳酸發(fā)酵48 h后，用頂空固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)對揮發(fā)性氣味進(jìn)行檢測，結(jié)果表明，發(fā)酵果汁含有82 種不同類別的揮發(fā)性化合物，包括醇類、萜烯類和烯類、有機(jī)酸類、酮類和酯類等。Kaprasob等[37]用植物乳桿菌、干酪乳桿菌和嗜酸乳桿菌發(fā)酵腰果蘋果汁，并檢測其中的生物活性物質(zhì)和揮發(fā)性物質(zhì)，結(jié)果表明，將菌種以9.18 （lg（CFU/mL））的接菌量接入果汁中，30 ℃發(fā)酵48 h后腰果蘋果汁濃縮單寧、VC和酚類代謝產(chǎn)物含量均有所增加，而水解單寧含量降低，活菌數(shù)對腰果蘋果汁抗氧化性有一定影響，經(jīng)發(fā)酵后植物乳桿菌、干酪乳桿菌和嗜酸乳桿菌的活菌數(shù)分別下降至6.56、6.15、7.58 （lg（CFU/mL）），1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-d i p h e n y l-2-picrylhydrazyl，DPPH）和2,2’-聯(lián)氮-二（3-乙基-苯并噻唑-6-磺酸鹽）（2,2’-azino-bis-（3-ethylbenzthiazoline-6-sulphonate），ABTS）陽離子自由基清除能力會隨著活菌數(shù)的下降從75%～95%下降到50%，發(fā)酵后的腰果蘋果汁增加了威士忌味和酸味，證明菌種復(fù)合發(fā)酵可以增加果汁中的生物活性物質(zhì)和風(fēng)味物質(zhì)。Li Weini等[38]將副干酪乳桿菌20241、動物雙歧桿菌6165、嗜熱鏈球菌6063和嗜酸乳桿菌6005 4 株菌按照單一菌種和多菌種組合方式，以體積比2%接種量接種于蘋果汁中進(jìn)行發(fā)酵，通過氣相色譜法在發(fā)酵過程中共鑒定出48 種香氣成分，其中多菌種發(fā)酵蘋果汁的香氣成分中醇類、酯類和其他香氣物質(zhì)含量顯著高于單一菌種發(fā)酵蘋果汁，賦予蘋果汁更濃厚的果香、清香和花香，再次證明多菌種發(fā)酵得到的風(fēng)味物質(zhì)含量高于單一菌種發(fā)酵。Verón等[39]利用植物乳桿菌S-811對仙人掌梨汁進(jìn)行發(fā)酵，結(jié)果表明，植物乳桿菌S-811發(fā)酵可使pH值從5.5快速降至3.7，加快發(fā)酵速率，并且顯著提高仙人掌梨汁的降血糖功效，肥胖小鼠攝入發(fā)酵仙人掌梨汁后體質(zhì)量明顯下降，高血糖和高脂血癥得到改善。

5 結(jié) 語

乳酸菌發(fā)酵果蔬提高了果蔬的功能特性，賦予果蔬新的風(fēng)味和口感，但已有研究主要針對發(fā)酵果蔬的功能特性，如乳酸發(fā)酵可影響果蔬的抗氧化性。已有研究證明，果蔬本身含有的酚類物質(zhì)對抗氧化性具有一定影響[40]，但是酚類物質(zhì)的具體組成、發(fā)酵后含量的變化規(guī)律以及如何影響抗氧化性還缺乏深入研究。目前果蔬抗氧化性研究僅停留在理化實(shí)驗(yàn)及細(xì)胞實(shí)驗(yàn)，通過DPPH自由基、ABTS陽離子自由基、羥自由基清除率、總還原力等指標(biāo)來判斷其是否具有抗氧化活性，且細(xì)胞實(shí)驗(yàn)方法單一，僅僅使用細(xì)胞內(nèi)抗氧化能力評價(jià)法，臨床實(shí)驗(yàn)結(jié)果較少，應(yīng)在未來加強(qiáng)生物體內(nèi)的抗氧化過程研究。

研究表明，果蔬中的多糖有提高免疫力、抗腫瘤的生理功能，但是發(fā)酵后果蔬中的多糖抗腫瘤機(jī)制研究不夠深入。例如，乳酸菌發(fā)酵對多糖的結(jié)構(gòu)和分子機(jī)制的變化以及多糖在基因和分子水平上對機(jī)體功能性的影響等方面進(jìn)行探究和發(fā)現(xiàn)。

發(fā)酵果蔬豐富的營養(yǎng)價(jià)值與乳酸菌有著密切的聯(lián)系，乳酸菌在發(fā)酵過程中產(chǎn)生的生理活性物質(zhì)對果蔬營養(yǎng)成分的改變還有待深入研究；目前的發(fā)酵果蔬僅僅停留在研究層面，實(shí)際生產(chǎn)環(huán)節(jié)與科學(xué)研究仍存在一定差異，如產(chǎn)量較大的發(fā)酵過程中環(huán)境不易控制、費(fèi)用高、科研與實(shí)際生產(chǎn)不接軌等，因此應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)的很少，應(yīng)研究直投式發(fā)酵劑或復(fù)合直投式發(fā)酵劑，開發(fā)穩(wěn)定性更高、口感更豐富的發(fā)酵果蔬制品。在未來的研究中發(fā)酵果蔬的功能特性還有待繼續(xù)挖掘，開發(fā)更多功能性好、形式多樣的乳酸菌發(fā)酵果蔬食品。