植物乳桿菌的功能性及工業化應用研究進展

馮麗莉，張棟，荀一萍，薛玉玲，王世杰，朱宏

（石家莊君樂寶乳業有限公司，石家莊050221）

0 引言

益生菌（Probiotics）又稱為活菌制劑、生態制品或微生態調節劑，是一類能夠促進宿主腸道菌群生態平衡，并對宿主的健康及生理功能發揮一定有益作用的活性微生物[1]。目前，益生菌仍以乳酸菌為主，。在乳酸菌中屬于乳桿菌屬的就有50多個種，其中主要的乳桿菌種有:植物乳桿菌（Lactobacillus plantarum）、干酪乳桿菌（Lactobacillus casei）、副干酪乳桿菌（Lactobacillus paracasei）等[2]。植物乳桿菌是一種常見于乳制品、果蔬及肉類中的乳桿菌，能夠耐受胃液到達腸道，對機體產生有益作用[3]。植物乳桿菌屬于乳桿菌屬，15℃能生長，最適生長溫度30～35℃，厭氧或兼性厭氧菌，成短桿狀，最適pH值在6.5左右，屬于同型發酵乳酸菌[4]。本文主要介紹植物乳桿菌的功能特性及工業化生產情況，為其在產品中的應用提供一定的參考。

1 植物乳桿菌的生理功能

目前，乳酸菌既可以使食品的營養價值得到提高，又可以使食品的風味得到改善，從而提高食品的保藏時間和附加值，同時近些年對乳酸菌的研究表明，乳酸菌還有很多醫療保健作用。乳酸菌是存在于人胃腸道中的有益菌群，通過一系列復雜的代謝過程可以產生乳酸等有機酸、細菌素、過氧化氫、雙乙酰等多種天然的抑制有害菌的物質，這些物質能夠維持胃腸道內菌群平衡,提高身體的免疫能力，促進營養成分的有效吸收，降低血液中膽固醇水平，緩解乳糖不耐癥和抑制腫瘤的形成等多項益生功能[5]。

1.1 植物乳桿菌對腸道菌群的調節作用

乳酸菌可以通過自身及代謝產物和其他細菌之間的相互作用，調節菌群之間的關系，形成生物學屏障，以維持和保證菌群最佳優勢組合及其穩定。胃腸道中各種微生物的種類、數量和定居位置是相對穩定的，它們之間相互協作，相互制約，菌群之間共同形成一個平衡的微生態系統，起到了整腸作用。

據研究報道，募集健康兒童攝入一種經L.plantarum 299v發酵的米粥，飲用量為：每天1次，每周3次，在飲用后第7 d、第13 d和后期的檢測中，試驗組腸道病原體由原來的27.6%分別降低到7.8%，8.2%和12.7%；而對照組試驗在第7 d和第13 d的檢測中腸道病原體由原來的16.7%降低到11.4%和8.1%，但是，在后期的試驗中發現有22.6%的兒童又攜帶了腸道病原體。這與對照組相比，試驗組攜帶的腸道致病性細菌大大減少[6]。

腸道菌群不僅是腸道防御屏障的重要組成部分，而且，腸道菌群的平衡對人體的健康及長壽起著十分重要的作用。植物乳桿菌能夠通過定殖抗力與生態占位來抑制病原菌，這種定殖抗力的產生是由于體內有益菌群與致病菌競爭腸道上皮的吸附位點而產生的，如果這些吸附位點被較多有益菌群所占據，病原菌就會被排斥[7]。植物乳桿菌自身能夠產生抑菌物質，比如細菌素、類細菌素拮抗物質、過氧化氫、有機酸、二氧化碳和雙乙酰等[8]。

1.2 植物乳桿菌的免疫調節作用

自然界中廣泛存在著病菌、病毒、支原體、衣原體等多種致病微生物，并且新的變異體也在不斷產生，其不僅可以導致人體產生各種炎癥，而且會引發腫瘤、艾滋病等疾病。因此，提高人體免疫力，以預防和治療各類致病微生物引起的疾病，成為各國科學家研究的熱點。M ane等通過臨床試驗研究發現L.plcmtanim CECT 7315和L.pkmtarum CECT 7316均能夠增強老年人的機體免疫力[9]。Perdigon等對小鼠飼喂L.phm Larun CR L936后，結果發現可誘導腸上皮的IgM和派爾集合淋巴結中的免疫細胞，并且增強了腸道和支氣管中IgA和CD 4+T細胞的免疫功能[10]。Beatriz等利用患萊姆病小鼠模型研究植物乳桿菌對其機體自身免疫力調節作用，研究結果發現，口服植物乳桿菌活菌劑可以有效地防止小鼠被細菌感染[11]。

益生菌菌體或其代謝產物對腸道黏膜的免疫刺激作用，體現了益生菌對動物機體的免疫調節作用。乳酸菌中起到主要免疫調節成份為細胞壁的肽聚糖、多糖和胞壁酸幾部分[12]。在細胞免疫中研究發現，益生菌能夠激活巨噬細胞，可以吞噬和殺滅多種病原微生物，同時誘導其釋放兩種免疫活性因子腫瘤壞死因子（TNF-α）和白細胞介素（IL-6）。植物乳桿菌菌體本身及其代謝產物是引起免疫調節作用的主要因素，滅活的菌體也具有免疫調節作用。

1.3 植物乳桿菌的降低膽固醇作用

膽固醇在人體內有著非常重要的生理作用，但過高的膽固醇存在于血液中容易引起動脈硬化、冠心病、腦中風等心腦血管疾病，嚴重影響著人類的健康。近些年國內外的研究發現，乳酸菌具有較強的降膽固醇作用，通過適量飲用益生菌發酵乳可以達到降低血清膽固醇含量的效果，減少心血管疾病的發病幾率[13]。劉長建[14]等研究結果發現，LactobacillusplantarumⅢ去除膽固醇的機理是益生菌菌體在生長過程中對膽固醇的吸附和吸收作用。目前，篩選具有功能性的乳酸菌是當前國內外研究的熱點之一，很多乳酸菌具有降低膽固醇的作用已得到了大量體內和體外試驗的證明，但是作用機理目前還沒有統一的觀點。

2 植物乳桿菌國內研究現狀

眾所周知，氧化作用是機體的必要代謝過程，然而在這一過程中會產生活性氧。活性氧產生過量就會出現過度氧化現象從而導致細胞中毒[15-17]。從而引起機體衰老和與衰老相關疾病。同時過度氧化還會導致高血壓、動脈硬化、糖尿病和心腦血管疾病[18-19]。經過國內學者的大量研究發現植物乳桿菌具有良好的氧化物清除能力。蔣琰潔[20]等人對從新疆傳統乳品中分離的乳酸菌進行了抗氧化能力檢測發現其中一株植物乳桿菌具有較好的亞鐵離子螯合能力。宋曉辰[21]等人對一株植物乳桿菌NDC 75017的抗氧化活性進行了研究，發現菌株具有抗氧化活性，并推測其抗氧化本質可能與其具有金屬離子螯合能力、提供電子和清除自由基等作用模式有關。劉少敏[22]分析了四種不同乳酸菌對Caco-2細胞緩解氧化損傷的能力發現鼠李糖乳桿菌LGG和植物乳桿菌75017表現出很強的損傷修復能力。同時進一步分析了其抗氧化機制，發現植物乳桿菌75017能夠下調3個炎癥反應相關的基因表達。李盛鈺[23]等人發現一株植物乳桿菌C 88通過提高Caco-2細胞的自由基清除能力和抗氧化酶活性表現出較強的抗氧化活性。

高血壓、冠心病、動脈粥樣硬化等心血管疾病是當前導致人類死亡的主要原因，研究發現，血脂中總膽固醇的減少能降低高血脂人群患心血管疾病的風險[24]。國外已經有研究證明益生菌在降低膽固醇方面具有良好的效果[25-26]。李常營[27]等人對于一株酸菜來源的植物乳桿菌S4-5進行分析發現48 h后植物乳桿菌S4-5對膽固醇的移除率達到84%。王今雨[28]等人研究發現植物乳桿菌NDC 75017體細胞破碎液中的膽固醇脫除率可達32.87%。廖宇欣[29]研究了植物乳桿菌M 1-UVs29的降膽固醇特性并對其膽固醇共沉淀條件進行了研究。

2.1 植物乳桿菌的工業化生產

目前益生菌想要實現應用或者商品化首先要能夠進行大規模的工業化生產，國外的益生菌凍干粉生產技術已經相當成熟并且幾乎壟斷著國內的益生菌產業。我國在益生菌凍干粉生產研究上起步較晚但是發展迅速，目前國內也出現能夠工業化生產益生菌和發酵劑菌粉的生產企業，這離不開我國學者的大量工作。李東華[30]通過以植物乳桿菌為研究對象通過對生產過程中的pH值調整、菌株富集等條件的優化，將培養液中菌種密度提高20%，凍干時間縮短10 h。隋春光[31]等人通過正交試驗確定了一株高產γ-氨基丁酸的植物乳桿菌Lp-S2的凍干粉生產工藝，通過該工藝使其生產的植物乳桿菌Lp-S2的凍干粉活菌數達到1.5×1012g-1。任琳[32]等人通過對植入乳桿菌凍干粉含水量的研究發現，凍干粉含水量降低則菌株活力逐漸下降，并認為4℃和-20℃是保存凍干粉的最佳條件。

2.2 植物乳桿菌的微膠囊化

益生菌微膠囊化可以有效的避免外部的不利因素對益生菌的傷害，利用腸溶性壁材可使益生菌能夠到達腸道內才被釋放出來，不但提高了產品中的活菌數量也提高了益生菌到達腸道的活菌數量，同時減少活菌給產品帶來的后酸和風味等影響，使得益生菌更好的發揮益生功效[33-34]。由于微膠囊化能解決多種益生菌在應用中存在的問題，因此植物乳桿菌微膠囊化研究進展迅猛。徐旻[35]殼聚糖-海藻酸鈉為壁材制備植物乳桿菌M 1-UVs29緩釋微膠囊，確定了微膠囊紙杯工藝，制備的微膠囊累計釋放時間達8 h。屈方寧[36]采用內源乳化法制備海藻酸鈉微膠囊包埋植物乳桿菌ST-Ⅲ并驗證了微膠囊對植物乳桿菌ST-Ⅲ具有良好的保護作用。朱瑩丹[37]利用牛乳蛋白為原料，通過內源乳化法制備的微膠囊可以顯著地提高益生菌Lactobacillus plantarum LIP-1對不良環境的抵抗能力。目前此項研究還處于試驗室階段，沒有真正實現工業化應用的報道。植物乳桿菌的微膠囊化在實現工業化生產上還有很多問題有待研究。

3 植物乳桿菌的應用

3.1 植物乳桿菌在畜牧方面的應用

目前植物乳桿菌應用于畜牧業方面主要為飼喂植物乳桿菌發酵液或菌體，以及青儲飼料的制作，并且都收到較好的效果。梁海威[38]使用植物乳桿菌22703飼喂肉雞，發現植物乳桿菌能提高肉雞的生長性能，改善血液生化指標，可以考慮將其作為一種新型的替代抗生素的微生態制劑。張乃鋒[39]，在生長豬飼糧中添加活菌數為1×109kg-1植物乳桿菌GF103，發現能夠改善生長豬腸道菌群環境，提高生長豬生長速度和飼料利用效率。敖曉琳[40]使用植物乳桿菌制作青儲飼料發現供試的植物乳桿菌，尤其是從青飼料和青貯材料中分離的菌株能有效改善飼料稻青貯的品質，可考慮用作青貯飼料稻發酵劑。

3.2 植物乳桿菌在食品方面的應用

植物乳桿菌除了自身的益生作用還有抑制有害菌生長等作用，可以提高食品的保質期。植物乳桿菌在食品中有多種應用，包括乳制品、植物性飲料、泡菜、發酵肉類等。馬成杰[41]使用植物乳桿菌ST-Ⅲ發酵豆乳，發現植物乳桿菌ST-Ⅲ在豆乳中生長良好，到達發酵終點時的菌數為6.1×108m L-1（對數值為8.78），表觀黏度可達0.24 Pa·s，感官品質較佳。張莉[42]對3種益生菌輔助發酵Cheddar干酪進行了研究，其中植物乳桿菌不影響干酪的各項指標而且能夠使干酪中乳酸菌活菌數高于益生性食品要求。同時經過小鼠灌喂發現植物乳桿菌輔助發酵的干酪有助于降低心血管發病率。張慶[43]等人使用植物乳桿菌發酵燕麥酸面團，發現植物乳桿菌可以在酸面團中生長良好，提高面團酸度。面團的氨基酸評分和蛋白質功效比值也得到了提高。

4 展望

植物乳桿菌有助于改善人體腸道健康、調節人體免疫等作用，近年來，植物乳桿菌在情緒管理、肝臟疾病、口腔健康、婦科健康等益生功能的研究也較多。因此，植物乳桿菌的應用也越來越廣泛，不僅在食品發酵領域，還在工業發酵及醫療保健等領域廣泛應用，例如在藥品、膳食補充劑、糖果零食、口腔護理、日化用品等產品中均出現了植物乳桿菌的添加和應用。隨著科學證據的不斷充實、產品研發的不斷深入、以及消費者認知度的不斷提升，益生菌產業無論從數量還是質量，都將進入迅速提升的新時代。

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