抗氧化乳酸菌在食品中的應用研究進展

徐欣維，費孝桐，陶紅艷，孫文芮，李尚霖，魏 嘉

西北民族大學生命科學與工程學院，甘肅蘭州 730030

0 引言

乳酸菌（Lactic Acid Bacteria）是世界公認的腸道益生菌，廣泛存在于泡菜、食醋、乳制品等發酵食品中[1]，可改善食品風味，提高營養價值，同時具有抑菌、抗氧化、抗炎癥、抗過敏、降低膽固醇、提高機體免疫力、緩解乳糖不耐癥等多種生理功能。乳酸菌作為天然抗氧化劑，是國內外益生菌抗氧化活性研究的熱點之一，其抗氧化活性可緩解機體內的氧化應激反應。氧化應激反應是由體內活性氧（ROS）或自由基與抗氧化防御之間不平衡所引起的[2]，會導致機體氧化損傷，使其出現衰老與病變現象。研究表明，攝入外源性抗氧化物質是緩解機體氧化應激的重要途徑[3]。本文對乳酸菌抗氧化活性在食品中的作用以及國內外對其的應用研究現狀進行總結，為進一步研究乳酸菌抗氧化活性提供理論參考。

1 抗氧化劑的作用和種類

抗氧化劑對氧化應激具有緩解作用，根據來源分類，主要分為天然抗氧化劑和合成抗氧化劑兩大類。應用于食品中的天然抗氧化劑主要包括維生素A、C、E，茶多酚，樹莓酮，蝦青素等[4～6]。合成抗氧化劑主要有乙氧基喹啉、二叔丁基羥基甲苯、叔丁基羥基茴香醚、叔丁基對苯二酚、沒食子酸丙酯等[7]。抗氧化劑和自由基數量的不平衡是蛋白質、脂質和脫氧核糖核酸氧化損傷的重要原因[8]。Cristina等[9]研究表明，天然抗氧化劑與合成抗氧化劑均不會引起食品外觀和營養特性的改變，且防腐效果一致。目前，市場上人工合成抗氧化劑大多對人體存在一定的危害[10]，相對而言，從生物中提取獲得的天然抗氧化劑具有更高的安全性，因此更受大眾歡迎。近年來，功能性乳酸菌的篩選成為研究熱點，田圓等[11]在第十六屆益生菌與健康國際研討會中指出，乳酸菌已被證明具有抗氧化作用，可作為天然抗氧化劑。

2 乳酸菌抗氧化活性在食品中的作用

2.1 縮短發酵周期

發酵作為一種傳統食品加工方法，是利用微生物的代謝作用改善食品的營養和風味[12]，從而對人類健康產生有益的影響。傳統發酵中常用的菌株有短乳桿菌、腸球菌屬、明串珠菌、凝結芽孢桿菌、戊糖乳桿菌和植物乳桿菌等[13]。試驗研究表明，與單菌株發酵相比，混合乳酸菌發酵，可顯著縮短發酵時間。Luo等[13]通過研究明串珠菌、乳酸桿菌和魏斯氏菌混合發酵對四川泡菜品質的影響發現，與單菌株發酵相比，混合發酵能加速發酵，且對亞硝酸鹽的降解效率最高。許惠雅等[14]研究發現，接種具有體外抗氧化活性的乳酸菌進行發酵可以減少發酵開始的滯后時間，縮短發酵周期。

2.2 改善食品風味

食品中主要芳香物質有2-乙基己醇、3-甲基-1-丁醇、2-甲基-1-丁醇和乙酸乙酯等。在工業生產中，許多肉制品及飲料主要通過發酵改善食品風味。對于發酵肉制品而言，乳酸菌可使肉質更加緊實富有彈性，并產生不同的有機酸類、醇、酮以及醛類物質，以促使發酵肉制品產生良好風味[15]。Zhang等[16]通過構建香腸模型發現，乳酸菌可降低香腸水分含量、水分活度、亞硝酸鹽和酸堿度，并能顯著增強香腸提取物的抗氧化活性，提高香腸的口感和安全性。大多數具抗氧化特性的乳酸菌均可用作香腸的發酵劑，但對于不同的發酵食品而言，并非每一株具有抗氧化活性的乳酸菌都能達到最佳的發酵效果，甚至可能產生相反的效果。有研究人員對用作發酵香腸生產中的8 種菌株進行技術及安全特性評估[17]發現，鼠李糖乳桿菌Lr-32在香腸發酵和成熟模擬階段最能耐受鹽、硝酸鹽和低pH的菌株，是受測試的益生菌中最有前途的香腸發酵劑。對于發酵飲料而言，乳酸菌可產生蘋果酸羧化酶，將酸味尖刻的蘋果酸轉變成酸味柔和的乳酸，從而改善發酵飲料的風味[18]。Cai等[19]在37 ℃下對三類不同乳酸菌進行24 h的受控乳酸發酵試驗，研究不同乳酸菌菌株對發酵棗汁的影響，發現不同的菌株發酵劑在發酵過程中產生的風味物質含量不同，與干酪乳桿菌和屎腸球菌發酵的棗汁相比，植物乳桿菌發酵的棗汁能產生更多的芳香族化合物和更少的含硫有機化合物，其味道主要以酸味為特征，同時具有更少的苦味和澀味。發酵過程中，乳酸菌還能分解食品中的蛋白質、糖類、合成維生素等，從而顯著提高食物消化率，促進胃腸道吸收，提高其營養價值[20]。

2.3 延長食品保質期

為防止食品變質，最好且最簡單的方法就是添加天然抗氧化劑。抗氧化乳酸菌主要通過生物保護功能，降解亞硝酸鹽作用以及產抑菌物質的途徑，抑制腐生菌株的生長[20]，從而達到防止食品腐敗變質的目的，被廣泛應用于食品儲存中，是一種低廉節能的防腐方法。在對番茄生物保藏的研究中發現，植物乳桿菌TR7和植物乳桿菌TR71發酵的生物保藏番茄微生物含量較低[21]。Li等[22]研究表明，植物乳桿菌AB-1和干酪乳桿菌共接種后，蝦樣品中的腐敗菌被顯著抑制，共接種蝦的總揮發性堿性氮（TVB氮）和酸堿度也顯著降低（P＜0.05），此外，共接種蝦的AI-2活性在冷藏期間顯著提高。Carlos等[23]將從西紅柿和酸面團中提取的9 種具有抗真菌活性的乳酸菌用于芝士干酪乳清發酵，所得到的發酵乳清作為生物防腐劑用于面包制作，試驗結果表明，與對照面包相比，含該發酵乳清的面包對1，1-二苯基-2-三硝基苯肼的抑制活性提高了33.00%。總之，在食品加工行業用具有抗氧化性能的乳酸菌作生物防腐劑具有更多的益生特性，且安全性更高。

2.4 降低食品中的有害物質

病原菌產生的毒素通常隨著食物或飲料進入人體，在食品生產過程中，添加有效的抑菌劑，是避免病原菌滋生的有效途徑。乳酸菌具有抑菌特性，其在生長代謝過程中，一些代謝產物（乳酸、醋酸、甲酸、丁酸等）[24]能夠使體系的pH降到4.8～5.4，從而抑制部分有害微生物的生長與繁殖，最終降低食品中有害菌的含量。Gutiérrez等[25]研究檢測了5 種乳酸菌發酵液對7 種潛在致病微生物活性的影響，結果表明乳酸菌發酵液可抑制沙門氏菌，金黃色葡萄球菌、肉毒桿菌等[15]致病菌的生長，其中表皮葡萄球菌是受影響最大的有害菌株。

2.5 減少自由基的累積

自由基（Free Redical）是指能獨立存在，含有不配對電子的任何原子、原子團、分子或離子[24]。自由基的形成原因主要包括內源性因素和外源性因素兩種。生物在生長代謝過程中均可自發的產生自由基，而許多能參與氧化還原反應循環的外源性物質也會導致細胞形成自由基，此外，藥物氧化、吸煙、熱輻射、環境污染等外源性因素也能在細胞內形成自由基[24]。生物體內的自由基主要包括羥自由基（·OH）、DPPH自由基、超氧陰離子（O2-）和過氧化氫（H2O2）[26]。體內過多自由基的累積，會引起氧化應激反應，一般情況下，氧化應激并不一定會造成機體的氧化損傷，但是在過高的氧化應激狀態下，活性氧就會以不同的機制作用于體內的酶、脂肪酸、蛋白質和核酸等生理活性物質和遺傳物質[24]。當出現氧化損傷時，攝入外源性抗氧化劑，如乳酸菌[27]，是緩解氧化損傷的重要途徑。乳酸菌的抗氧化作用機制主要有4 種：抵抗氧脅迫作用、調控信號通路途徑、清除自由基系統、抑制脂質過氧化和金屬離子影響。趙榮敏[28]在對復合果蔬汁品質的研究中，通過加入兩種含有不同菌種的發酵劑及其等體積混合發酵劑進行發酵，發現相比單一菌種發酵復合果蔬汁，兩種菌株耦合發酵可顯著增加體外抗氧化活性。Maria等[29]研究了屬于5 個物種的14 株乳桿菌菌株對百草枯誘導的氧化脅迫下土壤線蟲壽命的保護作用，發酵乳桿菌U-21菌株降低了百草枯在線蟲模型中的毒性，使土壤線蟲的壽命延長了25.00%。Eiji等[30]研究發現，加氏乳桿菌SBT2055（LG2055）可通過c-Jun NH2末端激酶激活Nrf2-ARE信號通路，從而增強哺乳動物細胞對氧化應激的防御系統。

3 乳酸菌抗氧活性在食品中的應用現狀

3.1 國外應用研究進展

Beatriz等[31]研究了4 種不同乳酸菌輔助發酵對橙汁乳飲料中多酚、類胡蘿卜素、有機酸和抗氧化能力的影響，結果顯示，發酵期后，試驗組（發酵）中總多酚和總類胡蘿卜素的含量明顯高于對照組（非發酵），且具有更高的抗氧化特性。Kolawole等[32]從發酵木薯泥和玉米漿中獲得乳酸菌和酵母菌，稀釋濃度至500～1 050 mg/mL，進行鎘和鉛的耐受性篩選，抗氧化活性體內研究在雄性Wistar大鼠中進行，篩選出益生菌潛力和抗氧化活性最佳的菌株，試驗結果證明植物乳桿菌ML05（Lactobacillus plantarumML05）和庫德里阿茲威畢赤酵母FY05（PichiakudriavzeviiFY05）表現出最佳的益生菌潛力和抗氧化活性。Izuddin等[33]研究了植物乳桿菌RG14、RG11和TL1后生物制劑的抗氧化活性以及斷奶羔羊日糧對血清和瘤胃抗氧化活性、肝臟抗氧化酶和瘤胃屏障功能的影響，結果發現，后生物制劑可增強血清和瘤胃液抗氧化活性，降低血清脂質過氧化，上調肝臟抗氧化酶和瘤胃屏障功能。乳酸菌在癌癥預防和治療中的作用也有報道，有人曾用MTT法和DPPH法評估了嗜酸乳桿菌和德氏乳桿菌的無細胞提取物對HT-29細胞系的抗增殖和抗氧化活性[34]，凋亡的誘導通過Hoechst染色和流式細胞術分析來評估，并通過使用實時定量PCR對BCL-2、BAX、caspase-3、caspase-8和caspase-9基因的表達，研究結果表明，嗜酸乳桿菌和德氏乳桿菌提取物都顯示了凋亡誘導作用，caspase-9和caspase-3的過表達以及Bax/Bcl-2比率的增加揭示了兩種益生菌誘導內源途徑依賴性凋亡的能力，嗜酸乳桿菌和德氏乳桿菌的DPPH清除率分別為59.37%±3.97%和71.19%±3.64%，這些發現為益生乳酸菌菌株驅動的抗增殖、促凋亡和抗氧化作用提供了證據。

3.2 國內應用研究進展

Wang等[35]研究了硒添加方式對接種植物乳桿菌發酵杏鮑菇和自然發酵杏鮑菇抗氧化活性與風味特性的影響，發現硒的添加，尤其是采用富硒植物乳桿菌接種的方法，對總酚含量和DPPH自由基清除活性均有顯著的積極影響，非揮發性物質分析表明，接種富硒植物乳桿菌發酵的杏鮑菇中乳酸與乙酸的比例最高，鮮味最濃。Wang等[36]研究證明了用植物乳桿菌423發酵的米糠和麥麩具有增強的氣味強度，特別是對硫化物和芳烴。Luan等[37]研究了植物乳桿菌CD101的體外抗氧化活性及其對發酵香腸中抗氧化肽形成的影響，結果表明，植物乳桿菌CD101主要分布在細胞表面和細胞外分泌物中，并影響發酵過程中的酸化和蛋白水解，CD101可通過其體外抗氧化活性而有益于抑制發酵香腸的氧化酸敗，同時有效地促進蛋白質降解，而對形成抗氧化肽的促進作用較弱。Ge等[38]研究探討了從傳統干腌肉制品金華火腿中篩選出的一株抗氧化菌株植物乳桿菌NJAU-01在調節D-半乳糖誘導的小鼠亞急性衰老中的潛在作用，結果表明，109 CFU/mL的植物乳桿菌NJAU-01處理組在血清、心臟和肝臟中的總抗氧化能力（T-AOC）和超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽過氧化物酶（GSH-Px）和過氧化氫酶（CAT）顯示出更高的抗氧化酶活性，相比之下，氧化應激標記物丙二醛（MDA）的含量低于其他組（P＜0.05），隨著NJAU-01濃度的增加，抗氧化能力增強，因此，該研究表明植物乳桿菌NJAU-01可以通過提高小鼠抗氧化相關酶的活性和降低脂質氧化水平來減輕氧化應激。

4 展望

乳酸菌因其具有多種益生功能在食品加工行業具有廣闊的應用前景，目前國內外對乳酸菌抗氧化活性的作用機制尚未詳細闡述[27]，未來幾年對其作用機制的研究將會成為研究人員的重點突破對象，抗氧化調控體系的闡明將為乳酸菌在食品加工領域的應用實現新的突破。氧化應激損傷與多種疾病相關，乳酸菌抗氧化活性的開發應用，將為新型藥物的研制提供新的方向，同時也為相關疾病的治療提供新的思路，具有抗氧化活性的乳酸菌有望成為醫療領域的重要菌株。總之，隨著乳酸菌抗氧化活性的深入研究，新型抗氧化乳酸菌產品必將在食品領域與醫療領域深受廣大消費者喜愛。