乳酸菌發酵對果蔬中主要活性物質及其生理功能的影響研究進展

賴 婷，劉漢偉，張名位，劉 磊*

（1.福建農林大學食品科學學院，福建福州350000；2.廣東省農業科學院蠶業與農產品加工研究所農業部功能食品重點實驗室廣東省農產品加工重點實驗室，廣東廣州510610；3.寧波出入境檢驗檢疫局技術中心，浙江寧波315012）

乳酸菌發酵對果蔬中主要活性物質及其生理功能的影響研究進展

賴 婷1，2，劉漢偉3，張名位2，劉 磊2*

（1.福建農林大學食品科學學院，福建福州350000；2.廣東省農業科學院蠶業與農產品加工研究所農業部功能食品重點實驗室廣東省農產品加工重點實驗室，廣東廣州510610；3.寧波出入境檢驗檢疫局技術中心，浙江寧波315012）

乳酸菌是一種人體益生菌，具有降低膽固醇、增強腸道功能、提高機體免疫力等生理功能，已被廣泛應用于果蔬發酵食品生產中。綜述了乳酸菌發酵對果蔬多糖、酚酸、黃酮、氨基酸及維生素等主要生物活性物質及其抗氧化、抗高血壓和調節新陳代謝等生理功能的影響，指出今后應重點關注果蔬在乳酸菌發酵過程中主要活性物質的含量、組成、存在形式等的變化規律，明確其影響生理功能的量效構效關系及作用機理，以推動具有保健功能的乳酸菌發酵果蔬食品快速發展。

乳酸菌；果蔬；多酚；維生素；多糖；γ-氨基丁酸

乳酸菌（lactic acid bacteria，LAB）是存在于人類和動物體內的天然腸道菌群，美國食品藥品管理局（Food and Drug Administration，FDA）和歐洲食品安全局（European Food Safety Authority，FFSA）已承認大多數乳酸菌的食用安全性[1]。乳酸菌發酵果蔬能夠延長果蔬的保質期，改善新鮮蔬菜的感官特性，并且產生多種功能性物質，豐富其營養價值。本文綜述了乳酸菌果蔬發酵的研究現狀，并歸納了在乳酸果蔬發酵過程中，活性成分的變化以及對生理功能的影響，旨在為果蔬乳酸發酵的研究提供借鑒和幫助。

1 乳酸菌的生物學特性及其生理功能

乳酸菌是發酵糖類且主要產物為乳酸的一類無芽孢、革蘭氏染色陽性細菌的總稱。乳酸菌菌體一般呈桿狀、分枝狀或球形，能發酵碳水化合物生成乳酸[2]。乳酸菌呈革蘭氏陽性，具有無孢子、觸酶陰性、耐酸及兼性厭氧等特性，其最佳pH值在4.0～4.5，嗜溫菌最佳溫度為30℃，嗜熱菌最佳溫度為42℃[3]。

乳酸菌是人和動物體腸道內最重要的益生菌群，其具有多種生理功能，包括：（1）乳酸菌生長能利用乳糖轉化成乳酸，防止乳糖不耐受癥[4]；（2）改善人體胃腸道功能，恢復人體腸道內菌群平衡[5]，形成抗菌生物屏障，維護人體健康；（3）抑制膽固醇吸收，降血脂、降血壓作用[6]；（4）免疫調節作用，增強人體免疫力和抵抗力[7]；（5）具有消除人體自由基，增強抗氧化性[8]，抗衰老作用；（6）促進蛋白質、單糖及鈣、鎂等營養物質的吸收，產生維生素等大量有益物質[9]。

2 乳酸菌發酵對果蔬中主要活性物質及其生理功能的影響

2.1 釋放果蔬中的酚類物質，提高生物利用率，增強抗氧化能力

酚類物質具有維持果蔬的色澤、抗菌、抗真菌的作用，以及在貢獻電子后其能產生穩定的中間體，能有效的在細胞和生理水平上防止氧化[10]，這與果蔬的生理功能有著密切聯系[11]。酚類物質在果蔬中主要以游離和結合兩種形式存在。SUN J等[12-13]對11種常見水果中酚類物質含量及抗氧化能力的研究，表明盡管水果中酚類物質以游離酚為主，但結合酚也平均占到總多酚含量的24%，而目前對乳酸菌發酵果蔬中酚類物質的研究主要集中于游離酚，并且能夠對酚類物質產生影響的乳酸菌主要包括植物乳桿菌、戊糖片球菌、明串珠菌等。

酚類物質是一種易被氧化的物質，隨著保藏時間的延長，果蔬中的酚類物質會逐漸下降。乳酸菌在發酵時，能產生某些酚酸酯酶（如阿魏酸酯酶[14]）水解一些結合酚，釋放果蔬中的游離酚，并且釋放大量的有機酸，防止酚類物質的降解，從而提高了抗氧化活性。KUSZNIEREWICZ B等[15]利用明串珠菌發酵卷心菜發酵兩周后，測定總酚含量比發酵前增加3倍，其2,2-聯氮基-雙-（3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸）-二氨鹽（2,2-azinobis（3-ehtylbenzothiazolin-6-sulfnic acid）diammonium salt，ABTS）和1,1-二苯基-2-三硝基苯肼（1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl radical 2,2-diph-enyl-1-（2,4,6-tri-nitrophenyl）hydrazyl，DPPH）值在發酵后增加3倍，分別為（1.74±0.15）TE μm ol/m L和（1.88±0.05）TE μmol/m L。DI CAGNO R等[16]利用戊糖片球菌SWE5和植物乳桿菌FP3混合發酵甜櫻桃果泥時，也發現發酵后其游離酚含量增加，其中主要是花色苷含量在發酵后增加了，相應的其抗氧化性也相應增加。其從化學水平上證明了乳酸菌發酵能增強果蔬的抗氧化能力，而PIANPUMEPONG P等[17]在證明了姜黃在植物乳桿菌發酵能使其鐵離子還原能力（ferric ion reducing antioxidant，FRAP）增加之后，還對其進行了小鼠實驗，證明了乳酸菌發酵能使小鼠血液中的自由基數量明顯減少。這從體內實驗證明了，乳酸菌發酵能提高果蔬中酚類物質的生物利用率，增強抗氧化能力。

某些乳酸菌（如植物乳桿菌[18]）在發酵過程中，也將產生一些酚酸脫羧酶，能使酚類物質之間實現相互轉化，從而改變其抗氧化活性。BISAKOWSKI B等[19]利用植物乳桿菌（Lactobacillus plantarum）S1對紅洋蔥進行發酵72 h后，槲皮素二糖苷從58.3%下降至18.3%，而槲皮單糖苷則從41.6%增加至59.7%，槲皮素單糖苷具有比槲皮素二糖苷更高的抗氧化活性。由此可見，因為乳酸菌發酵而導致果蔬酚類物質間的相互轉化，能明顯改變其抗氧化性。

2.2 合成多種維生素，調節新陳代謝

果蔬中富含維生素，如胡蘿卜富含維生素A，檸檬富含維生素C等，但維生素B和維生素K主要存在于禽蛋、畜產品肝臟、魚等食物中，果蔬中含量較低。而在早期的研究中就證明了乳酸菌發酵能合成多種維生素，包括維生素B、維生素K等[20-21]。目前研究已經證明，乳桿菌屬及乳酸鏈球菌屬對果蔬中維生素種類及含量影響較大[22]。

乳酸菌主要通過糖酵解和戊糖磷酸兩個途徑進行發酵產生大量乳酸，提供了一個酸性環境，以維持維生素不被氧化。DI CAGNO R等[23]對比了利用植物乳桿菌（L.plantarum）POM 1和POM 35在25℃發酵番茄汁17 h與直接將番茄汁放在4℃保藏后，番茄汁里的抗壞血酸和總抗氧化能力（以ABTS計），發現乳酸發酵能維持抗壞血酸在120～140 mg/L，而總抗氧化能力達（283±19）TE/L，而直接保藏的番茄汁中抗壞血酸含量則下降至60～90 mg/L。由此可見，乳酸發酵產生的酸性環境對抗壞血酸的保存有利，從而能維持番茄汁的抗氧化能力。

乳酸菌發酵不僅為維生素的保存提供一個有利的環境，而且乳酸菌自身也能產生一定量維生素，以增加果蔬中維生素的含量，提高其調節新陳代謝的能力。DEL VALLE M J等[22]利用植物乳桿菌對豆奶進行發酵，37℃下發酵12 h后發現豆奶中維生素B2的質量濃度從（309±9）ng/m L增加至（700±20）μg/m L。而MOLINA V等[24]利用乳酸菌對大豆進行發酵，將發酵的大豆制品喂食小鼠，實驗結果表明，這種大豆制品能夠使小鼠避免維生素B12缺乏所造成的所有病癥。同樣的，MORISHITA T等[25]也對豆奶進行乳酸發酵，發現乳酸菌能產生大量的維生素K2，從而豐富了豆奶中維生素的含量。

2.3 產生胞外多糖，增強抗腫瘤能力

乳酸菌發酵果蔬過程中，由于利用果蔬中的碳源而對其糖含量、種類及生理功能都會產生較大的影響。鄭欣等[26]利用不同乳酸菌對荔枝汁進行發酵，結果發現總糖含量下降了120 g/L，可見乳酸菌發酵對荔枝汁中糖含量影響較大。

已有報道指出，乳酸菌如德氏乳桿菌保加利亞種、干酪乳桿菌、乳酸乳球菌乳脂亞種等，在適合的培養條件下能產生大量的胞外多糖[27]。果蔬中的單糖以碳源的形式被乳酸菌利用后，產生胞外多糖。乳酸菌產生的胞外多糖由數百甚至數千個結構重復單元組成，成分主要有葡萄糖、D-半乳糖和L-鼠李糖等[28]，一般來說它們不再被乳酸菌所利用。而不同的乳酸菌對合成胞外多糖的最優碳源不同，如PETRONELLA J L等[29]對乳酸乳球菌研究發現，葡萄糖比果糖更適合作為此乳酸菌的碳源。其原因是，催化果糖-1,6-二磷酸轉化為果糖-6-磷酸的果糖二磷酸酶活性低，乳酸菌從果糖生物合成糖類核苷酸的必須階段收到限制。然而，這些由乳酸菌發酵產生的胞外多糖具有抗腫瘤的作用。RUAS-MADIEDO P等[30]研究表明，向荷肉瘤S180小鼠腹腔中注入乳酸乳桿菌乳油亞種KVS20產生的胞外多糖的凍干物后，產生了抗癌效果，由此證明了乳酸菌發酵產生的胞外多糖具有抗癌作用。乳酸菌發酵能夠產生一些糖苷酶和纖維素酶（如β-半乳糖苷酶、β-葡萄糖苷酶[31-32]）分解果蔬中結構較簡單的植物多糖生成葡萄糖，D-半乳糖等單糖，并利用這些單糖合成胞外多糖，從而將植物多糖轉化成胞外多糖，增強了果蔬的抗腫瘤能力。

2.4 產生γ-氨基丁酸，提高果蔬降血壓效果

許多研究者已經證明，γ-氨基丁酸是中樞神經系統中有效的抑制性神經遞質，具有降低血脂，預防高血壓的作用[33-35]，但果蔬中其含量幾乎為零[36]。乳酸菌發酵過程中能產生谷氨酸脫羧酶，催化L-谷氨酸生成γ-氨基丁酸[37]。PARK K B等[38]從韓國傳統泡菜中分離得到一株產γ-氨基丁酸的短乳桿菌在MRS培養基中30℃進行培養，24 h后γ-氨基丁酸產量為8 mmol/L左右。雖然果蔬中γ-氨基丁酸含量較低，但是許多果蔬中的L-谷氨酸含量較高（如刺梨中L-谷氨酸含量達3.04 g/kg[39]），經乳酸菌發酵能使得L-谷氨酸轉化成為具有降血壓能力的γ-氨基丁酸。DICAGNO R等[40]的研究證明，利用乳酸菌DSM 19463對葡萄汁進行發酵，證明葡萄汁中的γ-氨基丁酸由0增加至4.85 mmol/L。這些研究都表明，乳酸菌發酵能產生γ-氨基丁酸，但是目前對乳酸菌發酵果蔬后產生γ-氨基丁酸的抗高血壓效果的研究還相對較少，這方面還有待更深入的研究。

3 展望

開發乳酸菌發酵果蔬產品，已經成為了當前乳酸菌研究的熱點。隨著對乳酸菌發酵過程中功能性物質研究的不斷深入，將為新型乳酸菌發酵果蔬產品的開發提供指導。

近年來，果蔬中的酚類物質已成為研究熱點，然而關于乳酸發酵對果蔬中酚類物質的影響還需從以下方面深入研究。第一，當前乳酸菌發酵對果蔬酚類物質的影響研究僅停留在總酚及個別酚酸的報道，尚缺乏對不同存在形式酚類物質及其組成的全面研究。第二，目前研究酚類物質抗氧化性的方法是化學分析法，包括DPPH法，ABTS法，FRAP法，氧化自由基吸收能力（oxygen radical absorption capacity，ORAC）法等，但是這些方法并不能真實的反應生物體內的抗氧化過程。而細胞抗氧化（cellular antioxidant activity assay，CAA）法可以從細胞水平反應抗氧化物質的吸收、代謝及分布的變化情況，與化學分析法相比，生理相關性更強，然而目前將細胞抗氧化方法用于評價乳酸菌發酵果蔬抗氧化活性的研究較少。第三，不同形式及種類的酚類物質對乳酸菌的生長及調節作用還不明確，有待深入研究。

多糖是果蔬中的重要活性成分，具有調節免疫、抗腫瘤等生理功能。國內外已有大量研究報道了果蔬多糖的一級結構及高級結構特征和對乳酸菌發酵產生胞外多糖的生理功能，然而關于乳酸菌發酵果蔬過程中植物多糖和胞外多糖的結構及其作用機制研究還較少，有待深入研究。第一，研究乳酸菌發酵對果蔬中多糖結構的影響，表征發酵后多糖的一級和高級結構特征，結合體外免疫調節活性揭示其構效關系，并確定其主要免疫活性多糖的結構特征。第二，從動物整體、細胞和分子水平上系統評價并確證乳酸菌發酵后植物多糖的免疫調節活性和抗腫瘤活性，進而闡明多糖免疫調節信號通路的分子機制。

乳酸發酵果蔬對其維生素和氨基酸的含量、種類及功能活性影響也是值得不斷深入研究的，它們與果蔬的營養價值及生理功能密切相關。隨著對乳酸菌發酵過程中功能性物質研究的不斷深入，將為新型乳酸菌發酵果蔬產品的開發提供指導，生產開發出形式上，功能上更加多樣的乳酸菌發酵果蔬產品。

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Effect of lactic acid bacteria fermentation on active components and physiological function of fruit and vegetable

LAI Ting1,2,LIU Hanwei3,ZHANG Mingwei2,LIU Lei2*

(1.College of Food Science,Fujian Agriculture and Forestry University,Fuzhou 350000,China;2.Guangdong Key Laboratory of Agricultural Products Processing,Key Laboratory of Functional Foods,Ministry of Agriculture,Sericultural&Agri-Food Research Institute Guangdong Academy of Agricultural Sciences,Guangzhou 510610,China;3.Ningbo Entry-exit Inspection and Quarantine Bureau Technical Center of the People's Republic of China,Ningbo 315012,China)

Lactic acid bacteria(LAB)are probiotic bacteria.LAB can strengthen physiological function,including to lower cholesterol,enhance intestinal tract function,and improve the organism immunity.Now,LAB have been widely used in the fermentation of fruit and vegetable.The effects of lactic acid bacteria fermentation on the active composition of fruit and vegetable,including polysaccharide,phenolic acid,flavonoid,amino acid and vitamin were reviewed.The physiological functions of the active composition,including antioxidation,controlling high blood pressure,and regulating metabolism were discussed in the paper.In addition,some questions which should be concerned in the present study were pointed out.For example,it suggested strengthening the research of the active composition of fruit and vegetable in the LAB fermentation,and clarifying their chemical structure and mechanism of action,in order to help to rapidly develop the healthcare products of fruit and vegetable.

lactic acid bacteria;fruit and vegetable;polyphenol;vitamin;polysaccharide;γ-aminobutyric acid

S182

A

0254-5071（2015）03-0001-04

10.11882/j.issn.0254-5071.2015.03.001

2015-02-04

國家自然科學青年基金（31301459，31401662）；國家十二五科技支撐計劃項目（2012BAD33B10）；973計劃前期研究專項（2012CB722904）；廣州市民生科技重大專項（201300000077）

賴婷（1991-），女，碩士研究生，研究方向為功能食品。

*通訊作者：劉磊（1982-），男，助理研究員，博士，研究方向為功能食品。