益生菌發酵果汁的研究概況

尹蓉，陶玲，霍辰思，張倩茹，梁志宏*

山西省農業科學院果樹研究所，果樹種質創制與利用山西省重點實驗室（太原 030031）

益生菌是指對宿主有益的活性微生物。世界衛生組織對益生菌的要求為“活性微生物足量，能夠給予宿主健康益處，并且超過安慰補償劑的范圍”[1-3]。益生菌公認的功能為調節消化系統、提高人體免疫力，近年來又有研究表明益生菌在改善心腦血管疾病、骨關節炎、抑郁癥等方面可發揮作用[3-5]。

益生菌主要包括雙歧桿菌類、乳桿菌類、革蘭陽性球菌類、真菌類（酵母菌等）四類。目前，乳酸菌、雙歧桿菌和酵母菌是當下研究最多、應用最廣的菌種[6-7]。食品類的益生菌常見于各類乳產品，但近些年業界和消費者大量關注乳糖耐受性及脂肪含量問題，而果汁益生菌不僅低脂、低乳糖或零乳糖，還擁有良好的口感、較高的營養活性價值（維生素、膳食纖維、多糖、多酚），因此受到越來越多人的推崇。

1 益生菌發酵果汁成分

益生菌在果汁發酵過程中不僅產生乳酸等直接代謝產物，還產生多種次生代謝產物和酶，酶類物質又可使果汁原有的成分發生羥化或脫氫反應，轉變成新的化合物。這些新產生的物質使果汁營養活性成分、風味和香氣發生改變。

1.1 營養活性成分

益生菌發酵果汁不僅能最大限度地保留果汁營養，更能賦予其保健功能。大量研究表明，益生菌發酵果汁可提高果汁酚類、黃酮類物質的增加，并可將結合態酚釋放為單體酚，從而提高抗氧化活性[8-12]。也有研究表明，酚類單體的產生是一個動態變化的過程，例如杜袁瑩[13]利用優勢菌株發酵蘋果汁，結果發現乳酸發酵能引發多酚單體含量呈現降低、回升的交替變化趨勢。另外還證明不同菌株發酵會產生各自的代表性多酚單體，兩歧雙歧桿菌的發酵代表性酚類物質為沒食子酸，在發酵20 h 時達到最高值（91.88 mg/L），德氏乳桿菌乳酸亞種菌株的發酵代表酚類物為鞣花酸，在發酵16 h時達到最高值（275.90 mg/L），而戊糖乳桿菌的發酵代表多酚物質為根皮素，在發酵16 h時檢測到最大值（190.50 mg/L）。還有研究表明，發酵會降低一些活性營養物質的含量。例如：曹雪丹等[10]選用副干酪乳桿菌在微量氧、36 ℃條件下對甌柑汁進行發酵，結果發現總類胡蘿卜素和4種主要黃酮類化合物含量顯著下降；王昊宇等[11]研究耐酸馴化對植物乳桿菌、嗜酸乳桿菌和干酪乳桿菌發酵山楂漿的品質影響，結果發現氨基態氮和還原糖含量明顯降低。

1.2 香氣成分

香味是決定某一加工食品能否成功的關鍵，因為大部分消費者認為香味是選擇并接受某款特定產品的必要因素。利用益生菌發酵果汁能增加理想風味物質的種類和含量，并減少不理想風味物質的產生[14]。束文秀等[15]采用靜態-頂空固相微萃取法、氣相色譜-質譜聯用法以及電子鼻檢測2種乳酸菌發酵胡柚汁揮發性風味物質組分和相對含量，結果表明乳酸菌發酵使胡柚汁揮發性風味化合物種類增加，而且不同菌種發酵后風味差異顯著。任婷婷等[16]研究得出蘋果漿經益生菌發酵，新產生15種揮發性風味物質。Di Cagno等[17]評估了植物乳桿菌發酵的石榴汁、未加工的石榴汁以及生石榴汁的風味特征，結果發現發酵石榴汁的花香、果香及茴香味更濃郁，發酵增加了醇類、酮類和萜類等理想風味物質含量，并降低了諸如醛類的不理想揮發物含量。但并非所有的果汁發酵都能達到理想效果，de Godoy等[18]的乳桿菌發酵試驗顯示，甜瓜汁中丁酸乙酯、甲基丁酸丁酯和已酸乙酯，腰果汁中乙酸乙酯、巴豆酸乙酯等揮發物含量下降。另外，香味物質的產生有其時間節點。羅心欣等[19]證實益生菌發酵獼猴桃汁進行到8 h開始形成香氣，12 h是發酵香氣產生的重要時間點，發酵后期是風味最終形成的關鍵階段，并推測發酵階段的風味差異可能源于萜烯類物質。

2 益生菌發酵果汁品質主要影響因素

益生菌發酵產品的品質與發酵工藝密切相關，工藝參數通常包括菌種、原料、溫度、pH及發酵時間。

2.1 菌種

發酵代謝動力學、成品的成分安全性及風味選擇菌種是益生菌發酵工藝中的重要內容。由于非乳制品益生菌飲品要求在低溫下儲存且儲存期較短，高存活、耐貯性益生菌產品的生產也成為當前的研究熱點[20]。生產中多采用兩種以上的組合增加益生菌的增殖效果。劉學云等[21]研究德氏乳桿菌保加利亞亞種、植物乳桿菌、兩歧雙歧桿菌等9種益生菌間的相互作用及共生機理，采用牛津杯擴散法進行拮抗試驗，結果發現嗜熱鏈球菌與德氏乳桿菌保加利亞亞種、嗜酸乳桿菌和干酪乳桿菌、干酪乳桿菌與嗜酸乳桿菌存在協同共生作用，而約1/3的益生菌存在拮抗作用。杜袁瑩[13]經過綜合評價，確定德氏乳桿菌乳酸亞種、戊糖乳桿菌以及兩歧雙歧桿菌為蘋果清汁發酵的優勢菌株。孟掉琴等[22]從10種常見益生菌菌株中篩選得到蘋果濁汁發酵的較佳益生菌組合：嗜酸乳桿菌6005、植物乳桿菌21805和發酵乳桿菌21828，它們具有良好的耐酸、耐鹽和發酵性能，發酵得到的蘋果濁汁口感風味佳，活菌數最高。Sheehan等[23]的研究顯示，L.caseiDN-114 001，L.rhamnosusGG和 L.paracaseiNFBC43338具有很強的發酵穩健性，可分別以高于107CFU mL?1和107CFU mL?1活菌數在橘子汁和菠蘿汁存活12周以上。益生菌的添加方式也可影響果汁品質。Miranda等[24]對橘子汁的益生菌發酵試驗中發現，直接添加工業培養物比添加活性益生菌培養物、包封益生菌培養物在產品儲存器理化參數、感官指標方面更具有優勢。

2.2 發酵原料

果汁因其高糖成分，是益生菌增菌的良好載體。但不同的發酵原料成分不同，菌體生長狀況也不同，有時還會產生不良現象。研究表明，將乳酸菌加入橙汁和蘋果汁，其中的檸檬酸和蘋果酸會代謝產生二氧化碳、乙酸和乳酸，乙酸和二氧化碳導致異味和脹包，從而降低產品品質，縮短其保質期。但櫻桃、石榴、黑加侖、沙棘等果品產期較少，方便貯存[20]。Sheehan等[23]研究顯示，植物乳桿菌和雙歧桿菌在橘子汁和菠蘿汁的存活時間比蔓越莓汁長。

糖類、牛奶等添加物也明顯影響發酵品質。郭蕓等[25]研究表明平菇多糖、富硒平菇多糖均可促進副干酪乳桿菌和植物乳菌的增殖，2%富硒平菇多糖對發酵48 h副干酪乳桿菌的增殖效果優于菊粉，試驗還發現平菇多糖、富硒平菇多糖可促進乳桿菌代謝生成短鏈有機酸。Pimentel等[26]研究不同糖類物質的添加對益生菌發酵蘋果清汁的影響，結果發現添加低聚果糖、三氯蔗糖可提升益生菌蘋果汁的味道和綜合感官，但在外觀、香氣和質地方面與添加蔗糖無異。劉秋豆等[27]在益生菌發酵芒果汁中加入5%牛奶，芒果汁營養活性成分大幅度提升，口感更加和諧、顏色更加柔和、顆粒度增大且分散更均勻穩定。糖含量較低時，營養不足，限制乳酸菌的增殖，而過高的糖含量又會抑制菌類的生長。賈素中等[28]的桑葚汁發酵試驗表明，蔗糖添加量的最佳范圍在3%～7%之間。

2.3 溫度、pH、發酵時間

當溫度較低時，益生菌活性較低，不能完全發酵，感官評分較低；當溫度過高時，會抑制益生菌的生長，同樣不能完全發酵營養物質。因此適宜的發酵溫度對益生菌果品的品質形成很重要。pH、發酵時間同樣影響益生菌的活性和發酵的完成度。楊春敏[29]建立的蘋果渣多菌群發酵模型（黑曲霉、乳酸桿菌、安琪酵母、芽孢桿菌、植物乳桿菌）中，發酵溫度為36℃，初始pH為4.0。孫達鋒等[30]得出乳酸菌發酵銀杏汁最適宜發酵溫度40 ℃，在發酵10 h后，銀杏汁的pH穩定在3.47左右，得到的銀杏益生菌飲品質地細膩，顏色乳黃。

3 益生菌發酵果汁的新趨勢

隨著科技的發展和人們健康理念的提升，益生菌產品的形式也在不斷更新發展。富硒益生菌果汁和益生菌果粉作為新的產品形式，正在接受市場的考驗。

3.1 富硒益生菌果汁

富硒食品是當下流行的中高端功能性產品。硒是人體的必需微量元素，參與人體多種含硒酶和含硒蛋白的合成，適量地補充硒對提高人體免疫機能有幫助。另外，硒具有減輕和緩解重金屬毒性的作用[31]。無機硒本身是有毒性的，研究表明微生物能富集無機硒，將其轉化成為有機硒和單質硒，大大地降低硒的毒性[32]。富硒益生菌的開發應運而生，成為近年來研究的熱點。而富硒益生菌果汁集果品營養、益生菌和硒元素的功能特性于一體，更是值得推廣的產品。郭蕓等[25]將富硒平菇多糖應用于副干酪乳桿菌和植物乳菌的增殖，既達到富硒的效果，又促進益生菌的增殖。賀瑩等[33]將富硒酵母加入草莓汁中發酵，并與普通釀酒酵母發酵對比，結果發現在補充硒元素的基礎上，草莓酒的香氣和滋味均得到提升。Yang等[34]的乳酸菌富硒試驗表明，在最適宜條件下保加利亞乳桿菌的硒富集率可達94.34%，嗜熱鏈球菌則能達到97.05%。富硒能力與益生菌種類、組合以及發酵階段有關系。梁叢叢等[35]在7株酵母菌和12株乳酸菌中篩選出耐受較高濃度亞硒酸鈉和具有較高硒元素富集能力的菌株FJYJM3，證明在發酵對數前期添加，效果最佳。

3.2 益生菌果粉

益生菌果汁保質期短，儲存運輸中極易受到溫度、壓力、氧氣等環境因素的影響，因而對儲存運輸的要求高。而且在人體消化過程會經受胃酸、膽鹽的考驗，降低其益生特性[36-37]。利用微膠囊包埋技術生產益生菌果粉，既可延長保質期，方便儲存運輸，又有在人體消化系統中腸道定點釋放的優勢，能充分發揮其功效。微膠囊制備方法通常有擠壓法、乳化法、噴霧干燥法等[38]。田懷香等[39]利用植物乳桿菌進行發酵，對發酵上清液進行噴霧干燥，再通過內源乳化法進行微膠囊包埋，真空冷凍干燥后得到益生菌酵素粉，該產品可在30 ℃保存3個月，且3個月后活菌數依然≥9.5 lg（CFU/g）。包埋材料影響益生菌的活性和適應性。Kalita等[40]研究胚牙乳桿菌發酵荔枝汁噴霧干燥后的細胞活性，結果表明，當益生菌果粉包埋材料為10%麥芽糊精和5%低聚果糖時，包埋菌的產率和存活率較高，而且溶解性好，水活性低，色澤佳，粒徑均勻，表面光滑，但包埋材料為5%麥芽糊精和10%低聚果糖會降低果粉屬性和細胞活力。Chaikham等[41]模擬胃腸模型的不良條件，結果發現髂骨三味子膠和菊粉包埋的益生菌-maoluang果粉具有良好的適應性，可以增強乳酸、短鏈脂肪酸（SCFA）和益生細菌的積累。

4 結語與展望

益生菌的發展起源于歐洲，并在歐洲、美洲大量盛行，雖然我國近年來在益生菌研制和生產中也取得了不少突破，但益生菌和益生菌補充劑相關產品標準一直未出臺。而且目前缺乏自主產權的菌種，果汁益生菌產品中大多采用國外菌種，也嚴重缺乏益生菌人群適應性的報告。這些都導致益生菌果汁亂象叢生、功能過度夸大等現象的產生。另外，益生菌果汁不易儲存的難題也影響了生產和大眾的接受度，因此制定專業標準、發展自主產權的益生菌菌種并加大其保質效果的研究是今后的研究方向。