发酵食品中微生物的功能特性

侯星，易弋，张兴猛，鲁晶娣，赵东玲，黄翠姬，伍时华*

(1．广西科技大学 生物与化学工程学院，广西 柳州 545006；2．广西科技大学广西糖资源绿色加工重点实验室，广西 柳州 545006；3.广西科技大学广西高校糖资源加工重点实验室，广西 柳州 545006)

发酵食品就是利用微生物发酵作用所生产的一类食品。许多发酵食品中既有营养成分又有非营养成分，它们具有调节人类健康的潜力。世界上90%的天然发酵食品是在传统条件下发酵生产的。自然发酵的食品中含有功能性和非功能性微生物，功能性微生物会转化原料中的化学成分，从而提高营养素的利用率，改善食品的安全性。同时，它还能产生益生菌功能，增强一些可促进健康的物质的作用[1,2]。食品发酵需要发酵剂，通常，我们通过抗菌性、抗氧化性等标准来选择商品化的功能性食品、保健品的发酵剂。目前，从发酵食品中分离出来的真菌有假丝酵母、德巴利酵母、毕赤酵母等几百种酵母；细菌主要有肠胃球菌、乳酸杆菌、乳球菌等；如豆类发酵食品中的芽孢杆菌[3]、奶酪中的双歧杆菌、短杆菌和分离自发酵肉产品中的节杆菌和哈夫尼菌。

1 益生菌

益生菌是指对宿主健康有益的活的微生物。能在食品中使用的益生菌必须具有抵抗胃酸、胆汁的能力，并能够增殖和定植于消化道内。常用在功能性发酵食品中的益生菌是乳酸菌和双歧杆菌的组合[4]，近年来也开发了酵母菌和其他一些潜在的益生菌[5]，包括凝结芽孢杆、嗜酸乳杆菌、干酪乳杆菌、双歧杆菌、口腔链球菌、酿酒酵母等。

含有益生菌的产品通常是食品和保健品。已经报道了从韩国泡菜中分离出的植物乳杆菌具有益生菌特性，还发现它可以预防幽门螺杆菌的生长[6]。从葡萄酒中分离出的戊糖片球菌CIAL-86对大肠杆菌CIAL-153具有抗粘附活性，这表明其在葡萄酒中具有益生菌潜力[7]。

2 益生菌特性

2.1 抗菌性

从发酵蔬菜和奶制品中分离出的乳酸菌因可以产生细菌素、乳酸链球菌素等而具有抗菌性。如从泡菜中分离出的乳酸菌对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和鼠伤寒沙门氏菌等有强烈的抗性作用[8]；从发酵的卷心菜中分离出的魏斯氏菌对革兰氏阳性和革兰氏阴性病原体都有抗性作用[9]；从印度凝乳中分离出的乳酸乳球菌会产生抑制金黄色葡萄球菌的乳酸链球菌素Z[10]；从罗马尼亚传统发酵水果和蔬菜中分离出的乳酸菌对大肠杆菌、沙门氏菌和芽孢杆菌具有抗菌作用[11]。此外，有些微生物除了产生细菌素之外还可以为产品的风味、质地和营养价值做出贡献。

2.2 抗氧化性

发酵食品的抗氧化性主要是对自由基的清除能力，包括总酚含量的估算和还原能力的测定。亚洲许多发酵豆制品例如日本的纳豆、韩国的chungkokjang和大酱、中国的豆豉、印度和尼泊尔的kinema以及印度尼西亚的豆酵饼等都具有抗氧化性，泡菜和酸奶也有抗氧化性。

2.3 活性肽

在食品发酵过程中微生物水解蛋白质可形成具有某些功能特性的生物活性肽，而益生菌的种类会影响酶水解蛋白质后产生的肽和氨基酸的种类，如有些产生抗菌肽、抗氧化肽，有些产生的是呈味肽、营养肽等。这些活性肽都具有一定的生理、感官作用，如免疫调节、抗血栓、降血压、抗氧化以及调节矿物质的吸收等作用。大豆多肽就是通过抑制血管紧张素转化酶(ACE)的活性防止血管平滑肌收缩来降血压的。

2.4 酶

食品发酵过程中微生物会产生一些酶来将复杂的化合物分解成具有生物活性的简单小分子。其中常见的真菌有红曲霉、毛霉、脉孢菌和根霉等，它们能产生各种各样的糖酶，如α-淀粉酶、麦芽糖酶、纤维素酶等来分解食物中所含的大分子糖类。喜马拉雅地区用于生产酒精的混合淀粉分解起始剂是由扣囊复膜酵母和毕赤酵母产生的高活性的淀粉酶。此外，发酵食品中的枯草芽孢杆菌和液化淀粉芽孢杆菌，发酵鱼酱中的卤代脱硫弧菌SK1-3-7等都可以产生纤溶酶[12]。

2.5 异黄酮、皂甙及PGA

中国的腐乳和豆豉，日本的味噌和纳豆、韩国的chungkokjang和大酱、印度尼西亚的豆酵饼等发酵过程中异黄酮含量都有所增加[13]。大豆异黄酮包括大豆甙、染料木素和黄豆黄素，这些异黄酮在大豆中以4种化学形式即糖苷配基、葡萄糖苷、乙酰葡糖苷和丙二酰葡糖苷存在。一些发酵豆制品中的异黄酮可抑制和预防白血病、乳腺癌，具有抗肿瘤、抗氧化性、降血脂等作用。

日本的纳豆和尼泊尔的kinema中含有的皂甙是齐墩果烷三萜类糖苷的大豆皂甙，具有抗肿瘤、抗氧化、增强机体免疫力、消炎抗病毒、预防心血管疾病等作用，其中含有的DDMP(2,3-二氢-2,5-二羟基-6-甲基-4H-吡喃-4-酮)及其衍生物具有预防高胆固醇血症，抑制结肠癌细胞增殖和减速弱抗脂质过氧化等作用。

很多发酵食品中的芽孢杆菌可产生聚谷氨酸(PGA)，它是一种对人体和环境无毒无害并可生物完全降解的粘性物质，具有抗氧化、保湿作用。工业上广泛γ-PGA是由枯草芽孢桿菌和地衣芽孢標杆菌產生的[14]。

3 降解抗营养因子

发酵食品中的一些益生菌可以将抗营养因子转化为可被人体吸收利用的物质，如印度尼西亚的豆酵饼中的寡孢根霉可分解引起肠胃胀气的水苏糖和甘油三酯等低聚物使之成为可吸收的单糖和二糖，尼泊尔的kinema中所含的枯草芽孢杆菌对抗营养因子有降解作用，印度发酵谷物食品rabadi中的植酸含量会在发酵过程中被微生物降解而减弱其抗营养作用。

4 保健作用

在日本冲绳县找到的长寿原因主要是他们的饮食如纳豆、味噌等中都不含胆固醇而含有高生物活性的物质。纳豆会产生一些对健康有益的物质，如纳豆激酶、异黄酮、维生素K、不饱和脂肪酸等；味噌中含有丰富的蛋白质、叶酸、胡萝卜素、维生素C等。韩国泡菜中的乳酸可以防止脂肪堆积而具有促进健康、抗衰老的作用，Kwak等的临床试验验证泡菜和大酱中含有抗肥胖因子[15，16]。Corder等认为红酒中含有的褪黑激素可以抗衰老[17]。少数民族的人们相信他们的民族食品兼具食用及药用价值，但是，几乎所有天然发酵食品的价值都需要进行临床试验来验证。

4.1 营养素

食品发酵液中富含维生素、必需氨基酸和一些具有生物活性的化合物。如：在印度尼西亚的豆酵饼的发酵过程中寡孢根霉菌可产生叶酸、尼克酸、维生素B2、烟酰胺和吡哆醇等；在印度食品idli的发酵过程中会有维生素B1、维生素B2和甲硫氨酸产生；同样，在墨西哥国酒龙舌兰的发酵过程中，会有维生素B、维生素C、赖氨酸、色氨酸以及铁等产生。此外，一些由芽孢杆菌发酵的食物中会有维生素B2和烟酸产生[18]。Syal等人发现从印度的发酵谷物食品idli中分离得到的酿酒酵母、热带假丝酵母、金担子菌以及毕赤酵母等都可以产生维生素B12[19]，而且在发酵大豆食品的过程中可以产生许多游离的氨基酸。

4.2 预防高血压和心脏病

目前，Seppo等已经通过动物模型和临床实验验证了一些发酵奶制品具有抗高血压的特性[20]，经常食用发酵奶制品、发酵豆制品可以降低人们患心脏病的风险。经过发酵的全谷物食品可以降低高甘油三酯血症、高血压、冠心病和高同型半胱氨酸血症的发病率。印尼的发酵食品豆酵饼和源于俄罗斯的发酵奶制品开菲尔的发酵过程中都可以降低原料中的胆固醇水平，而被称为中国红曲米的紫红曲霉(Monascuspurpureus)是通过橘霉素阻断关键酶HMG-CoA还原酶的合成来阻止生成胆固醇，从而预防高血压[21]。

正如发酵茶可以预防心脏病一样[22]，一些发酵大豆食品具有抗高血压特性，如日本的纳豆和印尼的豆酵饼都含有大豆多肽，具有抗高血压的作用。韩国发酵豆制品中的大豆异黄酮，可以预防心血管疾病，发酵的全谷物食品可以预防心脏病和糖尿病，而且在患有高血压和II型糖尿病的患者中，经常食用发酵豆制品的人群患心血管疾病的概率低[23]。有些发酵食品还可以抑制脂质过氧化，如富含多酚的红酒[24]。此外，长期食用一些富含纤溶酶的发酵食品有助于治疗血栓，也能够预防急性心脏病的发生。

4.3 预防癌症

一些发酵食品具有抗诱变和抗癌活性，如俄罗斯的发酵奶制品开菲尔、印度的酸奶等都具有抗癌性[25]；德国泡菜中含有的S-甲基蛋氨酸，可以降低患胃肿瘤的风险[26]；发酵乳产品中的嗜酸乳杆菌可以降低β-葡萄糖醛酸酶、偶氮还原酶和硝基还原酶等的活性，并激活免疫系统[27]；泡菜中的植物乳杆菌具有预防癌症的潜力，常喝酸奶可以减少膀胱癌、结肠癌和宫颈癌[28 ]的发生。

4.4 预防胃肠道疾病

含有活细菌的发酵乳产品具有调节免疫力和治愈腹泻的能力。发酵食品中的乳酸菌对部分肠胃疾病有一定的治疗作用，可有效缓解炎症性肠胃病，主要表现为缩短发作时间，减轻严重程度。Szajewska等报道L.rhamnosusGG有治疗急性腹泻的作用[29]，韩国泡菜适用于控制炎症性肠病[30]。

4.5 抗过敏作用

从开菲尔(Kefir)乳品的发酵剂开菲尔粒中分离出的乳酸菌L.kefiranofaciensM1具有抗过敏作用[31]。Won等指出从泡菜中分离的乳酸杆菌可以产生大量的IL-12和IFN-γ来调节Th1/Th2的平衡以防免疫作用的扩大，而减轻遗传性皮炎和食物过敏的症状[32]。Han等指出发酵鱼油富含的ω-3多不饱和脂肪酸可降低过敏症的敏感性[33]。

4.6 预防糖尿病和骨质疏松症

研究发现，食用高纤维类食物会增加非糖尿病患者对胰岛素的敏感性，减少糖尿病患者对胰岛素的需求；发酵奶过程中产生的营养素可改善葡萄糖耐受不良，高血糖、高胰岛素血症和血脂异常等症状，从而降低患糖尿病的风险。长期食用chungkokjang可以减弱胰岛素抵抗而控制糖尿病[34]。Yanagisawa等发现纳豆中的维生素K2可以刺激骨的形成缓解老年人的骨质疏松症[25]。Chandan等指出酸奶中存在的蛋白质和矿物质如镁、钙、磷，钾等可共同促进形成健康的骨骼。

4.7 缓解乳糖吸收不良

保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌在生产酸奶的过程中可以产生大量的β-D-半乳糖苷酶，可改善因缺乏β-D-半乳糖苷酶而患有乳糖不耐受症患者的乳糖吸收不良的症状。与巴氏杀菌产品相比，新鲜酸奶(含活的酸奶培养物)可以更好地帮助消化和吸收乳糖，如开菲尔可以通过提供额外的β-半乳糖苷酶来减轻乳糖不耐受症状[36]。

5 发酵食品对健康的危害

发酵食品中也含有一些危害健康的物质，主要是生物胺。生物胺是前体氨基酸脱羧或醛、酮进行转胺化得到的存在于发酵食品如酸菜、鱼制品、啤酒、干香肠中的低分子量有机化合物[37]。食物中的生物胺主要是由肠杆菌和肠球菌生产的。Rauscher-Gabernig研究发现高水平(>100 mg/kg)的组胺和酪胺会对人体健康产生不利影响[38]，因此，高生物胺含量的食物是不健康的。摄入含有少量组胺的食物对健康个体几乎没有影响，但是可能会因为受到遗传、胃肠疾病以及服用单胺氧化酶抑制剂类药物的影响而导致以二胺氧化酶活性受损为特征的人群的组胺不耐受。Rabie研究发现用某些乳酸发酵剂如干酪乳杆菌、植物乳杆菌和弯曲乳杆菌等可以降低酸菜中的生物胺含量[39]。

6 结论

一些对健康有益的发酵食品可以作为功能性食品、生物食品进行销售。但是近年来随着人们生活方式的改变，传统发酵食品的消费量也在下降。单调的发酵食品种类，将导致微生物生物多样性的下降。一些常见的发酵食品对健康的益处还需要用动物模型和临床试验来详细研究、确认，以期在全球食品市场中能有经过验证的功能性新型发酵食品。