植物基食品乳酸菌發(fā)酵技術(shù)研究進(jìn)展

關(guān)倩倩， 熊 濤， 謝明勇*

（1. 食品科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南昌大學(xué)，江西 南昌 330047；2. 南昌大學(xué) 食品學(xué)院，江西 南昌 330031）

近年來，心腦血管疾病、癌癥、糖尿病、肥胖等慢性疾病的發(fā)病率不斷升高?！?018 全球營養(yǎng)報(bào)告》[1]指出，有20%的死亡與飲食營養(yǎng)失衡有關(guān)，動(dòng)物源脂肪、蛋白質(zhì)攝入量過多而富含膳食纖維的植物源食物攝入量嚴(yán)重不足，已成為影響全球慢性疾病發(fā)病率和死亡率的首要危險(xiǎn)因素。 大量研究表明[2-3]，在日常飲食中增加全谷物、果蔬、堅(jiān)果和豆類等植物源食物的攝入，不僅可以平衡膳食，還可以大大降低2 型糖尿病、高血脂、脂肪肝、心腦血管疾病等慢性疾病的患病風(fēng)險(xiǎn)。 在全球消費(fèi)者健康與保健意識(shí)日益增強(qiáng)、人們對(duì)健康食品需求不斷增加的大背景下，植物基食品逐漸發(fā)展成為全球食品行業(yè)的新興領(lǐng)域，市場(chǎng)增長空間廣闊。 然而，由于技術(shù)壁壘較低，使得市面上現(xiàn)有的植物基食品同質(zhì)化程度高且產(chǎn)品品質(zhì)參差不齊。 因此，如何提升產(chǎn)品品質(zhì)、實(shí)現(xiàn)品類的多元化是當(dāng)前植物基食品行業(yè)發(fā)展面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

乳酸菌發(fā)酵作為一種先進(jìn)的食品生產(chǎn)技術(shù)，在乳品中的應(yīng)用已有上百年歷史，乳酸菌發(fā)酵乳在全球已形成一個(gè)龐大市場(chǎng)，發(fā)酵乳制品可通過調(diào)節(jié)腸道健康預(yù)防慢性疾病也逐漸成為全球共識(shí)。 近年來，隨著植物基食品在全球蓬勃發(fā)展，乳酸菌發(fā)酵技術(shù)在植物基食品中的應(yīng)用受到關(guān)注，將該技術(shù)應(yīng)用于植物基食品行業(yè)，可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品風(fēng)味口感和健康功效的多元化，在新型植物基食品開發(fā)方面優(yōu)勢(shì)明顯，可為植物基食品行業(yè)帶來新的變革。 作者對(duì)近年來國內(nèi)外市場(chǎng)上出現(xiàn)的植物基乳酸菌發(fā)酵食品的類型、相關(guān)基礎(chǔ)理論研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述，探討了植物基乳酸菌發(fā)酵食品生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)突破及其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展， 最后展望了植物基乳酸菌發(fā)酵食品產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展趨勢(shì)， 以期為我國植物基乳酸菌發(fā)酵食品相關(guān)領(lǐng)域研究及新型植物基發(fā)酵食品開發(fā)提供參考。

1 植物基乳酸菌發(fā)酵食品類型及產(chǎn)品特征

根據(jù)目前市場(chǎng)及文獻(xiàn)報(bào)道，按照原料的不同將植物基乳酸菌發(fā)酵食品分為以下幾類：

1.1 乳酸菌發(fā)酵果蔬食品

乳酸菌發(fā)酵果蔬食品是以新鮮果蔬為原料，經(jīng)過預(yù)處理、打漿、均質(zhì)、殺菌等工藝，接種乳酸菌發(fā)酵而成的一類功能性發(fā)酵果蔬產(chǎn)品。 乳酸菌發(fā)酵技術(shù)不僅能夠改善果蔬風(fēng)味[4-6]、增亮果蔬色澤[7]，還可增強(qiáng)果蔬產(chǎn)品營養(yǎng)價(jià)值[8]和益生功能[9-16]，延長果蔬的保質(zhì)期[17]。 國外對(duì)乳酸菌發(fā)酵果蔬食品的研究與開發(fā)起步較早，產(chǎn)品主要以發(fā)酵果蔬汁為主。 早在2001 年， 日本大制藥公司就開發(fā)出一款含大蒜、甘薯、南瓜、西紅柿等8種蔬菜的乳酸菌發(fā)酵蔬菜汁飲料產(chǎn)品，其獨(dú)特的風(fēng)味獲得了消費(fèi)者的青睞[18]。近年來國外市場(chǎng)上不斷有新的復(fù)合發(fā)酵果蔬汁產(chǎn)品推出。 相對(duì)而言，國內(nèi)的乳酸菌發(fā)酵果蔬產(chǎn)業(yè)發(fā)展較晚。 隨著作者所在團(tuán)隊(duì)直投式益生菌發(fā)酵果蔬關(guān)鍵技術(shù)的突破[19-20]，國內(nèi)市場(chǎng)上近年也推出了乳酸菌發(fā)酵果蔬飲料、果蔬原漿、果蔬粉、果蔬果凍、果蔬冰淇淋、 果蔬糕等多種新型乳酸菌發(fā)酵果蔬產(chǎn)品，大大豐富了乳酸菌發(fā)酵果蔬食品的種類（見表1）。

1.2 乳酸菌發(fā)酵植物蛋白食品

乳酸菌發(fā)酵植物蛋白食品主要是基于黃豆、核桃、杏仁、巴旦木、椰漿等富含植物蛋白類營養(yǎng)的植物基原料，經(jīng)過預(yù)處理、浸泡、磨漿、過濾、均質(zhì)、殺菌等工藝，接種乳酸菌發(fā)酵而成的一類功能性發(fā)酵植物蛋白產(chǎn)品。 植物蛋白具有脂肪低、熱量低和無膽固醇等特點(diǎn)，且不含乳糖，是乳糖不耐癥患者的良好選擇[21]。 乳酸菌發(fā)酵可去除某些植物蛋白原料本身不愉悅的風(fēng)味，大大提升產(chǎn)品的風(fēng)味與營養(yǎng)價(jià)值[22-24]。 常用于發(fā)酵的植物蛋白原料還有豌豆、霹靂果、腰果、花生等。 目前市場(chǎng)上乳酸菌發(fā)酵植物蛋白產(chǎn)品主要有植物酸奶和發(fā)酵植物蛋白飲料等（見表1）。

表1 國內(nèi)外市場(chǎng)上部分植物基乳酸菌發(fā)酵食品Table 1 Some commercial LAB-fermented plant-based products in domestic and foreign markets

1.3 乳酸菌發(fā)酵谷物食品

乳酸菌發(fā)酵谷物食品是以谷物為主要原料，采用酶法和發(fā)酵相結(jié)合的技術(shù)，利用酶將谷物中的淀粉轉(zhuǎn)化為乳酸菌可利用的低聚糖，再添加適當(dāng)?shù)牡次镔|(zhì)，經(jīng)乳酸菌發(fā)酵而成的一種功能性發(fā)酵谷物產(chǎn)品。 谷物原料經(jīng)乳酸菌發(fā)酵后不僅風(fēng)味、口感更加豐富[25-28]，且產(chǎn)生了活性多肽、黃酮、多酚等多種功能活性物質(zhì)，具有更好的營養(yǎng)健康功效[29-31]。 此外，相對(duì)于普通谷物食品，乳酸菌發(fā)酵谷物產(chǎn)品的抗氧化能力[32-33]、抑菌性能[34-35]以及降膽固醇[36]等益生功效都得到提升。

1.4 植物基乳酸菌發(fā)酵藥食同源食品

植物基乳酸菌發(fā)酵藥食同源食品是將植物基藥食同源食品中的有效成分進(jìn)行萃取提純，然后接種乳酸菌發(fā)酵而成的一類功能性發(fā)酵產(chǎn)品。 乳酸菌發(fā)酵在增加藥食同源植物活性成分[37-40]及提升其功效[41-44]方面均有明顯優(yōu)勢(shì)。 同時(shí)，乳酸菌發(fā)酵還可以改善藥食同源植物的風(fēng)味[45]，使良藥變得不再“苦口”。 因此，乳酸菌發(fā)酵為藥食同源植物的開發(fā)利用開辟了新的領(lǐng)域。

1.5 乳酸菌發(fā)酵茶飲料

乳酸菌發(fā)酵茶飲料是指以茶葉為基質(zhì)，添加或者不添加其他食品原輔料和（或）營養(yǎng)物質(zhì)，通過乳酸菌發(fā)酵而成的具有獨(dú)特風(fēng)味的茶飲料。 乳酸菌發(fā)酵不僅能夠改善茶飲料的風(fēng)味[46-47]，還可增加其黃酮、總多酚等活性成分的含量，顯著提升茶飲料的抗氧化能力[47-48]。

2 植物基乳酸菌發(fā)酵食品的應(yīng)用基礎(chǔ)研究

2.1 植物基發(fā)酵食品中乳酸菌的多樣性及其演替規(guī)律

在發(fā)酵食品成熟過程中，微生物的群落結(jié)構(gòu)會(huì)隨著底物的消耗以及代謝產(chǎn)物的積累呈現(xiàn)規(guī)律性動(dòng)態(tài)變化，而這一動(dòng)態(tài)變化規(guī)律直接決定了產(chǎn)品的穩(wěn)定性[49-50]。 因此，明確傳統(tǒng)發(fā)酵食品成熟過程中微生物的演替規(guī)律對(duì)于發(fā)酵食品品質(zhì)的控制十分重要。 近年來，隨著高通量測(cè)序技術(shù)及多組學(xué)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，關(guān)于傳統(tǒng)植物基發(fā)酵食品中乳酸菌多樣性及其演替規(guī)律的報(bào)道越來越多。 作者所在團(tuán)隊(duì)分別對(duì)我國四川泡菜[51-52]、西北漿水[53]、南方酸筍[54-55]、腌菜[56]、東北辣白菜及東北酸菜[57]等傳統(tǒng)發(fā)酵蔬菜中的微生物多樣性進(jìn)行了系統(tǒng)分析，發(fā)現(xiàn)明串珠菌屬、乳球菌屬、魏斯氏菌屬、片球菌屬及乳桿菌屬是我國傳統(tǒng)發(fā)酵蔬菜中的優(yōu)勢(shì)微生物，盡管不同種類發(fā)酵蔬菜在自然發(fā)酵過程中微生物演替規(guī)律不完全一致， 但普遍呈現(xiàn)出從不耐酸的明串珠菌屬、片球菌屬、乳球菌屬、魏斯氏菌屬逐漸過渡到耐酸的乳桿菌屬的過程。 郭昊翔對(duì)我國傳統(tǒng)酸粥在自然發(fā)酵過程中的細(xì)菌多樣性進(jìn)行了系統(tǒng)研究，發(fā)現(xiàn)片球菌屬和乳桿菌屬在發(fā)酵初期均具有較高的相對(duì)豐度，隨著發(fā)酵進(jìn)行，片球菌屬相對(duì)豐度下降，而乳桿菌屬相對(duì)豐度上升[58]。 毛晉春對(duì)不同發(fā)酵時(shí)期的酸面團(tuán)樣品進(jìn)行高通量測(cè)序分析， 發(fā)現(xiàn)乳球菌屬、明串珠菌屬、魏斯氏菌屬及腸球菌屬是傳統(tǒng)發(fā)酵酸面團(tuán)中的優(yōu)勢(shì)乳酸菌，主要參與酸面團(tuán)的中后期發(fā)酵[59]。

2.2 植物基發(fā)酵食品中的多菌種協(xié)同發(fā)酵

在傳統(tǒng)發(fā)酵食品體系中，微生物通過相互作用共同推動(dòng)發(fā)酵進(jìn)程，從而形成發(fā)酵食品獨(dú)特的風(fēng)味和品質(zhì)[60]。 作者所在團(tuán)隊(duì)對(duì)我國傳統(tǒng)果蔬自然發(fā)酵過程中存在的多菌種協(xié)同發(fā)酵現(xiàn)象進(jìn)行了研究[51，61]，發(fā)現(xiàn)在發(fā)酵早期，以明串珠菌屬為主的異型乳酸發(fā)酵菌啟動(dòng)發(fā)酵， 通過HMP 途徑代謝環(huán)境中的蔗糖產(chǎn)生乳酸、乙酸、乙醇和CO2，CO2為參與前中期發(fā)酵的乳球菌屬、片球菌屬、魏斯氏菌屬及參與中后期發(fā)酵的乳桿菌屬等其他乳酸菌提供了有利的厭氧環(huán)境。 以植物乳桿菌、戊糖乳桿菌等為主的乳桿菌屬主導(dǎo)并完成中后期發(fā)酵， 通過EMP 途徑代謝環(huán)境中的葡萄糖、果糖等底物，產(chǎn)生大量乳酸及風(fēng)味物質(zhì)。 通過對(duì)傳統(tǒng)蔬菜發(fā)酵過程中篩選出的2 株優(yōu)勢(shì)菌株——腸膜明串珠菌和植物乳桿菌進(jìn)行共培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)兩者存在明顯的競爭關(guān)系，這種競爭的相互作用關(guān)系導(dǎo)致兩者混合培養(yǎng)時(shí)乳酸、乙酸的生成量與單獨(dú)培養(yǎng)相比差異顯著[62]。 Singracha等通過接種耐鹽乳酸菌與耐鹽酵母菌用于醬油的減鹽發(fā)酵，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩者在醬油風(fēng)味形成中存在明顯的協(xié)同作用。 在鹽水發(fā)酵開始階段，發(fā)酵體系pH在6.0~7.0，有利于耐鹽乳酸菌的生長，此時(shí)耐鹽乳酸菌產(chǎn)生大量乳酸迅速使醬醪酸化，當(dāng)pH 降至5.0以下時(shí)，耐鹽乳酸菌的生長受到抑制，而耐鹽酵母菌開始大量繁殖，產(chǎn)生醇類、呋喃酮等風(fēng)味物質(zhì)，賦予醬油獨(dú)特的焦糖味[63]。

2.3 植物基發(fā)酵食品中微生物和產(chǎn)品風(fēng)味的相關(guān)性

傳統(tǒng)發(fā)酵食品中復(fù)雜的微生物菌群通過產(chǎn)生風(fēng)味物質(zhì)或者風(fēng)味前體物質(zhì)， 賦予產(chǎn)品獨(dú)特的風(fēng)味，其代謝機(jī)理復(fù)雜，形成的風(fēng)味迥異[64-65]。 揭示微生物菌群和風(fēng)味之間的相關(guān)性，深入挖掘發(fā)酵過程中對(duì)產(chǎn)品風(fēng)味形成具有重要貢獻(xiàn)的功能微生物，可為傳統(tǒng)發(fā)酵食品的現(xiàn)代化轉(zhuǎn)型升級(jí)奠定重要的理論基礎(chǔ)。 近年來，越來越多的國內(nèi)外學(xué)者采用以宏基因組學(xué)、宏轉(zhuǎn)錄組學(xué)和代謝組學(xué)為代表的食品組學(xué)技術(shù)，結(jié)合多元統(tǒng)計(jì)學(xué)分析方法，對(duì)傳統(tǒng)發(fā)酵食品體系中復(fù)雜的微生物菌群結(jié)構(gòu)與風(fēng)味物質(zhì)之間的相關(guān)性進(jìn)行分析，由此將傳統(tǒng)發(fā)酵食品中的微生物菌群與風(fēng)味真正關(guān)聯(lián)起來。 在以乳酸菌發(fā)酵為主導(dǎo)的植物基發(fā)酵食品體系中，作者所在團(tuán)隊(duì)采用雙向正交偏最小二乘法（the two-way orthogonal partial least squares，O2PLS）結(jié)合宏轉(zhuǎn)錄組學(xué)，對(duì)我國傳統(tǒng)四川泡菜發(fā)酵過程中微生物組和有機(jī)酸、 氨基酸、揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)等進(jìn)行了關(guān)聯(lián)分析[52，66]（見圖1），從微觀與宏觀兩個(gè)層面探討了功能微生物的基因表達(dá)和關(guān)鍵酶對(duì)四川泡菜風(fēng)味物質(zhì)代謝通路的調(diào)控作用，重新構(gòu)建四川泡菜發(fā)酵代謝網(wǎng)絡(luò)，預(yù)測(cè)了包括乳桿菌目、腸桿菌目和假單胞菌目在內(nèi)的菌群為四川泡菜特征風(fēng)味物質(zhì)生成的關(guān)鍵功能微生物。Yan 等采用多元統(tǒng)計(jì)學(xué)分析構(gòu)建了我國傳統(tǒng)酸面團(tuán)中核心菌種與香氣物質(zhì)間的相互關(guān)系，發(fā)現(xiàn)舊金山乳桿菌和發(fā)酵乳桿菌與老面饅頭中乙酸、 戊醛、己醛等十幾種風(fēng)味物質(zhì)呈現(xiàn)較高的正相關(guān)；而核心乳酸菌種食竇魏斯氏菌則與特征揮發(fā)性香氣物質(zhì)相關(guān)性不顯著[67]。 上述研究極大地拓展了對(duì)于傳統(tǒng)發(fā)酵食品中微生物菌群與產(chǎn)品風(fēng)味形成之間關(guān)聯(lián)性的認(rèn)識(shí)。 然而，這種關(guān)聯(lián)最終還需要通過微生物純培養(yǎng)、組合培養(yǎng)以及原位培養(yǎng)等實(shí)驗(yàn)手段加以驗(yàn)證。

圖1 泡菜發(fā)酵過程中微生物與風(fēng)味的關(guān)系網(wǎng)絡(luò)及代謝調(diào)控Fig. 1 Correlation network as well as the meta-pathways between microbiota and flavours of Paocai fermentation ecosystem

3 植物基食品乳酸菌發(fā)酵關(guān)鍵技術(shù)突破

3.1 植物基發(fā)酵專用優(yōu)良乳酸菌菌種的選育

植物基傳統(tǒng)發(fā)酵食品中蘊(yùn)藏著豐富的微生物資源，挖掘并開發(fā)利用其中的乳酸菌資源，可為植物基傳統(tǒng)發(fā)酵食品的工業(yè)化和現(xiàn)代化生產(chǎn)提供科學(xué)保障。 早在20 世紀(jì)80 年代，美國學(xué)者為了更好地指導(dǎo)以圓白菜為原料的酸菜規(guī)?；a(chǎn)，對(duì)酸菜發(fā)酵過程中的微生物菌系動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行研究并據(jù)此篩選出了可用于酸菜工業(yè)化生產(chǎn)的優(yōu)良發(fā)酵菌種——腸膜明串珠菌。 近年來，從植物基傳統(tǒng)發(fā)酵食品中篩選優(yōu)良發(fā)酵菌株然后用于植物基純種發(fā)酵的報(bào)道越來越多。 Bocchi 等選育了具有優(yōu)良燕麥發(fā)酵性能的乳桿菌和雙歧桿菌各一株，并將其用于燕麥的發(fā)酵， 發(fā)現(xiàn)發(fā)酵后的燕麥飲料中特定氨基酸、維生素和多酚（類黃酮和酚酸）等含量明顯增加，而燕麥中富含的低聚糖含量及結(jié)構(gòu)并未發(fā)生改變[30]。 江南大學(xué)陳衛(wèi)團(tuán)隊(duì)篩選出腸膜明串珠菌SCCDZN2、 植物乳桿菌VuNNMMY10-L1 和耐乙醇片球菌VCQWZ3-L7 等一批具有優(yōu)良泡菜發(fā)酵性能的乳酸菌株，將菌株復(fù)配用于泡菜發(fā)酵，可賦予泡菜良好的風(fēng)味[68]。 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)張和平團(tuán)隊(duì)選育了兩株具有優(yōu)良豆乳發(fā)酵性能的乳酸菌株嗜熱鏈球菌S10 和植物乳桿菌P-8， 將兩株菌進(jìn)行復(fù)合用于豆乳的發(fā)酵，可大大改善豆乳的風(fēng)味和口感[69]。丹麥科漢森公司開發(fā)了專門用于大豆、燕麥和椰子等發(fā)酵的植物基發(fā)酵劑Nu-Trish LGG，包含雙歧桿菌BB-12 和鼠李糖乳桿菌LGG[70]。杜邦丹尼斯克公司開發(fā)了可用于大豆、椰子、堅(jiān)果、燕麥、玉米、大米、水果和蔬菜等多種植物基原料發(fā)酵的植物基發(fā)酵劑——Danisco?VEGE cultures 發(fā)酵劑， 包含嗜酸乳桿菌NCFM 和乳雙歧桿菌HN019。國內(nèi)和合生物科技有限公司篩選了豆酸乳發(fā)酵專用復(fù)合乳酸菌組合——保加利亞乳桿菌HH-LB57、嗜熱鏈球菌HH-ST08 和植物乳桿菌HH-LP56， 在此基礎(chǔ)上開發(fā)出植物基發(fā)酵豆酸乳干、豆酸乳片、豆酸乳粉等產(chǎn)品。 作者所在團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了一套植物基發(fā)酵專用益生菌菌種高通量篩選體系（見圖2），迄今已從傳統(tǒng)發(fā)酵豆制品、 發(fā)酵果蔬制品等2 000 多份樣品中篩選出含植物乳桿菌NCU116[71-79]、植物乳桿菌NCU622[4]、鼠李糖乳桿菌NCU2217[80-81]和嗜酸乳桿菌NCU426[82]在內(nèi)的7 000 多株植物基發(fā)酵專用菌種，構(gòu)建了我國具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的植物基發(fā)酵專用益生菌庫，其中，已挖掘出發(fā)酵性能優(yōu)良并具有胃酸和膽鹽耐受性強(qiáng)、腸道黏附性好、可調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)平衡、緩解便秘、調(diào)節(jié)免疫等功能特性的植物基發(fā)酵專用益生菌386 株[19]。

圖2 植物基發(fā)酵專用益生菌菌種高通量篩選體系Fig. 2 High-throughput screening system for probiotic strains specialized for plant-based fermentation

3.2 高活性植物基發(fā)酵專用乳酸菌菌劑的制備

3.2.1植物基發(fā)酵乳酸菌菌種的高密度培養(yǎng) 高密度培養(yǎng)是實(shí)現(xiàn)高活性直投式發(fā)酵劑規(guī)模化生產(chǎn)的重要基礎(chǔ)。 目前國內(nèi)主要采取優(yōu)化培養(yǎng)基配方結(jié)合分批補(bǔ)料流加培養(yǎng)等方式來達(dá)到乳酸菌高密度培養(yǎng)的目的，由此得到的乳酸菌菌體濃度一般在1×109～1×1010CFU/mL。 Wang 等通過簡化培養(yǎng)基配方，控制最佳發(fā)酵條件（發(fā)酵pH、中和劑、曝氣速率和攪拌轉(zhuǎn)速）等方式，將鼠李糖乳桿菌LS-8 的高密度培養(yǎng)濃度提升到了4.5×109CFU/mL， 比在MRS 培養(yǎng)基中提升了9 倍[83]。 孫媛媛等通過優(yōu)化培養(yǎng)基配方、恒定pH 分批培養(yǎng)和恒定pH 自動(dòng)反饋補(bǔ)糖培養(yǎng)等方式， 使發(fā)酵乳桿菌CCFM422 在恒定pH 6.0 條件下分批培養(yǎng)時(shí)活菌濃度提高到了1.3×1010CFU/mL[84]。楊瑞冬以工業(yè)化生產(chǎn)為出發(fā)點(diǎn)，通過優(yōu)化培養(yǎng)基配方對(duì)布氏乳桿菌IMAU80233 高密度培養(yǎng)工藝進(jìn)行優(yōu)化， 使發(fā)酵罐中發(fā)酵液活菌濃度達(dá)到3.81×109CFU/mL[85]。作者所在團(tuán)隊(duì)將指數(shù)流加、模糊邏輯控制、智能反饋控制及提升式菌體懸浮培養(yǎng)等技術(shù)集成創(chuàng)新，用于植物基發(fā)酵乳酸菌菌種的規(guī)?；呙芏扰囵B(yǎng)， 將工廠發(fā)酵液中活菌濃度提升到1.9×1010CFU/mL[20]。

3.2.2植物基發(fā)酵乳酸菌菌劑的制備 真空冷凍干燥技術(shù)是目前國際上通用的乳酸菌菌劑制備方法，可使菌體在長期保存過程中維持較高的活性和穩(wěn)定性。 然而，在凍干過程中，菌株形態(tài)、細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)與成分等乳酸菌的內(nèi)在特性，以及高密度培養(yǎng)條件和凍干保護(hù)劑配方等因素均會(huì)影響菌體的凍干存活率進(jìn)而影響其活性[86]。 提高凍干過程中菌體活性的方法主要有兩種：1）調(diào)整菌株的內(nèi)在生理狀態(tài)，如通過優(yōu)化培養(yǎng)基配方促進(jìn)菌體生物膜的形成[87]或改變菌體細(xì)胞膜不飽和脂肪酸比例[88]，以及通過冷脅迫、熱脅迫、酸脅迫或多種脅迫交互使用等預(yù)處理方法增強(qiáng)乳桿菌抗凍能力[89-92]等；2）通過尋找最佳的凍干保護(hù)劑配方、優(yōu)化預(yù)冷凍條件及凍干工藝參數(shù)等方式降低冷凍干燥對(duì)乳酸菌的損傷[93-95]。目前制備的菌劑產(chǎn)品中活菌數(shù)普遍在1×109～1×1011CFU/g[96-98]。 作者所在團(tuán)隊(duì)發(fā)明了兩步干燥法生產(chǎn)高活性乳酸菌菌劑的規(guī)?；苽浼夹g(shù)，在真空冷凍干燥之前增加真空干燥的步驟，獲得的凍干菌劑中乳酸菌活菌數(shù)高達(dá)2.6×1012CFU/g[20]。

4 植物基乳酸菌發(fā)酵食品的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)展

4.1 植物基乳酸菌發(fā)酵食品產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

植物基乳酸菌發(fā)酵食品不僅有效保留了植物原料本身豐富的維生素、礦物質(zhì)、膳食纖維和植物化合物，經(jīng)乳酸菌發(fā)酵后營養(yǎng)還得到全面提升。 后疫情時(shí)代，公眾衛(wèi)生健康意識(shí)的提高推動(dòng)了包括益生菌發(fā)酵行業(yè)在內(nèi)的大健康產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展和相關(guān)消費(fèi)升級(jí)，植物基乳酸菌發(fā)酵食品這一細(xì)分領(lǐng)域更是進(jìn)入了高速發(fā)展階段。 以植物基酸奶為例，根據(jù)美國植物基協(xié)會(huì) （Plant Based Foods Association，PBFA）和食品研究所（Good Food Institute，GFI）聯(lián)合SPINS 發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示：2020 年， 植物基酸奶在美國零售市場(chǎng)已達(dá)到3.43 億美元， 銷售增長率為20.2%，幾乎是傳統(tǒng)零售酸奶增長的7 倍。 而相對(duì)于龐大的植物基食品市場(chǎng)，植物基酸奶只是“冰山一角”。 隨著人們健康意識(shí)的不斷提升，以大豆、燕麥、椰子、杏仁等為原料制成的植物基乳酸菌發(fā)酵食品也表現(xiàn)出強(qiáng)勁的增長態(tài)勢(shì)。 目前，國內(nèi)外許多大型企業(yè)， 如國外的朝日集團(tuán)、 達(dá)能、Chobani、Ripple Foods 等以及國內(nèi)的農(nóng)夫山泉股份有限公司、 北京三元食品股份有限公司、內(nèi)蒙古伊利實(shí)業(yè)集團(tuán)股份有限公司等都對(duì)植物基乳酸菌發(fā)酵食品進(jìn)行了規(guī)劃以及產(chǎn)品開發(fā)。

作者所在團(tuán)隊(duì)從事植物基益生菌發(fā)酵關(guān)鍵技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用研究20 余年， 在該領(lǐng)域取得了一系列突破性進(jìn)展，尤其在果蔬益生菌發(fā)酵關(guān)鍵技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用領(lǐng)域，先后突破果蔬發(fā)酵益生菌菌種高通量篩選和高活性工程菌菌劑規(guī)?；苽涞燃夹g(shù)瓶頸，率先掌握適合工業(yè)化生產(chǎn)的果蔬發(fā)酵菌種及其菌劑制備等核心技術(shù)，發(fā)明了直投式益生菌發(fā)酵果蔬生產(chǎn)新工藝，創(chuàng)制了發(fā)酵果蔬原漿、發(fā)酵果蔬飲料等9種益生菌發(fā)酵果蔬生產(chǎn)技術(shù)，生產(chǎn)出美味、營養(yǎng)、安全、方便的13 類益生菌發(fā)酵果蔬全新系列產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了直投式益生菌發(fā)酵果蔬關(guān)鍵技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化突破，相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品在國內(nèi)100 多家企業(yè)得到應(yīng)用[19]。

4.2 植物基乳酸菌發(fā)酵食品產(chǎn)業(yè)面臨的技術(shù)難題

作者所在團(tuán)隊(duì)前期在果蔬乳酸菌發(fā)酵關(guān)鍵技術(shù)與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用方面取得了階段性成果，隨著產(chǎn)業(yè)化不斷推進(jìn)，發(fā)現(xiàn)尚存在以下難點(diǎn)亟須解決：

1）大罐發(fā)酵過程中產(chǎn)品的穩(wěn)定性問題 一方面，植物基原料基質(zhì)不同于乳制品，其種類多樣、底物成分非常復(fù)雜；另一方面，大規(guī)模發(fā)酵過程中發(fā)酵罐上下的料液稠度、罐壓、pH 等參數(shù)的差異都會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品品質(zhì)穩(wěn)定性難以控制。 要解決這一問題，除了要保證植物基原料的穩(wěn)定性之外，還需要從前期菌種篩選和后期放大生產(chǎn)的工藝控制兩方面著手，來確保大罐發(fā)酵過程中產(chǎn)品的穩(wěn)定性；

2）后酸化問題 后酸化是酸奶大規(guī)模生產(chǎn)中面臨的一大難題，而植物基原料規(guī)?；l(fā)酵中也同樣存在這一問題。 對(duì)于活菌型產(chǎn)品，產(chǎn)品在運(yùn)輸、銷售過程中乳酸菌仍在緩慢生長繁殖， 繼續(xù)發(fā)酵產(chǎn)酸。 后酸化現(xiàn)象會(huì)影響產(chǎn)品的口感和風(fēng)味，使產(chǎn)品感官質(zhì)量下降，甚至嚴(yán)重影響產(chǎn)品的品質(zhì)并縮短保質(zhì)期。 篩選對(duì)酸敏感的弱后酸化菌種是從根本上解決這一難題的關(guān)鍵所在。

5 植物基乳酸菌發(fā)酵食品產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展趨勢(shì)

目前，植物基乳酸菌發(fā)酵食品研究尚處于起步階段，但其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)契合了消費(fèi)者的需求，順應(yīng)了大健康產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，市場(chǎng)前景十分廣闊。 然而，植物基乳酸菌發(fā)酵食品仍存在品種單一、風(fēng)味和貨架期不穩(wěn)定等問題。 此外，在植物基發(fā)酵專用復(fù)合菌劑開發(fā)、營養(yǎng)和安全性評(píng)價(jià)以及發(fā)酵產(chǎn)品風(fēng)味和口感調(diào)控等方面仍有較大的質(zhì)量提升空間。 鑒于此，未來可從以下方面開展研究，以加快推進(jìn)植物基乳酸菌發(fā)酵食品的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程：1）在基礎(chǔ)理論方面，揭示不同植物基乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)品中功能組分和風(fēng)味物質(zhì)的形成機(jī)制，為產(chǎn)品的健康效應(yīng)、風(fēng)味改善及主體風(fēng)味的協(xié)同增強(qiáng)研究提供理論依據(jù)；2）在關(guān)鍵技術(shù)方面，突破植物基乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)品風(fēng)味及質(zhì)構(gòu)優(yōu)化、 貨架期產(chǎn)品穩(wěn)定性等系列技術(shù)瓶頸，尋找更多適合發(fā)酵的植物基原料，同時(shí)針對(duì)不同的植物基原料，篩選合適的發(fā)酵菌種，并開發(fā)出性能穩(wěn)定、活性高、后酸化可控的專用直投式發(fā)酵益生菌菌劑，優(yōu)化發(fā)酵工藝等；3）在新產(chǎn)品開發(fā)方面，開發(fā)具有調(diào)節(jié)血脂（血壓、血糖）、抗衰老、抗氧化等功效的新型功能性植物基乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)品，針對(duì)不同消費(fèi)群體，開發(fā)具有特殊風(fēng)味和營養(yǎng)健康功效的植物基乳酸菌發(fā)酵新產(chǎn)品等；4）在其他方面，制定植物基乳酸菌發(fā)酵食品的行業(yè)、 國家或國際標(biāo)準(zhǔn)，完善乳酸菌及其發(fā)酵植物基產(chǎn)品的安全性和功能性評(píng)價(jià)科學(xué)體系等。