抗氧化乳酸菌在食品中的应用研究进展

徐欣维，费孝桐，陶红艳，孙文芮，李尚霖，魏 嘉

西北民族大学生命科学与工程学院，甘肃兰州 730030

0 引言

乳酸菌（Lactic Acid Bacteria）是世界公认的肠道益生菌，广泛存在于泡菜、食醋、乳制品等发酵食品中[1]，可改善食品风味，提高营养价值，同时具有抑菌、抗氧化、抗炎症、抗过敏、降低胆固醇、提高机体免疫力、缓解乳糖不耐症等多种生理功能。乳酸菌作为天然抗氧化剂，是国内外益生菌抗氧化活性研究的热点之一，其抗氧化活性可缓解机体内的氧化应激反应。氧化应激反应是由体内活性氧（ROS）或自由基与抗氧化防御之间不平衡所引起的[2]，会导致机体氧化损伤，使其出现衰老与病变现象。研究表明，摄入外源性抗氧化物质是缓解机体氧化应激的重要途径[3]。本文对乳酸菌抗氧化活性在食品中的作用以及国内外对其的应用研究现状进行总结，为进一步研究乳酸菌抗氧化活性提供理论参考。

1 抗氧化剂的作用和种类

抗氧化剂对氧化应激具有缓解作用，根据来源分类，主要分为天然抗氧化剂和合成抗氧化剂两大类。应用于食品中的天然抗氧化剂主要包括维生素A、C、E，茶多酚，树莓酮，虾青素等[4～6]。合成抗氧化剂主要有乙氧基喹啉、二叔丁基羟基甲苯、叔丁基羟基茴香醚、叔丁基对苯二酚、没食子酸丙酯等[7]。抗氧化剂和自由基数量的不平衡是蛋白质、脂质和脱氧核糖核酸氧化损伤的重要原因[8]。Cristina等[9]研究表明，天然抗氧化剂与合成抗氧化剂均不会引起食品外观和营养特性的改变，且防腐效果一致。目前，市场上人工合成抗氧化剂大多对人体存在一定的危害[10]，相对而言，从生物中提取获得的天然抗氧化剂具有更高的安全性，因此更受大众欢迎。近年来，功能性乳酸菌的筛选成为研究热点，田圆等[11]在第十六届益生菌与健康国际研讨会中指出，乳酸菌已被证明具有抗氧化作用，可作为天然抗氧化剂。

2 乳酸菌抗氧化活性在食品中的作用

2.1 缩短发酵周期

发酵作为一种传统食品加工方法，是利用微生物的代谢作用改善食品的营养和风味[12]，从而对人类健康产生有益的影响。传统发酵中常用的菌株有短乳杆菌、肠球菌属、明串珠菌、凝结芽孢杆菌、戊糖乳杆菌和植物乳杆菌等[13]。试验研究表明，与单菌株发酵相比，混合乳酸菌发酵，可显著缩短发酵时间。Luo等[13]通过研究明串珠菌、乳酸杆菌和魏斯氏菌混合发酵对四川泡菜品质的影响发现，与单菌株发酵相比，混合发酵能加速发酵，且对亚硝酸盐的降解效率最高。许惠雅等[14]研究发现，接种具有体外抗氧化活性的乳酸菌进行发酵可以减少发酵开始的滞后时间，缩短发酵周期。

2.2 改善食品风味

食品中主要芳香物质有2-乙基己醇、3-甲基-1-丁醇、2-甲基-1-丁醇和乙酸乙酯等。在工业生产中，许多肉制品及饮料主要通过发酵改善食品风味。对于发酵肉制品而言，乳酸菌可使肉质更加紧实富有弹性，并产生不同的有机酸类、醇、酮以及醛类物质，以促使发酵肉制品产生良好风味[15]。Zhang等[16]通过构建香肠模型发现，乳酸菌可降低香肠水分含量、水分活度、亚硝酸盐和酸碱度，并能显著增强香肠提取物的抗氧化活性，提高香肠的口感和安全性。大多数具抗氧化特性的乳酸菌均可用作香肠的发酵剂，但对于不同的发酵食品而言，并非每一株具有抗氧化活性的乳酸菌都能达到最佳的发酵效果，甚至可能产生相反的效果。有研究人员对用作发酵香肠生产中的8 种菌株进行技术及安全特性评估[17]发现，鼠李糖乳杆菌Lr-32在香肠发酵和成熟模拟阶段最能耐受盐、硝酸盐和低pH的菌株，是受测试的益生菌中最有前途的香肠发酵剂。对于发酵饮料而言，乳酸菌可产生苹果酸羧化酶，将酸味尖刻的苹果酸转变成酸味柔和的乳酸，从而改善发酵饮料的风味[18]。Cai等[19]在37 ℃下对三类不同乳酸菌进行24 h的受控乳酸发酵试验，研究不同乳酸菌菌株对发酵枣汁的影响，发现不同的菌株发酵剂在发酵过程中产生的风味物质含量不同，与干酪乳杆菌和屎肠球菌发酵的枣汁相比，植物乳杆菌发酵的枣汁能产生更多的芳香族化合物和更少的含硫有机化合物，其味道主要以酸味为特征，同时具有更少的苦味和涩味。发酵过程中，乳酸菌还能分解食品中的蛋白质、糖类、合成维生素等，从而显著提高食物消化率，促进胃肠道吸收，提高其营养价值[20]。

2.3 延长食品保质期

为防止食品变质，最好且最简单的方法就是添加天然抗氧化剂。抗氧化乳酸菌主要通过生物保护功能，降解亚硝酸盐作用以及产抑菌物质的途径，抑制腐生菌株的生长[20]，从而达到防止食品腐败变质的目的，被广泛应用于食品储存中，是一种低廉节能的防腐方法。在对番茄生物保藏的研究中发现，植物乳杆菌TR7和植物乳杆菌TR71发酵的生物保藏番茄微生物含量较低[21]。Li等[22]研究表明，植物乳杆菌AB-1和干酪乳杆菌共接种后，虾样品中的腐败菌被显著抑制，共接种虾的总挥发性碱性氮（TVB氮）和酸碱度也显著降低（P＜0.05），此外，共接种虾的AI-2活性在冷藏期间显著提高。Carlos等[23]将从西红柿和酸面团中提取的9 种具有抗真菌活性的乳酸菌用于芝士干酪乳清发酵，所得到的发酵乳清作为生物防腐剂用于面包制作，试验结果表明，与对照面包相比，含该发酵乳清的面包对1，1-二苯基-2-三硝基苯肼的抑制活性提高了33.00%。总之，在食品加工行业用具有抗氧化性能的乳酸菌作生物防腐剂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质

病原菌产生的毒素通常随着食物或饮料进入人体，在食品生产过程中，添加有效的抑菌剂，是避免病原菌滋生的有效途径。乳酸菌具有抑菌特性，其在生长代谢过程中，一些代谢产物（乳酸、醋酸、甲酸、丁酸等）[24]能够使体系的pH降到4.8～5.4，从而抑制部分有害微生物的生长与繁殖，最终降低食品中有害菌的含量。Gutiérrez等[25]研究检测了5 种乳酸菌发酵液对7 种潜在致病微生物活性的影响，结果表明乳酸菌发酵液可抑制沙门氏菌，金黄色葡萄球菌、肉毒杆菌等[15]致病菌的生长，其中表皮葡萄球菌是受影响最大的有害菌株。

2.5 减少自由基的累积

自由基（Free Redical）是指能独立存在，含有不配对电子的任何原子、原子团、分子或离子[24]。自由基的形成原因主要包括内源性因素和外源性因素两种。生物在生长代谢过程中均可自发的产生自由基，而许多能参与氧化还原反应循环的外源性物质也会导致细胞形成自由基，此外，药物氧化、吸烟、热辐射、环境污染等外源性因素也能在细胞内形成自由基[24]。生物体内的自由基主要包括羟自由基（·OH）、DPPH自由基、超氧阴离子（O2-）和过氧化氢（H2O2）[26]。体内过多自由基的累积，会引起氧化应激反应，一般情况下，氧化应激并不一定会造成机体的氧化损伤，但是在过高的氧化应激状态下，活性氧就会以不同的机制作用于体内的酶、脂肪酸、蛋白质和核酸等生理活性物质和遗传物质[24]。当出现氧化损伤时，摄入外源性抗氧化剂，如乳酸菌[27]，是缓解氧化损伤的重要途径。乳酸菌的抗氧化作用机制主要有4 种：抵抗氧胁迫作用、调控信号通路途径、清除自由基系统、抑制脂质过氧化和金属离子影响。赵荣敏[28]在对复合果蔬汁品质的研究中，通过加入两种含有不同菌种的发酵剂及其等体积混合发酵剂进行发酵，发现相比单一菌种发酵复合果蔬汁，两种菌株耦合发酵可显著增加体外抗氧化活性。Maria等[29]研究了属于5 个物种的14 株乳杆菌菌株对百草枯诱导的氧化胁迫下土壤线虫寿命的保护作用，发酵乳杆菌U-21菌株降低了百草枯在线虫模型中的毒性，使土壤线虫的寿命延长了25.00%。Eiji等[30]研究发现，加氏乳杆菌SBT2055（LG2055）可通过c-Jun NH2末端激酶激活Nrf2-ARE信号通路，从而增强哺乳动物细胞对氧化应激的防御系统。

3 乳酸菌抗氧活性在食品中的应用现状

3.1 国外应用研究进展

Beatriz等[31]研究了4 种不同乳酸菌辅助发酵对橙汁乳饮料中多酚、类胡萝卜素、有机酸和抗氧化能力的影响，结果显示，发酵期后，试验组（发酵）中总多酚和总类胡萝卜素的含量明显高于对照组（非发酵），且具有更高的抗氧化特性。Kolawole等[32]从发酵木薯泥和玉米浆中获得乳酸菌和酵母菌，稀释浓度至500～1 050 mg/mL，进行镉和铅的耐受性筛选，抗氧化活性体内研究在雄性Wistar大鼠中进行，筛选出益生菌潜力和抗氧化活性最佳的菌株，试验结果证明植物乳杆菌ML05（Lactobacillus plantarumML05）和库德里阿兹威毕赤酵母FY05（PichiakudriavzeviiFY05）表现出最佳的益生菌潜力和抗氧化活性。Izuddin等[33]研究了植物乳杆菌RG14、RG11和TL1后生物制剂的抗氧化活性以及断奶羔羊日粮对血清和瘤胃抗氧化活性、肝脏抗氧化酶和瘤胃屏障功能的影响，结果发现，后生物制剂可增强血清和瘤胃液抗氧化活性，降低血清脂质过氧化，上调肝脏抗氧化酶和瘤胃屏障功能。乳酸菌在癌症预防和治疗中的作用也有报道，有人曾用MTT法和DPPH法评估了嗜酸乳杆菌和德氏乳杆菌的无细胞提取物对HT-29细胞系的抗增殖和抗氧化活性[34]，凋亡的诱导通过Hoechst染色和流式细胞术分析来评估，并通过使用实时定量PCR对BCL-2、BAX、caspase-3、caspase-8和caspase-9基因的表达，研究结果表明，嗜酸乳杆菌和德氏乳杆菌提取物都显示了凋亡诱导作用，caspase-9和caspase-3的过表达以及Bax/Bcl-2比率的增加揭示了两种益生菌诱导内源途径依赖性凋亡的能力，嗜酸乳杆菌和德氏乳杆菌的DPPH清除率分别为59.37%±3.97%和71.19%±3.64%，这些发现为益生乳酸菌菌株驱动的抗增殖、促凋亡和抗氧化作用提供了证据。

3.2 国内应用研究进展

Wang等[35]研究了硒添加方式对接种植物乳杆菌发酵杏鲍菇和自然发酵杏鲍菇抗氧化活性与风味特性的影响，发现硒的添加，尤其是采用富硒植物乳杆菌接种的方法，对总酚含量和DPPH自由基清除活性均有显著的积极影响，非挥发性物质分析表明，接种富硒植物乳杆菌发酵的杏鲍菇中乳酸与乙酸的比例最高，鲜味最浓。Wang等[36]研究证明了用植物乳杆菌423发酵的米糠和麦麸具有增强的气味强度，特别是对硫化物和芳烃。Luan等[37]研究了植物乳杆菌CD101的体外抗氧化活性及其对发酵香肠中抗氧化肽形成的影响，结果表明，植物乳杆菌CD101主要分布在细胞表面和细胞外分泌物中，并影响发酵过程中的酸化和蛋白水解，CD101可通过其体外抗氧化活性而有益于抑制发酵香肠的氧化酸败，同时有效地促进蛋白质降解，而对形成抗氧化肽的促进作用较弱。Ge等[38]研究探讨了从传统干腌肉制品金华火腿中筛选出的一株抗氧化菌株植物乳杆菌NJAU-01在调节D-半乳糖诱导的小鼠亚急性衰老中的潜在作用，结果表明，109 CFU/mL的植物乳杆菌NJAU-01处理组在血清、心脏和肝脏中的总抗氧化能力（T-AOC）和超氧化物歧化酶（SOD）、谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-Px）和过氧化氢酶（CAT）显示出更高的抗氧化酶活性，相比之下，氧化应激标记物丙二醛（MDA）的含量低于其他组（P＜0.05），随着NJAU-01浓度的增加，抗氧化能力增强，因此，该研究表明植物乳杆菌NJAU-01可以通过提高小鼠抗氧化相关酶的活性和降低脂质氧化水平来减轻氧化应激。

4 展望

乳酸菌因其具有多种益生功能在食品加工行业具有广阔的应用前景，目前国内外对乳酸菌抗氧化活性的作用机制尚未详细阐述[27]，未来几年对其作用机制的研究将会成为研究人员的重点突破对象，抗氧化调控体系的阐明将为乳酸菌在食品加工领域的应用实现新的突破。氧化应激损伤与多种疾病相关，乳酸菌抗氧化活性的开发应用，将为新型药物的研制提供新的方向，同时也为相关疾病的治疗提供新的思路，具有抗氧化活性的乳酸菌有望成为医疗领域的重要菌株。总之，随着乳酸菌抗氧化活性的深入研究，新型抗氧化乳酸菌产品必将在食品领域与医疗领域深受广大消费者喜爱。