乳酸菌益生特性及其應(yīng)用的研究進展

陶紅艷 徐欣維 汪明金 李尚霖 魏嘉

摘 要：乳酸菌是益生菌的典型代表，具有多種益生作用，包括降低血清膽固醇含量、維持腸道菌群平衡、增強機體免疫、發(fā)揮抑菌特性和預(yù)防癌癥等?；谝陨弦嫔匦裕樗峋褟V泛應(yīng)用于食品工業(yè)、動物飼料和醫(yī)療保健等領(lǐng)域，具有良好的發(fā)展前景。乳酸菌資源的可利用價值高，了解研究現(xiàn)狀和應(yīng)用動態(tài)對于后續(xù)的功能開發(fā)具有顯著的意義。該文對乳酸菌的來源概況、益生特性及其應(yīng)用現(xiàn)狀進行了簡要綜述，旨在為進一步開發(fā)益生性乳酸菌提供參考。

關(guān)鍵詞：乳酸菌;益生特性;應(yīng)用現(xiàn)狀

中圖分類號 R371 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2021）21-0045-04

Abstract： As a typical representative of probiotics， lactic acid bacteria have a variety of probiotics functions， including reducing serum cholesterol content， maintaining the balance of intestinal flora， enhancing the body′s immunity， exerting antibacterial properties and preventing cancer， etc. Based on the above probiotic characteristics， lactic acid bacteria are widely used in food industry， animal feed and medical and health care fields， and have a good development prospect. The utilization value of lactic acid bacteria resources is high， so it is significant to understand the research status and application dynamics for the subsequent functional development. In this paper， the source， probiotic characteristics and application status of lactic acid bacteria were briefly reviewed in order to provide specific suggestions for the further development of beneficial lactic acid bacteria.

Key words： Lactic acid bacteria; Probiotic properties; Application status

乳酸菌（Lactic acid bacteria，LAB）作為自然界中數(shù)量眾多、種類豐富的益生菌，是一類可利用碳水化合物發(fā)酵產(chǎn)生有機酸的微生物[1]。乳酸菌菌體大多呈桿狀或球狀，多數(shù)喜在酸性環(huán)境中厭氧或兼性厭氧生長繁殖，期間不形成芽孢。食品工業(yè)中常見的乳酸菌種屬包括乳球菌屬（Lactococcus）、明串珠菌屬（Leuconostoc）、片球菌屬（Pediococcus）、鏈球菌屬（Streptococcus）和乳桿菌屬（Lactobacillus）[2]。乳酸菌在發(fā)酵過程通常會產(chǎn)生細菌素、胞外多糖、生物活性肽等抑菌化合物，上述物質(zhì)具有抗炎癥、抗氧化、抑制有害菌滋生的作用。據(jù)報道，乳酸菌的益生特性可調(diào)節(jié)胃腸道微生物種群，提高機體免疫性能，激活機體代謝反應(yīng)，預(yù)防和減輕各類疾病，如流行性病毒感冒、消化道疾病、傳染病和過敏性疾病[3]。正因為社會環(huán)境的改變和消費者營養(yǎng)需求的轉(zhuǎn)變，目前被賦予功能特性的乳酸菌已被廣泛應(yīng)用于制藥、發(fā)酵、食品和畜牧行業(yè)。本文將對乳酸菌的分離源、功能研究現(xiàn)狀及其應(yīng)用發(fā)展前景進行探討，為進一步開發(fā)利用益生性乳酸菌提供針對性參考。

1 乳酸菌的來源

乳酸菌是一大類典型的功能性益生菌，廣泛分布于自然界中。益生性乳酸菌的篩選目前主要來源于健康人的胃腸道，但為了擴大乳酸菌的種類和數(shù)量，研究者不斷發(fā)掘新的分離源，主要包括人母乳、發(fā)酵食物和各類動物的胃腸道，并從中不斷分離篩選出極具代表性的益生菌。乳酸菌的來源概況詳見表1。充分了解各類乳酸菌資源，便于后續(xù)對其進行針對性功能性研究。

2 乳酸菌的益生特性

2.1 調(diào)節(jié)腸道菌群平衡 腸道內(nèi)有益菌數(shù)量低于病原微生物時，會打破腸道內(nèi)微生物平衡，造成胃腸道內(nèi)菌群失調(diào)，有益菌豐富度降低，最終導致胃粘膜過度損傷，從而引起嚴重的腹瀉病、消化性潰瘍、腸道腫瘤等疾病[9]。乳酸菌依賴于能夠定植于腸道的益生特性，通過自身發(fā)酵產(chǎn)生有機酸、抗菌素、氨基酸、維生素等多種物質(zhì)，從而抵制有害菌滋生，穩(wěn)定胃腸道微環(huán)境，維持機體基本的生理生化代謝。Cucick等[10]研究證實，植物乳桿菌（Lb. plantarum 16cv）和嗜熱鏈球菌（St. thermophilus 361v）在適宜的培養(yǎng)條件下能產(chǎn)生大量的葉酸，而攝入足量的葉酸可有效維持腸粘膜穩(wěn)態(tài)，保障機體的正常發(fā)育、生長和健康穩(wěn)態(tài)。劉鹿等[11]通過構(gòu)造小鼠胃腸道損傷模型，證實了乳酸菌制劑能夠減少腸道內(nèi)炎性分子釋放，可有效治療胃腸道炎癥，促進胃腸道修復。陳大衛(wèi)等[12]研究表明，植物乳桿菌、發(fā)酵乳桿菌和鼠李糖乳桿菌的混合菌懸液，能緩解過度服用抗生素造成的腸道微生態(tài)失調(diào)，提高有益菌在黏膜上的黏附力。因此，益生性乳酸菌能分解自身代謝產(chǎn)物，例如氨基酸、短鏈脂肪酸和胞外多糖，有效地調(diào)理機體代謝活動，長久穩(wěn)固人類與腸道微生物的平衡，有益于機體的健康穩(wěn)態(tài)。

2.2 提高機體免疫 免疫是人體內(nèi)重要的生理防御，能夠自發(fā)識別和清除外來物質(zhì)，從而有效維持機體內(nèi)的生理平衡。依賴于乳酸菌的益生特性，乳酸菌可通過調(diào)節(jié)宿主免疫系統(tǒng)發(fā)揮益生特性。研究表明，乳酸菌可通過自身分泌的代謝物和細胞壁表面成分與宿主間相互作用，激活相關(guān)免疫細胞信號轉(zhuǎn)導，調(diào)控炎性細胞因子的釋放及抗體的分泌，幫助機體形成天然的免疫屏障[13]。此外，乳酸菌誘導腸道黏膜免疫來增強宿主的免疫防御系統(tǒng)，包括調(diào)節(jié)DC/NK相互作用、自限性炎癥反應(yīng)和免疫球蛋白A的分泌[14]。Ren等[15]研究表明，乳酸菌可黏附、定植于胃腸道，通過激活TLR2/TLR6信號通路誘導IL-10的分泌，增強腸道屏障功能，抑制病原性微生物的黏附。段傲毅等[16]發(fā)現(xiàn)，胚蛋時期注射適量的乳酸菌制劑可增加孵育后雛雞中血清細胞因子的含量，包括IL-2和IFN-γ，還能提高腸道內(nèi)SIg A抗體水平的表達，有利于雛雞生長性能的提高。從中可看出乳酸菌主要是通過增強腸道黏膜內(nèi)的免疫反應(yīng)，刺激吞噬細胞作用，促進細胞因子的釋放，從而發(fā)揮免疫功能。

2.3 抑菌作用明顯 乳酸菌的抑菌機制較為復雜。有研究認為，乳酸菌在代謝過程中會產(chǎn)生細菌素、過氧化氫、有機酸等多種具有抑菌活性的化合物，可降低病原菌胞內(nèi)pH，影響其正常的生理代謝，達到抑菌的效果。張歡等[17]研究發(fā)現(xiàn)，乳酸菌在代謝過程中可產(chǎn)生有機酸和耐高溫的細菌素，進而抑制產(chǎn)氣莢膜梭菌的繁殖，可有效替代亞硝酸鹽在腌肉類食品中的過度應(yīng)用，為肉制品提供安全保障。Macaluso等[18]從西西里奶酪中分離出699株乳酸菌，其中有37株菌能代謝出細菌素類物質(zhì)，此類物質(zhì)能明顯抑制李斯特氏菌的生長，另將代謝物細菌素添加到乳制品中，可提高乳制品的質(zhì)量和安全性能。Ren等[19]從發(fā)酵食品中篩選了7株抑菌性能良好的乳酸桿菌，其中植物乳桿菌T8（L. plantarum T8）對金黃色葡萄球菌、沙門氏菌的抑菌長度均達到13mm左右，由此表明T8具有良好的廣譜抑菌效果?？傊?，在面對胃腸道有害菌引起的腹瀉等疾病，乳酸菌可以有效抑制腸道內(nèi)有害菌群的繁殖和生長。在食品添加劑方面，乳酸菌的抑菌性代謝物可有效抑制病原微生物繁殖，延緩食物變質(zhì)，從而起到抑菌和保鮮的作用。

2.4 降低膽固醇 膽固醇是人體發(fā)育過程中不可或缺的營養(yǎng)物質(zhì)，具有顯著的生理作用，但血清膽固醇過高，會直接對人體造成重大威脅，引發(fā)心血管相關(guān)疾病。而益生性乳酸菌的降膽固醇作用明顯，尤其是乳酸桿菌屬和雙歧桿菌屬，它們均能在機體內(nèi)表現(xiàn)出顯著的降膽固醇活性，通過產(chǎn)生膽鹽水解酶，加速膽固醇的分解，有效降低血清總膽固醇 [20]。乳酸菌降低膽固醇的作用機制主要包括：膽固醇與膽汁酸的共沉淀作用、膽固醇的同化吸收作用、調(diào)控與膽固醇相關(guān)的酶和蛋白質(zhì)的表達、膽固醇與乳酸菌分泌物產(chǎn)生黏附作用，進而抑制機體對高脂類物質(zhì)的吸收，有效預(yù)防心血管疾病的發(fā)生 [21]。云月英等[22]研究發(fā)現(xiàn)，乳酸菌去除膽固醇能力取決于其自身的生長狀況，乳酸菌處于休眠和熱滅活狀態(tài)時，清除膽固醇的能力較低，只有處于良好的生長狀態(tài)下，培養(yǎng)基中大量的膽固醇才能被清除。吳慧昊等[23]從西北特有發(fā)酵食品中成功篩選出3株能顯著降低膽固醇和甘油三酯的乳酸菌，分別為植物乳桿菌、腸球菌和戊糖乳桿菌，該菌株有望制成新型降脂藥物，替代對機體造成較大毒副作用的汀類降脂藥物。從目前的研究狀況來看，乳酸菌降解膽固醇的作用機制十分復雜，需進一步探索和研究。

3 乳酸菌的應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1 食品工業(yè) 近年來，越來越多的消費者追求健康、新鮮和安全的食品。傳統(tǒng)食品大多采用冷凍技術(shù)、氣調(diào)包裝和真空包裝等物理方法，或者是通過添加硝酸鹽、苯甲酸及其鈉鹽、山梨酸及其鈉鹽等化學添加劑進行食物的保鮮，但是過度使用含有化學成分的防腐劑會對人體健康造成損傷，因此尋找一種綠色、環(huán)保的防腐劑就極為重要[24]。經(jīng)證實，在發(fā)酵過程在乳酸菌能產(chǎn)生多種抑菌物質(zhì)，包括乳酸、乙酸、苯甲酸、乙醇和過氧化氫等，將上述抑菌物質(zhì)加工改造可在一定程度上替代化學防腐劑，應(yīng)用于新鮮農(nóng)產(chǎn)品、肉制品、魚類、酒類制品的存儲[25]。Yap等[26]研究發(fā)現(xiàn)，將細菌素與納米微膠囊技術(shù)相結(jié)合對食品進行封裝，可減緩外界環(huán)境對食物包裝膜的破壞，確保正常發(fā)揮其抑菌作用。Kousheh等[27]以嗜酸乳桿菌無細胞上清液為原料，采用水熱法合成了抗菌硫化鎘，檢測出硫化鎘對大腸桿菌和單核細胞增生李斯特菌有良好的抗菌性能，有利于食品包裝行業(yè)的發(fā)展。趙山山等[28]研究發(fā)現(xiàn)，植物乳酸桿菌和副植物乳桿菌的產(chǎn)酸性能良好，將其應(yīng)用于泡菜發(fā)酵中，可有效改善泡菜的風味、縮短泡菜的發(fā)酵時長、提高工廠化的生產(chǎn)效率。由此看出，乳酸菌作為食品級防腐劑和發(fā)酵劑，在提高食品的安全性和品質(zhì)方面具有巨大的潛力。

3.2 畜牧飼料 目前，動物日糧添加發(fā)酵劑需滿足動物營養(yǎng)和維持動物腸道健康。利用微生物發(fā)酵可以改善動物飼料的營養(yǎng)問題和衛(wèi)生質(zhì)量，嗜酸乳桿菌、羅伊乳酸桿菌和干酪乳桿菌是畜牧飼料工業(yè)中常用的益生菌。經(jīng)證實，添加乳酸菌和纖維素酶的新型發(fā)酵劑，能顯著改善青貯飼料發(fā)酵狀況，增加飼料中營養(yǎng)物占比，降低飼料的pH含量，提高動物的吸收轉(zhuǎn)化率，改善動物的生長性能[29]。Yeh等[30]研究發(fā)現(xiàn)，凝結(jié)芽孢桿菌L12適用于2段發(fā)酵技術(shù)，經(jīng)處理后飼料中可消化氨基酸含量較高，利于肉雞的營養(yǎng)消化，提高了肉雞的生長性能，有潛力成為商業(yè)型飼料。楊松華等[31]研究發(fā)現(xiàn)，復方乳酸菌制劑可以降解動物飼料中的霉菌毒素，如黃曲霉毒素、煙曲霉毒素、島青霉素、赭曲霉毒素等，減少霉菌毒素對雛雞的肝臟損傷、氧化損傷和免疫損傷，提高雛雞的生長性能、抗氧化能力和免疫調(diào)節(jié)。綜上所述，高品質(zhì)的乳酸菌發(fā)酵飼料能夠提高飼料本身的營養(yǎng)價值、品質(zhì)質(zhì)量，增加畜禽類的進食量、飼料吸收率、菌群豐富度及其生長性能，有利于維持畜禽類腸道生態(tài)系統(tǒng)平衡。

3.3 醫(yī)療保健 乳酸菌能夠恢復免疫失調(diào)后的腸道內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)，改善粘膜屏障功能以及下調(diào)炎癥反應(yīng)，因而可用于減輕和治療結(jié)腸炎、粘膜炎甚至結(jié)腸癌等疾病[32]。研究表明，鼠李糖乳桿菌經(jīng)發(fā)酵產(chǎn)生的代謝物對腸道上皮感染和病原體引起的損傷有潛在的保護作用[33]。吳雪芹等[34]研究發(fā)現(xiàn)，將含有高濃度的乳酸菌制成傷口噴霧劑，可加速慢性創(chuàng)口的愈合，減少傷口炎癥發(fā)生的幾率。秦永等[35]研究發(fā)現(xiàn)，晚期宮頸癌患者經(jīng)乳酸菌陰道膠囊輔助治療后，檢測出其陰道內(nèi)有益菌數(shù)量和種類明顯增多，提高了陰道內(nèi)的微生態(tài)環(huán)境的豐富度，改善了炎癥的病發(fā)幾率。乳酸菌除了可以預(yù)防炎癥性疾病外，越來越多的證據(jù)證實，在惡性腫瘤的治療中其也能發(fā)揮有益的作用。Lizardo等[36]研究表明，乳酸菌發(fā)酵提取液可增加腫瘤抑制蛋白p27和p53的含量，進而發(fā)揮其抑癌作用。近年來，乳酸菌除了上述已提到的醫(yī)藥應(yīng)用外，在緩解焦慮、抗抑郁、治療肥胖、冠心病等方面也已經(jīng)進入了臨床的試驗研究。

4 展望

近年來，對乳酸菌的益生特性研究頗多，乳酸菌的益生性功能已經(jīng)潛移默化地替代了具有較大副作用抗生素的功效，是一種綠色、環(huán)保、安全的新型菌劑。雖然乳酸菌具有調(diào)節(jié)機體免疫力，平衡腸道微生物，抵抗腫瘤，降低血清膽固醇等諸多作用，但單單依靠乳酸菌的益生特性很難完全發(fā)揮潛在的功能，需聯(lián)合作用才能更全面地利用乳酸菌資源，發(fā)揮其眾多益生效應(yīng)，加快實現(xiàn)益生性乳酸菌的工業(yè)化生產(chǎn)和臨床化應(yīng)用。比如在食品領(lǐng)域，可以采用多種類型的益生菌聯(lián)合作用，有效地增強其抑菌性和發(fā)酵性;在飼料領(lǐng)域，可以將乳酸菌聯(lián)合酵素共同使用，作為復合型綠色飼料添加劑，共同促進動物的生長發(fā)育;在制藥領(lǐng)域，可以將乳酸菌和具有相同功效的中草藥聯(lián)合作用，共同發(fā)揮生理功能。在未來的實際應(yīng)用中，應(yīng)合理地利用乳酸菌資源，開發(fā)出更高效、安全、健康的乳酸菌制劑，服務(wù)于人類。

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（責編：張宏民）