酵母菌的益生功能及其在食品中的應(yīng)用研究進(jìn)展

孟 園，馬艷蕊，姚旖旎，李學(xué)震，初 樂(lè)，趙 巖，劉光鵬

（中華全國(guó)供銷合作總社濟(jì)南果品研究院，山東濟(jì)南 250014）

益生菌是指通過(guò)攝取適當(dāng)?shù)牧俊?duì)食用者的身體健康能發(fā)揮有效作用的活菌，它們可以通過(guò)改善宿主腸道微生態(tài)平衡而對(duì)宿主健康產(chǎn)生有益影響[1]。添加對(duì)人體有益的外來(lái)菌，調(diào)節(jié)腸道菌群平衡是目前預(yù)防、調(diào)節(jié)和治療疾病的重要方法，傳統(tǒng)的益生菌大都來(lái)自于乳酸菌菌株。近年來(lái)，人們對(duì)不同來(lái)源的酵母菌進(jìn)行了抑制有害菌、免疫調(diào)節(jié)、緩解炎癥功能等方面的研究，發(fā)現(xiàn)有些種類的酵母菌在某些方面比乳酸菌更具優(yōu)勢(shì)，如能產(chǎn)生多種酶類、耐受力更強(qiáng)、細(xì)胞壁含有獨(dú)特的β-葡聚糖成分以及用于抗生素相關(guān)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(xué)家重點(diǎn)關(guān)注的新研究領(lǐng)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(fā)酵食品中的應(yīng)用，并對(duì)其未來(lái)應(yīng)用前景進(jìn)行展望，這將對(duì)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(gè)體差異。常見(jiàn)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(duì)人類社會(huì)貢獻(xiàn)最大的酵母屬，是釀酒工業(yè)的主要菌種，在面包、糕點(diǎn)的制造及醫(yī)藥工業(yè)等也有廣泛應(yīng)用[3]。近幾年來(lái)，人們更注重于菌株對(duì)身體健康的影響，因此除了工業(yè)應(yīng)用之外，酵母菌所具有的抑菌、抗氧化及免疫調(diào)節(jié)等益生特性成為專家學(xué)者研究的新方向。具有益生特性的主要酵母菌見(jiàn)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(jī)體，它們必須能夠長(zhǎng)期在人體腸道中生長(zhǎng)和存活[18]。益生菌菌株被攝入胃腸道后會(huì)受到胃部低pH、胃蛋白酶、胃內(nèi)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(duì)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(píng)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(qiáng)的耐低pH、耐膽鹽等特性。以上研究結(jié)果證明酵母菌尤其是釀酒酵母的抗逆性較強(qiáng)，且具有抵御胃腸道不利環(huán)境條件的特性，這些特性對(duì)腸道微生物的生存和生長(zhǎng)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(xì)胞相結(jié)合，也就是黏附在其表面之后才能繼續(xù)進(jìn)入腸道生長(zhǎng)繁殖并發(fā)揮作用，即益生菌有很強(qiáng)的黏附性。Cho 等[24]評(píng)估了從開(kāi)菲爾中分離出的馬克斯克魯維酵母對(duì)Caco-2 細(xì)胞的黏附性發(fā)現(xiàn)，所測(cè)菌株黏附性均強(qiáng)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(xì)胞，而這種結(jié)合形成細(xì)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(guò)評(píng)估它們?cè)?7 ℃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(xù)消化后的活力，得到3 株生物膜形成能力強(qiáng)且耐受能力強(qiáng)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(chǎn)益生菌產(chǎn)品。Bonatsou等[26]對(duì)分離自卡拉瑪塔食用橄欖的49 個(gè)酵母菌株益生菌潛力進(jìn)行評(píng)估時(shí)發(fā)現(xiàn)一株普魯蘭A.pullulansY42 菌株對(duì)Caco-2 細(xì)胞具有很強(qiáng)的黏附能力。Perricone 等[27]對(duì)從意大利南部阿爾塔穆拉酸面團(tuán)中分離出的49 個(gè)酵母菌株進(jìn)行益生潛力鑒定，發(fā)現(xiàn)釀酒酵母4 號(hào)具有耐低pH和耐鹽性，以及在很寬的溫度范圍內(nèi)生長(zhǎng)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(xiàn)出與商業(yè)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(cè)定了釀酒酵母的全細(xì)胞、培養(yǎng)上清液和細(xì)胞裂解液的抗菌活性，發(fā)現(xiàn)該菌株與對(duì)照多西環(huán)素相比具有中等的抗菌活性，且該菌株對(duì)革蘭氏陰性菌（大腸桿菌等）的抗菌效果優(yōu)于革蘭氏陽(yáng)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(chǎn)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(guān)。Pericolini 等[28]對(duì)釀酒酵母抗真菌（白色念珠菌）效果進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)釀酒酵母活酵母處理后能夠通過(guò)誘導(dǎo)念珠菌聚集，從而抑制其與上皮細(xì)胞的黏附來(lái)加速這種真菌的清除。酵母還能夠?qū)υ斐伤麑?shí)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(chǎn)生赭曲霉毒素A，抑制作用的內(nèi)在機(jī)制可能與真菌和酵母菌對(duì)空間和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的競(jìng)爭(zhēng)或酵母菌在共培養(yǎng)中產(chǎn)生抗真菌代謝產(chǎn)物有關(guān)[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(duì)造成蘋果果實(shí)腐爛的褐腐病菌有一定的防御和抑制作用，抑制率高達(dá)85%～92%[6]。然而，Silva 等[12]發(fā)現(xiàn)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(chǎn)膜酵母對(duì)革蘭氏陽(yáng)性和陰性細(xì)菌以及單核細(xì)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?tīng)柌加墟呓湍笇?duì)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(tuán)中分離出的釀酒酵母被證實(shí)無(wú)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(duì)特定的菌類有殺傷效果。

1.4 免疫調(diào)節(jié)性

酵母菌具有潛在的免疫調(diào)節(jié)活性，能夠?qū)C(jī)體免疫反應(yīng)產(chǎn)生一定的有利影響[32]。Fakruddin 等[21]發(fā)現(xiàn)釀酒酵母IFST 062013 菌株能刺激小鼠T 淋巴細(xì)胞特異性增殖且細(xì)胞增殖指數(shù)呈劑量依賴性增加，其中細(xì)胞因子在免疫應(yīng)答過(guò)程中起著重要作用。

酵母β-葡聚糖是首個(gè)被發(fā)現(xiàn)具有免疫增強(qiáng)作用的葡聚糖，被公認(rèn)為是潛在的免疫調(diào)節(jié)劑，同時(shí)對(duì)先天免疫和適應(yīng)性免疫具有加強(qiáng)作用[13]。來(lái)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(cè)鏈組成，對(duì)β-葡聚糖免疫調(diào)節(jié)作用的研究始于酵母的不可溶性部分，隨后證明其免疫調(diào)節(jié)活性來(lái)源于β-(1,3)-葡聚糖[33]。Reyes 等[34]發(fā)現(xiàn)漢森德巴利酵母所衍生的β-D-葡聚糖可被腸道巨噬細(xì)胞攝取，從而產(chǎn)生誘導(dǎo)免疫應(yīng)答的細(xì)胞因子，它可以上調(diào)魚(yú)類腸道中的葡聚糖和巨噬細(xì)胞受體基因，如C 型凝集素和巨噬細(xì)胞甘露糖受體。陳瓊等[13]探究了酵母β-葡聚糖加鋅復(fù)合配方對(duì)環(huán)磷酰胺誘導(dǎo)免疫抑制幼齡小鼠的免疫調(diào)節(jié)作用，發(fā)現(xiàn)β-葡聚糖加鋅復(fù)合配方能夠通過(guò)逆轉(zhuǎn)免疫器官缺陷，提高免疫細(xì)胞數(shù)量，同時(shí)增強(qiáng)特異性和非特異性免疫，提高腸道黏膜免疫來(lái)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(diào)節(jié)作用，其可能是通過(guò)提高機(jī)體免疫器官指數(shù)，增加免疫細(xì)胞數(shù)目或者調(diào)節(jié)細(xì)胞因子表達(dá)水平來(lái)糾正免疫失衡從而改善機(jī)體免疫狀態(tài)。

1.5 抗氧化

抗氧化能力是酵母菌作為益生菌的一個(gè)重要參考指標(biāo)。酵母菌的抗氧化能力可能與酵母胞內(nèi)胞外的抗氧化活性物質(zhì)有關(guān)，酵母細(xì)胞內(nèi)具有多種抗氧化酶以及類胡蘿卜素等，具有保護(hù)細(xì)胞氧化應(yīng)激和調(diào)控抗氧化的能力[35-36]。韋琰琰[15]發(fā)現(xiàn)酵母菌中含多種具有抗氧化活性的物質(zhì)，包括抗氧化酶如過(guò)氧化氫酶、超氧化物歧化酶、以及谷胱甘肽過(guò)氧化物酶等。Fakruddin 等[21]和Fortin 等[37]發(fā)現(xiàn)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(cè)定以及鐵（II）螯合活性，結(jié)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(fā)現(xiàn)馬克思克魯維酵母具有較強(qiáng)的抗氧化能力，且與富含多酚的葡萄籽提取物/葡萄籽粉協(xié)同作用時(shí)可增強(qiáng)對(duì)自由基的清除能力。酵母細(xì)胞壁的組成成分幾丁質(zhì)具有結(jié)合重金屬離子的特性，能夠產(chǎn)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(jiàn)，上述不同類型的酵母均具有較強(qiáng)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(jī)制可能與調(diào)節(jié)腸道微生物群平衡、改善腸道屏障功能以及抑制炎癥相關(guān)信號(hào)通路、調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)和下調(diào)炎癥因子有關(guān)，如通過(guò)抑制調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)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(jīng)證實(shí)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(wú)壁菌門的數(shù)量，同時(shí)增加了擬桿菌門的比例，發(fā)現(xiàn)巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)現(xiàn)象及炎癥的全身標(biāo)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(xì)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(guān)代謝炎癥等疾病。闕雪梅等[11]對(duì)葡聚糖硫酸鈉誘導(dǎo)的結(jié)腸炎BALB/c 小鼠灌胃布拉氏酵母菌，經(jīng)美沙拉嗪或布拉氏酵母菌灌胃的小鼠腸黏膜損傷程度無(wú)論是從形態(tài)觀察方面還是蛋白定量的檢測(cè)方面來(lái)看癥狀均明顯減輕，其機(jī)制可能通過(guò)調(diào)節(jié)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(dá)，來(lái)緩解急性結(jié)腸炎炎性反應(yīng)從而增強(qiáng)腸道屏障功能。周環(huán)[45]發(fā)現(xiàn)灌胃布拉氏酵母菌可降低結(jié)腸炎小鼠結(jié)腸組織中的HIF-1α和HIF-2α的mRNA 及蛋白的表達(dá)水平，從而使IL-6 等相關(guān)炎癥因子的表達(dá)降低以緩解結(jié)腸炎。此外，F(xiàn)akruddin 等[21]研究了酵母菌株對(duì)抗炎細(xì)胞因子IL-10 和促炎細(xì)胞因子IFN-α、IFN-γ所產(chǎn)生的影響，發(fā)現(xiàn)釀酒酵母能夠同時(shí)誘導(dǎo)促炎和抗炎介質(zhì)，從而有助于維持細(xì)胞因子之間的平衡[46]，這也對(duì)宿主免疫具有重要意義。

2 不同發(fā)酵食品中的酵母菌

發(fā)酵乳制品、面包、饅頭、酸菜以及醬菜類等不同種類的發(fā)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(guò)程中起著至關(guān)重要的作用，不僅可以抑制其中有害菌的生長(zhǎng)繁殖，還可對(duì)產(chǎn)品的風(fēng)味和質(zhì)地產(chǎn)生有利影響。不同發(fā)酵食品中存在的主要酵母菌見(jiàn)表2（見(jiàn)下頁(yè)）。

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

酵母菌廣泛存在于發(fā)酵食品中，Maiwore 等[47]在喀麥隆北部三個(gè)地區(qū)收集了16 種傳統(tǒng)發(fā)酵乳，有5 種酵母被鑒定為優(yōu)勢(shì)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(qū)傳統(tǒng)發(fā)酵乳有潛力的發(fā)酵劑。開(kāi)菲爾發(fā)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(fā)現(xiàn)，馬氏克魯維酵母對(duì)開(kāi)菲爾的微生物穩(wěn)定性、化學(xué)和感官特性以及開(kāi)菲爾籽粒的超微結(jié)構(gòu)等主要特性都有一定的貢獻(xiàn)。馬龍等[48]發(fā)現(xiàn)，開(kāi)菲爾發(fā)酵乳中的微量酵母菌可將糖和蛋白質(zhì)等一些物質(zhì)轉(zhuǎn)化為乳酸、酒精等風(fēng)味物質(zhì)，并且可以與乳酸菌相互作用產(chǎn)生豐富的氨基酸和醇類物質(zhì)，因此酵母菌可作為開(kāi)菲爾發(fā)酵乳獨(dú)特風(fēng)味的來(lái)源。

Perricone 等[27]研究了阿爾塔穆拉酸面團(tuán)中分離出的釀酒酵母，通過(guò)對(duì)技術(shù)特性的評(píng)估，發(fā)現(xiàn)一株釀酒酵母具有較高的發(fā)酵能力，體積指數(shù)達(dá)到113%，可以作為谷類食品或飲料的合適的功能性發(fā)酵劑。毛晉春[49]發(fā)現(xiàn)酵母菌屬是傳統(tǒng)酸面團(tuán)中的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)菌群，尤其是漢遜酵母屬及畢赤酵母屬。酸面團(tuán)發(fā)酵期間酵母菌會(huì)大量產(chǎn)氣使面團(tuán)體積膨脹從而使面團(tuán)質(zhì)地更加的松軟[50]；發(fā)生于面團(tuán)內(nèi)部的一系列氧化還原反應(yīng)使面筋的強(qiáng)度有所提高；酵母菌在面團(tuán)發(fā)酵過(guò)程中也會(huì)生成多種賦予面團(tuán)獨(dú)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(guò)程中分泌的胞外多糖能夠抑制有害微生物的生長(zhǎng)和面團(tuán)老化，從而延長(zhǎng)傳統(tǒng)發(fā)酵面團(tuán)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(duì)象檢測(cè)出了7 種酵母菌，發(fā)現(xiàn)德巴利漢遜酵母是真菌中的優(yōu)勢(shì)種。酵母菌是酸菜中主要的微生物之一，在酸菜的發(fā)酵過(guò)程中會(huì)對(duì)其風(fēng)味和質(zhì)量產(chǎn)生一定的有利影響。

綜上所述，在各種各樣的發(fā)酵食品或飲料中都存在著不同種類的酵母菌，它們作為發(fā)酵劑或者風(fēng)味物質(zhì)在食品制作過(guò)程中起著關(guān)鍵作用。我國(guó)新疆、甘肅、內(nèi)蒙古、西藏等地區(qū)人民具有制作和食用傳統(tǒng)發(fā)酵食品的習(xí)慣，在這些傳統(tǒng)發(fā)酵食品的生產(chǎn)過(guò)程中，酵母菌作為主要微生物參與了發(fā)酵過(guò)程。酵母菌的代謝產(chǎn)物為形成發(fā)酵食品的風(fēng)味口感做出了貢獻(xiàn)，而目前對(duì)傳統(tǒng)發(fā)酵食品中酵母菌的益生功能研究較少，同時(shí)酵母菌本身在進(jìn)入食用者胃腸道后對(duì)其腸道菌群的影響、對(duì)腸道屏障功能及腸免疫相關(guān)組織的影響，還有待進(jìn)一步研究。

3 小結(jié)

一直以來(lái)，酵母菌菌體或其代謝產(chǎn)物隨發(fā)酵食品被人類攝食，具有悠久的安全食用史。近年來(lái)，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(guān)注。因此，對(duì)于酵母菌的探討不再僅僅局限于傳統(tǒng)思路，而是拓展開(kāi)來(lái)發(fā)掘其對(duì)人類有益的方面。然而酵母菌作為真菌的一種，其結(jié)構(gòu)與其他類益生菌仍存在很大區(qū)別，如其細(xì)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(xù)研究中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)酵母菌細(xì)胞壁糖成分功能機(jī)理的研究。相比于乳酸菌類益生菌，對(duì)于酵母菌的研究盡管有所開(kāi)展但還尚不成熟，因此不同種酵母菌及其代謝產(chǎn)物的益生功能有待進(jìn)一步深入發(fā)掘和探索。