酵母與乳酸菌的相互作用模式及其在發(fā)酵食品中的應(yīng)用研究進(jìn)展

劉豪棟，楊昳津，林高節(jié)，馬家歡，倪燮鄰，邵毅恒，牟志勇，宋 馨，艾連中，夏永軍

（上海理工大學(xué)健康科學(xué)與工程學(xué)院，上海食品微生物工程技術(shù)研究中心，上海 200093）

發(fā)酵食品通常指利用微生物進(jìn)行發(fā)酵加工產(chǎn)生的一類食品，其歷史悠久、分支廣泛，是現(xiàn)如今人們飲食中的重要組成部分[1-2]。微生物作為發(fā)酵過程中的“靈魂”，不僅決定了發(fā)酵制品生產(chǎn)的成敗，還賦予了發(fā)酵制品獨特的風(fēng)味、質(zhì)地與一定的益生特性[3-5]。大量研究表明，單一微生物菌種發(fā)酵具有明顯的應(yīng)用局限性，對于底物成分或生化過程復(fù)雜的發(fā)酵過程不能很好地完成。然而，多菌種共同發(fā)酵因菌種間能夠優(yōu)勢互補，為解決單一菌種發(fā)酵的局限性提供了新的思路。酵母與乳酸菌作為被廣泛應(yīng)用的微生物，在發(fā)酵食品的風(fēng)味形成中起著舉足輕重的作用，二者在發(fā)酵過程中的相互作用日益受到人們的重視。

酵母與乳酸菌之間既存在協(xié)同作用，也存在拮抗作用。在傳統(tǒng)發(fā)酵過程中，由于微生態(tài)環(huán)境的變化，微生物間生態(tài)學(xué)關(guān)系也存在著復(fù)雜的變化，根據(jù)其生長情況受到的影響可以被歸為5 類：雙方受益、單方收益、互不干擾、一方受害、雙方受損。通過利用酵母與乳酸菌之間建立的良性互動，將有利于提升發(fā)酵食品的風(fēng)味與質(zhì)量。Jarosz等[6]發(fā)現(xiàn)了酵母[GAR＋]朊病毒，[GAR＋]是一種基于蛋白質(zhì)的表觀遺傳元素，它允許酵母繞過“葡萄糖阻遏”機制。當(dāng)[GAR＋]陽性時，酵母會在葡萄糖代謝相關(guān)的轉(zhuǎn)錄、翻譯等過程中受到抑制，使得環(huán)境中葡萄糖存在時還可利用其他碳源。Ramakrishnan等[7]進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)乳酸和乙酸鹽為潛在的[GAR＋]誘導(dǎo)物，證明乳酸菌可通過代謝產(chǎn)生乳酸和乙酸鹽誘導(dǎo)酵母[GAR＋]的生成，從而抑制酵母對葡萄糖的利用。[GAR＋]的形成緩解了發(fā)酵環(huán)境中的乙醇毒性，同時增強了酵母的細(xì)胞活力[8]，有益于體系中乳酸菌與酵母的生長。此外，[GAR＋]使酵母降低了對葡萄糖利用的專一性，幫助酵母提高了在混合碳源環(huán)境下的適應(yīng)能力。與工業(yè)生產(chǎn)乙醇燃料不同，以酒類為主的食品發(fā)酵過程中產(chǎn)生乙醇并不是發(fā)酵的完全目的，乙醇發(fā)酵效率的降低有助于改善乳酸菌惡劣的生存環(huán)境，并間接為風(fēng)味物質(zhì)的產(chǎn)生提供幫助。而風(fēng)味物質(zhì)對發(fā)酵食品的品質(zhì)有顯著影響，因此，略微抑制乙醇發(fā)酵的速度可能是有益的。此外，有研究表明在白酒釀造過程中，戊糖片球菌能夠小幅促進(jìn)釀酒酵母的乙醇發(fā)酵過程[9]，從而在發(fā)酵起始階段抑制雜菌的感染和生長；植物乳桿菌代謝生成的乳酸，在對釀酒酵母生長及乙醇發(fā)酵過程沒有顯著影響的前提下，能夠提高高產(chǎn)酯釀酒酵母乙酸乙酯產(chǎn)量的同時顯著降低以苯乙醇為主的高級醇產(chǎn)量，表明乳酸菌的加入能夠降低飲酒“上頭”的潛在風(fēng)險[10]；在黃酒發(fā)酵過程中添加戊糖片球菌，能夠改善酒體的色澤、香氣、口味等多項指標(biāo)[11]；在豆瓣醬釀造過程中通過引入乳酸菌與酵母進(jìn)行協(xié)同發(fā)酵，可以促進(jìn)酯化反應(yīng)，為產(chǎn)品增添香氣，縮短陳釀時間[12]；在蘇打餅干的發(fā)酵面團(tuán)中通過添加植物乳桿菌、乳酸乳球菌或戊糖片球菌能顯著提升蘇打餅干的風(fēng)味豐富性與受歡迎程度[13]，同時降低了餅干中丙烯酰胺的含量[14]，改善了蘇打餅干的風(fēng)味與安全性。

一般而言，基于發(fā)酵體系中酵母-乳酸菌之間相互作用的研究目的在于尋找雙方受益的作用模式，同時提升最終的發(fā)酵質(zhì)量。然而并非所有酵母-乳酸菌之間的相互作用都會對對方產(chǎn)生有益影響并提升發(fā)酵質(zhì)量，這是由于某些乳酸菌-酵母之間存在拮抗關(guān)系。例如酵母菌產(chǎn)生的二氧化碳、丙酮酸及氨基酸等能夠促進(jìn)乳酸菌的活動，但酵母代謝產(chǎn)生的脂肪酸也可能對乳酸菌的生長產(chǎn)生明顯的影響[15]；而乳酸菌通過生長代謝產(chǎn)生的乳酸和4-羥基-苯乳酸也會對酵母的生長產(chǎn)生一定的抑制作用[16]。Branco等[17]通過質(zhì)譜分析發(fā)現(xiàn)酵母細(xì)胞凋亡可能導(dǎo)致甘油醛3-磷酸脫氫酶（glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase，GAPDH）蛋白裂解產(chǎn)生抗微生物肽（antimicrobial peptides，AMPs），作為一種防御策略幫助自身在復(fù)雜的微生物環(huán)境中抵抗其他微生物[18]，并對葡萄酒中以酒球菌為主的細(xì)菌產(chǎn)生抑制活性。Carbonetto等[19]通過面團(tuán)的共培養(yǎng)發(fā)酵發(fā)現(xiàn)乳酸菌的存在阻礙了酵母的生長，且代謝產(chǎn)物的質(zhì)譜分析中沒有發(fā)現(xiàn)酵母與乳酸菌之間產(chǎn)生積極互動，反而在碳代謝過程中表現(xiàn)出了潛在的競爭關(guān)系。然而，通過合理利用或改善這種拮抗關(guān)系將有助于降低其對食品發(fā)酵過程的不利影響。Albergaria等[20]認(rèn)為基于GAPDH衍生的AMPs對葡萄酒中某些導(dǎo)致發(fā)酵失敗的微生物具有活性的特點，可作為葡萄酒以及其他乙醇發(fā)酵過程（如燃料乙醇生產(chǎn)和釀造）中的天然防腐劑。du Toit等[21]發(fā)現(xiàn)通過氨基酸缺陷培養(yǎng)基建立釀酒酵母THI4缺陷株與植物乳桿菌之間的強制性互助關(guān)系（在這種培養(yǎng)基中兩株菌單培養(yǎng)均無法生長，必須通過共培養(yǎng)來相互提供氨基酸維持生長），經(jīng)過約100 代之后雙方生長情況得到顯著性提升，表明通過定向進(jìn)化能促使釀酒酵母與植物乳桿菌形成積極的相互促進(jìn)作用，改善乳酸菌的乙醇耐受能力，并提升雙方生長必需氨基酸交叉喂養(yǎng)效率?？梢娫摲梢詢?yōu)化酵母菌-乳酸菌之間的配對關(guān)系并提高發(fā)酵效率，且并不局限于氨基酸的交換，也可用于提高乳酸菌對乙醇的耐受性以及提高微生物所產(chǎn)風(fēng)味物質(zhì)的多樣性。

上述研究表明，相較于單一的酵母純種發(fā)酵，在發(fā)酵體系中引入乳酸菌，通過酵母-乳酸菌聯(lián)合作用的混合發(fā)酵體系可以獲得更為豐富的代謝產(chǎn)物并提高發(fā)酵效率，同時建立酵母與乳酸菌的良性互動也有利于提高最終食品的風(fēng)味與品質(zhì)。但酵母與乳酸菌之間所表現(xiàn)出抑制生長、資源競爭等拮抗關(guān)系也將對發(fā)酵的最終質(zhì)量產(chǎn)生潛在影響。因此，研究發(fā)酵體系中酵母-乳酸菌間的相互作用模式有助于揭示微生物與功能的關(guān)系，對掌握微生物互利協(xié)作/拮抗轉(zhuǎn)換，提升發(fā)酵制品的生產(chǎn)效率、感官特性及益生功能具有重要意義，也可為開發(fā)新型發(fā)酵食品奠定基礎(chǔ)。

本文綜述了酵母與乳酸菌在不同發(fā)酵模型中的相互作用模式與機理，討論了酵母-乳酸菌相互作用對發(fā)酵產(chǎn)品的功能貢獻(xiàn)，并對目前研究的局限性及未來研究方向與思路做出了展望，同時展示了乳酸菌在以酵母為主的發(fā)酵體系中如何為食品的創(chuàng)新與改良做出貢獻(xiàn)。

1 乳酸菌-酵母相互作用機制研究進(jìn)展

酵母與乳酸菌廣泛存在于各類發(fā)酵食品中，如白酒、黃酒、醬油、奶酪等。以酵母或乳酸菌作為單一菌種發(fā)酵劑進(jìn)行的純種發(fā)酵，有較高的發(fā)酵效率，但可能造成較為單薄的產(chǎn)品感官特性，也不利于提升產(chǎn)品的個性化及競爭性。酵母與乳酸菌組合發(fā)酵作為強化發(fā)酵的一種簡單且高效的手段，越來越受到市場的青睞，然而，并不是所有的菌種組合發(fā)酵都可以達(dá)到顯著提升產(chǎn)品品質(zhì)的預(yù)期效果，酵母與乳酸菌間不同的相互作用模式對其在發(fā)酵食品中的應(yīng)用具有決定性的影響。只有明晰酵母-乳酸菌間的相互作用機理，才有助于了解食品發(fā)酵的內(nèi)在機理，從而從發(fā)酵進(jìn)程中對產(chǎn)品品質(zhì)提升進(jìn)行調(diào)控。目前，盡管對發(fā)酵食品中酵母-乳酸菌的相互作用模式及機理的研究仍然較少，但已有研究表明酵母-乳酸菌在發(fā)酵環(huán)境中能夠通過營養(yǎng)代謝產(chǎn)物交換、生物膜包被或群體感應(yīng)等方式進(jìn)行相互作用，從而影響發(fā)酵進(jìn)程，最終決定產(chǎn)品生產(chǎn)效率及品質(zhì)。

1.1 基于營養(yǎng)代謝產(chǎn)物交換的酵母-乳酸菌相互作用

奶酒或開菲爾發(fā)酵乳等是以動物乳、乳清或乳清粉等為主要原料，通過釀酒酵母與乳酸菌共同參與發(fā)酵過程釀制而成[22-23]。在這種以乳糖為主要碳源的發(fā)酵過程中，釀酒酵母往往無法利用乳糖作為碳源進(jìn)行發(fā)酵，而乳酸菌可以將乳糖水解成半乳糖和葡萄糖，其中半乳糖無法被乳酸菌利用，因此會被其排出體外，卻間接為酵母的生長代謝提供了新的碳源[24]。Mendes等[25]在乳糖厭氧培養(yǎng)環(huán)境中驗證了上述乳酸菌對釀酒酵母所需碳源的供給情況，同時發(fā)現(xiàn)了釀酒酵母可為保加利亞乳桿菌提供丙氨酸。通過DNA微陣列分析發(fā)現(xiàn)保加利亞乳桿菌在與酵母混合培養(yǎng)時，其編碼糖單體吸收、加工和莢膜多糖生物合成的基因表達(dá)水平降低，胞外多糖合成相關(guān)的幾個基因的表達(dá)下調(diào)，鑒于胞外多糖可保護(hù)細(xì)胞抵抗各種壓力，該作者認(rèn)為通過與酵母共培養(yǎng)可減少乳酸菌受到的壓力。此外，通過轉(zhuǎn)錄組分析發(fā)現(xiàn)乳酸菌的代謝產(chǎn)物乳酸對于以鐵為主的金屬陽離子的螯合作用誘導(dǎo)了釀酒酵母鐵、銅轉(zhuǎn)運和體內(nèi)穩(wěn)態(tài)相關(guān)基因的明顯過量表達(dá)，釀酒酵母產(chǎn)生的乙醇誘導(dǎo)了乳酸菌長鏈脂肪酸代謝相關(guān)基因的過表達(dá)，表明乳酸菌與酵母還能夠通過對方的代謝產(chǎn)物在基因表達(dá)水平上做出響應(yīng)。

Xu Di等[26]在以蔗糖為主要碳源的水開菲爾發(fā)酵模型[27]中研究了釀酒酵母與霍氏乳桿菌之間的相互作用，通過比較表達(dá)蛋白的差異與代謝模型預(yù)測結(jié)合分析發(fā)現(xiàn)，乳酸菌可以通過調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)控制的細(xì)胞內(nèi)氧化還原反應(yīng)來響應(yīng)由釀酒酵母引起的微生態(tài)環(huán)境變化，表現(xiàn)為還原型輔酶I（nicotinamide adenine dinucleotide，NADH），H＋驅(qū)動的代謝轉(zhuǎn)換為優(yōu)先生產(chǎn)丁二醇而不是乙酸或乳酸，并且上調(diào)精氨酸脫亞氨酶的基因表達(dá)量，從而減輕了自身與釀酒酵母受到的酸脅迫；在氮和脂肪酸限制的環(huán)境中，釀酒酵母會通過遞送葡萄糖酸鹽、果糖、氨基酸、脂肪酸或它們的生物合成前體以促進(jìn)乳酸菌的生長；霍氏乳桿菌的肽轉(zhuǎn)運系統(tǒng)相關(guān)蛋白與參與氨基酸代謝相關(guān)酶的上調(diào)表明其增強了肽的攝取，同時由釀酒酵母輸送谷氨酰胺、谷氨酸、組氨酸、色氨酸、蛋氨酸、脯氨酸和色氨酸給乳酸菌生長。上述研究也表明酵母與乳酸菌在同一微生態(tài)環(huán)境下會通過代謝物交換或補償?shù)姆绞綔p輕環(huán)境中可能引起的生長脅迫與營養(yǎng)缺乏，以維持發(fā)酵過程的順利進(jìn)行。

Ponomarova等[28]選擇釀酒酵母、乳酸乳球菌與植物乳桿菌，通過限定化學(xué)成分培養(yǎng)基（chemical defined medium，CDM）建立基于營養(yǎng)依賴的乳酸菌-酵母的穩(wěn)定共生，并發(fā)現(xiàn)了其背后的營養(yǎng)供給機制。通過非靶標(biāo)代謝動力學(xué)分析證實了酵母對乳酸菌之間以谷氨酰胺和蘇氨酸為主的氨基酸交換。基于基因敲除比對與雷帕霉素作用靶標(biāo)1（target of rapamycin complex 1，TORC1）途徑分析聯(lián)合發(fā)現(xiàn)環(huán)境中大量種類豐富的氮源激活了釀酒酵母氮代謝物阻遏（nitrogen catabolite repression，NCR）敏感基因的表達(dá)，促使酵母放棄對優(yōu)質(zhì)氮源的選擇性偏好，從而擴大對環(huán)境中氮的吸收并激活排氮機制，通過合成多種氨基酸并排出體外降低胞內(nèi)氮濃度，同時為乳酸菌提供營養(yǎng)。這類機制的揭露證明了酵母在氨基酸水平上對乳酸菌的營養(yǎng)供給，表明在苛刻的環(huán)境中酵母可通過上述調(diào)控過程分泌氨基酸排出體外，從而使乳酸菌獲得生長必需的氨基酸。

以上研究表明酵母與乳酸菌在共培養(yǎng)時會對環(huán)境脅迫做出相應(yīng)的響應(yīng)，如通過調(diào)控相應(yīng)基因的表達(dá)量以改變自身代謝產(chǎn)物或相關(guān)蛋白的合成水平，從而減輕自身在生長過程中受到的環(huán)境壓力，或通過進(jìn)行以氨基酸為主的營養(yǎng)代謝物質(zhì)交換來維持自身或?qū)Ψ降纳L。不僅如此，在酵母難以生存的乳糖發(fā)酵環(huán)境中，乳酸菌利用乳糖酶代謝乳糖并生成半乳糖與葡萄糖[29]，以維持自身生長的同時促進(jìn)了酵母細(xì)胞的生長。此外，乳酸菌還能夠代謝蘋果酸與檸檬酸這兩種酵母難以代謝的有機酸[30]并分泌以乳酸為主的有機酸，乳酸在發(fā)酵過程中還可生成丙酸、丁酸等多種有機酸作為酵母風(fēng)味物質(zhì)合成前體[31]，并且乳酸菌自身同樣參與了如乙偶姻、丁二酮等多種風(fēng)味物質(zhì)的代謝[32]，為食品風(fēng)味的改善做出貢獻(xiàn)。而酵母則通過分泌多種氨基酸滿足乳酸菌生長苛刻的營養(yǎng)需求同時為乳酸菌的生長提供保護(hù)（圖1）。這種營養(yǎng)代謝產(chǎn)物相互交換的方式可以提升發(fā)酵體系中的底物利用率，并極大地提升酵母與乳酸菌對發(fā)酵環(huán)境改變與營養(yǎng)脅迫的適應(yīng)性。這類基于營養(yǎng)物質(zhì)代謝交換的相互作用促進(jìn)了雙方在共培養(yǎng)發(fā)酵體系中的生存能力，以維持發(fā)酵的進(jìn)行。

圖1 酵母與乳酸菌間的相互作用[11,25-26,28-33]Fig. 1 Interaction between yeast and LAB[11,25-26,28-33]

這種生長的影響，往往源于微生物本身的代謝產(chǎn)物。在酵母與乳酸菌的共培養(yǎng)體系中，除上述提到的營養(yǎng)代謝產(chǎn)物交換以外，酵母或乳酸菌還可分泌一些代謝產(chǎn)物直接促進(jìn)或抑制另一微生物的生長或代謝（表1）。

表1 基于酵母-乳酸菌代謝產(chǎn)物產(chǎn)生的相互作用Table 1 Interactions between yeast and lactic acid bacteria based on metabolites of either of them

1.2 基于生物膜包被的酵母-乳酸菌相互作用

目前，許多研究通過具體的某一物質(zhì)交換來表征酵母-乳酸菌之間的相互作用[36]。得益于多組學(xué)的發(fā)展，基于代謝產(chǎn)物與營養(yǎng)交換的酵母-乳酸菌相互作用機制得以被逐漸揭露，然而，在如此宏觀復(fù)雜的傳統(tǒng)發(fā)酵體系中不僅涉及到細(xì)胞間的物質(zhì)交換，通過細(xì)胞間接觸形成聚集并產(chǎn)生的共聚集生物膜對發(fā)酵過程也產(chǎn)生了重要影響。利用熒光原位雜交染色與原子力顯微鏡，Hirayama等[37]觀察到了植物乳桿菌與釀酒酵母共培養(yǎng)時植物乳桿菌細(xì)胞直接黏附于釀酒酵母細(xì)胞，并形成了厚實而堅固的種間聚集生物膜，該層生物膜具有雙層結(jié)構(gòu)，其底層由植物乳桿菌細(xì)胞組成，而上層則由植物乳桿菌和酵母細(xì)胞的共聚集體組成。相較于表面光滑的酵母細(xì)胞，覆有簇狀物質(zhì)且細(xì)胞表面粗糙的植物乳桿菌可能在這種生物膜的生成與維持過程中起著重要作用。Hirayama等[37]認(rèn)為植物乳桿菌與釀酒酵母的細(xì)胞間黏附效應(yīng)是通過植物乳桿菌的凝集素樣蛋白與源于酵母的甘露聚糖之間的相互作用而產(chǎn)生的。而Lim等[38]則推測是培養(yǎng)基中如麥芽提取物或酵母提取物等某些成分提高了乳酸菌細(xì)胞表面的黏附特性進(jìn)而導(dǎo)致了共聚集體的形成，發(fā)現(xiàn)這種種間共聚集體可有效保護(hù)乳酸菌免受環(huán)境壓力的影響，并推測該現(xiàn)象背后的機制可能是由于形成的生物膜本身[39]或酵母的細(xì)胞壁衍生物，又或者由其分泌的保護(hù)性代謝產(chǎn)物，但還未有進(jìn)一步的研究驗證。以上研究表明，酵母-乳酸菌種間聚集生物膜的形成可以改變?nèi)樗峋纳娣绞?，然而在釀酒酵母與不同乳酸菌之間形成生物膜的方式與作用并不相同[40]，還需進(jìn)一步研究以闡明生物膜的形成機制。

1.3 基于群體感應(yīng)的酵母-乳酸菌相互作用

群體感應(yīng)（quorum sensing，QS）最早由Fuqua等[41]提出，這一過程被描述為微生物在環(huán)境中生長時可以分泌信號分子（quorum-sensing molecules，QSM）至胞外并擴散到生長體系之中，當(dāng)細(xì)胞密度或這種QSM濃度達(dá)到一定的閾值之后，被目標(biāo)感受蛋白結(jié)合，從而直接或間接影響細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄和翻譯并協(xié)同產(chǎn)生響應(yīng)，如生物發(fā)光、抗生素合成、生物膜形成等。這是一個將基因表達(dá)與微生物種群的細(xì)胞密度聯(lián)系起來的過程，表明微生物能夠通過某種方式進(jìn)行溝通。已有相當(dāng)多的學(xué)者對酵母或細(xì)菌的群體感應(yīng)現(xiàn)象展開了研究，包括確定信號分子、結(jié)合或響應(yīng)模式[42]。Smid等[43]認(rèn)為乳酸菌胞外分泌物對真菌生長與形態(tài)的影響可能源于細(xì)菌QSM的調(diào)控并推測食品發(fā)酵環(huán)境中真菌與細(xì)菌之間群體感應(yīng)可能的機制。Guerzoni等[44]認(rèn)為長鏈不飽和脂肪酸乙酯可能是介導(dǎo)乳酸菌與釀酒酵母在惡劣環(huán)境脅迫下互動的QSM，它可以幫助酵母產(chǎn)生更多乙醇。但后續(xù)并未有進(jìn)一步的研究證實酵母與乳酸菌之間存在群體感應(yīng)機制，需更多研究的證實與完善。廉雪花[45]通過不同種酵母的代謝產(chǎn)物對乳酸菌產(chǎn)AI-2信號分子所引起熒光現(xiàn)象的影響研究發(fā)現(xiàn)，酵母能夠?qū)θ樗峋鶴S所產(chǎn)熒光強度產(chǎn)生促進(jìn)或抑制作用。此外，發(fā)酵過程中的營養(yǎng)變化、酵母生長周期與酵母QSM之一——芳香醇（色酚、苯乙醇、酪醇）的分泌水平顯著相關(guān)[46-47]，可見環(huán)境中乳酸菌生長代謝帶來的營養(yǎng)競爭將會影響酵母的QS機制。上述研究均表明了酵母與乳酸菌能夠?qū)Ψ降娜后w感應(yīng)機制產(chǎn)生潛在的影響。

2 酵母-乳酸菌相互作用對發(fā)酵食品的功能貢獻(xiàn)

盡管對于酵母與乳酸菌之間的相互作用機制目前仍不夠明朗，但已有許多學(xué)者都發(fā)現(xiàn)這樣的相互作用能為傳統(tǒng)發(fā)酵帶來新的機遇，可為新型食品的開發(fā)或現(xiàn)有發(fā)酵食品的生產(chǎn)工藝改進(jìn)提供一個全新的思路。至今為止已有不少學(xué)者發(fā)現(xiàn)，相較于傳統(tǒng)的發(fā)酵食品，酵母與乳酸菌的加入往往能為食品帶來新的改變，主要體現(xiàn)在以下方面。

2.1 改善產(chǎn)品風(fēng)味

含硫化合物對各種發(fā)酵食品和酒類的風(fēng)味起著至關(guān)重要的作用[48]。Liu Jun等[34]以3-(甲硫基)-1-丙醇和二甲基二硫醚為關(guān)鍵含硫化合物，研究了白酒發(fā)酵過程中酵母與乳酸菌的代謝交換，發(fā)現(xiàn)乳酸菌對含硫風(fēng)味化合物前體的合成有顯著的促進(jìn)作用，從而有助于酵母產(chǎn)香水平的提高。在乳酸菌和酵母占主導(dǎo)地位的白酒發(fā)酵模型中，利用轉(zhuǎn)錄組分析確定釀酒酵母的相關(guān)代謝途徑為3-(甲硫基)-1-丙醇的主要合成途徑，且在合成二甲基二硫醚的過程中具有不可替代的作用，同時乳酸菌再生了酵母生產(chǎn)硫化物的前體蛋氨酸。該作者還通過共培養(yǎng)研究了含硫化合物的生產(chǎn)過程中酵母與乳酸菌的相互作用，發(fā)現(xiàn)共培養(yǎng)并不能顯著提高酵母與乳酸菌的菌落總數(shù)，但乳酸菌中甲基循環(huán)的基因轉(zhuǎn)錄水平增加，且在乳酸菌存在的情況下，釀酒酵母增加了3-(甲硫基)-1-丙醇和二甲基二硫醚生成基因的表達(dá)[34]。這一研究表明通過酵母與乳酸菌的相互作用能促進(jìn)含硫化合物的合成，為發(fā)酵食品的香氣提供重要貢獻(xiàn)。

Huang Zhihai等[49]在嘗試解決山羊奶存儲加工過程中因操作不當(dāng)產(chǎn)生腥味的研究中發(fā)現(xiàn)，通過加入乳酸菌與馬克斯克魯維酵母協(xié)同發(fā)酵能有效減輕這種不愉快的風(fēng)味并得到全新的發(fā)酵飲料。他們發(fā)現(xiàn)經(jīng)過乳酸菌與酵母共同發(fā)酵的山羊乳具有全新風(fēng)味的特征物質(zhì)如乙酸乙酯、乙酸異戊酯、苯乙醇、甲基壬基酮等，同時己酸、辛酸、癸酸由于參與了乙酯的生成，導(dǎo)致相對含量降低，進(jìn)一步降低了山羊腥味的形成。此外，通過流變分析發(fā)現(xiàn)乳酸菌產(chǎn)乳酸的特性降低了發(fā)酵環(huán)境的pH值，促進(jìn)了酪蛋白膠束的締合，同時通過自身產(chǎn)生的胞外多糖共同提高了山羊酸乳的表觀黏度，幫助改善其口感與光澤。

馬哈利櫻桃具有優(yōu)秀的抗氧化、抗菌、消炎等生物活性，但因具有過度的酸澀及苦味等不良風(fēng)味而無法直接食用[50]。Gerardi等[51]利用酵母與乳酸菌對馬哈利櫻桃進(jìn)行發(fā)酵，結(jié)果顯示乳酸菌將原料與釀酒酵母代謝產(chǎn)生的蘋果酸代謝生成乳酸，降低了發(fā)酵果實的酸澀感。通過感官評定，該研究還發(fā)現(xiàn)這樣的發(fā)酵方案能夠提升該果實的氣味強度，同時增加甜味，從而提升了整體風(fēng)味的可接受程度，為根據(jù)其益生特性開發(fā)發(fā)酵飲料提供了可能。

2.2 改善食品益生特性與質(zhì)構(gòu)

Chan等[52]研究發(fā)現(xiàn)在啤酒生產(chǎn)過程中加入副干酪乳桿菌，可提高啤酒中以2-苯乙醇和異戊醇為主的高級醇與以乳酸乙酯為主的風(fēng)味物質(zhì)含量，這與副干酪乳桿菌產(chǎn)生的乳酸密切相關(guān)。此外，由于不經(jīng)過巴氏殺菌，副干酪乳桿菌作為益生菌的一種，其加入不僅增添了不同的風(fēng)味物質(zhì)，引入的益生特性還實現(xiàn)了一種新型啤酒的研發(fā)。

Khan等[53]嘗試?yán)冒l(fā)酵手段開發(fā)膨化糙米的抗氧化性。他們利用膨化糙米的糖化溶液進(jìn)行發(fā)酵并對比了單一釀酒酵母與加入乳酸菌共培養(yǎng)的發(fā)酵效果，發(fā)現(xiàn)與未發(fā)酵的溶液相比，經(jīng)過發(fā)酵的膨化糙米具有更高的抗氧化活性，而共培養(yǎng)發(fā)酵還能進(jìn)一步提高以阿魏酸、p-戊二酸、肉桂酸、山柰酚和槲皮素為主的抗氧化活性化合物含量，并且經(jīng)過模擬唾液及胃消化過程后仍然保持最高的可利用酚類物質(zhì)含量，表明乳酸菌與酵母參與的發(fā)酵過程能明確改善膨化糙米的益生特性。

Winters等[54]比較了單一酵母發(fā)酵面團(tuán)與加入乳酸菌共同發(fā)酵面團(tuán)在風(fēng)味物質(zhì)、面包屑結(jié)構(gòu)及感官評定上的差異。結(jié)果表明，相較于單一酵母發(fā)酵面團(tuán)，加入乳酸菌共同發(fā)酵的面包中苯甲醛、1-辛烯-3-醇、1-戊醇、1,2,3,4-四甲基苯和2-戊基呋喃等風(fēng)味物質(zhì)含量顯著性提高，同時面團(tuán)質(zhì)構(gòu)更加均勻松軟，總體香氣更加受人喜愛。

2.3 提高酒類發(fā)酵效率

在發(fā)酵過程中酵母生產(chǎn)乙醇是酒類釀造的重要過程，乳酸菌的存在可能因為乳酸的產(chǎn)生及營養(yǎng)競爭等原因被證實會影響酵母乙醇發(fā)酵的過程[55]，然而乳酸菌的加入可為傳統(tǒng)的發(fā)酵體系帶來更為豐富的風(fēng)味，同時縮短了發(fā)酵時間。蘋果酸乳酸發(fā)酵（malolactic fermentation，MLF）主要出現(xiàn)在葡萄酒的發(fā)酵過程中，是指在乳酸菌作用下將L-蘋果酸脫羧基形成L-乳酸的過程，這對葡萄酒的整體發(fā)酵過程起著十分重要的作用。經(jīng)過MLF后的葡萄酒中尖澀刺激的蘋果酸被代謝為相比之下更加柔和的乳酸，同時生成了更加多樣的揮發(fā)性代謝物，使釀造得到的葡萄酒入口更加順滑，并提升了風(fēng)味。

Russo等[56]通過釀酒酵母、非釀酒酵母與酒球菌、植物乳桿菌的葡萄酒發(fā)酵共培養(yǎng)實驗發(fā)現(xiàn)，在酵母乙醇發(fā)酵完成后的高乙醇濃度、低pH值惡劣環(huán)境中植物乳桿菌很難生存，而在乙醇發(fā)酵開始前期植物乳桿菌與酒球菌都較好地完成了MLF。通過不同發(fā)酵方案的組合發(fā)現(xiàn)加入乳酸菌后的葡萄酒含有更多的風(fēng)味物質(zhì)，包括芳樟醇、香茅醇、2,3-丁二醇、γ-丁內(nèi)酯和β-大馬烯酮等，表明乳酸菌的加入不僅可以刺激發(fā)酵體系中MLF的加速，同時還可以增加整體風(fēng)味的豐富度。除此之外，非釀酒酵母的加入還提高了其中甘露糖蛋白的含量[57]，其通過與中鏈脂肪酸結(jié)合吸附的作用減輕了中鏈脂肪酸對乳酸菌生長的抑制[35]，間接促進(jìn)乳酸菌生長。Lombardi等[58]的研究進(jìn)一步驗證了Russo等[56]的觀點，并且他們發(fā)現(xiàn)，創(chuàng)造低pH值生長環(huán)境以脅迫乳酸菌適應(yīng)發(fā)酵環(huán)境能顯著縮短MLF所需時間。同時經(jīng)過乳酸菌幫助MLF發(fā)酵后的葡萄酒在花果香氣、柔順程度與總體評價上得分都高于未添加乳酸菌的對照組。

以上研究均表明，乳酸菌的加入能幫助提升發(fā)酵食品的風(fēng)味多樣性、提供益生特性、改善食品的質(zhì)構(gòu)并提高發(fā)酵效率，可為改良現(xiàn)有食品的質(zhì)量或為今后創(chuàng)新食品的研發(fā)提供全新思路與方向。同時，在基于酵母-乳酸菌相互作用為傳統(tǒng)釀造食品帶來的創(chuàng)新中，除了釀酒酵母外，非釀酒酵母在酵母-乳酸菌相互作用體系中發(fā)揮的重要功能也逐漸被發(fā)現(xiàn)，其為改善發(fā)酵產(chǎn)品的整體質(zhì)量及產(chǎn)品風(fēng)味的創(chuàng)新提供更多可能。

3 結(jié) 語

越來越多的學(xué)者發(fā)現(xiàn)經(jīng)過酵母與乳酸菌共培養(yǎng)的發(fā)酵食品相較于單培養(yǎng)發(fā)酵食品，在風(fēng)味與益生功能上均可得到改良，這促使對酵母-乳酸菌相互作用機制相關(guān)研究的開展。本文綜述了酵母與乳酸菌在不同發(fā)酵體系中所表現(xiàn)出的多種相互作用行為，包括基于代謝變換與物質(zhì)交換的營養(yǎng)供給、對風(fēng)味物質(zhì)代謝過程的促進(jìn)、潛在的群體感應(yīng)與物理接觸相互作用等。

掌握酵母與乳酸菌之間的相互作用模式能夠更好地幫我們理解與控制發(fā)酵過程中的具體變化。然而針對相互作用的研究目前為止仍是一項挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)為難以捕捉物種間的代謝物質(zhì)交換過程與乳酸菌復(fù)雜的多樣性。乳酸菌種類繁多，并非所有乳酸菌對發(fā)酵都能提供有利幫助，事實上某些乳酸菌的豐度過高也很容易導(dǎo)致發(fā)酵失敗[59]，這就需要建立一套完整的評價體系以評估乳酸菌在發(fā)酵過程中的生存能力與對發(fā)酵質(zhì)量產(chǎn)生的潛在影響。此外，發(fā)酵產(chǎn)品復(fù)雜多樣，針對單一產(chǎn)品的研究結(jié)果無法適用于所有的酵母與乳酸菌，這就導(dǎo)致了對于酵母與乳酸菌之間的互作模式還未被系統(tǒng)化歸納。發(fā)酵過程中微生物對于外界分子的攝取是一個迅速的過程，如何全面地掌握物種間代謝物質(zhì)交換，包括物理接觸間的交換，仍然是難點所在。盡管通過組學(xué)聯(lián)合質(zhì)譜分析方法發(fā)現(xiàn)了共培養(yǎng)模型中酵母與乳酸菌間在基因表達(dá)與代謝物質(zhì)交換水平上的相互作用及其背后的機制，但仍然不夠全面。隨著酵母-乳酸菌群體感應(yīng)信號分子與生物膜形成與作用方式的不斷研究，相信還會有全新的作用模式被發(fā)現(xiàn)，并逐漸構(gòu)建出完整的酵母-乳酸菌相互作用模型，為揭示傳統(tǒng)發(fā)酵食品發(fā)酵過程中所發(fā)生的動態(tài)變化及發(fā)酵機理提供幫助，并為今后發(fā)酵食品的相關(guān)研究提供新的見解。