益生菌發(fā)酵果汁的研究概況

尹蓉，陶玲，霍辰思，張倩茹，梁志宏*

山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹研究所，果樹種質(zhì)創(chuàng)制與利用山西省重點實驗室（太原 030031）

益生菌是指對宿主有益的活性微生物。世界衛(wèi)生組織對益生菌的要求為“活性微生物足量，能夠給予宿主健康益處，并且超過安慰補償劑的范圍”[1-3]。益生菌公認(rèn)的功能為調(diào)節(jié)消化系統(tǒng)、提高人體免疫力，近年來又有研究表明益生菌在改善心腦血管疾病、骨關(guān)節(jié)炎、抑郁癥等方面可發(fā)揮作用[3-5]。

益生菌主要包括雙歧桿菌類、乳桿菌類、革蘭陽性球菌類、真菌類（酵母菌等）四類。目前，乳酸菌、雙歧桿菌和酵母菌是當(dāng)下研究最多、應(yīng)用最廣的菌種[6-7]。食品類的益生菌常見于各類乳產(chǎn)品，但近些年業(yè)界和消費者大量關(guān)注乳糖耐受性及脂肪含量問題，而果汁益生菌不僅低脂、低乳糖或零乳糖，還擁有良好的口感、較高的營養(yǎng)活性價值（維生素、膳食纖維、多糖、多酚），因此受到越來越多人的推崇。

1 益生菌發(fā)酵果汁成分

益生菌在果汁發(fā)酵過程中不僅產(chǎn)生乳酸等直接代謝產(chǎn)物，還產(chǎn)生多種次生代謝產(chǎn)物和酶，酶類物質(zhì)又可使果汁原有的成分發(fā)生羥化或脫氫反應(yīng)，轉(zhuǎn)變成新的化合物。這些新產(chǎn)生的物質(zhì)使果汁營養(yǎng)活性成分、風(fēng)味和香氣發(fā)生改變。

1.1 營養(yǎng)活性成分

益生菌發(fā)酵果汁不僅能最大限度地保留果汁營養(yǎng)，更能賦予其保健功能。大量研究表明，益生菌發(fā)酵果汁可提高果汁酚類、黃酮類物質(zhì)的增加，并可將結(jié)合態(tài)酚釋放為單體酚，從而提高抗氧化活性[8-12]。也有研究表明，酚類單體的產(chǎn)生是一個動態(tài)變化的過程，例如杜袁瑩[13]利用優(yōu)勢菌株發(fā)酵蘋果汁，結(jié)果發(fā)現(xiàn)乳酸發(fā)酵能引發(fā)多酚單體含量呈現(xiàn)降低、回升的交替變化趨勢。另外還證明不同菌株發(fā)酵會產(chǎn)生各自的代表性多酚單體，兩歧雙歧桿菌的發(fā)酵代表性酚類物質(zhì)為沒食子酸，在發(fā)酵20 h 時達到最高值（91.88 mg/L），德氏乳桿菌乳酸亞種菌株的發(fā)酵代表酚類物為鞣花酸，在發(fā)酵16 h時達到最高值（275.90 mg/L），而戊糖乳桿菌的發(fā)酵代表多酚物質(zhì)為根皮素，在發(fā)酵16 h時檢測到最大值（190.50 mg/L）。還有研究表明，發(fā)酵會降低一些活性營養(yǎng)物質(zhì)的含量。例如：曹雪丹等[10]選用副干酪乳桿菌在微量氧、36 ℃條件下對甌柑汁進行發(fā)酵，結(jié)果發(fā)現(xiàn)總類胡蘿卜素和4種主要黃酮類化合物含量顯著下降；王昊宇等[11]研究耐酸馴化對植物乳桿菌、嗜酸乳桿菌和干酪乳桿菌發(fā)酵山楂漿的品質(zhì)影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)氨基態(tài)氮和還原糖含量明顯降低。

1.2 香氣成分

香味是決定某一加工食品能否成功的關(guān)鍵，因為大部分消費者認(rèn)為香味是選擇并接受某款特定產(chǎn)品的必要因素。利用益生菌發(fā)酵果汁能增加理想風(fēng)味物質(zhì)的種類和含量，并減少不理想風(fēng)味物質(zhì)的產(chǎn)生[14]。束文秀等[15]采用靜態(tài)-頂空固相微萃取法、氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法以及電子鼻檢測2種乳酸菌發(fā)酵胡柚汁揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)組分和相對含量，結(jié)果表明乳酸菌發(fā)酵使胡柚汁揮發(fā)性風(fēng)味化合物種類增加，而且不同菌種發(fā)酵后風(fēng)味差異顯著。任婷婷等[16]研究得出蘋果漿經(jīng)益生菌發(fā)酵，新產(chǎn)生15種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)。Di Cagno等[17]評估了植物乳桿菌發(fā)酵的石榴汁、未加工的石榴汁以及生石榴汁的風(fēng)味特征，結(jié)果發(fā)現(xiàn)發(fā)酵石榴汁的花香、果香及茴香味更濃郁，發(fā)酵增加了醇類、酮類和萜類等理想風(fēng)味物質(zhì)含量，并降低了諸如醛類的不理想揮發(fā)物含量。但并非所有的果汁發(fā)酵都能達到理想效果，de Godoy等[18]的乳桿菌發(fā)酵試驗顯示，甜瓜汁中丁酸乙酯、甲基丁酸丁酯和已酸乙酯，腰果汁中乙酸乙酯、巴豆酸乙酯等揮發(fā)物含量下降。另外，香味物質(zhì)的產(chǎn)生有其時間節(jié)點。羅心欣等[19]證實益生菌發(fā)酵獼猴桃汁進行到8 h開始形成香氣，12 h是發(fā)酵香氣產(chǎn)生的重要時間點，發(fā)酵后期是風(fēng)味最終形成的關(guān)鍵階段，并推測發(fā)酵階段的風(fēng)味差異可能源于萜烯類物質(zhì)。

2 益生菌發(fā)酵果汁品質(zhì)主要影響因素

益生菌發(fā)酵產(chǎn)品的品質(zhì)與發(fā)酵工藝密切相關(guān)，工藝參數(shù)通常包括菌種、原料、溫度、pH及發(fā)酵時間。

2.1 菌種

發(fā)酵代謝動力學(xué)、成品的成分安全性及風(fēng)味選擇菌種是益生菌發(fā)酵工藝中的重要內(nèi)容。由于非乳制品益生菌飲品要求在低溫下儲存且儲存期較短，高存活、耐貯性益生菌產(chǎn)品的生產(chǎn)也成為當(dāng)前的研究熱點[20]。生產(chǎn)中多采用兩種以上的組合增加益生菌的增殖效果。劉學(xué)云等[21]研究德氏乳桿菌保加利亞亞種、植物乳桿菌、兩歧雙歧桿菌等9種益生菌間的相互作用及共生機理，采用牛津杯擴散法進行拮抗試驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)嗜熱鏈球菌與德氏乳桿菌保加利亞亞種、嗜酸乳桿菌和干酪乳桿菌、干酪乳桿菌與嗜酸乳桿菌存在協(xié)同共生作用，而約1/3的益生菌存在拮抗作用。杜袁瑩[13]經(jīng)過綜合評價，確定德氏乳桿菌乳酸亞種、戊糖乳桿菌以及兩歧雙歧桿菌為蘋果清汁發(fā)酵的優(yōu)勢菌株。孟掉琴等[22]從10種常見益生菌菌株中篩選得到蘋果濁汁發(fā)酵的較佳益生菌組合：嗜酸乳桿菌6005、植物乳桿菌21805和發(fā)酵乳桿菌21828，它們具有良好的耐酸、耐鹽和發(fā)酵性能，發(fā)酵得到的蘋果濁汁口感風(fēng)味佳，活菌數(shù)最高。Sheehan等[23]的研究顯示，L.caseiDN-114 001，L.rhamnosusGG和 L.paracaseiNFBC43338具有很強的發(fā)酵穩(wěn)健性，可分別以高于107CFU mL?1和107CFU mL?1活菌數(shù)在橘子汁和菠蘿汁存活12周以上。益生菌的添加方式也可影響果汁品質(zhì)。Miranda等[24]對橘子汁的益生菌發(fā)酵試驗中發(fā)現(xiàn)，直接添加工業(yè)培養(yǎng)物比添加活性益生菌培養(yǎng)物、包封益生菌培養(yǎng)物在產(chǎn)品儲存器理化參數(shù)、感官指標(biāo)方面更具有優(yōu)勢。

2.2 發(fā)酵原料

果汁因其高糖成分，是益生菌增菌的良好載體。但不同的發(fā)酵原料成分不同，菌體生長狀況也不同，有時還會產(chǎn)生不良現(xiàn)象。研究表明，將乳酸菌加入橙汁和蘋果汁，其中的檸檬酸和蘋果酸會代謝產(chǎn)生二氧化碳、乙酸和乳酸，乙酸和二氧化碳導(dǎo)致異味和脹包，從而降低產(chǎn)品品質(zhì)，縮短其保質(zhì)期。但櫻桃、石榴、黑加侖、沙棘等果品產(chǎn)期較少，方便貯存[20]。Sheehan等[23]研究顯示，植物乳桿菌和雙歧桿菌在橘子汁和菠蘿汁的存活時間比蔓越莓汁長。

糖類、牛奶等添加物也明顯影響發(fā)酵品質(zhì)。郭蕓等[25]研究表明平菇多糖、富硒平菇多糖均可促進副干酪乳桿菌和植物乳菌的增殖，2%富硒平菇多糖對發(fā)酵48 h副干酪乳桿菌的增殖效果優(yōu)于菊粉，試驗還發(fā)現(xiàn)平菇多糖、富硒平菇多糖可促進乳桿菌代謝生成短鏈有機酸。Pimentel等[26]研究不同糖類物質(zhì)的添加對益生菌發(fā)酵蘋果清汁的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)添加低聚果糖、三氯蔗糖可提升益生菌蘋果汁的味道和綜合感官，但在外觀、香氣和質(zhì)地方面與添加蔗糖無異。劉秋豆等[27]在益生菌發(fā)酵芒果汁中加入5%牛奶，芒果汁營養(yǎng)活性成分大幅度提升，口感更加和諧、顏色更加柔和、顆粒度增大且分散更均勻穩(wěn)定。糖含量較低時，營養(yǎng)不足，限制乳酸菌的增殖，而過高的糖含量又會抑制菌類的生長。賈素中等[28]的桑葚汁發(fā)酵試驗表明，蔗糖添加量的最佳范圍在3%～7%之間。

2.3 溫度、pH、發(fā)酵時間

當(dāng)溫度較低時，益生菌活性較低，不能完全發(fā)酵，感官評分較低；當(dāng)溫度過高時，會抑制益生菌的生長，同樣不能完全發(fā)酵營養(yǎng)物質(zhì)。因此適宜的發(fā)酵溫度對益生菌果品的品質(zhì)形成很重要。pH、發(fā)酵時間同樣影響益生菌的活性和發(fā)酵的完成度。楊春敏[29]建立的蘋果渣多菌群發(fā)酵模型（黑曲霉、乳酸桿菌、安琪酵母、芽孢桿菌、植物乳桿菌）中，發(fā)酵溫度為36℃，初始pH為4.0。孫達鋒等[30]得出乳酸菌發(fā)酵銀杏汁最適宜發(fā)酵溫度40 ℃，在發(fā)酵10 h后，銀杏汁的pH穩(wěn)定在3.47左右，得到的銀杏益生菌飲品質(zhì)地細(xì)膩，顏色乳黃。

3 益生菌發(fā)酵果汁的新趨勢

隨著科技的發(fā)展和人們健康理念的提升，益生菌產(chǎn)品的形式也在不斷更新發(fā)展。富硒益生菌果汁和益生菌果粉作為新的產(chǎn)品形式，正在接受市場的考驗。

3.1 富硒益生菌果汁

富硒食品是當(dāng)下流行的中高端功能性產(chǎn)品。硒是人體的必需微量元素，參與人體多種含硒酶和含硒蛋白的合成，適量地補充硒對提高人體免疫機能有幫助。另外，硒具有減輕和緩解重金屬毒性的作用[31]。無機硒本身是有毒性的，研究表明微生物能富集無機硒，將其轉(zhuǎn)化成為有機硒和單質(zhì)硒，大大地降低硒的毒性[32]。富硒益生菌的開發(fā)應(yīng)運而生，成為近年來研究的熱點。而富硒益生菌果汁集果品營養(yǎng)、益生菌和硒元素的功能特性于一體，更是值得推廣的產(chǎn)品。郭蕓等[25]將富硒平菇多糖應(yīng)用于副干酪乳桿菌和植物乳菌的增殖，既達到富硒的效果，又促進益生菌的增殖。賀瑩等[33]將富硒酵母加入草莓汁中發(fā)酵，并與普通釀酒酵母發(fā)酵對比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在補充硒元素的基礎(chǔ)上，草莓酒的香氣和滋味均得到提升。Yang等[34]的乳酸菌富硒試驗表明，在最適宜條件下保加利亞乳桿菌的硒富集率可達94.34%，嗜熱鏈球菌則能達到97.05%。富硒能力與益生菌種類、組合以及發(fā)酵階段有關(guān)系。梁叢叢等[35]在7株酵母菌和12株乳酸菌中篩選出耐受較高濃度亞硒酸鈉和具有較高硒元素富集能力的菌株FJYJM3，證明在發(fā)酵對數(shù)前期添加，效果最佳。

3.2 益生菌果粉

益生菌果汁保質(zhì)期短，儲存運輸中極易受到溫度、壓力、氧氣等環(huán)境因素的影響，因而對儲存運輸?shù)囊蟾?。而且在人體消化過程會經(jīng)受胃酸、膽鹽的考驗，降低其益生特性[36-37]。利用微膠囊包埋技術(shù)生產(chǎn)益生菌果粉，既可延長保質(zhì)期，方便儲存運輸，又有在人體消化系統(tǒng)中腸道定點釋放的優(yōu)勢，能充分發(fā)揮其功效。微膠囊制備方法通常有擠壓法、乳化法、噴霧干燥法等[38]。田懷香等[39]利用植物乳桿菌進行發(fā)酵，對發(fā)酵上清液進行噴霧干燥，再通過內(nèi)源乳化法進行微膠囊包埋，真空冷凍干燥后得到益生菌酵素粉，該產(chǎn)品可在30 ℃保存3個月，且3個月后活菌數(shù)依然≥9.5 lg（CFU/g）。包埋材料影響益生菌的活性和適應(yīng)性。Kalita等[40]研究胚牙乳桿菌發(fā)酵荔枝汁噴霧干燥后的細(xì)胞活性，結(jié)果表明，當(dāng)益生菌果粉包埋材料為10%麥芽糊精和5%低聚果糖時，包埋菌的產(chǎn)率和存活率較高，而且溶解性好，水活性低，色澤佳，粒徑均勻，表面光滑，但包埋材料為5%麥芽糊精和10%低聚果糖會降低果粉屬性和細(xì)胞活力。Chaikham等[41]模擬胃腸模型的不良條件，結(jié)果發(fā)現(xiàn)髂骨三味子膠和菊粉包埋的益生菌-maoluang果粉具有良好的適應(yīng)性，可以增強乳酸、短鏈脂肪酸（SCFA）和益生細(xì)菌的積累。

4 結(jié)語與展望

益生菌的發(fā)展起源于歐洲，并在歐洲、美洲大量盛行，雖然我國近年來在益生菌研制和生產(chǎn)中也取得了不少突破，但益生菌和益生菌補充劑相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)一直未出臺。而且目前缺乏自主產(chǎn)權(quán)的菌種，果汁益生菌產(chǎn)品中大多采用國外菌種，也嚴(yán)重缺乏益生菌人群適應(yīng)性的報告。這些都導(dǎo)致益生菌果汁亂象叢生、功能過度夸大等現(xiàn)象的產(chǎn)生。另外，益生菌果汁不易儲存的難題也影響了生產(chǎn)和大眾的接受度，因此制定專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、發(fā)展自主產(chǎn)權(quán)的益生菌菌種并加大其保質(zhì)效果的研究是今后的研究方向。