泡菜中功能性乳酸菌的篩選及其應用研究進展

張雅雯，鐘源，郭愛玲*，唐丹萍

(1.華中農業大學 食品科技學院，武漢 430070；2.柳州市柳南區現代農業產業服務中心，廣西 柳州 545027)

泡菜是新鮮蔬菜通過乳酸菌和酵母菌厭氧發酵的產物，其中乳酸菌通過其代謝產物和低氧的環境成為發酵過程中的優勢菌，主要作用是抑制有害微生物的生長繁殖及產生獨特的風味物質，對發酵泡菜的品質有著重要影響。中國泡菜歷史悠久，種類繁多，主要存在于四川、廣西、東北等地，由于其口味酸辣、口感爽脆，廣受人們的喜愛。但現階段中國泡菜大都生產于家庭式作坊，泡菜的品質不易控制。因此，研究泡菜發酵過程中微生物生態變化、菌群的消長規律，探討不同乳酸菌菌株的生理及功能特性，在食品及醫藥等領域加強其應用具有重要社會意義和經濟價值。

1 乳酸菌的功能多樣性

乳酸菌種類繁多，是全球公認的安全食品，同時還具有諸多功能性，可以提高食物的營養價值、保藏性。整理國內外報道的部分乳酸菌的功能性，見表1。

表1 不同種類乳酸菌的功能性Table 1 The functionality of different types of lactic acid bacteria

2 泡菜中功能性乳酸菌菌種的篩選

2.1 產酸快、產酸量大的乳酸菌菌種的篩選

吳錦蘭等[6]以柳州傳統發酵酸筍為原料，分離并篩選得到一株高產乳酸的乳酸菌菌株LB-1-23，測得其在合適的發酵條件下乳酸產量為12.74 g/L。篩選出高產酸乳酸菌可用于發酵劑的制備，縮短發酵周期，抑制雜菌生長，保證產品品質。

2.2 降解亞硝酸鹽能力強的乳酸菌菌種的篩選

亞硝酸鹽廣泛存在于肉類制品以及發酵蔬菜中，亞硝酸鹽會對人體造成嚴重的危害，如引起急性中毒，以及致癌、致畸[7]。國內外學者篩選出多株降解亞硝酸鹽能力強的乳酸菌。從我國特色發酵蔬菜中分離純化出植物乳桿菌JLSC2-6，結果表明在發酵10 h時，其亞硝酸鹽降解率達到87.52%，發酵30 h后，其降解率達99.06%[8]。從四川泡菜中分離得到短乳桿菌菌株AR123，在MRS(De Man, Rogosa, Sharpe)肉湯中測試其亞硝酸鹽降解率最高，達到99.85%[9]。

2.3 高耐受性的乳酸菌菌種的篩選

正常人體胃液的pH在1.5～4.5之間波動變化，從成都地區的農家自制泡菜中分離出高耐受性乳酸菌SC608。結果表明，pH 4.0時，SC608乳酸菌的相對存活率為80.06%，說明該菌株具有一定耐酸能力[10]。

正常腸道中膽鹽的質量分數在0.03%～0.3%之間波動變化，小腸中的膽鹽成分對乳酸菌有一定抑制能力，因此乳酸菌必須在此膽鹽濃度下保持較高的生物活性才有可能在腸道內定殖成功。侯保朝等[10]以膽鹽質量分數0%作為參照，膽鹽質量分數0.3%時SC608乳酸菌的相對存活率為63.56%；膽鹽質量分數升高到0.5%時，SC608的耐受膽鹽能力仍然顯著，相對存活率仍然可以達到59.14%，反映該菌株具有良好的耐膽鹽能力。

2.4 抗氧化功能的乳酸菌菌種的篩選

乳酸菌具有較好的抗氧化功能，研究表明一些乳酸菌具有較好的清除羥自由基、超氧陰離子自由基和1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)能力[11]。

從市售酸菜中分離篩選出一株對DPPH自由基清除能力最強的菌株b-2，其無細胞上清液(CFS)對DPPH自由基的清除率達91.3%，其無細胞提取物(CFE)對·OH的清除率為67.6%，其完整細胞(IC)對O2-·的清除率為62.8%[12]。從成都的自然發酵酸菜中篩選到3株發酵上清液的羥自由基和DPPH自由基的清除能力較好的菌株，且植物乳桿菌SC608的羥自由基清除能力最顯著。從彝族酸菜汁中篩選出4株還原力大于100 μmol/L，羥自由基、DPPH自由基、超氧陰離子自由基清除能力較高的乳酸菌，分別為植物乳桿菌、副植物乳桿菌和副干酪乳桿菌，為乳酸菌益生菌劑的開發提供了基礎數據[13]。

2.5 產共軛亞油酸的乳酸菌菌種的篩選

共軛亞油酸(conjugated linoleic acid，CLA)是天然脂肪酸亞油酸與共軛雙鍵的位置和幾何共軛異構體混合物的通用名稱，具有抗癌、免疫調節、抗動脈粥樣硬化、抗肥胖和抗氧化作用[14]，因此在藥物、食品和保健產品中具有廣泛的應用潛力。商業CLA通常是使用葵花籽油作為原料通過堿異構化生產的，含有CLA的異構體副產物。而用于營養保健和醫藥用途的CLA需要更安全的異構體選擇性合成。因此，CLA的生物合成引起很多關注。

乳酸菌菌體中含有的亞油酸異構酶(LAI)可將亞油酸(linoleic acid，LA)轉化成CLA，因此將LAI基因通過基因工程克隆至其他菌體中獲得CLA。優化培養條件和誘變育種是當前使用最多的篩選方式，研究者從發酵泡菜中分離和鑒定的植物乳桿菌菌株PC-3，可在有氧條件下將亞油酸轉化為CLA[15]。朱振元等[16]在添加0.04%亞油酸作為誘導劑的MRS培養基中研究7株乳酸菌，其中羅伊氏乳桿菌的CLA產生能力最高，水平為5.34 μg/mL。通過正交試驗對發酵條件進行優化：亞油酸0.06%，反應溫度37 ℃，溫育時間30 h，pH 7.0，最大CLA量達到6.59 μg/mL，提高了23.4%。乳酸菌合成CLA仍處于研究階段，還沒有達到商業化、規模化生產，希望著重開發相關功能性食品并向大眾普及相關知識。

2.6 高產γ-氨基丁酸的乳酸菌菌種的篩選

γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid，GABA)是一種非蛋白質氨基酸，具有降血壓、抗糖尿病和抗焦慮等生理效應，近年來受到廣泛關注[17]。GABA可以通過化學合成，也可以通過微生物發酵獲得。在具有GABA產生能力的微生物中，乳酸菌(LAB)的安全性得到證明[18]。

GABA是由谷氨酸脫氫酶(GAD)將L-谷氨酸(Glu)α-脫羧產生，因此需提高GAD活性以獲得高產量GABA。可以通過在培養基中添加谷氨酸及其鈉鹽、優化發酵條件及使用紫外或γ-射線誘導菌株突變以提高GABA的產量。Karimian E等通過從傳統泡菜中分離出具有高水平γ-氨基丁酸(GABA)的植物乳桿菌，可與乳酸乳球菌亞種單獨或共培養，在發酵的樣品中產生的GABA濃度為365.6 mg/dL。從新疆傳統發酵食品中共分離出150株乳酸菌，其中有57株乳酸菌具有合成γ-氨基丁酸的能力，且篩選出一株產量較高的菌株短乳桿菌NL8，其產量高達(4.17±0.05) mg/mL[19]。現階段市面上有多款含有GABA的產品，但消費量低，仍需要加大研發力度。

2.7 產細菌素的乳酸菌菌種的篩選

細菌素是由乳酸菌產生的具有抑菌活性的多肽類或蛋白類物質，廣泛存在于乳酸菌代謝產物中。由于抗生素的濫用，導致很多有耐藥性的突變菌株，現階段需要尋找抗生素的替代品，細菌素被認為是最佳的選擇。由于細菌素是蛋白類物質，可以被腸胃中的蛋白酶水解，不會殘留在人體內，因此不會產生耐藥性，且具有較高的安全性。細菌素還可以抑制食物中腐敗菌的生長，在食品保藏方面具有廣闊的應用前景。

從四川地區泡菜汁中篩選出一株產細菌素的乳酸菌QH 18-4(菌種編號SICC 1.1438)為耐鹽魏斯氏菌，分別對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、腸道沙門氏菌、單核細胞增生李斯特菌、枯草芽孢桿菌、蠟樣芽孢桿菌、綠膿假單胞桿菌有不同程度的抑制作用[20]。Chen X J等[21]從自制酸奶、市售散裝腌菜和袋裝榨菜中分離篩選到5株產細菌素能力強的乳酸菌菌株，對綠膿假單胞桿菌、金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌和大腸桿菌均有很強的抑菌活性，并選出抑菌活性最強的菌株E2-2，初步鑒定其為戊糖乳桿菌。只有乳酸鏈球菌素Nisin被廣泛投入使用，主要原因是其他細菌素合成量低，后期可以通過誘變、基因工程等方法提高乳酸菌產細菌素的能力。

2.8 產胞外多糖的乳酸菌菌種的篩選

胞外多糖是乳酸菌在生長代謝過程中生成的一種位于細胞壁外的黏液多糖或莢膜多糖，屬于微生物胞外多糖的一種，具有良好的免疫調節、調節腸道菌群、抗腫瘤、抗病毒、細胞保護及降低血清膽固醇等作用[22]。雖然用于化療的抗腫瘤藥物具有很強的活性，但其存在安全性和副作用問題，因此安全天然來源(如乳酸菌)的胞外多糖可作為合成抗腫瘤劑的良好替代品[23]。

從不同地區泡菜中分離篩選4株高產胞外多糖的菌株，其胞外多糖的產量在450～500 mg/L之間[24]。以自制泡菜為原料，分離得到2株植物乳桿菌和1株發酵乳桿菌，并對其胞外多糖產量進行測定，篩選出產胞外多糖含量最高的菌株，產量為351 mg/L[25]。乳酸菌產EPS的試驗仍處于研究階段，如何獲得高產EPS乳酸菌是當前面臨的最大難題。

3 功能乳酸菌菌種及菌劑的應用現狀

3.1 復合飼料

韓國腌制辣椒中分離出植物乳桿菌SK1305菌株，該菌株具有較高的耐酸性(pH 2.5)和膽汁耐受性(0.3%，W/V)。無細胞培養上清液(CFCS)對多種病原菌具有廣譜抗菌活性。分離株對MAC-T(牛乳腺上皮細胞)顯示出顯著的DPPH自由基清除活性(55.2%±0.6%)和超氧化物還原能力，因此，植物乳桿菌SK1305可作為增強營養的飼料發酵的接種物[26]。市場上，農富康品牌將乳酸菌與芽孢桿菌、酵母菌等制備成混合菌劑用于水產養殖，穩定改善水質，預防動物疾病；益加益品牌也將乳酸菌與多種有益微生物菌群混合制備成秸稈發酵劑，促進畜禽生長，提高動物繁殖能力與免疫力，并且經過發酵后飼料營養價值得到明顯提高。

3.2 直投式發酵菌劑

康嬌等[27]利用從云南富源泡菜中分離得到的發酵乳桿菌FYa1制作直投式發酵劑，通過優化凍干保護劑配方，凍干菌粉的存活率為(68.53±0.09)%，FYa1發酵劑的含菌量為(2.0±0.05)×108CFU/g。FYa1泡菜用直投式發酵劑具有優秀的發酵性能，可抑制雜菌的生長，在發酵過程中展現出良好的復活能力，為直投式發酵劑的研究提供了科學理論和應用依據。現在泡菜和酸奶的直投式發酵劑已經大規模生產并使用，市面上比較有名的直投式發酵劑品牌有川秀、湯泉一品等。

3.3 生物抑菌劑

乳酸菌可作為生物抑菌劑在食品保鮮中應用，即利用乳酸菌產生的有機酸、細菌素及其他抑菌代謝產物抑制食品中常見致病菌和腐敗菌的繁殖。大量試驗研究證明[28]，乳酸菌是控制食源性病原體天然而有效的菌株，可以抑制一些主要食源性致病菌如單增李斯特菌、沙門氏菌和大腸桿菌O157:H7等。

3.4 輔助醫療

近年來大量研究表明，乳酸菌制劑中所含有的活性益生菌可以刺激腸道內益生菌的增殖，同時抑制腐敗菌和致病菌的繁殖。研究證明幼兒腸道菌群失調后，如果按要求服用富含益生菌的乳酸菌制劑，腸道內的菌群平衡即可恢復，進而起到治療腹瀉的作用。有試驗證明攝入復合乳酸菌粉(嗜酸乳桿菌+乳雙歧桿菌+低聚木糖)的益生菌沖劑具有增強免疫力的功能作用[29]。Marion-Eliette K等[30]通過對300名腹瀉兒童進行口服嗜酸乳桿菌制劑試驗，結果表明，口服乳桿菌制劑后能減少腹瀉持續時間，大便次數、住院天數和病毒在糞便中的數量。乳酸菌咀嚼片、乳酸菌膠囊等即食性乳酸菌在國內外都廣受歡迎。

4 展望

隨著全球消費者健康意識的增強和市場的日趨成熟，“大健康”理念逐漸進入人們生活，“大健康”產業即將成為新的全球經濟焦點，益生菌對大健康產業非常重要，而乳酸菌作為益生菌，在維護人體健康方面具有重要作用。

泡菜中分離出來的乳酸菌種類多，探討一些乳酸菌的功能，其中抑菌、腸道調節等功能得到開發且應用于市場，還有些功能仍處于研究階段，尚需有效篩選泡菜中功能性乳酸菌，利用現代生物技術探討乳酸菌的生理作用及其保健功能；有待進一步利用生物信息學，建立微生物菌群體系，完善泡菜質量控制的相關體系，實現功能性乳酸菌菌劑標準化、工業化生產，發揮其在食品、健康醫療、畜牧養殖和農業種植領域的應用價值，不斷創造社會價值及經濟效益。

5 結語

綜上所述，泡菜中功能性乳酸菌種類多，乳酸菌產酸、降解亞硝酸鹽、耐酸耐膽鹽、高抗氧化性、產γ-氨基丁酸、產共軛亞油酸、產細菌素、產胞外多糖等逐步開發應用，一方面利用現代科學技術進一步探討功能成分，利用現代生物技術開發其功能作用；另一方面加強其在食品工業、生物與醫藥等方面的應用，更好地滿足人們對健康的需求。