泡菜中功能性乳酸菌的筛选及其应用研究进展

张雅雯，钟源，郭爱玲*，唐丹萍

(1.华中农业大学 食品科技学院，武汉 430070；2.柳州市柳南区现代农业产业服务中心，广西 柳州 545027)

泡菜是新鲜蔬菜通过乳酸菌和酵母菌厌氧发酵的产物，其中乳酸菌通过其代谢产物和低氧的环境成为发酵过程中的优势菌，主要作用是抑制有害微生物的生长繁殖及产生独特的风味物质，对发酵泡菜的品质有着重要影响。中国泡菜历史悠久，种类繁多，主要存在于四川、广西、东北等地，由于其口味酸辣、口感爽脆，广受人们的喜爱。但现阶段中国泡菜大都生产于家庭式作坊，泡菜的品质不易控制。因此，研究泡菜发酵过程中微生物生态变化、菌群的消长规律，探讨不同乳酸菌菌株的生理及功能特性，在食品及医药等领域加强其应用具有重要社会意义和经济价值。

1 乳酸菌的功能多样性

乳酸菌种类繁多，是全球公认的安全食品，同时还具有诸多功能性，可以提高食物的营养价值、保藏性。整理国内外报道的部分乳酸菌的功能性，见表1。

表1 不同种类乳酸菌的功能性Table 1 The functionality of different types of lactic acid bacteria

2 泡菜中功能性乳酸菌菌种的筛选

2.1 产酸快、产酸量大的乳酸菌菌种的筛选

吴锦兰等[6]以柳州传统发酵酸笋为原料，分离并筛选得到一株高产乳酸的乳酸菌菌株LB-1-23，测得其在合适的发酵条件下乳酸产量为12.74 g/L。筛选出高产酸乳酸菌可用于发酵剂的制备，缩短发酵周期，抑制杂菌生长，保证产品品质。

2.2 降解亚硝酸盐能力强的乳酸菌菌种的筛选

亚硝酸盐广泛存在于肉类制品以及发酵蔬菜中，亚硝酸盐会对人体造成严重的危害，如引起急性中毒，以及致癌、致畸[7]。国内外学者筛选出多株降解亚硝酸盐能力强的乳酸菌。从我国特色发酵蔬菜中分离纯化出植物乳杆菌JLSC2-6，结果表明在发酵10 h时，其亚硝酸盐降解率达到87.52%，发酵30 h后，其降解率达99.06%[8]。从四川泡菜中分离得到短乳杆菌菌株AR123，在MRS(De Man, Rogosa, Sharpe)肉汤中测试其亚硝酸盐降解率最高，达到99.85%[9]。

2.3 高耐受性的乳酸菌菌种的筛选

正常人体胃液的pH在1.5～4.5之间波动变化，从成都地区的农家自制泡菜中分离出高耐受性乳酸菌SC608。结果表明，pH 4.0时，SC608乳酸菌的相对存活率为80.06%，说明该菌株具有一定耐酸能力[10]。

正常肠道中胆盐的质量分数在0.03%～0.3%之间波动变化，小肠中的胆盐成分对乳酸菌有一定抑制能力，因此乳酸菌必须在此胆盐浓度下保持较高的生物活性才有可能在肠道内定殖成功。侯保朝等[10]以胆盐质量分数0%作为参照，胆盐质量分数0.3%时SC608乳酸菌的相对存活率为63.56%；胆盐质量分数升高到0.5%时，SC608的耐受胆盐能力仍然显著，相对存活率仍然可以达到59.14%，反映该菌株具有良好的耐胆盐能力。

2.4 抗氧化功能的乳酸菌菌种的筛选

乳酸菌具有较好的抗氧化功能，研究表明一些乳酸菌具有较好的清除羟自由基、超氧阴离子自由基和1,1-二苯基-2-三硝基苯肼(DPPH)能力[11]。

从市售酸菜中分离筛选出一株对DPPH自由基清除能力最强的菌株b-2，其无细胞上清液(CFS)对DPPH自由基的清除率达91.3%，其无细胞提取物(CFE)对·OH的清除率为67.6%，其完整细胞(IC)对O2-·的清除率为62.8%[12]。从成都的自然发酵酸菜中筛选到3株发酵上清液的羟自由基和DPPH自由基的清除能力较好的菌株，且植物乳杆菌SC608的羟自由基清除能力最显著。从彝族酸菜汁中筛选出4株还原力大于100 μmol/L，羟自由基、DPPH自由基、超氧阴离子自由基清除能力较高的乳酸菌，分别为植物乳杆菌、副植物乳杆菌和副干酪乳杆菌，为乳酸菌益生菌剂的开发提供了基础数据[13]。

2.5 产共轭亚油酸的乳酸菌菌种的筛选

共轭亚油酸(conjugated linoleic acid，CLA)是天然脂肪酸亚油酸与共轭双键的位置和几何共轭异构体混合物的通用名称，具有抗癌、免疫调节、抗动脉粥样硬化、抗肥胖和抗氧化作用[14]，因此在药物、食品和保健产品中具有广泛的应用潜力。商业CLA通常是使用葵花籽油作为原料通过碱异构化生产的，含有CLA的异构体副产物。而用于营养保健和医药用途的CLA需要更安全的异构体选择性合成。因此，CLA的生物合成引起很多关注。

乳酸菌菌体中含有的亚油酸异构酶(LAI)可将亚油酸(linoleic acid，LA)转化成CLA，因此将LAI基因通过基因工程克隆至其他菌体中获得CLA。优化培养条件和诱变育种是当前使用最多的筛选方式，研究者从发酵泡菜中分离和鉴定的植物乳杆菌菌株PC-3，可在有氧条件下将亚油酸转化为CLA[15]。朱振元等[16]在添加0.04%亚油酸作为诱导剂的MRS培养基中研究7株乳酸菌，其中罗伊氏乳杆菌的CLA产生能力最高，水平为5.34 μg/mL。通过正交试验对发酵条件进行优化：亚油酸0.06%，反应温度37 ℃，温育时间30 h，pH 7.0，最大CLA量达到6.59 μg/mL，提高了23.4%。乳酸菌合成CLA仍处于研究阶段，还没有达到商业化、规模化生产，希望着重开发相关功能性食品并向大众普及相关知识。

2.6 高产γ-氨基丁酸的乳酸菌菌种的筛选

γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid，GABA)是一种非蛋白质氨基酸，具有降血压、抗糖尿病和抗焦虑等生理效应，近年来受到广泛关注[17]。GABA可以通过化学合成，也可以通过微生物发酵获得。在具有GABA产生能力的微生物中，乳酸菌(LAB)的安全性得到证明[18]。

GABA是由谷氨酸脱氢酶(GAD)将L-谷氨酸(Glu)α-脱羧产生，因此需提高GAD活性以获得高产量GABA。可以通过在培养基中添加谷氨酸及其钠盐、优化发酵条件及使用紫外或γ-射线诱导菌株突变以提高GABA的产量。Karimian E等通过从传统泡菜中分离出具有高水平γ-氨基丁酸(GABA)的植物乳杆菌，可与乳酸乳球菌亚种单独或共培养，在发酵的样品中产生的GABA浓度为365.6 mg/dL。从新疆传统发酵食品中共分离出150株乳酸菌，其中有57株乳酸菌具有合成γ-氨基丁酸的能力，且筛选出一株产量较高的菌株短乳杆菌NL8，其产量高达(4.17±0.05) mg/mL[19]。现阶段市面上有多款含有GABA的产品，但消费量低，仍需要加大研发力度。

2.7 产细菌素的乳酸菌菌种的筛选

细菌素是由乳酸菌产生的具有抑菌活性的多肽类或蛋白类物质，广泛存在于乳酸菌代谢产物中。由于抗生素的滥用，导致很多有耐药性的突变菌株，现阶段需要寻找抗生素的替代品，细菌素被认为是最佳的选择。由于细菌素是蛋白类物质，可以被肠胃中的蛋白酶水解，不会残留在人体内，因此不会产生耐药性，且具有较高的安全性。细菌素还可以抑制食物中腐败菌的生长，在食品保藏方面具有广阔的应用前景。

从四川地区泡菜汁中筛选出一株产细菌素的乳酸菌QH 18-4(菌种编号SICC 1.1438)为耐盐魏斯氏菌，分别对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、肠道沙门氏菌、单核细胞增生李斯特菌、枯草芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌、绿脓假单胞杆菌有不同程度的抑制作用[20]。Chen X J等[21]从自制酸奶、市售散装腌菜和袋装榨菜中分离筛选到5株产细菌素能力强的乳酸菌菌株，对绿脓假单胞杆菌、金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌和大肠杆菌均有很强的抑菌活性，并选出抑菌活性最强的菌株E2-2，初步鉴定其为戊糖乳杆菌。只有乳酸链球菌素Nisin被广泛投入使用，主要原因是其他细菌素合成量低，后期可以通过诱变、基因工程等方法提高乳酸菌产细菌素的能力。

2.8 产胞外多糖的乳酸菌菌种的筛选

胞外多糖是乳酸菌在生长代谢过程中生成的一种位于细胞壁外的黏液多糖或荚膜多糖，属于微生物胞外多糖的一种，具有良好的免疫调节、调节肠道菌群、抗肿瘤、抗病毒、细胞保护及降低血清胆固醇等作用[22]。虽然用于化疗的抗肿瘤药物具有很强的活性，但其存在安全性和副作用问题，因此安全天然来源(如乳酸菌)的胞外多糖可作为合成抗肿瘤剂的良好替代品[23]。

从不同地区泡菜中分离筛选4株高产胞外多糖的菌株，其胞外多糖的产量在450～500 mg/L之间[24]。以自制泡菜为原料，分离得到2株植物乳杆菌和1株发酵乳杆菌，并对其胞外多糖产量进行测定，筛选出产胞外多糖含量最高的菌株，产量为351 mg/L[25]。乳酸菌产EPS的试验仍处于研究阶段，如何获得高产EPS乳酸菌是当前面临的最大难题。

3 功能乳酸菌菌种及菌剂的应用现状

3.1 复合饲料

韩国腌制辣椒中分离出植物乳杆菌SK1305菌株，该菌株具有较高的耐酸性(pH 2.5)和胆汁耐受性(0.3%，W/V)。无细胞培养上清液(CFCS)对多种病原菌具有广谱抗菌活性。分离株对MAC-T(牛乳腺上皮细胞)显示出显著的DPPH自由基清除活性(55.2%±0.6%)和超氧化物还原能力，因此，植物乳杆菌SK1305可作为增强营养的饲料发酵的接种物[26]。市场上，农富康品牌将乳酸菌与芽孢杆菌、酵母菌等制备成混合菌剂用于水产养殖，稳定改善水质，预防动物疾病；益加益品牌也将乳酸菌与多种有益微生物菌群混合制备成秸秆发酵剂，促进畜禽生长，提高动物繁殖能力与免疫力，并且经过发酵后饲料营养价值得到明显提高。

3.2 直投式发酵菌剂

康娇等[27]利用从云南富源泡菜中分离得到的发酵乳杆菌FYa1制作直投式发酵剂，通过优化冻干保护剂配方，冻干菌粉的存活率为(68.53±0.09)%，FYa1发酵剂的含菌量为(2.0±0.05)×108CFU/g。FYa1泡菜用直投式发酵剂具有优秀的发酵性能，可抑制杂菌的生长，在发酵过程中展现出良好的复活能力，为直投式发酵剂的研究提供了科学理论和应用依据。现在泡菜和酸奶的直投式发酵剂已经大规模生产并使用，市面上比较有名的直投式发酵剂品牌有川秀、汤泉一品等。

3.3 生物抑菌剂

乳酸菌可作为生物抑菌剂在食品保鲜中应用，即利用乳酸菌产生的有机酸、细菌素及其他抑菌代谢产物抑制食品中常见致病菌和腐败菌的繁殖。大量试验研究证明[28]，乳酸菌是控制食源性病原体天然而有效的菌株，可以抑制一些主要食源性致病菌如单增李斯特菌、沙门氏菌和大肠杆菌O157:H7等。

3.4 辅助医疗

近年来大量研究表明，乳酸菌制剂中所含有的活性益生菌可以刺激肠道内益生菌的增殖，同时抑制腐败菌和致病菌的繁殖。研究证明幼儿肠道菌群失调后，如果按要求服用富含益生菌的乳酸菌制剂，肠道内的菌群平衡即可恢复，进而起到治疗腹泻的作用。有试验证明摄入复合乳酸菌粉(嗜酸乳杆菌+乳双歧杆菌+低聚木糖)的益生菌冲剂具有增强免疫力的功能作用[29]。Marion-Eliette K等[30]通过对300名腹泻儿童进行口服嗜酸乳杆菌制剂试验，结果表明，口服乳杆菌制剂后能减少腹泻持续时间，大便次数、住院天数和病毒在粪便中的数量。乳酸菌咀嚼片、乳酸菌胶囊等即食性乳酸菌在国内外都广受欢迎。

4 展望

随着全球消费者健康意识的增强和市场的日趋成熟，“大健康”理念逐渐进入人们生活，“大健康”产业即将成为新的全球经济焦点，益生菌对大健康产业非常重要，而乳酸菌作为益生菌，在维护人体健康方面具有重要作用。

泡菜中分离出来的乳酸菌种类多，探讨一些乳酸菌的功能，其中抑菌、肠道调节等功能得到开发且应用于市场，还有些功能仍处于研究阶段，尚需有效筛选泡菜中功能性乳酸菌，利用现代生物技术探讨乳酸菌的生理作用及其保健功能；有待进一步利用生物信息学，建立微生物菌群体系，完善泡菜质量控制的相关体系，实现功能性乳酸菌菌剂标准化、工业化生产，发挥其在食品、健康医疗、畜牧养殖和农业种植领域的应用价值，不断创造社会价值及经济效益。

5 结语

综上所述，泡菜中功能性乳酸菌种类多，乳酸菌产酸、降解亚硝酸盐、耐酸耐胆盐、高抗氧化性、产γ-氨基丁酸、产共轭亚油酸、产细菌素、产胞外多糖等逐步开发应用，一方面利用现代科学技术进一步探讨功能成分，利用现代生物技术开发其功能作用；另一方面加强其在食品工业、生物与医药等方面的应用，更好地满足人们对健康的需求。