乳酸菌在农业和食品加工中的应用研究进展

何 进，徐思杨，刘 波，王阶平

(1.华中农业大学生命科学技术学院 农业微生物学国家重点实验室，湖北 武汉 430070；2.福建省农业科学院 农业生物资源研究所，福建 福州 350003)

乳酸菌(lactic acid bacteria)是指发酵糖类物质的主要终产物为乳酸的细菌总称，人们熟知的乳酸菌包括乳杆菌属(Lactobacillus)、片球菌属(Pediococcus)、明串珠菌属(Leuconostoc)、乳球菌属(Lactococcus)、链球菌属(Streptococcus)和双歧杆菌属(Bifidobacterium)等少数属的种类。乳酸菌广泛分布于人、动物、植物的体表和体内，以及土壤、发酵食品中。许多乳酸菌是人和动物胃肠道、泌尿生殖道、母乳、口腔、皮肤等的正常菌群。在系统分类学上，乳酸菌至少包括厚壁菌门(Firmicutes)4纲7目18科39属653种和放线菌门(Actionmycetota)2纲2目3科12属88种[1]。一些来源于传统发酵食品的乳酸菌(包括大多数乳杆菌和链球菌等)被美国食品药品监督管理局(Food and Drug Administration，FDA)登记为“一般认为安全”(generally recognized as safe，GRAS)，是可用于食品的菌种(https://www.accessdata.fda.gov/scripts/fdcc/?set=GRASNotices)，被称为食品级乳酸菌[2-3]。欧洲食品安全局(European Food Safety Authority，EFSA)于2007年提出了“合格的安全推定”(qualified presumption of safety，QPS)的概念，以指导对用于食物链(食品及饲料添加剂、食品保鲜剂等)的微生物开展安全评价。目前，进入QPS清单的乳酸菌包括乳杆菌属、片球菌属、明串珠菌属、乳球菌属、链球菌属的部分种类共计24种(https://www.efsa.europa.eu/en/topics/topic/qualified-presumption-safety-qps)。我国公布的最新版《可用于食品的菌种名单》中就包含了35种(亚种)的乳酸菌，其分类地位见表1。乳酸菌能产生多种效应分子，例如，定位于细胞表面的S-层蛋白、胞外多糖、胞壁肽等高分子物质，细菌素、脂肽等抗菌物质，色氨酸、组氨酸相关的中间代谢产物，乳酸、短链脂肪酸、γ-氨基丁酸等有机酸，以及乳糖酶、胆盐水解酶等功能酶[4-6]，因而赋予其缓解乳糖不耐受、减轻腹泻、治疗消化性溃疡、抗过敏、抗感染以及抗肿瘤等作用[7-9]。一些乳酸菌(特别是乳杆菌和乳球菌)具有调节免疫、修复肠道菌群、合成抗菌物质的益生功能，被用作治疗性蛋白、抗原蛋白和DNA疫苗的递呈载体，这些重组乳酸菌往往会取得较好的保护性免疫应答和治疗效果[10-11]。乳酸菌已被广泛应用于农业(畜禽养殖、种植、水产)、食品、医学(如益生菌、保健品、疫苗载体)、生物技术和环保等领域[12-13]，本文就乳酸菌在农业、食品加工领域的应用研究进展进行简要综述。

表1 我国公布的最新版《可用于食品的菌种名单》中乳酸菌Table 1 Lactic Acid bacteria in the latest version of the List of Bacteria Used in Food Published in China

1 乳酸菌在农业领域的应用

1.1 乳酸菌用于畜禽养殖的饲料添加剂

乳酸菌用作畜禽养殖的饲料添加剂，能起到促进动物肠道健康、调节免疫、提高饲料转换率、改善肉品品质等益生功能。Dowarah等[14]从28日龄的健康断奶仔猪粪便中分离到30株乳酸菌，其中乳酸片球菌(Pediococcusacidilactici)FT28具有最强的酸和胆盐(3 g/L)的耐受性，最高的植酸酶活性、细胞表面疏水性、对常见病原菌的拮抗活性，对猪肠道表皮细胞有较强的黏附能力；在断奶仔猪的基础日粮中添加嗜酸乳杆菌(Lactobacillusacidophilus)NCDC15或乳酸片球菌FT28均能提高饲料转换率(feed conversion rate，FCR)；育肥猪的饲喂试验结果表明，添加乳酸片球菌FT28能提高猪的生长性能、采食量，降低猪的血糖水平，提高猪的屠宰率、要豁器官重量(vital organ weight)、腰部肌肉的粗油脂重量，改善了肠道的绒毛高度(villi height)和隐窝深度(crypt depth)。Varada等[15]在摩拉水牛牛犊的基础日粮中每天添加罗伊氏黏液乳杆菌(Limosilactobacillusreuteri)BF-E7和唾液联合乳杆菌(Ligilactobacillussalivarius)BF-17(1×108cfu/g)，能显著提高牛犊的干物质采食量(dry matter intake，DMI)、平均日增重(average daily gain，ADG)、净体增重(net body weight gain)、饲料转化率和结构增长测度(structural growth measurement)；也使牛消化道中的乳杆菌和双歧杆菌等有益细菌的丰度明显提高。

An等[16]在北京鸭鸭苗的基础日粮添加400 mg/kg或800 mg/kg的植物乳植杆菌(Lactiplantibacillusplantarun)制剂(含菌量为5×109cfu/g)，结果表明，在21 d时，两个试验组血清中的IL-1β和IFN-γ含量下降，回肠细胞中IL-1β的转录水平也降低了；同时，回肠细胞中MHC-II、IL-4、紧密连接蛋白Claudin和闭合蛋白Occludin的转录水平上调；两个试验组的肠道厚壁菌门细菌丰度提高，而拟杆菌门(Bacteroidetes)丰度下降；试验结束时，两个试验组的血清补体3和β-防御素的水平升高，说明每天饲喂植物乳植杆菌可以提高北京鸭的生产性能，改善其肠道健康。Mikulski等[17]在海兰褐壳蛋鸡的基础日粮中添加乳酸片球菌MA18/5M，从32周龄饲喂到47周龄，结果表明，补充益生菌能增加鸡蛋重量、蛋壳厚度，并明显改善FCR，而且饲喂低热量密度的日粮能促进蛋鸡对益生菌的响应，改善其能量利用效率。

1.2 乳酸菌用于青贮饲料的发酵生产

青贮过程是将青饲草转变为青贮饲料的厌氧发酵过程，其主要难题是通过发酵将植物原料转化为营养价值高、微生物区系优良的饲料，同时尽可能减少营养物质的流失。通常青饲草的附生乳酸菌并不能有效启动青贮发酵过程，因此，外源乳酸菌发酵剂被广泛应用于青贮饲料的生产，以促进发酵过程[18]。

Wang等[19]在实验室筒仓中研究了乳酸片球菌和市售发酵剂植物乳植杆菌MTD-1对意大利黑麦(Loliummultiflorum)、苇状羊茅(Festucaarundinacea)和燕麦(Avenasativa)青贮发酵的品质影响。结果表明，接种发酵剂30 d后明显增加了黑麦和燕麦青贮饲料的乳酸含量、乳酸菌数量和体外干物质可消化性(dry matter digestibility，IVDMD)，降低了pH、有害微生物的数量、丁酸和铵态氮(NH3-N)含量；接种发酵剂对苇状羊茅的发酵质量没有明显提高，但显著增强了其青贮饲料的IVDMD。Jaipolsaen等[18]比较了植物乳植杆菌J39、短乳杆菌(Lactobacillusbrevis)BCC42336和戊糖片球菌(Pediococcuspentosaceus)TBRC7603作为发酵剂对饲料玉米和象草青贮发酵质量的影响。结果表明，象草的附生乳酸菌数量远低于饲料玉米。因此，添加外源乳酸菌发酵剂对象草尤为重要，而且添加植物乳植杆菌的效果最好。Fan等[20]用市售发酵剂YX和植物乳植杆菌ZZUA493在真空和非真空条件下青贮发酵紫花苜蓿。结果表明，无论真空还是非真空条件下，添加乳酸菌发酵剂均能提高饲料的乳酸含量，降低pH和NH3-N含量；而且乳杆菌属或片球菌属成为优势属，加西亚氏菌属(Garciella)丰度降低；添加乳酸菌发酵剂均能降低真菌毒素含量；无论是否添加发酵剂，真空条件下的真菌毒素明显低于非真空发酵。因此，添加发酵剂和真空条件有利于提高紫花苜蓿的青贮饲料的质量。

然而，不同的植物原料，需要筛选不同的乳酸菌菌种和菌株，保证青贮质量和饲料营养，不可能依靠1个菌株打遍天下[21]。例如，Guan等[22]利用从象草分离的植物乳植杆菌CZ149、唾液联合乳杆菌XH358、鼠李糖乳酪杆菌(Lacticaseibacillusrhamnosus)XH753和副干酪乳酪杆菌(Lacticaseibacillusparacasei)XH761进行玉米的青贮发酵。结果表明，60 d后，鼠李糖乳酪杆菌XH753发酵的青贮饲料黄曲霉素B1含量和乳酸/乙酸比最低，在嗜热条件下好氧暴露5 d后，有氧稳定性最好、黄曲霉素B1含量最低；植物乳植杆菌CZ149发酵的青贮饲料黄曲霉素B1含量最高，有氧稳定性最差。

青贮饲料的有氧稳定性是指青贮饲料在储藏和饲喂动物期间，pH、温度不升高，依然保持新鲜、气味酸香的能力。布氏慢生乳杆菌(Lentilactobacillusbuchneri)是常用的青贮饲料发酵剂，它进行异型乳酸发酵，能将乳酸转化为乙酸和1,2-丙二醇，因此，能提高青贮饲料的有氧稳定性，且不影响动物的生产性能[23]。

1.3 乳酸菌在水产养殖领域的应用

乳酸菌被广泛用于水产病害的防治。Wei等[24]发现用植物乳植杆菌W2饲喂太平洋白对虾(Litopenaeusvannamei)，能促进对虾的生长，调节对虾的免疫，降低对虾暴露于副溶血弧菌(Vibrioparahaemolyticus)后的死亡率。Chomwong等[25]从太平洋白对虾肠道中分离到对副溶血弧菌有较强的抑制活性的植物乳植杆菌SGLAB01和乳酸乳球菌(Lactococcuslactis)SGLAB02，饲喂对虾后，它们能黏附并定殖于肠道，调节对虾的免疫，增强对虾抗副溶血弧菌感染的能力。

三甲胺(trimethylamine，TMA)是引起鱼腥味的主要物质，在储藏过程中的细菌代谢会增加鱼肉的TMA含量。研究表明，用植物乳植杆菌H78处理可以有效清除鱼肉的TMA[26]。Park等[27]从韩国传统发酵食品中分离到15株能清除TMA的乳酸菌，用5株清除能力最强的乳酸菌(植物乳植杆菌SKD 1和SKD 4、副植物乳植杆菌(Lactiplantibacillusparaplantarum)SKD 15、斯氏片球菌(Pediococcusstilesii)SKD 11、戊糖片球菌SKD 14)进行腐烂鱼样品的TMA原位清除试验，结果发现，这5株乳酸菌的无细胞发酵上清液的TMA原位清除率分别为45%、62%、60%、59%和52%。

1.4 乳酸菌在植物病害生物防治方面的应用

乳酸菌已被用于植物病害的生物防治。例如：Daranas等[28]从55株乳酸菌中筛选到对丁香假单胞菌猕猴桃致病变种(Pseudomonassyringaepv.actinidiae)、树生黄单胞菌李致病变种(Xanthomonasarboricolapv.pruni)和草莓黄单胞菌(Xanthomonasfragariae)有广谱抑制活性的植物乳植杆菌CC100、PM411和TC92菌株以及肠膜明串珠菌(Leuconostocmesenteroides)CM160和CM209菌株，温室生防试验结果表明，植物乳植杆菌PM411和TC92能有效防治三种病原菌侵染相应宿主植物，其田间防效与市售商品(解淀粉芽胞杆菌(Bacillusamyloliquefaciens) D747、枯草芽胞杆菌(Bacillussubtilis) QST713、壳聚糖、S-甲基苯并噻二唑、铜制剂和春日霉素)相当。

2 乳酸菌用于食品加工与保鲜

乳酸菌是食品加工和保鲜中常用的微生物，可以改善食品的风味和感官品质、提高营养价值、增强食品的抗氧化和抗菌能力、延长货架期、降低真菌毒素等[29]。

2.1 乳酸菌用于肉制品加工与保鲜

人们对食品质量和安全的要求越来越高，化学防腐剂在肉制品上的应用受到限制。而乳酸菌及其抗菌代谢产物被用于不同肉制品的保鲜，可以有效抑制致腐菌的生长，延长肉制品的货架期[30]。例如，一些产细菌素(bacteriocin)的乳酸菌可以作为肉制品加工的发酵剂和保鲜剂[31]。

锌-原卟啉(zinc protoporphyrin，ZnPP)可以替代亚硝酸/硝酸盐来改善肉制品的色泽。Kauser-Ul-Alam等[32]发现，在香肠加工过程中添加产ZnPP的乳酸乳球菌乳脂亚种(Lactococcuslactissubsp.cremoris)和乳酸明串珠菌(Leuconostoclactis)，香肠的外表和内部都呈现出亮红色，与添加亚硝酸盐的色泽接近；添加乳杆菌，香肠的外表为褐色。Kauser-Ul-Alam等[33]筛选到25株能在猪肉中产生ZnPP的乳酸菌，它们在3% NaCl、30 ℃、pH 5.5和pH 6.5的条件下生长良好，亚硝酸盐完全抑制ZnPP的合成；13株食品级的乳酸菌(包括植物乳植杆菌、乳酸明串珠菌)能使加盐碎肉保持亮红色。Asaduzzaman等[34]发现在加盐碎肉中添加乳酸乳球菌、肠膜明串珠菌和屎肠球菌(Enterococcusfaecium)能产生亮红色、高ZnPP自体荧光；加热后，碎肉仍能保持一定的亮红色、ZnPP自体荧光，因此，可以用食品级的产ZnPP乳酸菌替代亚硝酸/硝酸盐改善肉制品的色泽。

肉制品(如熟火腿)中常用亲水胶体改善品质，利用产胞外多糖的乳酸菌也可以提高其品质[35]。Dertli等[36]发现，在土耳其发酵香肠的加工过程中添加产胞外多糖的乳酸菌能明显改善口感，香肠变得更硬、低黏性、更有弹性，香肠内形成网状的微结构。萨拉米(salami)是欧洲尤其是南欧民众喜爱食用的一种腌制肉肠，一般是单一种肉类，不经过任何烹饪，只经过发酵和风干程序。Velasco等[37]分析了产杂多糖的植物乳植杆菌TMW 1.1478作为发酵剂对萨拉米口感的影响。结果表明，植物乳植杆菌发酵的萨拉米质地明显变软；不同的发酵温度影响风干速度，植物乳植杆菌发酵需要更长的风干时间。

研究表明，利用乳酸菌发酵加工肉制品，可以降低其亚硝酸盐含量和用盐量。Chen等[38]将从侗族发酵酸肉中分离的植物乳植杆菌CMRC6和清酒广布乳杆菌(Latilactobacillussakei)CMRC15作为中式发酵干香肠的发酵剂。结果表明，CMRC6和CMRC15均有较强的亚硝酸还原能力；CMRC6和CMRC15发酵的香肠中，乳酸菌是优势菌群，肠杆菌科(Enterobacteriaceae)的细菌被明显抑制；发酵香肠在熟化过程中亚硝酸含量迅速降低；香肠质地和口感得到明显改善。Xu等[39]研究了用发酵黏液乳杆菌(Limosilactobacillusfermentum)完全替代亚硝酸盐对中式发酵香肠品质和安全的影响。结果表明，添加发酵黏液乳杆菌的香肠呈现出与添加50 mg/kg亚硝酸盐相同的粉红色色泽，降低香肠亚硝酸盐残留风险；添加发酵黏液乳杆菌增加了游离氨基酸含量，降低了生物胺含量；感官分析结果表明，添加发酵黏液乳杆菌明显改善了香肠的味道、气味、酸度和整体接受度。Hu等[40]分析了弯曲广布乳杆菌(Latilactobacilluscurvatus)、清酒广布乳杆菌、希腊魏斯氏菌(Weissellahellenica)和植物乳植杆菌对低盐哈尔滨干香肠口感的影响。结果表明，添加乳酸菌发酵剂能提高香肠的含水量、水活性，降低香肠pH值；总游离氨基酸含量明显提高；添加希腊魏斯氏菌，香肠的有机酸含量更高。因此，添加乳酸菌发酵剂可以改善低盐干香肠的口感。

2.2 乳酸菌用于奶制品加工

乳酸菌用作奶酪等传统食品的发酵剂，可以加速发酵进程、提高品质。Carafa等[41]在大桶奶中分别接种发酵剂、发酵剂+低浓度非发酵剂、发酵剂+高浓度非发酵剂，然后分别取大桶奶原料、发酵24 h和7个月的奶酪，进行微生物计数分析。结果表明，中温球菌是所有发酵24 h奶酪的优势种群，而球菌和乳杆菌是发酵7个月的奶酪的优势种群；高通量测序结果表明，乳球菌和链球菌的丰度最高，乳酸乳球菌乳酸亚种(Lactococcuslactissubsp.lactis)68在早期影响牛奶中的乳酸乳球菌乳脂亚种的繁殖，鼠李糖乳酪杆菌抑制其他乳杆菌的生长；与没有添加发酵剂的奶酪相比，添加了发酵剂的成熟奶酪具有更好的感官特性(如外观、气味、味道和口感)；添加高浓度非发酵剂鼠李糖乳酪杆菌的成熟奶酪的短链脂肪酸和共轭亚油酸含量高。

叶酸是人类不能合成的B族维生素，利用乳酸菌发酵可以显著提高酸奶或奶酪中的叶酸含量。Laio等[42]对分离自阿根廷手工酸奶的92个德氏乳杆菌保加利亚亚种(Lactobacillusdelbrueckiisubsp.bulgaricus)和嗜热链球菌(Streptococcusthermophilus)菌株进行产叶酸能力的筛选。结果发现，4个德氏乳杆菌保加利亚亚种和32个嗜热链球菌的菌株均能在无叶酸培养基中生长；德氏乳杆菌保加利亚亚种CRL 863、嗜热链球菌CRL 415和CRL 803产叶酸能力最强，它们在无叶酸培养基中的胞外叶酸含量为22.3～135 μg/L，在脱脂奶中发酵，叶酸含量提高了190%。Albano等[43]筛选出70株乳酸菌，发现干酪乳酪杆菌(Lacticaseibacilluscasei)、植物乳植杆菌、副干酪乳酪杆菌副干酪亚种(Lacticaseibacillusparacaseisubsp.paracasei)、鼠李糖乳酪杆菌、德氏乳杆菌保加利亚亚种、嗜热链球菌、乳酸乳球菌乳酸亚种、屎肠球菌和乳酸肠球菌(Enterococcuslactis)中的47个菌株能产生叶酸；屎肠球菌VC223和乳酸肠球菌BT161在培养基中的叶酸产量分别为(123 625.74 ± 8.00) ng/mL及(384.22 ± 5.00) ng/mL。用5株乳酸菌进行奶酪发酵，干酪乳杆菌VC199发酵奶酪熟化30 d后的叶酸含量提高了54%；副干酪乳酪杆菌SE16和乳酸肠球菌BT161发酵奶酪熟化60 d后的叶酸含量分别提高了108%和113%，均超过100 ng/100 g奶酪。Czarnowska-Kujawska等[44]在巴氏奶中添加4种商业化的发酵剂组合，评价了乳酸菌在发酵酸奶8 ℃低温存储21 d的过程中产叶酸和共轭亚麻酸的能力。结果表明，发酵剂种类和低温存储时间明显影响发酵酸奶的叶酸和共轭亚麻酸含量；添加发酵剂组合德氏乳杆菌(Lactobacillusdelbrueckii)、嗜热链球菌和双歧双歧杆菌(Bifidobacteriumbifidum)的新鲜发酵酸奶中的叶酸含量最高，达105.4 μg/kg；也只有该组合能在低温存储过程中合成叶酸，7 d后叶酸含量增加了59%；双歧双歧杆菌发酵的酸奶在低温存储21 d后，共轭亚麻酸含量有所提高。

此外，乳酸菌发酵可以有效降低奶酪等食品的胆固醇水平。Albano等[45]评价了58株乳酸菌在含有胆固醇和胆酸的培养基中的存活能力。结果表明，胆固醇降解能力强的菌株(干酪乳酪杆菌VC199、副干酪乳酪杆菌副干酪亚种SE160和VC213、植物乳植杆菌VS166和VS513、屎肠球菌VC223和乳酸肠球菌BT161)能将培养基中的胆固醇降低42%～55%；用这些菌株发酵生产奶酪，熟化60 d的奶酪的乳酸菌含量均超过107cfu/g，胆固醇含量均降低，副干酪乳酪杆菌副干酪亚种VC213和乳酸肠球菌BT161最高可降低23%的胆固醇，而且对奶酪感官特性没有负面影响。因此，这些菌株可用于低胆固醇功能食品的生产。

2.3 乳酸菌应用于植物基饮料的发酵

近年来，消费者对植物发酵饮料的接受度越来越高。而且，乳酸菌在发酵水果和蔬菜时，能产生小肽、维生素(特别是B族维生素)、γ-氨基丁酸、酚类、有机硫化合物等。因此，饮用乳酸菌发酵的水果和蔬菜饮料能带来健康补益[46]。利用乳酸菌发酵果汁，通过物质转化产生独特的芳香气味、降低糖含量、改善营养价值、延长果汁饮料的货架期，这些益生功能饮料在国际市场上深受消费者(特别是乳糖不耐受或素食者)青睐[47]。

Cichońska等[48]用乳酸菌和丙酸杆菌(Propionibacteriumsp.)发酵生产酸奶型稻米发酵饮料。结果发现，乳酸菌和丙酸杆菌联合发酵后，稻米发酵饮料中的乳杆菌、嗜热链球菌和动物双歧杆菌乳亚种(Bifidobacteriumanimalissubsp.lactis)的含量均约为108cfu/mL；稻米发酵饮料在6 ℃储藏14 d后的硬度为2.90～10.40 N、黏度为13.79～42.16 mJ、脱水收缩率(syneresis)为29%～31%，与牛奶发酵酸奶相近。Cele等[49]比较了植物乳植杆菌75、假肠膜明串珠菌(Leuconostocpseudomesenteroides)56发酵和未发酵的芒果汁的理化性质、芳香物质、抗氧化活性、总酚含量和感官特性。结果表明，乳酸菌发酵24 h效果较好，植物乳植杆菌75发酵的酸度、总酚含量、抗氧化活性均显著提高，产生新的芳香物质(包括醇类、脂类、酮类、醛类)；假肠膜明串珠菌56发酵的β-胡萝卜素含量明显提高、色泽明亮。Mashitoa等[50]用植物乳植杆菌75、食物魏斯氏菌(Weissellacibaria)64和假肠膜明串珠菌56发酵番木瓜汁。结果表明，番木瓜汁经乳酸菌发酵后pH值降低，番木瓜汁的色差ΔE值增加，从综合表现看，植物乳植杆菌75发酵番木瓜汁的效果最佳。

由于遗传、免疫、环境等因素和肠道菌群失调，导致消化道炎症性疾病在全球高发，大量的研究发现，一些产维生素(特别是核黄素和叶酸)并具有免疫刺激活性的乳酸菌，可以用于消化道炎症性疾病的预防和辅助治疗[51]。Ge等[52]从泡菜汁中筛选到90株产核黄素的乳酸菌，核黄素产量为0.096～0.7 mg/L，其中植物乳植杆菌RYG-YYG-9049的产量最高。用玫瑰黄色素(roseoflavin)诱导RYG-YYG-9049自发突变，其突变体的核黄素产量为1.013～2.332 mg/L，突变体RYG-YYG-9049-M10的产量最高；序列分析结果表明，合成核黄素的编码基因(ribA、ribB、ribC、ribH和ribG)均未发生突变，但其操纵子上游调节区插入了一个1 059 bp 的DNA片段；将RYG-YYG-9049和RYG-YYG-9049-M10用于豆奶发酵，经优化，发酵豆奶的核黄素含量最高可达2.92 mg/L。因此，RYG-YYG-9049-M10可用于富含核黄素功能食品的开发利用。

2.4 乳酸菌用于低糖食品和饮料的加工

低糖食品和饮料是食品行业的发展方向之一。糖醇的甜度与蔗糖相近，但它的热量却更少，食用糖醇更有助于控制体重；糖醇不会被口腔中的微生物利用，有助于预防龋齿。异型发酵乳酸菌(heterofermentative lactic bacteria)能将一部分可发酵的糖类转化为甘露醇。Rice等[53]从10份非小麦面粉的发酵酸面团中分离到52株产甘露醇的乳酸菌，其中有6株为异型发酵乳酸菌，隶属于乳杆菌属、明串珠菌属和魏斯氏菌属(Veissella)；柠檬明串珠菌(Leuconostoccitreum)TR116产甘露醇的能力最强，它能消耗95%的可利用果糖，每消耗1 g果糖可产生0.68 g甘露醇；用6株异型发酵乳酸菌发酵苹果汁时，可发酵糖减少量为30.3～74.0 g/L(即34%～72%)；在1 L规模的发酵罐中，柠檬明串珠菌TR116能使发酵苹果汁的可发酵糖降低98.6 g/L(83%)，并产生61.6 g/L的甘露醇。Rice等[54]用柠檬明串珠菌TR116进行大麦、燕麦和小麦三种麦芽汁的发酵，结果发现，三种麦芽汁中的果糖被完全消耗，总可发酵糖减少量超过25%；不同麦芽汁的氨基酸组成差异不影响柠檬明串珠菌TR116的生长，但影响芳香物质丁二酮和异戊醇的形成；三种麦芽汁经发酵后，有机酸的含量相近。市场上出售的汉堡面包蔗糖含量高达10%(质量分数)，Sahin等[55]用柠檬明串珠菌TR116发酵小麦酸面团以降低蔗糖含量，烤制成的面包与全糖面包的甜度和酸度没有明显差异，而且发酵酸面团的甘露醇含量高，乳酸含量低，可以显著改善生面团和面包的品质。

3 乳酸菌用于清除食品或环境中的有毒有害物质

食品和饲料常被一些致癌物质污染，如真菌毒素(mycotoxins)、多环芳香烃(polycyclic aromatic hydrocarbons，PAHs)、杂环胺(heterocyclic amines，HAs)和邻苯二甲酸酯(pthalic acid esters，PAEs)等，严重影响食品和饲料安全。大量研究表明，许多乳酸菌(尤其是乳杆菌属和双歧杆菌属的菌株)能通过肽聚糖物理吸附的方式清除食品中的致癌物质[56]。Yousefi等[57]发现嗜酸乳杆菌LA-5具有较强的清除液体培养基中的四种多环芳香烃的能力。研究表明，乳酸菌发酵可以降低食品(尤其是烤制食品)中的丙烯酰胺(acrylamide)。例如，Bartkiene等[58]将从小麦自然发酵酸面团中分离的乳酸菌进行两两组合，用于面包酸面团的发酵，结果表明，使用不同乳酸菌组合发酵酸面团，面包中的丙烯酰胺含量降低30%(戊糖片球菌LUHS183+肠膜明串珠菌LUHS242发酵酸面团)到67.2%(戊糖片球菌LUHS183+弯曲广布乳杆菌LUHS51发酵酸面团)。

增塑剂邻苯二甲酸二丁酯(di-n-butyl phtha-late，DBP)是危害严重的环境污染物。Zhao等[59]分析了肠膜明串珠菌DM12对DBP的吸附能力和吸附机理。结果表明，在孵育11 h后肠膜明串珠菌DM12对DBP的吸附率达到87%；吸附等温线符合朗格缪尔-弗伦德利希(Langmuir-Freundlich)模型，说明存在物理吸附和化学吸附；细胞壁肽聚糖参与吸附过程，O-H、C-O、N-H是主要的吸附官能团。植物乳植杆菌CGMCC18980对DBP的吸附率为59%，Fan等[60]的研究表明，植物乳植杆菌CGMCC18980对DBP的吸附发生在细胞外层；与脂质和多糖相关的C=O、C-N和C-O是主要的吸附官能团，DBP吸附与表面电荷无关，说明胞外多糖是植物乳植杆菌CGMCC18980吸附DBP的关键因子。

许多乳酸菌可以高效清除食品或环境中的重金属[61]。Lin等[62]从雅安泡菜汤中分离到7株能吸附清除Pb2+的乳酸菌，其中4株为植物乳植杆菌、3株为短乳杆菌，其最高清除率达82.25%。因此，这些菌株有望用于降低食品和饲料的Pb2+积累。Muhammad等[63]的研究表明，嗜酸乳杆菌KLDS1.1003能耐受430 mg/L的Pb2+，吸附Pb2+的热动力学符合弗伦德利希(Freundlich)模型(R2= 0.984 2)；在成年雌性BALB/c小鼠模型中，口服游离和微胶囊包埋的嗜酸乳杆菌KLDS1.1003能显著降低血液、肾脏和肝脏的Pb2+水平，减轻Pb2+诱导的肾脏和肝脏的病理损伤；扫描电镜观察发现，Pb2+覆盖在细胞表面；傅里叶变换红外光谱分析表明，氨基、酰胺基、磷酰基、羧基和羟基为吸附官能团。

4 结 语

4.1 关于乳酸菌的益生性评价

乳酸菌的体外益生性评价指标和基本流程包括：①胃肠道环境的耐受能力，即在低pH(2.5～3.0)和胆盐(3 g/L)条件下的存活能力；②安全性评价，即对常用抗生素的敏感性和溶血活性测定、全基因组水平的毒力因子分析；③较高的甲苯细胞表面疏水性(通常>45%)；④分泌淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶和植酸酶；⑤对人和动物的常见病原菌具有拮抗活性，一般要求共培养的拮抗活性>60%；⑥对肠道上皮细胞的黏附能力；⑦自凝聚和共凝聚能力；⑧其他益生能力，包括抗氧化、抗病毒、抗肿瘤、抗炎症、免疫调节等[64-65]。

4.2 乳酸菌研究与应用的发展趋势

乳酸菌已被广泛应用于各个领域，但目前对乳酸菌的研究仍处于起步阶段。Sun等[66]在2015年分析了全基因组测序的213株乳杆菌，发现它们基因组大小为1.23～4.91 Mb，差异巨大。乳酸菌隶属于系统发育树的多个分支，有些属的分类十分混乱，例如2020年Zheng等通过全基因组分析对乳杆菌属的种类进行了重新分类，将部分种类划分到23个新属[67]，其他属(特别是链球菌属和肠球菌属)的分类状况也需要重新评价。

我国是全球动物生产与消费的第一大国，饲料是动物养殖的基础，是食品安全的决定因素之一。农业农村部提出自2020年1月1日起，退出除中药外的所有促生长类药物饲料添加剂品种，开始实施最严格的“饲料端禁抗、养殖端限抗、产品端无抗或达标”政策。因此，可以充分利用乳酸菌的益生功能，筛选或构建安全的、抑菌谱广、益生功能强的乳酸菌菌株，研发出饲料发酵加工的发酵剂、饲料添加剂、微生态制剂等乳酸菌产品，作为抗生素替代品，以满足“饲料禁抗、养殖减抗”的需求，促进动物绿色健康生产，确保食品安全，助力健康中国建设。

目前仅几种乳酸菌能进行遗传操作[68-69]，而绝大多数乳酸菌并没有开发出稳定的遗传操作系统，这导致大多数乳酸菌的研究与开发举步维艰。未来需要对不同乳酸菌基因组进行进一步比较分析，并构建稳定且快速的遗传操作系统，对乳酸菌进行遗传改造，提高其生产性能，消除耐药因子或者其他不利因子。通过遗传操作将乳酸菌(特别是乳杆菌)开发为基因工程宿主菌，表达治疗性蛋白；构建成高效绿色生产小分子物质的细胞工厂；或者构建出具有特殊功能的乳酸菌。同时，使用定向进化技术对乳酸菌特殊酶系，如分解脂肪的酶系、降低胆固醇的酶系等进行高效改造，提高其益生效能。相信在不远的将来，高性能食品级乳酸菌菌株和工程菌株将被选育出来，并在食品和医药领域做出更大的贡献，创造更大的经济效益及社会价值。