植物乳杆菌的功能性及工业化应用研究进展

冯丽莉，张栋，荀一萍，薛玉玲，王世杰，朱宏

（石家庄君乐宝乳业有限公司，石家庄050221）

0 引言

益生菌（Probiotics）又称为活菌制剂、生态制品或微生态调节剂，是一类能够促进宿主肠道菌群生态平衡，并对宿主的健康及生理功能发挥一定有益作用的活性微生物[1]。目前，益生菌仍以乳酸菌为主，。在乳酸菌中属于乳杆菌属的就有50多个种，其中主要的乳杆菌种有:植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum）、干酪乳杆菌（Lactobacillus casei）、副干酪乳杆菌（Lactobacillus paracasei）等[2]。植物乳杆菌是一种常见于乳制品、果蔬及肉类中的乳杆菌，能够耐受胃液到达肠道，对机体产生有益作用[3]。植物乳杆菌属于乳杆菌属，15℃能生长，最适生长温度30～35℃，厌氧或兼性厌氧菌，成短杆状，最适pH值在6.5左右，属于同型发酵乳酸菌[4]。本文主要介绍植物乳杆菌的功能特性及工业化生产情况，为其在产品中的应用提供一定的参考。

1 植物乳杆菌的生理功能

目前，乳酸菌既可以使食品的营养价值得到提高，又可以使食品的风味得到改善，从而提高食品的保藏时间和附加值，同时近些年对乳酸菌的研究表明，乳酸菌还有很多医疗保健作用。乳酸菌是存在于人胃肠道中的有益菌群，通过一系列复杂的代谢过程可以产生乳酸等有机酸、细菌素、过氧化氢、双乙酰等多种天然的抑制有害菌的物质，这些物质能够维持胃肠道内菌群平衡,提高身体的免疫能力，促进营养成分的有效吸收，降低血液中胆固醇水平，缓解乳糖不耐症和抑制肿瘤的形成等多项益生功能[5]。

1.1 植物乳杆菌对肠道菌群的调节作用

乳酸菌可以通过自身及代谢产物和其他细菌之间的相互作用，调节菌群之间的关系，形成生物学屏障，以维持和保证菌群最佳优势组合及其稳定。胃肠道中各种微生物的种类、数量和定居位置是相对稳定的，它们之间相互协作，相互制约，菌群之间共同形成一个平衡的微生态系统，起到了整肠作用。

据研究报道，募集健康儿童摄入一种经L.plantarum 299v发酵的米粥，饮用量为：每天1次，每周3次，在饮用后第7 d、第13 d和后期的检测中，试验组肠道病原体由原来的27.6%分别降低到7.8%，8.2%和12.7%；而对照组试验在第7 d和第13 d的检测中肠道病原体由原来的16.7%降低到11.4%和8.1%，但是，在后期的试验中发现有22.6%的儿童又携带了肠道病原体。这与对照组相比，试验组携带的肠道致病性细菌大大减少[6]。

肠道菌群不仅是肠道防御屏障的重要组成部分，而且，肠道菌群的平衡对人体的健康及长寿起着十分重要的作用。植物乳杆菌能够通过定殖抗力与生态占位来抑制病原菌，这种定殖抗力的产生是由于体内有益菌群与致病菌竞争肠道上皮的吸附位点而产生的，如果这些吸附位点被较多有益菌群所占据，病原菌就会被排斥[7]。植物乳杆菌自身能够产生抑菌物质，比如细菌素、类细菌素拮抗物质、过氧化氢、有机酸、二氧化碳和双乙酰等[8]。

1.2 植物乳杆菌的免疫调节作用

自然界中广泛存在着病菌、病毒、支原体、衣原体等多种致病微生物，并且新的变异体也在不断产生，其不仅可以导致人体产生各种炎症，而且会引发肿瘤、艾滋病等疾病。因此，提高人体免疫力，以预防和治疗各类致病微生物引起的疾病，成为各国科学家研究的热点。M ane等通过临床试验研究发现L.plcmtanim CECT 7315和L.pkmtarum CECT 7316均能够增强老年人的机体免疫力[9]。Perdigon等对小鼠饲喂L.phm Larun CR L936后，结果发现可诱导肠上皮的IgM和派尔集合淋巴结中的免疫细胞，并且增强了肠道和支气管中IgA和CD 4+T细胞的免疫功能[10]。Beatriz等利用患莱姆病小鼠模型研究植物乳杆菌对其机体自身免疫力调节作用，研究结果发现，口服植物乳杆菌活菌剂可以有效地防止小鼠被细菌感染[11]。

益生菌菌体或其代谢产物对肠道黏膜的免疫刺激作用，体现了益生菌对动物机体的免疫调节作用。乳酸菌中起到主要免疫调节成份为细胞壁的肽聚糖、多糖和胞壁酸几部分[12]。在细胞免疫中研究发现，益生菌能够激活巨噬细胞，可以吞噬和杀灭多种病原微生物，同时诱导其释放两种免疫活性因子肿瘤坏死因子（TNF-α）和白细胞介素（IL-6）。植物乳杆菌菌体本身及其代谢产物是引起免疫调节作用的主要因素，灭活的菌体也具有免疫调节作用。

1.3 植物乳杆菌的降低胆固醇作用

胆固醇在人体内有着非常重要的生理作用，但过高的胆固醇存在于血液中容易引起动脉硬化、冠心病、脑中风等心脑血管疾病，严重影响着人类的健康。近些年国内外的研究发现，乳酸菌具有较强的降胆固醇作用，通过适量饮用益生菌发酵乳可以达到降低血清胆固醇含量的效果，减少心血管疾病的发病几率[13]。刘长建[14]等研究结果发现，LactobacillusplantarumⅢ去除胆固醇的机理是益生菌菌体在生长过程中对胆固醇的吸附和吸收作用。目前，筛选具有功能性的乳酸菌是当前国内外研究的热点之一，很多乳酸菌具有降低胆固醇的作用已得到了大量体内和体外试验的证明，但是作用机理目前还没有统一的观点。

2 植物乳杆菌国内研究现状

众所周知，氧化作用是机体的必要代谢过程，然而在这一过程中会产生活性氧。活性氧产生过量就会出现过度氧化现象从而导致细胞中毒[15-17]。从而引起机体衰老和与衰老相关疾病。同时过度氧化还会导致高血压、动脉硬化、糖尿病和心脑血管疾病[18-19]。经过国内学者的大量研究发现植物乳杆菌具有良好的氧化物清除能力。蒋琰洁[20]等人对从新疆传统乳品中分离的乳酸菌进行了抗氧化能力检测发现其中一株植物乳杆菌具有较好的亚铁离子螯合能力。宋晓辰[21]等人对一株植物乳杆菌NDC 75017的抗氧化活性进行了研究，发现菌株具有抗氧化活性，并推测其抗氧化本质可能与其具有金属离子螯合能力、提供电子和清除自由基等作用模式有关。刘少敏[22]分析了四种不同乳酸菌对Caco-2细胞缓解氧化损伤的能力发现鼠李糖乳杆菌LGG和植物乳杆菌75017表现出很强的损伤修复能力。同时进一步分析了其抗氧化机制，发现植物乳杆菌75017能够下调3个炎症反应相关的基因表达。李盛钰[23]等人发现一株植物乳杆菌C 88通过提高Caco-2细胞的自由基清除能力和抗氧化酶活性表现出较强的抗氧化活性。

高血压、冠心病、动脉粥样硬化等心血管疾病是当前导致人类死亡的主要原因，研究发现，血脂中总胆固醇的减少能降低高血脂人群患心血管疾病的风险[24]。国外已经有研究证明益生菌在降低胆固醇方面具有良好的效果[25-26]。李常营[27]等人对于一株酸菜来源的植物乳杆菌S4-5进行分析发现48 h后植物乳杆菌S4-5对胆固醇的移除率达到84%。王今雨[28]等人研究发现植物乳杆菌NDC 75017体细胞破碎液中的胆固醇脱除率可达32.87%。廖宇欣[29]研究了植物乳杆菌M 1-UVs29的降胆固醇特性并对其胆固醇共沉淀条件进行了研究。

2.1 植物乳杆菌的工业化生产

目前益生菌想要实现应用或者商品化首先要能够进行大规模的工业化生产，国外的益生菌冻干粉生产技术已经相当成熟并且几乎垄断着国内的益生菌产业。我国在益生菌冻干粉生产研究上起步较晚但是发展迅速，目前国内也出现能够工业化生产益生菌和发酵剂菌粉的生产企业，这离不开我国学者的大量工作。李东华[30]通过以植物乳杆菌为研究对象通过对生产过程中的pH值调整、菌株富集等条件的优化，将培养液中菌种密度提高20%，冻干时间缩短10 h。隋春光[31]等人通过正交试验确定了一株高产γ-氨基丁酸的植物乳杆菌Lp-S2的冻干粉生产工艺，通过该工艺使其生产的植物乳杆菌Lp-S2的冻干粉活菌数达到1.5×1012g-1。任琳[32]等人通过对植入乳杆菌冻干粉含水量的研究发现，冻干粉含水量降低则菌株活力逐渐下降，并认为4℃和-20℃是保存冻干粉的最佳条件。

2.2 植物乳杆菌的微胶囊化

益生菌微胶囊化可以有效的避免外部的不利因素对益生菌的伤害，利用肠溶性壁材可使益生菌能够到达肠道内才被释放出来，不但提高了产品中的活菌数量也提高了益生菌到达肠道的活菌数量，同时减少活菌给产品带来的后酸和风味等影响，使得益生菌更好的发挥益生功效[33-34]。由于微胶囊化能解决多种益生菌在应用中存在的问题，因此植物乳杆菌微胶囊化研究进展迅猛。徐旻[35]壳聚糖-海藻酸钠为壁材制备植物乳杆菌M 1-UVs29缓释微胶囊，确定了微胶囊纸杯工艺，制备的微胶囊累计释放时间达8 h。屈方宁[36]采用内源乳化法制备海藻酸钠微胶囊包埋植物乳杆菌ST-Ⅲ并验证了微胶囊对植物乳杆菌ST-Ⅲ具有良好的保护作用。朱莹丹[37]利用牛乳蛋白为原料，通过内源乳化法制备的微胶囊可以显著地提高益生菌Lactobacillus plantarum LIP-1对不良环境的抵抗能力。目前此项研究还处于试验室阶段，没有真正实现工业化应用的报道。植物乳杆菌的微胶囊化在实现工业化生产上还有很多问题有待研究。

3 植物乳杆菌的应用

3.1 植物乳杆菌在畜牧方面的应用

目前植物乳杆菌应用于畜牧业方面主要为饲喂植物乳杆菌发酵液或菌体，以及青储饲料的制作，并且都收到较好的效果。梁海威[38]使用植物乳杆菌22703饲喂肉鸡，发现植物乳杆菌能提高肉鸡的生长性能，改善血液生化指标，可以考虑将其作为一种新型的替代抗生素的微生态制剂。张乃锋[39]，在生长猪饲粮中添加活菌数为1×109kg-1植物乳杆菌GF103，发现能够改善生长猪肠道菌群环境，提高生长猪生长速度和饲料利用效率。敖晓琳[40]使用植物乳杆菌制作青储饲料发现供试的植物乳杆菌，尤其是从青饲料和青贮材料中分离的菌株能有效改善饲料稻青贮的品质，可考虑用作青贮饲料稻发酵剂。

3.2 植物乳杆菌在食品方面的应用

植物乳杆菌除了自身的益生作用还有抑制有害菌生长等作用，可以提高食品的保质期。植物乳杆菌在食品中有多种应用，包括乳制品、植物性饮料、泡菜、发酵肉类等。马成杰[41]使用植物乳杆菌ST-Ⅲ发酵豆乳，发现植物乳杆菌ST-Ⅲ在豆乳中生长良好，到达发酵终点时的菌数为6.1×108m L-1（对数值为8.78），表观黏度可达0.24 Pa·s，感官品质较佳。张莉[42]对3种益生菌辅助发酵Cheddar干酪进行了研究，其中植物乳杆菌不影响干酪的各项指标而且能够使干酪中乳酸菌活菌数高于益生性食品要求。同时经过小鼠灌喂发现植物乳杆菌辅助发酵的干酪有助于降低心血管发病率。张庆[43]等人使用植物乳杆菌发酵燕麦酸面团，发现植物乳杆菌可以在酸面团中生长良好，提高面团酸度。面团的氨基酸评分和蛋白质功效比值也得到了提高。

4 展望

植物乳杆菌有助于改善人体肠道健康、调节人体免疫等作用，近年来，植物乳杆菌在情绪管理、肝脏疾病、口腔健康、妇科健康等益生功能的研究也较多。因此，植物乳杆菌的应用也越来越广泛，不仅在食品发酵领域，还在工业发酵及医疗保健等领域广泛应用，例如在药品、膳食补充剂、糖果零食、口腔护理、日化用品等产品中均出现了植物乳杆菌的添加和应用。随着科学证据的不断充实、产品研发的不断深入、以及消费者认知度的不断提升，益生菌产业无论从数量还是质量，都将进入迅速提升的新时代。

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