乳酸菌发酵对果蔬中主要活性物质及其生理功能的影响研究进展

赖 婷，刘汉伟，张名位，刘 磊*

（1.福建农林大学食品科学学院，福建福州350000；2.广东省农业科学院蚕业与农产品加工研究所农业部功能食品重点实验室广东省农产品加工重点实验室，广东广州510610；3.宁波出入境检验检疫局技术中心，浙江宁波315012）

乳酸菌发酵对果蔬中主要活性物质及其生理功能的影响研究进展

赖 婷1，2，刘汉伟3，张名位2，刘 磊2*

（1.福建农林大学食品科学学院，福建福州350000；2.广东省农业科学院蚕业与农产品加工研究所农业部功能食品重点实验室广东省农产品加工重点实验室，广东广州510610；3.宁波出入境检验检疫局技术中心，浙江宁波315012）

乳酸菌是一种人体益生菌，具有降低胆固醇、增强肠道功能、提高机体免疫力等生理功能，已被广泛应用于果蔬发酵食品生产中。综述了乳酸菌发酵对果蔬多糖、酚酸、黄酮、氨基酸及维生素等主要生物活性物质及其抗氧化、抗高血压和调节新陈代谢等生理功能的影响，指出今后应重点关注果蔬在乳酸菌发酵过程中主要活性物质的含量、组成、存在形式等的变化规律，明确其影响生理功能的量效构效关系及作用机理，以推动具有保健功能的乳酸菌发酵果蔬食品快速发展。

乳酸菌；果蔬；多酚；维生素；多糖；γ-氨基丁酸

乳酸菌（lactic acid bacteria，LAB）是存在于人类和动物体内的天然肠道菌群，美国食品药品管理局（Food and Drug Administration，FDA）和欧洲食品安全局（European Food Safety Authority，FFSA）已承认大多数乳酸菌的食用安全性[1]。乳酸菌发酵果蔬能够延长果蔬的保质期，改善新鲜蔬菜的感官特性，并且产生多种功能性物质，丰富其营养价值。本文综述了乳酸菌果蔬发酵的研究现状，并归纳了在乳酸果蔬发酵过程中，活性成分的变化以及对生理功能的影响，旨在为果蔬乳酸发酵的研究提供借鉴和帮助。

1 乳酸菌的生物学特性及其生理功能

乳酸菌是发酵糖类且主要产物为乳酸的一类无芽孢、革兰氏染色阳性细菌的总称。乳酸菌菌体一般呈杆状、分枝状或球形，能发酵碳水化合物生成乳酸[2]。乳酸菌呈革兰氏阳性，具有无孢子、触酶阴性、耐酸及兼性厌氧等特性，其最佳pH值在4.0～4.5，嗜温菌最佳温度为30℃，嗜热菌最佳温度为42℃[3]。

乳酸菌是人和动物体肠道内最重要的益生菌群，其具有多种生理功能，包括：（1）乳酸菌生长能利用乳糖转化成乳酸，防止乳糖不耐受症[4]；（2）改善人体胃肠道功能，恢复人体肠道内菌群平衡[5]，形成抗菌生物屏障，维护人体健康；（3）抑制胆固醇吸收，降血脂、降血压作用[6]；（4）免疫调节作用，增强人体免疫力和抵抗力[7]；（5）具有消除人体自由基，增强抗氧化性[8]，抗衰老作用；（6）促进蛋白质、单糖及钙、镁等营养物质的吸收，产生维生素等大量有益物质[9]。

2 乳酸菌发酵对果蔬中主要活性物质及其生理功能的影响

2.1 释放果蔬中的酚类物质，提高生物利用率，增强抗氧化能力

酚类物质具有维持果蔬的色泽、抗菌、抗真菌的作用，以及在贡献电子后其能产生稳定的中间体，能有效的在细胞和生理水平上防止氧化[10]，这与果蔬的生理功能有着密切联系[11]。酚类物质在果蔬中主要以游离和结合两种形式存在。SUN J等[12-13]对11种常见水果中酚类物质含量及抗氧化能力的研究，表明尽管水果中酚类物质以游离酚为主，但结合酚也平均占到总多酚含量的24%，而目前对乳酸菌发酵果蔬中酚类物质的研究主要集中于游离酚，并且能够对酚类物质产生影响的乳酸菌主要包括植物乳杆菌、戊糖片球菌、明串珠菌等。

酚类物质是一种易被氧化的物质，随着保藏时间的延长，果蔬中的酚类物质会逐渐下降。乳酸菌在发酵时，能产生某些酚酸酯酶（如阿魏酸酯酶[14]）水解一些结合酚，释放果蔬中的游离酚，并且释放大量的有机酸，防止酚类物质的降解，从而提高了抗氧化活性。KUSZNIEREWICZ B等[15]利用明串珠菌发酵卷心菜发酵两周后，测定总酚含量比发酵前增加3倍，其2,2-联氮基-双-（3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸）-二氨盐（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）值在发酵后增加3倍，分别为（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和植物乳杆菌FP3混合发酵甜樱桃果泥时，也发现发酵后其游离酚含量增加，其中主要是花色苷含量在发酵后增加了，相应的其抗氧化性也相应增加。其从化学水平上证明了乳酸菌发酵能增强果蔬的抗氧化能力，而PIANPUMEPONG P等[17]在证明了姜黄在植物乳杆菌发酵能使其铁离子还原能力（ferric ion reducing antioxidant，FRAP）增加之后，还对其进行了小鼠实验，证明了乳酸菌发酵能使小鼠血液中的自由基数量明显减少。这从体内实验证明了，乳酸菌发酵能提高果蔬中酚类物质的生物利用率，增强抗氧化能力。

某些乳酸菌（如植物乳杆菌[18]）在发酵过程中，也将产生一些酚酸脱羧酶，能使酚类物质之间实现相互转化，从而改变其抗氧化活性。BISAKOWSKI B等[19]利用植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum）S1对红洋葱进行发酵72 h后，槲皮素二糖苷从58.3%下降至18.3%，而槲皮单糖苷则从41.6%增加至59.7%，槲皮素单糖苷具有比槲皮素二糖苷更高的抗氧化活性。由此可见，因为乳酸菌发酵而导致果蔬酚类物质间的相互转化，能明显改变其抗氧化性。

2.2 合成多种维生素，调节新陈代谢

果蔬中富含维生素，如胡萝卜富含维生素A，柠檬富含维生素C等，但维生素B和维生素K主要存在于禽蛋、畜产品肝脏、鱼等食物中，果蔬中含量较低。而在早期的研究中就证明了乳酸菌发酵能合成多种维生素，包括维生素B、维生素K等[20-21]。目前研究已经证明，乳杆菌属及乳酸链球菌属对果蔬中维生素种类及含量影响较大[22]。

乳酸菌主要通过糖酵解和戊糖磷酸两个途径进行发酵产生大量乳酸，提供了一个酸性环境，以维持维生素不被氧化。DI CAGNO R等[23]对比了利用植物乳杆菌（L.plantarum）POM 1和POM 35在25℃发酵番茄汁17 h与直接将番茄汁放在4℃保藏后，番茄汁里的抗坏血酸和总抗氧化能力（以ABTS计），发现乳酸发酵能维持抗坏血酸在120～140 mg/L，而总抗氧化能力达（283±19）TE/L，而直接保藏的番茄汁中抗坏血酸含量则下降至60～90 mg/L。由此可见，乳酸发酵产生的酸性环境对抗坏血酸的保存有利，从而能维持番茄汁的抗氧化能力。

乳酸菌发酵不仅为维生素的保存提供一个有利的环境，而且乳酸菌自身也能产生一定量维生素，以增加果蔬中维生素的含量，提高其调节新陈代谢的能力。DEL VALLE M J等[22]利用植物乳杆菌对豆奶进行发酵，37℃下发酵12 h后发现豆奶中维生素B2的质量浓度从（309±9）ng/m L增加至（700±20）μg/m L。而MOLINA V等[24]利用乳酸菌对大豆进行发酵，将发酵的大豆制品喂食小鼠，实验结果表明，这种大豆制品能够使小鼠避免维生素B12缺乏所造成的所有病症。同样的，MORISHITA T等[25]也对豆奶进行乳酸发酵，发现乳酸菌能产生大量的维生素K2，从而丰富了豆奶中维生素的含量。

2.3 产生胞外多糖，增强抗肿瘤能力

乳酸菌发酵果蔬过程中，由于利用果蔬中的碳源而对其糖含量、种类及生理功能都会产生较大的影响。郑欣等[26]利用不同乳酸菌对荔枝汁进行发酵，结果发现总糖含量下降了120 g/L，可见乳酸菌发酵对荔枝汁中糖含量影响较大。

已有报道指出，乳酸菌如德氏乳杆菌保加利亚种、干酪乳杆菌、乳酸乳球菌乳脂亚种等，在适合的培养条件下能产生大量的胞外多糖[27]。果蔬中的单糖以碳源的形式被乳酸菌利用后，产生胞外多糖。乳酸菌产生的胞外多糖由数百甚至数千个结构重复单元组成，成分主要有葡萄糖、D-半乳糖和L-鼠李糖等[28]，一般来说它们不再被乳酸菌所利用。而不同的乳酸菌对合成胞外多糖的最优碳源不同，如PETRONELLA J L等[29]对乳酸乳球菌研究发现，葡萄糖比果糖更适合作为此乳酸菌的碳源。其原因是，催化果糖-1,6-二磷酸转化为果糖-6-磷酸的果糖二磷酸酶活性低，乳酸菌从果糖生物合成糖类核苷酸的必须阶段收到限制。然而，这些由乳酸菌发酵产生的胞外多糖具有抗肿瘤的作用。RUAS-MADIEDO P等[30]研究表明，向荷肉瘤S180小鼠腹腔中注入乳酸乳杆菌乳油亚种KVS20产生的胞外多糖的冻干物后，产生了抗癌效果，由此证明了乳酸菌发酵产生的胞外多糖具有抗癌作用。乳酸菌发酵能够产生一些糖苷酶和纤维素酶（如β-半乳糖苷酶、β-葡萄糖苷酶[31-32]）分解果蔬中结构较简单的植物多糖生成葡萄糖，D-半乳糖等单糖，并利用这些单糖合成胞外多糖，从而将植物多糖转化成胞外多糖，增强了果蔬的抗肿瘤能力。

2.4 产生γ-氨基丁酸，提高果蔬降血压效果

许多研究者已经证明，γ-氨基丁酸是中枢神经系统中有效的抑制性神经递质，具有降低血脂，预防高血压的作用[33-35]，但果蔬中其含量几乎为零[36]。乳酸菌发酵过程中能产生谷氨酸脱羧酶，催化L-谷氨酸生成γ-氨基丁酸[37]。PARK K B等[38]从韩国传统泡菜中分离得到一株产γ-氨基丁酸的短乳杆菌在MRS培养基中30℃进行培养，24 h后γ-氨基丁酸产量为8 mmol/L左右。虽然果蔬中γ-氨基丁酸含量较低，但是许多果蔬中的L-谷氨酸含量较高（如刺梨中L-谷氨酸含量达3.04 g/kg[39]），经乳酸菌发酵能使得L-谷氨酸转化成为具有降血压能力的γ-氨基丁酸。DICAGNO R等[40]的研究证明，利用乳酸菌DSM 19463对葡萄汁进行发酵，证明葡萄汁中的γ-氨基丁酸由0增加至4.85 mmol/L。这些研究都表明，乳酸菌发酵能产生γ-氨基丁酸，但是目前对乳酸菌发酵果蔬后产生γ-氨基丁酸的抗高血压效果的研究还相对较少，这方面还有待更深入的研究。

3 展望

开发乳酸菌发酵果蔬产品，已经成为了当前乳酸菌研究的热点。随着对乳酸菌发酵过程中功能性物质研究的不断深入，将为新型乳酸菌发酵果蔬产品的开发提供指导。

近年来，果蔬中的酚类物质已成为研究热点，然而关于乳酸发酵对果蔬中酚类物质的影响还需从以下方面深入研究。第一，当前乳酸菌发酵对果蔬酚类物质的影响研究仅停留在总酚及个别酚酸的报道，尚缺乏对不同存在形式酚类物质及其组成的全面研究。第二，目前研究酚类物质抗氧化性的方法是化学分析法，包括DPPH法，ABTS法，FRAP法，氧化自由基吸收能力（oxygen radical absorption capacity，ORAC）法等，但是这些方法并不能真实的反应生物体内的抗氧化过程。而细胞抗氧化（cellular antioxidant activity assay，CAA）法可以从细胞水平反应抗氧化物质的吸收、代谢及分布的变化情况，与化学分析法相比，生理相关性更强，然而目前将细胞抗氧化方法用于评价乳酸菌发酵果蔬抗氧化活性的研究较少。第三，不同形式及种类的酚类物质对乳酸菌的生长及调节作用还不明确，有待深入研究。

多糖是果蔬中的重要活性成分，具有调节免疫、抗肿瘤等生理功能。国内外已有大量研究报道了果蔬多糖的一级结构及高级结构特征和对乳酸菌发酵产生胞外多糖的生理功能，然而关于乳酸菌发酵果蔬过程中植物多糖和胞外多糖的结构及其作用机制研究还较少，有待深入研究。第一，研究乳酸菌发酵对果蔬中多糖结构的影响，表征发酵后多糖的一级和高级结构特征，结合体外免疫调节活性揭示其构效关系，并确定其主要免疫活性多糖的结构特征。第二，从动物整体、细胞和分子水平上系统评价并确证乳酸菌发酵后植物多糖的免疫调节活性和抗肿瘤活性，进而阐明多糖免疫调节信号通路的分子机制。

乳酸发酵果蔬对其维生素和氨基酸的含量、种类及功能活性影响也是值得不断深入研究的，它们与果蔬的营养价值及生理功能密切相关。随着对乳酸菌发酵过程中功能性物质研究的不断深入，将为新型乳酸菌发酵果蔬产品的开发提供指导，生产开发出形式上，功能上更加多样的乳酸菌发酵果蔬产品。

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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

国家自然科学青年基金（31301459，31401662）；国家十二五科技支撑计划项目（2012BAD33B10）；973计划前期研究专项（2012CB722904）；广州市民生科技重大专项（201300000077）

赖婷（1991-），女，硕士研究生，研究方向为功能食品。

*通讯作者：刘磊（1982-），男，助理研究员，博士，研究方向为功能食品。