酵母菌的益生功能及在食品中的應(yīng)用

牟志勇，楊昳津，王光強(qiáng)，熊智強(qiáng)，宋 馨，李國輝，艾連中，夏永軍*

（上海理工大學(xué)醫(yī)療器械與食品學(xué)院，上海 200093）

酵母菌是人類文明史上被最早應(yīng)用的微生物，也是酒精飲料和面包加工中最重要的微生物。目前，人們對酵母菌的常規(guī)研究已經(jīng)非常廣泛，國內(nèi)外涉及發(fā)酵以及菌種選育的研究數(shù)不勝數(shù)。據(jù)報道，有益生特性的酵母菌包括釀酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）[1-2]、乳酸克魯維酵母（Kluveromces lactis）[3]、漢遜德巴利酵母菌（Debaryomyces hansenii）、白地霉（Geotrichum candidum）、解脂亞羅酵母菌（Yarrowia lipolytica）[4]、畢赤酵母（Pichia）[5]，被用作益生菌的只有布拉氏酵母（Saccharomyces boulardii）和脆壁克魯維酵母（Kluyveromyces fragilis）兩種[6]，而在所有篩選益生酵母菌的實(shí)驗(yàn)中，其對照菌株幾乎都為布拉氏酵母，因此，在本文中也多次強(qiáng)調(diào)了這種特殊的酵母。

酵母菌益生功能的研究從發(fā)現(xiàn)布拉氏酵母開始。隨著對酵母菌研究的深入，發(fā)現(xiàn)其他酵母菌同樣具有益生功能，例如降膽固醇、抑菌功能等，相比于雙歧桿菌、乳酸桿菌等被人熟悉的益生菌種類，酵母菌的益生功能有待更深的發(fā)掘。全基因組測序和表型特征比較表明，布拉氏酵母是釀酒酵母的亞種[7]，因此，圍繞這一結(jié)論開展了大量與酵母菌相關(guān)的益生功能研究，動物實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明酵母菌具有緩解腸炎的作用。與細(xì)菌相比，酵母體積較大，對抗生素抵抗力更強(qiáng)，目前沒有研究表明酵母菌會轉(zhuǎn)移與抗生素耐藥性相關(guān)的基因。這表明酵母菌具備作為新一代益生菌的潛力，正朝著一個全新的研究方向 發(fā)展[8]。酵母菌被應(yīng)用前，應(yīng)對其安全性提高警惕，在科研階段應(yīng)該對其毒力、安全性及污染等級做出全面的評估，否則對身體造成不可預(yù)估的傷害。參考對布拉氏酵母以及常規(guī)益生菌的開發(fā)、研究及應(yīng)用，酵母菌可能在不久的將來也會被列入益生菌的范疇。本文概述了酵母菌的幾種益生特性，包括抑菌性、降膽固醇、黏附特性等，并對酵母菌的安全性評估及未來發(fā)展方向提出了建議。

1 酵母菌的益生特性

益生菌通常是指那些通過改善其寄主腸道微生態(tài)環(huán)境而有益于寄主的微生物。一株潛在益生菌株應(yīng)產(chǎn)生對人體有益的效果，結(jié)合近年來對益生菌功能的研究，一株理想的益生菌應(yīng)具備耐受性、附著性、抑菌功能和無毒副作用。Fakruddin等[9]發(fā)現(xiàn)了一株釀酒酵母，可耐受高酸性、高溫、高濃度膽鹽、高濃度NaCl等環(huán)境，可以產(chǎn)生α-淀粉酶、胰蛋白酶和溶菌酶，并對四環(huán)素、氨芐青霉素、慶大霉素、青霉素等多種抗生素具有抗性，且對小鼠的健康狀況無明顯影響。Fadahunsi等[10]從一種早餐粥（Ogi）中分離得到46 株酵母，其中有10 株可在pH值為2.5、膽鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的條件下生長，未表現(xiàn)出致病性。

1.1 抑菌特性

微生物的抑菌性在緩解人類健康疾病方面起到了一定的療效，由大腸桿菌（Escherichia coli）、沙門氏菌（Salmonella）、金黃色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）等引起的腸道感染中，布拉氏酵母已被證明具有良好的功效。與藥物治療相比，微生物治療具有低毒性；另一方面，對食源性病原體具有拮抗作用的酵母菌株可能有助于確保食品的衛(wèi)生質(zhì)量[11]。

生物膜是一個復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，包含宿主細(xì)胞和微生物，其中有害微生物能穿透人體的上皮組織引起 感染，包括致命血液感染。同時，生物膜也可以成為 藥物的物理屏障，阻礙藥物發(fā)揮療效。絲狀化和黏附能力是念珠菌產(chǎn)生毒性的關(guān)鍵因素，黏附能力是侵蝕上皮細(xì)胞和形成生物膜的第一步。在一項(xiàng)研究中，先用兩種食源性酵母（釀酒酵母和西方伊薩酵母）處理非生物表面，可有效減少假絲酵母菌的附著，抑制率與酵母濃度成正相關(guān)，而一旦假絲酵母菌附著且形成生物膜后，就不再有抑制效果[12]。Krasowska等[13]發(fā)現(xiàn)，布拉氏酵母菌與白色念珠菌（Candida albicans）共培養(yǎng)且數(shù)量相當(dāng)時，念珠菌黏附力降低了50%，當(dāng)酵母菌濃度為念珠菌10 倍時，未檢測到念珠菌的黏附。在抑制生物膜的實(shí)驗(yàn)中也發(fā)現(xiàn)了相似的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，布拉氏酵母活菌及培養(yǎng)液提取物都降低了生物膜的厚度，且在生物膜形成初期抑制作用顯著。酵母菌抑制念珠菌方式有兩種，一種是降低絲狀化，減少生物膜的形成；第二種是酵母分泌的代謝物具有抗黏附性，這是阻止念珠菌黏附在細(xì)胞表面的關(guān)鍵因素。對酵母培養(yǎng)液提取物分離后經(jīng)氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀分析表明，其中的活性組分有2-苯乙醇、己酸、辛酸和癸酸，對活性組分分別進(jìn)行抑菌實(shí)驗(yàn)來確定抑菌物質(zhì)，結(jié)果表明，癸酸對菌絲形成具有顯著抑制效果，高濃度癸酸甚至可以殺死念珠菌，而2-苯乙醇、己酸、辛酸不具有抑制作用[14]。先前研究表明2-苯乙醇對菌絲形成有抑制作用[15]，這與以上實(shí)驗(yàn)結(jié)論相反，出現(xiàn)這種差異的原因可能是菌絲轉(zhuǎn)化的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃褪茉嚲瓴煌Ｔ诩?xì)胞實(shí)驗(yàn)及秀麗隱桿線蟲活體實(shí)驗(yàn)中，兩種酵母都降低了非白念珠菌的黏附性和線蟲感染真菌的機(jī)率[13]。

酵母種屬內(nèi)也存在互相殺死現(xiàn)象，具有嗜殺能力的酵母稱為嗜殺酵母，通過分泌毒素（致死蛋白）達(dá)到嗜殺效果。毒素作用途徑有以下幾種：抑制細(xì)胞壁的合成；水解細(xì)胞壁中的β-1,3-葡聚糖；通過離子交換產(chǎn)生的滲透壓脫落細(xì)胞質(zhì)膜；阻斷和破壞DNA合成；誘導(dǎo)個體壞死或凋亡等[16]。嗜殺酵母主要存在于釀酒酵母屬、漢遜氏酵母屬（Hansenula）、克魯維酵母屬、假絲酵母屬中，且產(chǎn)生的毒素只作用于酵母。基于物種專一性，嗜殺酵母主要應(yīng)用在發(fā)酵行業(yè)中，用來去除腐敗酵母并減少某些化學(xué)防腐劑的含量，從而提高酒質(zhì)量[17-18]。此外，自然界中很多水果表面聚集著野生酵母，果實(shí)采摘后，在貯存過程中難免發(fā)生腐敗，因此也有研究將嗜殺酵母用于果實(shí)采摘后的生物防治[19-20]，生物防治的優(yōu)點(diǎn)是減少農(nóng)藥的使用，保護(hù)環(huán)境和人類健康。隨著對酵母菌研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)釀酒酵母與布拉氏酵母關(guān)系親近，一些釀酒酵母也具有抑菌特性[21-22]。鑒于布拉氏酵母的特殊性以及在臨床應(yīng)用的良好效果，研究者對其研究的比較全面。研究發(fā)現(xiàn)，布拉氏酵母在37 ℃下產(chǎn)乙酸，通過與釀酒酵母聚類分離全基因組序列分析，成功定位sdh1F317Y和Whi2S287兩個等位基因，這兩個基因釀酒 酵母都未擁有，因此，釀酒酵母都不產(chǎn)乙酸。將這兩個等位基因在釀酒酵母中表達(dá)或者表達(dá)后又進(jìn)行敲除時，分別得到低產(chǎn)和不產(chǎn)乙酸的突變菌株，因此，不產(chǎn)乙酸可能是部分釀酒酵母不具備抑菌性的原因之一[23]。這在分子層面上解釋了布拉氏酵母與釀酒酵母發(fā)揮益生作用的差別。

在以往研究中，釀酒酵母對大腸桿菌及銅綠假單胞菌均有抑制作用，但對抑制機(jī)理沒有做更深入的研究[24]。益生酵母個體差別明顯，同菌屬不同菌株之間抑菌能力不同。釀酒酵母的抗菌能力可能與胞外蛋白酶[24]、毒素蛋白、有機(jī)酸[25]、二氧化硫[24]、抗菌素的產(chǎn)生有關(guān)，酵母菌抑菌性的存在為今后在食品及藥品上的應(yīng)用提供了更為廣闊的前景。特別是在發(fā)酵行業(yè)中，小廠受設(shè)備以及技術(shù)上的制約，雖然在安全上嚴(yán)格把控，但難免受嗜殺酵母和霉菌的污染，影響食品品質(zhì)，可能危害人類健康，并造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。在酒類生產(chǎn)和發(fā)酵食品保存過程中，抑菌酵母的存在可一定程度上減少有害微生物的污染，提高產(chǎn)品品質(zhì)，延長產(chǎn)品貨架期，減少經(jīng)濟(jì)損失。

1.2 治療腸炎、腹瀉等相關(guān)疾病

人體胃腸道由上皮細(xì)胞、免疫細(xì)胞和各種微生物組成。當(dāng)微生物平衡被打亂時，會誘發(fā)腸炎等各種疾病[26]。益生菌有助于維持腸道微生態(tài)平衡，增強(qiáng)免疫能力，減少病原體的定植，促進(jìn)有益微生物的生長[27]。布拉氏酵母的首次發(fā)現(xiàn)是在印度荔枝和山竹皮中，當(dāng)?shù)厝耸秤迷撟魑锕硪种聘篂a病情的蔓延，它已在歐洲、非洲、南美洲成為一種治療腹瀉的藥物替代物。因此，緩解腹瀉和腸炎的微生物制劑中幾乎都含有布拉氏酵母。目前，已有大量研究表明布拉氏酵母的作用機(jī)制：1）分泌抗毒素蛋白及抗菌物質(zhì)；2）抑制促炎因子（如白介素8、腫瘤壞死因子α等）表達(dá)；3）調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)結(jié)構(gòu)。近年來，圍繞布拉氏酵母治療疾病的臨床研究以及動物實(shí)驗(yàn)很多，一些釀酒酵母及其發(fā)酵制品也具有治療效果。研究發(fā)現(xiàn)，患有腸炎的小鼠在喂食β-葡聚糖后，其癥狀有所改善，β-葡聚糖處理不僅降低了腸炎小鼠髓過氧化物酶、N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶的水平，而且還改善了免疫球蛋白水平[27]。使用釀酒酵母UFMGA-905治療黏膜炎模型小鼠，可抑制小鼠體質(zhì)量的降低、增加腸通透性和降低空腸病變（絨毛縮短）。此外，該酵母還具有較強(qiáng)抗氧化能力，可保護(hù)杯狀細(xì)胞，并促進(jìn)實(shí)驗(yàn)性黏膜炎小鼠腸隱窩細(xì)胞的復(fù)制[1]。去殼后的大米接入植物乳桿菌和釀酒酵母共發(fā)酵，浸提后的產(chǎn)物可改善小鼠炎癥反應(yīng)，在體外細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中，浸提物對脂多糖誘導(dǎo)的巨噬細(xì)胞有明顯的抗炎效果[28]。但目前發(fā)酵物的活性成分及兩種微生物之間的協(xié)同作用還未被闡述清楚，有待進(jìn)一步研究。微生物藥劑與生化藥劑不同的是， 確定污染性和是否有致病性后，其對身體的副作用很小，人類不會對此產(chǎn)生藥物依賴性。同時，長期服用藥物也會殺死腸道內(nèi)其余有益微生物，破壞微生物區(qū)系平衡，造成腸道功能紊亂，誘發(fā)其他疾病。相反，微生物類藥物的優(yōu)勢在于不僅可以治療疾病，還可殺死有害微生物，提高有益微生物數(shù)量，恢復(fù)腸道微生態(tài)平衡。

1.3 降膽固醇

2005年對城鄉(xiāng)地區(qū)居民血脂抽查結(jié)果顯示，成人的血脂異常率為18.6%，45～49 歲人群血脂異常率為22.9%，大于60 歲人群的血脂異常率為23.4%，截至2019年，大于35 歲人群的血脂異常率增加到30%。2015年《中國居民營養(yǎng)與慢性病狀況報告》顯示，我國膳食結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，超重肥胖問題凸顯，脂肪攝入量過多，平均膳食脂肪供能比超過30%。血脂異常及其中膽固醇過高帶來的危害不容忽視。人體內(nèi)膽固醇來源分為內(nèi)源及外源膽固醇。降低膽固醇的方法分為兩種，一是降低外源膽固醇的攝取，例如食物中膽固醇脫除；二是降低膽固醇體內(nèi)合成。有關(guān)乳酸菌，如鼠李糖乳桿菌（Lactobacillus rhamnosus），在降膽固醇、甘油三酯方面的研究很多，但酵母菌降膽固醇的研究并不多。酵母菌降低膽固醇的機(jī)理有兩種，分別是產(chǎn)膽鹽水解酶和細(xì)胞壁膳食纖維吸附。畢赤酵母BY5、東方伊薩酵母（Issatchenkia orientalis）BY10、東方伊薩酵母BY15和解脂亞羅酵母HY4被確定為4 株具有潛在降膽固醇活性的酵母菌株。其降膽固醇機(jī)理是不斷繁殖的酵母細(xì)胞吸收膽固醇[29]。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，馬克魯維酵母（Kluyveromyces marxianus）可以促進(jìn)小鼠小腸產(chǎn)生短鏈脂肪酸，短鏈脂肪酸中的丙酸可以限制膽固醇合成，且短鏈脂肪酸還可以與膽固醇競爭小腸結(jié)合位點(diǎn)[30]。吳慧昊等[4]從啤酒渣中分離篩選得到一株解脂亞羅酵母菌，初步測定其可以產(chǎn)生脂肪酶，對蛋黃膽固醇及高純度膽固醇降解能力分別為32.8%和12%，在降低甘油三酯方面具有重要的應(yīng)用前景，降解率高達(dá)80.2%。目前，我國有約30%的人血脂異常，高血脂患者的治療方式主要為他汀類降脂藥物，但其帶來的頭痛、失眠、肝、腎功能損傷等副作用不可忽視。酵母菌屬于食源性微生物，安全性可得到保障。若能利用酵母菌的降脂作用，對解決高膽固醇及血脂異常問題具有重要的意義。

1.4 其他益生特性

對酵母菌益生特性的研究與歸納并不完整，酵母菌許多益生功能有待發(fā)掘。Fakruddin等[9]從水果中分離出了一株具有潛在益生功能的酵母菌，該酵母可以刺激脾淋巴細(xì)胞特異性增殖，并可增強(qiáng)體液免疫和細(xì)胞介導(dǎo)的免疫。因此，酵母菌具有潛在的抗腫瘤作用。已有研究證明馬克魯維酵母具有良好的抗癌效果，Saber等[31]發(fā)現(xiàn)馬克魯維酵母的代謝產(chǎn)物可誘導(dǎo)癌細(xì)胞（HT-29、 Caco-2、HepG2等細(xì)胞）發(fā)生凋亡，使癌細(xì)胞體積縮小、細(xì)胞核發(fā)生皺縮（早期凋亡表現(xiàn)）和分裂（晚期凋亡表現(xiàn)），而對正常細(xì)胞則未表現(xiàn)出毒害作用，此外，實(shí)驗(yàn)中抗癌藥物表現(xiàn)出對正常細(xì)胞的殺害。Shamekhi等[32]測定了熱殺死酵母對結(jié)腸癌細(xì)胞的毒性作用，結(jié)果表明熱殺死酵母參與Akt/NF-κB途徑，通過下調(diào)p-Akt1、Rel A、Bcl-XL、pro-caspase 3、pro-caspase 9表達(dá)，上調(diào)BAX、cleaved caspase-3、cleaved caspase-9表達(dá)，誘導(dǎo)結(jié)腸癌細(xì)胞凋亡。

目前，菌體對細(xì)胞的黏附能力是否可以用于篩選益生菌尚無定論，但有體外實(shí)驗(yàn)證明，由于生長空間的限制，黏附性強(qiáng)的益生菌可以抑制致病菌（如大腸桿菌、沙門氏菌和金黃色葡萄球菌等）的生長[22,33]。表1總結(jié)了酵母菌的主要益生特性，例如抑菌性、降膽固醇能力、提高免疫力、降解毒素等。從發(fā)酵食品中分離出的釀酒酵母及畢赤酵母，經(jīng)細(xì)胞實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，所有菌株都能與病原菌發(fā)生共聚集，抑制大腸桿菌、李斯特菌（Listeria monocytogenes）、沙門氏菌對細(xì)胞的黏附，從而降低致病菌在腸道內(nèi)的定植[22]。此外，黏附特性與腸道細(xì)菌細(xì)胞壁表面的蛋白表達(dá)及細(xì)胞表面多糖成分緊密相關(guān)，這些位于微生物表面的成分可以在黏膜免疫調(diào)節(jié)過程中發(fā)揮很大的作用[34]。有研究表明，腸源性致病菌通過甘露聚糖黏附在細(xì)胞上，而酵母菌細(xì)胞壁中甘露聚糖含量高，因此，酵母菌可以起到保護(hù)作用[35]。黏附能力越強(qiáng)，酵母菌對宿主的保護(hù)作用越大。因此，具有強(qiáng)黏附能力的菌株也可作為篩選益生酵母的選擇標(biāo)準(zhǔn)之一。

表1 酵母菌主要益生作用Table 1 Major beneficial effects of yeasts

2 益生酵母菌的作用機(jī)制

益生酵母菌有別于普通酵母，它有著獨(dú)特的細(xì)胞結(jié)構(gòu)。 結(jié)合篩選后益生菌的特性不難發(fā)現(xiàn)，耐受性是益生菌篩選的首要特性，耐受性強(qiáng)的菌株可在胃腸道環(huán)境中存活，發(fā)揮益生作用。酵母菌的耐高溫特性與其細(xì)胞壁的厚度有關(guān)。布拉氏酵母的細(xì)胞壁比其他酵母厚，最內(nèi)層β-葡聚糖含量高，對溫度的耐受程度優(yōu)于普通酵母，這也是布拉氏酵母菌在37 ℃下可繁殖的原因之一。酵母菌抑菌的一種機(jī)制是與病原體發(fā)生共聚集，具體表現(xiàn)為細(xì)胞壁的黏附作用。酵母菌細(xì)胞壁的最外層由甘露聚糖組成，有關(guān)甘露聚糖黏附作用的報道很多，在釀酒酵母抑制白色念珠菌實(shí)驗(yàn)中，酵母與念珠菌爭奪在體細(xì)胞上的附著位點(diǎn)，在電子顯微鏡下觀察到形成了“體細(xì)胞-釀酒酵母-念珠菌”模型，減少了念珠菌的附著，降低了致病幾率[12]。

除了細(xì)胞壁的黏附，酵母還分泌抗菌物質(zhì)，根據(jù)功能不同，主要分為3 類抗菌物質(zhì)。第一類抗菌物質(zhì)為胞外蛋白酶。胞外蛋白酶根據(jù)分子質(zhì)量大小可分為3 種：1）54 kDa絲氨酸蛋白酶，能降解艱難梭菌產(chǎn)生的兩種毒素（毒素A和B），從而減少兩種毒素對腸細(xì)胞表面的結(jié)合，保護(hù)腸道免受毒素侵害[49]。2）63 kDa堿性磷酸酶，其作用是通過去磷酸化作用抑制大腸桿菌內(nèi)毒素活性。3）120 kDa表面蛋白黏附素，能中和霍亂弧菌產(chǎn)生的霍亂毒素，抑制霍亂毒素對腸細(xì)胞腺苷酸環(huán)化酶的激活，降低環(huán)腺苷酸過度分泌，減少氯離子流失，從而維持體細(xì)胞正常滲透壓，避免水分大量流失，減少腹瀉發(fā)生概率[50]。第二類抗菌物質(zhì)為脂肪酸，脂肪酸家族中很多都可以起到抑菌效果，例如十一烯酸、月桂酸和癸酸。有報道表明，布拉氏酵母通過產(chǎn)生癸酸來抑制念珠菌，將癸酸提純后發(fā)現(xiàn)高濃度癸酸可殺死念珠菌。進(jìn)一步分析表明，這與癸酸可顯著下調(diào)念珠菌毒性表達(dá)相關(guān)基因有關(guān)，如菌絲形成相關(guān)基因HWP1、EPG1等，及黏附力相關(guān)基因BIG1、CSH1等[14]。在調(diào)控基因影響蛋白表達(dá)方面，釀酒酵母上調(diào)促凋亡蛋白Bax，下調(diào)抗凋亡 蛋白Bcl-2，引起蛋白基因表達(dá)改變，蛋白表達(dá)不平衡是觸發(fā)腫瘤細(xì)胞凋亡的原因[51]。第三類抗菌物質(zhì)多胺（如精胺和亞精胺）。多胺可提高刷狀緣膜酶（乳糖酶、α-葡萄糖苷酶和堿性磷酸酶）的含量，刷狀緣膜酶與營養(yǎng)吸收相關(guān)，有利于改善機(jī)體吸收營養(yǎng)能力[52]，同時，多胺與抗逆性有關(guān)，參與多種生理過程并保護(hù)細(xì)胞免受活性氧累積[53]。

活性氧是體內(nèi)多種細(xì)胞產(chǎn)生的代謝物，在體內(nèi)維持著動態(tài)平衡。當(dāng)機(jī)體受不利刺激，活性氧產(chǎn)生量大于清除量時，會出現(xiàn)氧化應(yīng)激現(xiàn)象，損壞腸黏膜屏障，導(dǎo)致腸炎等疾病發(fā)生。已有研究報道利用釀酒酵母的抗氧化活性來緩解腸炎癥狀，具體表現(xiàn)為小鼠腸道內(nèi)還原型谷胱甘肽的濃度增加，脂質(zhì)過氧化被完全恢復(fù)。與酵母抗氧化相關(guān)的研究有很多，且酵母都表現(xiàn)出很好的抗氧化能力[1,6,54-56]。 酵母細(xì)胞與細(xì)胞提取物都具有抗氧化性，原因可能是細(xì)胞壁含有大量的β-1,3-葡聚糖和其他β-葡聚糖[6]。另外，硫化氫具有保護(hù)細(xì)胞免受氧化應(yīng)激的功能[57]，也有研究表明，酵母菌產(chǎn)H2S能力與抗氧化應(yīng)激有關(guān)，兩者成正相關(guān)。通過對高產(chǎn)和低產(chǎn)H2S的菌株進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測序分析時發(fā)現(xiàn)，高產(chǎn)菌株硫胺素合成相關(guān)基因表達(dá)旺盛，同時硫胺素的合成反過來又會賦予菌株高氧化應(yīng)激耐受性[58-59]。有關(guān)酵母益生作用的機(jī)制還有必要進(jìn)一步研究，酵母菌能否成為潛在益生菌，還需要研究人員的不懈努力。

3 益生酵母菌的應(yīng)用

酵母菌在制酒、釀醋、發(fā)酵面食等行業(yè)中扮演著重要的角色，可改善食品風(fēng)味、香味和質(zhì)地，增強(qiáng)營養(yǎng)特性等（圖1）。酵母菌在食品或飲料中應(yīng)用時，不應(yīng)損害人體健康，也不能對產(chǎn)品的口感以及貨架期產(chǎn)生有害影響[60]。其次，微生物本身應(yīng)該具備一定的優(yōu)良性能，例如耐酸、耐膽鹽、酶活性強(qiáng)等，并且具備良好的黏附特性，在人體內(nèi)可保持較高的數(shù)量水平。在酒、食醋、醬油和泡菜等發(fā)酵食品中，酵母菌是發(fā)酵劑中重要的組成成分，在乳品、果汁等無醇飲料和密封食品中，酵母菌則因其產(chǎn)乙醇、二氧化碳以及本身所帶有的氣味等，給產(chǎn)品帶來負(fù)面影響。近年來在飲品行業(yè)中也出現(xiàn)了添加酵母菌的研究，利用菌種之間的互相作用維持益生菌處于主導(dǎo)水平，保持產(chǎn)品的穩(wěn)定性，提高產(chǎn)品的營養(yǎng)價值，如開菲爾粒的制作。

圖1 酵母菌的應(yīng)用和益生活性Fig.1 Applications and probiotic effects of yeast

3.1 酒的生產(chǎn)

酒在我國歷史發(fā)展中扮演著重要的角色，不僅是一種 客觀的存在，也是我國特色文化的象征，對我國社會生活各個方面產(chǎn)生了很大影響。我國是酒的生產(chǎn)大國，以著名品牌茅臺、青島啤酒為例，2020年茅臺酒廠生產(chǎn)基酒7.52萬 t，同比增長0.15%；青島啤酒實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品銷量 782萬 kL。酵母菌是酒類釀造行業(yè)中的重要微生物，幾十年來科研人員對釀酒酵母研究從未間斷。酵母菌在食品應(yīng)用中有大量的文獻(xiàn)報道，例如在白酒、啤酒、葡萄酒等的釀造中，可增加芳香族化合物含量[61]；也可用于生產(chǎn)燃料乙醇[62]，但有關(guān)酵母菌益生功能應(yīng)用的研究很少。酵母菌越來越多地被添加到食品中，以研制出有利于人類健康的產(chǎn)品。啤酒本身營養(yǎng)豐富且易消化，適量飲用可以補(bǔ)充生物活性多酚和酚酸，并豐富腸道菌群多樣性，有益身體健康[63]。一些科研人員致力于新型啤酒的開發(fā)，在啤酒發(fā)酵過程中，將布拉氏酵母與釀酒酵母進(jìn)行混合培養(yǎng)，發(fā)酵結(jié)束時，釀酒微生物中布拉氏酵母占主導(dǎo)地位，活菌數(shù)在8×106～7×107CFU/mL之間。對添加布拉氏酵母的啤酒中主要揮發(fā)性物質(zhì)含量的分析表明，添加布拉氏酵母菌株的混合發(fā)酵劑對啤酒香氣沒有負(fù)面影響；此外，混合發(fā)酵劑發(fā)酵的啤酒中抗氧化活性和多酚含量較單一發(fā)酵劑的啤酒有所提高[64]。添加Torulaspora delbrueckii后，啤酒的高級醇含量有所增加，乙酸乙酯與乙酸異戊酯含量分別提高了3 倍和6.7 倍，最終得到的啤酒具有獨(dú)特的風(fēng)味[65]。低醇啤酒獲得的方法有物理過濾及生物法。在發(fā)酵過程中添加嗜冷酵母菌，與商業(yè)啤酒酵母相比，啤酒的乙醇含量低，雙乙酰含量接近，且啤酒無明顯苦澀味[66]。目前，具有益生功能的酵母還尚未應(yīng)用于酒類實(shí)際生產(chǎn)，可能是發(fā)酵工藝不同以及產(chǎn)品的需求使得開發(fā)存在一定困難。在酒類制作中添加非商業(yè)菌種，對產(chǎn)品口感以及氣味產(chǎn)生的影響未知，并且實(shí)驗(yàn)室條件與工廠條件存在較大差異，生產(chǎn)條件的差異都有可能導(dǎo)致產(chǎn)品的失敗，因此研究以及應(yīng)用存在一定阻礙。

3.2 乳品生產(chǎn)

原料乳中的微生物分為3 類：有益微生物、有害微生物、病原微生物。其中有益微生物主要是指乳酸菌，包括鏈球菌屬、明串珠菌屬和乳桿菌屬等。受家畜、農(nóng)場環(huán)境以及采集過程的影響，生乳中也摻雜有酵母菌。開菲爾又稱雪蓮菌、西藏靈菇，起源于俄羅斯北部的高加索地區(qū)。當(dāng)?shù)鼐用駥游锶樽⑷胙蛭复l(fā)酵生產(chǎn)不規(guī)則顆粒狀物體——開菲爾粒。使用開菲爾粒生產(chǎn)的酸奶中蛋白質(zhì)、維生素等含量豐富，同時對高血壓、貧血等癥狀有一定的療效，發(fā)酵代謝物中的多糖可降低癌癥的發(fā)生率[67]。Marsh等[68]使用高通量測序分析了開菲爾乳品，25 個奶樣中24 個含有釀酒酵母以及少量的畢赤酵母和克魯維酵母。不同地區(qū)生產(chǎn)的開菲爾受氣候、溫度、濕度影響差異大，但多項(xiàng)研究表明，開菲爾顆粒中確實(shí) 存在酵母屬微生物，這表明了酵母菌應(yīng)用在酸奶中的可行性[69-70]。開菲爾粒中酵母菌的存在對其他益生菌具有增強(qiáng)穩(wěn)定性功能，在水開菲爾中，酵母菌的應(yīng)用促進(jìn)了乳酸菌數(shù)量的增加[71]。通常，牛奶中的乳糖在發(fā)酵過程中被轉(zhuǎn)化為乳酸，有研究表明，部分酵母可代謝乳酸等有機(jī)酸，可為乳酸菌生長創(chuàng)造一個有利環(huán)境[72]。酸奶中添加布拉氏酵母菌后，其pH值和蛋白質(zhì)水解活性均有所提高，發(fā)酵劑中微生物的存活率大幅增加[73]；加入乳酸克魯維酵母后，酸奶不含乳糖且具有顯著的抗氧化性，發(fā)酵過程中也不需要添加β-半乳糖苷酶，降低生產(chǎn)成本同時提高了產(chǎn)品性能[74]。一些真菌（馬克魯威酵母和釀酒酵母）具有耐酸性、耐旱性或耐冷性，在一定程度上可以耐受化學(xué)防腐劑，有時也在食品中添加來延長產(chǎn)品的貨架期[75]?？稍谌槠分袘?yīng)用的酵母菌因菌株而異，并且具有菌株差異性。白地霉菌（Geotrichum candidum）可導(dǎo)致西紅柿、柑橘類水果和玉米等糧食腐爛[76]，但在西方地區(qū)，這種菌被用來制作帶皮奶酪，其對奶酪的成熟和風(fēng)味有直接的影響作用，在許多軟奶酪和半硬奶酪的成熟過程中發(fā)揮重要作用，并為口味和香氣的發(fā)展做出積極貢獻(xiàn)[77]，如法國著名的卡芒貝爾奶酪。

3.3 酵素生產(chǎn)

酵素是指以蔬菜、水果為原料，經(jīng)酵母菌、醋酸菌、乳酸菌等多種微生物發(fā)酵而成的功能性液體或固體食品。酵素對人體作用主要有維持機(jī)體平衡、抗炎、抗菌、分解消化食物、凈化血液、促進(jìn)細(xì)胞再生及組織修復(fù)等[78]。目前國內(nèi)外有關(guān)酵素的研究主要有三部分：1）發(fā)酵菌種的篩選與研究[79-80]。2）酵素生產(chǎn)工藝的優(yōu)化[81-82]。 3）酵素產(chǎn)品特性研究，例如抗氧化性[83-84]、對機(jī)體免疫功能影響等[85-86]。當(dāng)前市場上與酵素相關(guān)的食品以及保健品已有很多種類，有關(guān)酵素發(fā)酵原理的研究并不多見，例如微生物對產(chǎn)品的影響以及微生物之間互相作用、底物之間相互影響，這些問題都有待解決。我國對酵素的研究處于起步階段，目前集中在菌種篩選以及酵素產(chǎn)品特性。從菠蘿皮及果肉中分離得到150 株酵母菌，進(jìn)行耐受性等實(shí)驗(yàn)后，挑選出一株表現(xiàn)良好的酵母菌，應(yīng)用于菠蘿酵素的制作，得到了口感、氣味、可接受程度都優(yōu)于商業(yè)化菠蘿酵素的產(chǎn)品，且殘?zhí)?、果糖、總綠原酸等含量高，具有開發(fā)菠蘿飲料及發(fā)酵食品的潛能[87]。Nyanga等[88]在滇刺棗（Ziziphus mauritiana）的發(fā)酵中，研究了不同酵母菌對其中風(fēng)味物質(zhì)及乙醇含量的影響，以獲得一款特定的功能產(chǎn)品[88]。在酵素飲料生產(chǎn)中添加益生酵母，除了滿足乙醇、CO2的需求外，還可以產(chǎn)生生物活性物質(zhì)。在3 種混合果蔬汁中添加酵母菌發(fā)酵，發(fā)酵產(chǎn)物中酚類物質(zhì)含量豐富，并且產(chǎn)品表現(xiàn)出很高的抗氧化性[89]。有研究表明，酵母菌和細(xì)菌是酵素發(fā)酵過程中的優(yōu)勢菌種，而乳酸菌只是在某一時期存在或人為添加時 存在[90]，在發(fā)酵環(huán)境中長期存在的酵母菌，可能對酵素益生功能有所貢獻(xiàn)。在康普茶生產(chǎn)中，總酚類化合物含量的增加是酵母菌及細(xì)菌釋放的酶所致[91]。酵素在生產(chǎn)中難免會與外界環(huán)境接觸，空氣中的野生酵母及霉菌不可避免地進(jìn)入發(fā)酵環(huán)境中，導(dǎo)致培養(yǎng)基變質(zhì)，產(chǎn)生不良?xì)馕?、毒素等?fù)面影響。已有研究報道，酵母菌可降解霉菌毒素，除去發(fā)酵中的毒素，抑制毒素在人體內(nèi)的吸收[92]。市場上銷售的酵素有不同的口味、種類可滿足不同人群對產(chǎn)品的需求，隨著人們對健康的追求，像酵素這樣的保健品市場需求增長很快，酵母菌在其中會有很大的應(yīng)用前景。

3.4 酵母菌在食品行業(yè)應(yīng)用的局限性

酵母菌在食品行業(yè)應(yīng)用受到的限制主要是其本身特點(diǎn)以及酵母菌與食品基質(zhì)是否適合。在乳品、果蔬汁制作中，酵母菌的污染會對食品的外觀、口感以及質(zhì)地帶來影響，酸奶中添加水果、堅(jiān)果、蜂蜜等輔料也是引起酸奶腐敗的原因之一。在乳品加工中，一些酵母會產(chǎn)生乙醇及二氧化碳，破壞酸奶口感及風(fēng)味，另一些諸如假絲酵母等會破壞酸奶外觀，特別是經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)制作的手工酸奶，設(shè)備簡陋、環(huán)境臟亂、消毒不徹底等因素導(dǎo)致酸奶被酵母污染后，通常會有脹氣現(xiàn)象。而在果蔬汁中摻雜酵母菌后，其味道變酸、變臭也是一種普遍現(xiàn)象。從吉林省抽查了700余份酸奶樣品，常溫放置后獲得12 份脹氣樣品，從中分離得到23 株污染菌，經(jīng)鑒定后全部為酵母菌[90]。到目前為止，已有60多種酵母菌被鑒定為乳制品的腐敗菌[75]。特別強(qiáng)調(diào)的是在乳制品加工中，現(xiàn)已出現(xiàn)了耐高溫的酵母，一些酵母菌在巴氏消毒后仍能存活[93]。因此，在飲品中應(yīng)用酵母菌時應(yīng)提高警惕，避免造成微生物污染和不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

4 酵母菌的安全性評價

酵母菌常寄生于人體皮膚和黏膜等處，屬于正常菌群，但也屬于條件致病菌[94]。酵母菌中條件致病菌有假絲酵母菌，嚴(yán)重感染者可導(dǎo)致基礎(chǔ)疾病、免疫功能低下，長期使用抗生素、反復(fù)放置導(dǎo)管、器官移植、反復(fù)超聲霧化治療、激素及免疫制劑等都是感染酵母菌的重要途徑[95]。目前，市面上用到酵母菌的領(lǐng)域很廣泛，特別是食品領(lǐng)域，例如乙醇生產(chǎn)、調(diào)味劑、面食發(fā)酵等。益生菌安全性評價一般以病原性、毒性、代謝及菌株內(nèi)在特性作為指標(biāo)，通過細(xì)胞實(shí)驗(yàn)、動物實(shí)驗(yàn)來確定其安全性[96]。王紅[97]從蘋果和梨表面篩選得到217 株酵母，并對其中24 株具有代表性的菌株做了4 種細(xì)胞（人食管癌細(xì)胞Eca-109、人肺癌細(xì)胞A549、人乳腺癌細(xì)胞mc F-7、大鼠腎小球系膜細(xì)胞HEZY-1）毒性實(shí)驗(yàn)，其中7 株酵母對至少兩種細(xì)胞具有明顯抑制作用，兩株酵母具有食用安全性隱患。研究人員從發(fā)酵食品中分離出13 株食源性酵母，將其分別對常見的3 種腸道病原菌（大腸桿菌、李斯特氏菌、腸炎沙門氏菌）做了細(xì)胞黏附抑制實(shí)驗(yàn)，所有菌株都能降低病原菌對Caco-2的黏附，大多數(shù)酵母菌表現(xiàn)出的抑菌效果甚至優(yōu)于布拉氏酵母[22]。馬婭君等[5]對異常畢赤酵母的安全性做了急性和慢性口服實(shí)驗(yàn)，異常畢赤酵母AR2016菌株對小鼠無毒，具較高生物安全性，并且可提高小鼠日均采食量，增強(qiáng)機(jī)體免疫功能。酵母菌作為載體來治療人類疾病的研究十分常見。用熱滅活的重組酵母為載體來調(diào)節(jié)動物肌肉生長抑素功能，接種疫苗組與對照相比表現(xiàn)出更好的生長性能，所有小鼠在整個實(shí)驗(yàn)過程中都很健康，表明重組酵母疫苗是無毒的，可以安全使用[98-99]。在免疫受損小鼠模型中，東方伊薩酵母菌顯示出良好的免疫調(diào)節(jié)功能，經(jīng)灌胃實(shí)驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)它能夠使脾臟淋巴細(xì)胞活力顯著升高，維持免疫低下小鼠的體質(zhì)量、肝腎功能，調(diào)節(jié)Th1/Th2平衡[100]。在缺鐵性貧血治療中，富硒酵母由于吸收率高、刺激性小、營養(yǎng)豐富等特點(diǎn)引起人們重視。Kyyaly等[101]通過不斷提高環(huán)境中鐵含量來制備富鐵酵母，最終得到1 株胞內(nèi)鐵含量為15 mg/g的富鐵酵母，經(jīng)動物實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，該酵母可以提高貧血小鼠的血紅蛋白含量，并能改善貧血對小鼠肝、脾、心臟等臟器造成的損害。人類微生物組計(jì)劃調(diào)查結(jié)果表明，在腸道環(huán)境中真菌屬中釀酒酵母的豐度最高，盡管健康人糞便的真菌群落具有高度的變異性，但在大部分糞便樣品中仍檢測到酵母菌，說明酵母菌能在人體內(nèi)定植[102]。益生菌的推薦劑量為109CFU/d[103]，任何潛在致病菌進(jìn)入人體后都會帶來健康隱患，因此菌株安全性評價顯得尤為重要。

5 結(jié) 語

酵母菌在食品以及飲料行業(yè)已經(jīng)得到了廣泛的研究與應(yīng)用。近年來的研究表明，酵母菌正打破人們對其固有的認(rèn)識，逐漸成為益生菌的一員。目前，市場上常見食品中含有的益生菌主要為雙歧桿菌、乳桿菌、乳球菌，在我國《益生菌類保健食品申報與審評規(guī)定》中，酵母菌也沒有被列入其中。無論是在食品行業(yè)還是對人類健康來說，酵母菌都具備成為新一代益生菌的潛力。酒類、面食、果蔬汁、酵素生產(chǎn)中，酵母菌都發(fā)揮著不可或缺的作用。在酒、酵素等發(fā)酵產(chǎn)品中，酵母菌的研究以及應(yīng)用進(jìn)展得比較順利，無論菌種選擇、工藝優(yōu)化還是產(chǎn)品最終評價，都取得了不錯的結(jié)果。乳品加工中酵母菌不是主要微生物，甚至?xí)茐娜橹破返目诟屑胺€(wěn)定性，但這種不良影響具有菌種差異性，也有研究表明，益生酵母菌的應(yīng)用不會影響產(chǎn)品口感；相反，加入酵母菌后會產(chǎn)生特定的風(fēng)味，并且也會增強(qiáng)益生菌穩(wěn)定性，因此，酵母菌具備在乳制品中應(yīng)用的潛能。 除了用作益生菌，酵母菌還具有其他有益功效，例如富含維生素，可以選擇合適的菌株，優(yōu)化食品生產(chǎn)加工技術(shù)，增加食品益生功能。

與雙歧桿菌、乳桿菌等益生菌不同的是，酵母菌最初應(yīng)用于發(fā)酵生產(chǎn)，其益生功能的開發(fā)源于布拉氏酵母益生功能的發(fā)現(xiàn)。市場上常見的含酵母制品包括助消化的酵母片和治療腹瀉的布拉氏酵母菌散等產(chǎn)品。目前酵母菌在治療腹瀉、腸炎，降膽固醇，增強(qiáng)營養(yǎng)方面的功效已被證實(shí)。體外實(shí)驗(yàn)和動物實(shí)驗(yàn)中，酵母菌在提高機(jī)體免疫力、抑制毒素產(chǎn)生與吸收、抑制病原微生物繁殖、抗氧化、抗腫瘤活性方面也有積極作用。盡管對酵母菌益生作用發(fā)掘的并不全面，但從其表現(xiàn)以及安全性評價來看，酵母菌具有作為益生菌的潛力。

對酵母的研究存在以下幾個問題：第一，益生新功能的發(fā)現(xiàn)；第二，對酵母菌從研究到應(yīng)用的跨越，這也是酵母菌發(fā)揮其作用的重點(diǎn)，目前，已有研究將益生酵母菌應(yīng)用于糙米酵素中，用來緩解小鼠腸炎癥狀；第三，酵母菌具有的特性與益生功能之間的聯(lián)系，如布拉氏酵母細(xì)胞壁較其他酵母厚，因此耐受性更強(qiáng)。目前，研究大部分存在這樣一個問題，即沒有深入研究酵母菌具有益生性背后的機(jī)理。益生酵母菌對食品的益處已有報道，但相關(guān)食品對人體健康的影響鮮有研究?？赡艿脑蚴墙湍笗a(chǎn)生二氧化碳和乙醇，因此，在食品開發(fā)上存在一定難度。為保證食品本身的口感、風(fēng)味、穩(wěn)定性及安全性，酵母菌在多種食品基質(zhì)中的應(yīng)用受到了限制。目前關(guān)于益生菌的研究熱點(diǎn)多集中在乳酸菌、雙歧桿菌等菌種，對酵母菌的益生性研究還缺乏重視。酵母菌在自然界隨處可見，對生長要求也比較低，因此，相關(guān)研究人員應(yīng)重視酵母菌的益生功能，進(jìn)一步挖掘酵母菌的益生功效并將其應(yīng)用到食品或保健品中。