酵母菌的益生功能及其在食品中的應用研究進展

孟 園，馬艷蕊，姚旖旎，李學震，初 樂，趙 巖，劉光鵬

（中華全國供銷合作總社濟南果品研究院，山東濟南 250014）

益生菌是指通過攝取適當的量、對食用者的身體健康能發揮有效作用的活菌，它們可以通過改善宿主腸道微生態平衡而對宿主健康產生有益影響[1]。添加對人體有益的外來菌，調節腸道菌群平衡是目前預防、調節和治療疾病的重要方法，傳統的益生菌大都來自于乳酸菌菌株。近年來，人們對不同來源的酵母菌進行了抑制有害菌、免疫調節、緩解炎癥功能等方面的研究，發現有些種類的酵母菌在某些方面比乳酸菌更具優勢，如能產生多種酶類、耐受力更強、細胞壁含有獨特的β-葡聚糖成分以及用于抗生素相關性腹瀉治療等益生特性[2]，這表明酵母菌具備作為新一代益生菌的潛力。目前，益生酵母菌已成為科學家重點關注的新研究領域。

本文概述了幾種酵母菌及其所具有的益生特性，探討了酵母菌在發酵食品中的應用，并對其未來應用前景進行展望，這將對酵母菌邁入益生菌行列具有重要意義。

1 酵母菌的益生特性

與乳酸菌菌株相比，真菌中酵母菌的豐度和多樣性較低，且存在明顯的個體差異。常見的酵母菌各屬主要有釀酒酵母屬、漢遜酵母屬、畢赤酵母屬、假絲酵母屬、克魯維酵母屬等。其中釀酒酵母屬是目前研究最透徹、對人類社會貢獻最大的酵母屬，是釀酒工業的主要菌種，在面包、糕點的制造及醫藥工業等也有廣泛應用[3]。近幾年來，人們更注重于菌株對身體健康的影響，因此除了工業應用之外，酵母菌所具有的抑菌、抗氧化及免疫調節等益生特性成為專家學者研究的新方向。具有益生特性的主要酵母菌見表1。

表1 部分具有益生特性的酵母菌Table 1 Yeast with probiotic properties

1.1 抗逆性

益生菌是一類賦予宿主健康利益的有機體，它們必須能夠長期在人體腸道中生長和存活[18]。益生菌菌株被攝入胃腸道后會受到胃部低pH、胃蛋白酶、胃內膽汁、各種酶脅迫等的阻礙，從而使菌株存活率降低[19-20]。Fakruddin 等[21]從水果中分離出的釀酒酵母IFST 062013菌株，對溫度、pH 值、高濃度的膽鹽、α-淀粉酶、胰蛋白酶和溶菌酶具有較好的耐受性[22]。Hu 等[23]從鴨消化道中分離鑒定出了35 株酵母菌，并在體外評估了其作為家禽益生菌的潛力，其中兩株釀酒酵母具有較強的耐低pH、耐膽鹽等特性。以上研究結果證明酵母菌尤其是釀酒酵母的抗逆性較強，且具有抵御胃腸道不利環境條件的特性，這些特性對腸道微生物的生存和生長有重要影響。

1.2 黏附性

為了在宿主腸道中存活，益生菌抵抗住各種消化液之后需要與腸上皮細胞相結合，也就是黏附在其表面之后才能繼續進入腸道生長繁殖并發揮作用，即益生菌有很強的黏附性。Cho 等[24]評估了從開菲爾中分離出的馬克斯克魯維酵母對Caco-2 細胞的黏附性發現，所測菌株黏附性均強于嗜酸乳桿菌LA。益生菌在胃腸道黏附定殖之后便能形成微生物膜，阻擋有害菌侵襲腸上皮細胞，而這種結合形成細胞聚集體也就是形成生物膜的能力，反映了其自身的聚集和疏水能力，這也是益生菌在胃腸道中定殖的重要條件。Fernandez 等[25]研究了142 株釀酒酵母菌的益生菌潛力，通過評估它們在37 ℃下的生物膜形成能力、自聚集性和疏水性以及模擬唾液-胃腸道連續消化后的活力，得到3 株生物膜形成能力強且耐受能力強的菌株，表明酵母菌具有可以在腸道中定殖的潛力并可以作為候選菌株用于生產益生菌產品。Bonatsou等[26]對分離自卡拉瑪塔食用橄欖的49 個酵母菌株益生菌潛力進行評估時發現一株普魯蘭A.pullulansY42 菌株對Caco-2 細胞具有很強的黏附能力。Perricone 等[27]對從意大利南部阿爾塔穆拉酸面團中分離出的49 個酵母菌株進行益生潛力鑒定，發現釀酒酵母4 號具有耐低pH和耐鹽性，以及在很寬的溫度范圍內生長的能力，在pH=2.5 和添加膽鹽的條件下，該酵母菌在生物膜形成、疏水性和存活率方面表現出與商業益生菌布拉氏酵母ATCC MYA-796 相似的特性。

1.3 抑菌性

酵母菌具有一定的抗菌活性。Fakruddin 等[21]測定了釀酒酵母的全細胞、培養上清液和細胞裂解液的抗菌活性，發現該菌株與對照多西環素相比具有中等的抗菌活性，且該菌株對革蘭氏陰性菌（大腸桿菌等）的抗菌效果優于革蘭氏陽性菌（枯草芽孢桿菌等），釀酒酵母的抗菌能力可能與胞外蛋白酶的產生、抑制蛋白的分泌、免疫球蛋白A 的刺激以及分泌毒素、殺傷毒素和二氧化硫等的獲取和清除有關。Pericolini 等[28]對釀酒酵母抗真菌（白色念珠菌）效果進行了研究，發現釀酒酵母活酵母處理后能夠通過誘導念珠菌聚集，從而抑制其與上皮細胞的黏附來加速這種真菌的清除。酵母還能夠對造成水果果實腐爛的病菌具有一定的殺滅效果，如釀酒酵母M114 能夠抑制葡萄漿果中炭黑曲霉和赭曲霉產生赭曲霉毒素A，抑制作用的內在機制可能與真菌和酵母菌對空間和營養物質的競爭或酵母菌在共培養中產生抗真菌代謝產物有關[29-30]。漢森德巴利以及異常威克漢姆酵母則能作為生防酵母對造成蘋果果實腐爛的褐腐病菌有一定的防御和抑制作用，抑制率高達85%～92%[6]。然而，Silva 等[12]發現酵母的抗菌活性具有明顯的菌株依賴性。比如生防假絲酵母和畢赤產膜酵母對革蘭氏陽性和陰性細菌以及單核細胞增生李斯特菌都有很好的抵抗能力，釀酒酵母能夠抑制大腸桿菌，而德爾布有孢酵母對金黃色葡萄球菌和沙門氏菌具有抗菌活性[8,31]。然而，Perricone 等[27]從酸面團中分離出的釀酒酵母被證實無抑菌作用。因此，并不是所有酵母菌都具有抑菌性，且抑菌能力存在菌株依賴性，某些酵母菌只對特定的菌類有殺傷效果。

1.4 免疫調節性

酵母菌具有潛在的免疫調節活性，能夠對機體免疫反應產生一定的有利影響[32]。Fakruddin 等[21]發現釀酒酵母IFST 062013 菌株能刺激小鼠T 淋巴細胞特異性增殖且細胞增殖指數呈劑量依賴性增加，其中細胞因子在免疫應答過程中起著重要作用。

酵母β-葡聚糖是首個被發現具有免疫增強作用的葡聚糖，被公認為是潛在的免疫調節劑，同時對先天免疫和適應性免疫具有加強作用[13]。來源于真菌和酵母的β-葡聚糖由β-(1,3)連接的主鏈和少量β-(1,6)連接的側鏈組成，對β-葡聚糖免疫調節作用的研究始于酵母的不可溶性部分，隨后證明其免疫調節活性來源于β-(1,3)-葡聚糖[33]。Reyes 等[34]發現漢森德巴利酵母所衍生的β-D-葡聚糖可被腸道巨噬細胞攝取，從而產生誘導免疫應答的細胞因子，它可以上調魚類腸道中的葡聚糖和巨噬細胞受體基因，如C 型凝集素和巨噬細胞甘露糖受體。陳瓊等[13]探究了酵母β-葡聚糖加鋅復合配方對環磷酰胺誘導免疫抑制幼齡小鼠的免疫調節作用，發現β-葡聚糖加鋅復合配方能夠通過逆轉免疫器官缺陷，提高免疫細胞數量，同時增強特異性和非特異性免疫，提高腸道黏膜免疫來緩解小鼠免疫抑制。由此表明，某些酵母菌具有一定的免疫調節作用，其可能是通過提高機體免疫器官指數，增加免疫細胞數目或者調節細胞因子表達水平來糾正免疫失衡從而改善機體免疫狀態。

1.5 抗氧化

抗氧化能力是酵母菌作為益生菌的一個重要參考指標。酵母菌的抗氧化能力可能與酵母胞內胞外的抗氧化活性物質有關，酵母細胞內具有多種抗氧化酶以及類胡蘿卜素等，具有保護細胞氧化應激和調控抗氧化的能力[35-36]。韋琰琰[15]發現酵母菌中含多種具有抗氧化活性的物質，包括抗氧化酶如過氧化氫酶、超氧化物歧化酶、以及谷胱甘肽過氧化物酶等。Fakruddin 等[21]和Fortin 等[37]發現與抗壞血酸相比，釀酒酵母IFST 062013 菌株具有顯著的還原力、1,1-二苯基 -2-三硝基苯肼（1,1-Diphenyl-2-picrylhydrazyl radical，DPPH）自由基清除活性以及一氧化氮和羥自由基清除活性。此外，酵母的胞外多糖如β-D-葡聚糖也具有清除自由基的能力[38]，Reyes 等[34]探討了漢森德巴利酵母β-D-葡聚糖的抗氧化活性，包括DPPH 自由基、超氧陰離子清除活性、β-胡蘿卜素-亞油酸測定以及鐵（II）螯合活性，結果表明漢森酵母的β-D-葡聚糖具有較高的抗氧化能力。Karim 等[39]研究發現馬克思克魯維酵母具有較強的抗氧化能力，且與富含多酚的葡萄籽提取物/葡萄籽粉協同作用時可增強對自由基的清除能力。酵母細胞壁的組成成分幾丁質具有結合重金屬離子的特性，能夠產生具有抗氧化活性的金屬硫蛋白，從而有效清除羥自由基[10]。由此可見，上述不同類型的酵母均具有較強的抗氧化性能。

1.6 抗炎

某些特定酵母菌具有顯著的抗炎特性，如典型的布拉氏酵母菌（釀酒酵母的亞種之一）具有緩解腸道炎癥的功能[40-41]。酵母菌緩解炎癥功能的機制可能與調節腸道微生物群平衡、改善腸道屏障功能以及抑制炎癥相關信號通路、調節免疫反應和下調炎癥因子有關，如通過抑制調節炎癥反應的NF-κB、MAPK 通路，以降低促炎因子的分泌從而減少炎癥和組織損傷[42-44]。Everard 等[42]已經證實灌胃布拉氏酵母菌后顯著改變了小鼠腸道菌群的組成，減少了有害菌如變形菌門、厚壁菌門和無壁菌門的數量，同時增加了擬桿菌門的比例，發現巨噬細胞浸潤現象及炎癥的全身標志物水平降低，與模型組相比，酵母組小鼠的IL-6 和IL-4 血漿細胞因子濃度顯著降低了約2 倍，而IL-1 降低約40%，腫瘤壞死因子α（TNF-α）降低約20%，從而緩解小鼠相關代謝炎癥等疾病。闕雪梅等[11]對葡聚糖硫酸鈉誘導的結腸炎BALB/c 小鼠灌胃布拉氏酵母菌，經美沙拉嗪或布拉氏酵母菌灌胃的小鼠腸黏膜損傷程度無論是從形態觀察方面還是蛋白定量的檢測方面來看癥狀均明顯減輕，其機制可能通過調節腸粘膜上皮間閉鎖蛋白、閉鎖小帶蛋白-1 以及封閉蛋白-1 等的表達，來緩解急性結腸炎炎性反應從而增強腸道屏障功能。周環[45]發現灌胃布拉氏酵母菌可降低結腸炎小鼠結腸組織中的HIF-1α和HIF-2α的mRNA 及蛋白的表達水平，從而使IL-6 等相關炎癥因子的表達降低以緩解結腸炎。此外，Fakruddin 等[21]研究了酵母菌株對抗炎細胞因子IL-10 和促炎細胞因子IFN-α、IFN-γ所產生的影響，發現釀酒酵母能夠同時誘導促炎和抗炎介質，從而有助于維持細胞因子之間的平衡[46]，這也對宿主免疫具有重要意義。

2 不同發酵食品中的酵母菌

發酵乳制品、面包、饅頭、酸菜以及醬菜類等不同種類的發酵食品中孕育著豐富多樣的微生物菌群，其中酵母菌在食品制作過程中起著至關重要的作用，不僅可以抑制其中有害菌的生長繁殖，還可對產品的風味和質地產生有利影響。不同發酵食品中存在的主要酵母菌見表2（見下頁）。

表2 不同發酵食品中的酵母菌Table 2 Yeast in different fermented foods

酵母菌廣泛存在于發酵食品中，Maiwore 等[47]在喀麥隆北部三個地區收集了16 種傳統發酵乳，有5 種酵母被鑒定為優勢菌株，其中戴爾凱氏有孢圓酵母、釀酒酵母等可以作為喀麥隆北部地區傳統發酵乳有潛力的發酵劑。開菲爾發酵乳中，克魯維酵母屬和釀酒酵母屬是研究最廣泛的酵母。Cho 等[24]發現，馬氏克魯維酵母對開菲爾的微生物穩定性、化學和感官特性以及開菲爾籽粒的超微結構等主要特性都有一定的貢獻。馬龍等[48]發現，開菲爾發酵乳中的微量酵母菌可將糖和蛋白質等一些物質轉化為乳酸、酒精等風味物質，并且可以與乳酸菌相互作用產生豐富的氨基酸和醇類物質，因此酵母菌可作為開菲爾發酵乳獨特風味的來源。

Perricone 等[27]研究了阿爾塔穆拉酸面團中分離出的釀酒酵母，通過對技術特性的評估，發現一株釀酒酵母具有較高的發酵能力，體積指數達到113%，可以作為谷類食品或飲料的合適的功能性發酵劑。毛晉春[49]發現酵母菌屬是傳統酸面團中的絕對優勢菌群，尤其是漢遜酵母屬及畢赤酵母屬。酸面團發酵期間酵母菌會大量產氣使面團體積膨脹從而使面團質地更加的松軟[50]；發生于面團內部的一系列氧化還原反應使面筋的強度有所提高；酵母菌在面團發酵過程中也會生成多種賦予面團獨特香氣的芳香類化合物，如乙醇、丁二醇、乙酰乙酸等。酵母菌在代謝過程中分泌的胞外多糖能夠抑制有害微生物的生長和面團老化，從而延長傳統發酵面團制品的貨架期。趙虎威等[51]選取市面上的4 種酸菜為研究對象檢測出了7 種酵母菌，發現德巴利漢遜酵母是真菌中的優勢種。酵母菌是酸菜中主要的微生物之一，在酸菜的發酵過程中會對其風味和質量產生一定的有利影響。

綜上所述，在各種各樣的發酵食品或飲料中都存在著不同種類的酵母菌，它們作為發酵劑或者風味物質在食品制作過程中起著關鍵作用。我國新疆、甘肅、內蒙古、西藏等地區人民具有制作和食用傳統發酵食品的習慣，在這些傳統發酵食品的生產過程中，酵母菌作為主要微生物參與了發酵過程。酵母菌的代謝產物為形成發酵食品的風味口感做出了貢獻，而目前對傳統發酵食品中酵母菌的益生功能研究較少，同時酵母菌本身在進入食用者胃腸道后對其腸道菌群的影響、對腸道屏障功能及腸免疫相關組織的影響，還有待進一步研究。

3 小結

一直以來，酵母菌菌體或其代謝產物隨發酵食品被人類攝食，具有悠久的安全食用史。近年來，酵母菌菌株在人類胃腸道中的存活性以及所起到的益生作用受到人們的關注。因此，對于酵母菌的探討不再僅僅局限于傳統思路，而是拓展開來發掘其對人類有益的方面。然而酵母菌作為真菌的一種，其結構與其他類益生菌仍存在很大區別，如其細胞壁含有豐富的酶類以及特殊的甘露聚糖和葡聚糖等，故在后續研究中應加強對酵母菌細胞壁糖成分功能機理的研究。相比于乳酸菌類益生菌，對于酵母菌的研究盡管有所開展但還尚不成熟，因此不同種酵母菌及其代謝產物的益生功能有待進一步深入發掘和探索。