益生菌及其食品中应用研究进展

崔欣美　乌力吉德力根

摘 要：益生菌是在摄入一定量后，对宿主健康有利的一类微生物。随着消费者认可度的提升，益生菌在多个领域得到了更广泛的应用。益生菌的保健功能可以概括为增强免疫、平衡菌群、促进消化、防老抗衰、降低血脂和护肝。可应用于酸奶、干酪、冰淇淋、果蔬汁、婴幼儿食品以及功能饮料的加工，市场需求量大，开发前景广阔。本文通过对益生菌的概念、常用菌种的分类及益生菌的保健功效进行概述，结合益生菌在食品行业的应用，归纳总结市场现状和机遇，为今后研发、改进各类益生菌食品提供思路。

关键词：益生菌；益生菌食品；保健食品；肠道菌群

中图分类号：TS203.1  文献标识码：A  文章编号：1673-260X（2023）02-0034-05

益生菌研发是近年来产品研发的热门方向，我国益生菌产业起步较晚，于1990年才正式开展研究，落后于欧洲、日本等国家15-30年，但我国人口基数大、消费能力强、市场需求大、行业发展迅速[1]。

日本是世界上最早研发、生产益生菌产品的国家之一，日本森永乳业于1971年率先研发出含有双歧杆菌和嗜热链球菌的乳制品，并且于1977年全面投入研发和生产；美国在1987年开始将益生菌投入奶制品的生产中，依靠先进的科学技术，在短时间内得到了快速的发展；1976年，德国第一款益生菌乳制品进入市场大获成功，销售额达到4亿马克；同时，其他欧洲国家对益生菌的应用不仅止步于乳制品，而是更倾向于将益生菌与益生素联合使用，探索复合型发展[1]。

目前，全球益生菌产品销售额稳步上升，需求不断增加。结合国内外现状来看，益生菌产品销量可观，市场前景广阔。本文将从益生菌常用菌种、保健功效以及食品应用三个方面进行综述，归纳总结益生菌产品的类型，为今后研发、销售和改进各类益生菌食品提供思路。

1 益生菌的定义及种类

1.1 益生菌的定义

2002年，在由联合国粮农组织与世界卫生组织（FAO/WHO）聯合颁布的《食物中益生菌健康及营养评价指南》中将益生菌定义为：在摄入一定数量后，可以对宿主身体健康产生有益作用的一类活的微生物[2]，可作为辅料添加到相应的功能性食品中，用来维持肠道菌群平衡，也可直接食用。

益生菌应具有的生物学特性包括：（1）安全性。非病原菌，对宿主无致病性，无副作用。（2）存活特性。对胃酸等消化液有耐受性，能够保持活性，具有与固有菌群的定植竞争力。（3）功能性。对致病菌有拮抗作用或可以产生有机酸、细菌素、过氧化氢等抗菌物质，抑制有害菌的繁殖。（4）临床功效性。至少有一项经过临床证实的益生功效，如抗癌、降低血糖、降血压、抗菌、增强免疫力等作用[3]。

1.2 益生菌的种类及常用菌种

常见益生菌类别和代表菌种如图1所示，益生菌可分为细菌和真菌，细菌类包括乳酸菌（乳酸链球菌、乳酸乳杆菌等）、双歧杆菌（长双歧杆菌、乳双歧杆菌等）、芽孢杆菌（枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌等）和其他细菌（丙酸菌），常用于食品生产的真菌类益生菌主要有布拉氏酵母、酿酒酵母等[4]。其中双歧杆菌、乳酸菌和酵母菌是目前研究的最多、应用领域最广泛的菌种[2]。

2 益生菌的保健功能

2.1 增强免疫力

研究成果和实验数据表明，肠道菌群健康程度与机体免疫能力息息相关。

王倩雯等研究发现，在小动物实验中，双歧杆菌有效缓解了由H3N2流感病毒感染导致的小鼠体重下降，并且显著降低了小鼠肺部炎症因子（IL-1β和TNF-α）的表达，这可能与其激活机体先天性免疫应答相关[5]。姜丽等在临床观察中发现，早产儿出生后口服益生菌能够增强细胞免疫功能，使小肠结肠炎发病率得以下降[6]。

2.2 平衡肠道菌群，调节胃肠道功能

平衡的肠道菌群可以增加肠道上皮细胞的通透性，刺激吸收代谢和调节免疫功能。因此，确保肠道菌群的平衡稳定尤为重要。

郭子晨等研究发现，益生菌复合制剂可以促进抗氧化物质的产生，降低细胞因子水平，促进有益菌的繁殖，提高肠道菌群的丰富度，从而有效改善由抗生素引起的肠道菌群失调[7]。周双通过实验表明，乳酸菌可提高健康小鼠肠道中IgG、SIgA分泌水平，在增加抗炎因子水平的同时，降低了促炎因子含量，这表明粪肠球菌对小鼠肠道免疫功能有调控作用[8]。

2.3 促进消化，缓解便秘

临床研究表明，摄入益生菌食品可以润肠通便，这一方法逐渐成为诸多患者更易接受的辅助治疗手段。

赵雯等研究发现，副干酪乳杆菌K56具有调节小肠运动功能和促进排便的能力，坚持服用可以有效改善便秘[9]。黄玉普等通过对益生菌治疗妊娠期便秘的临床数据分析得出结论：双歧杆菌的摄入与每周的排便次数有较高关联，孕妇可通过摄入双歧杆菌来增加每周排便次数，缓解、治疗妊娠期便秘[10]。

2.4 抗氧化，减缓衰老

在人生各个阶段，肠道菌群始终处于动态变化中，机体的衰老也与菌群种类、丰度有关，益生菌可影响肠道菌群，延缓衰老。

双歧杆菌具备明显的抗氧化作用，可以增加血液中超氧化物歧化酶的含量，并提升其生物活性，加速体内自由基的清除，从而减缓因自由基参与氧化反应所致的机体衰老[11]。李敬芳等发现复合益生菌制剂（乳酸杆菌、乳双歧杆、酵母菌）中的酶类物质激活了小鼠体内酶系统，小鼠清除自由基能力上升，抗氧化能力得到提高[12]。

2.5 降低胆固醇和血脂

胆固醇过量会威胁身体健康，适当增加益生菌及益生菌制品的摄入，可显著降低人体血清中胆固醇的含量，常见的心脑血管疾病发病率会明显降低。

姜金池研究发现，长双歧杆菌CCFM1077能够丰富高胆固醇血症患者的肠道微生物种类、改善肠道微环境，并通过影响氨循环、丙酸盐代谢、胆汁酸生物合成等途径，有效降低总胆固醇含量[13]。在临床研究中，通常将益生菌用胶囊包裹后制成发酵乳，给受试人服用，评估单菌株或混合菌株降胆固醇的效果，Costabile等在临床试验中应用植物乳杆菌胶囊，6周后发现受试者血液中总胆固醇下降了2.3%～36.7%[14]。

2.6 护肝

肠道微生物与肝脏之间具有联系密切的双向关系，现已成为研究动物肝脏疾病的发病机制、相应疾病治疗中不可忽视的研究热点[15]。

以大鼠为研究对象的试验结果发现，黄曲霉毒素能够增加肝癌相关基因和细胞周期蛋白基因的表达，大量临床数据进一步证明，鼠李糖乳杆菌和费氏丙酸杆菌谢氏亚种可以有效削减黄曲霉毒素的暴露，从而降低肝癌的发病风险[16]。谷丙转氨酶和血清谷草转氨酶是两个可以检验肝功能的重要指标，张勇在小鼠实验中发现，丁酸梭菌可以显著减缓大鼠因非酒精性脂肪肝而引起的谷丙转氨酶的升高，说明丁酸梭菌可在一定程度上预防肝脏损伤[17]。

3 益生菌在各类食品加工中的应用

3.1 益生菌在液体乳中的应用

益生菌酸奶是将生牛（羊）乳或乳粉，经杀菌后接种益生菌（乳酸菌、双歧杆菌、嗜热链球菌等）发酵制成的乳制品，具有营养丰富，口感美味的特点。

益生菌在液体乳中的应用有以下三种形式：（1）复配使用。将传统菌种与双歧杆菌、嗜酸乳杆菌中的1或多株复配使用。例如：卡示牌餐后一分钟双歧杆菌C-1发酵乳（使用了保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌、乳双歧杆菌）。（2）加入国内外专利益生菌发酵。此类产品因为功能性强，是未来具有发展前景的应用方式，如江南大学研发的植物乳杆菌CN2018。（3）嗜温乳酸菌与酵母协同发酵。此种发酵方式会产生少量气体和酒精等特殊产物，主要种类有酸马奶、牛奶酒，此类乳制品凭借悠久的历史文化背景、独特的地域性和特色风味吸引了众多消费者的关注，如热销产品内蒙古特产阿巴嘎策酸马奶[18]。

3.2 益生菌在冰淇淋中的应用

冰淇淋的pH值和配料成分都非常适宜作为益生菌载体，将两者结合可以有效保护益生菌的活性，甜品公司的研发部门纷纷尝试将益生菌与冰淇淋相结合，生产出了口味多样的益生菌冰淇淋。

聯合利华公司在2018年推出Culture Republick牌益生菌冰淇淋，使用了Ganeden公司的凝结芽孢杆菌BC30专利菌株，在巴氏杀菌和低温储存过程中也不会失活，该产品包装设计精美、口味多样新颖，原材料使用的是高品质脱脂牛奶，脂肪含量和卡路里都低于普通冰淇淋，受到广大减脂人群的青睐[19]。

3.3 益生菌在干酪中的应用

干酪是奶酪分类中的一种，相较于酸奶有更高的pH值，还有高脂肪含量、固态结构致密等特点，能为益生菌通过胃肠道提供保护作用，提高益生菌在肠道的定植率。

干酪中的微生物主要有乳酸菌、非乳酸菌发酵剂和酵母菌，随着时间的推移，乳酸菌释放的水解酶将蛋白质分解为小分子，产生的脂酶将脂肪分解成为醛类、醇类化合物，干酪气味和口感随之改变；而非乳酸菌发酵剂在制作过程中对风味的影响占比很小，但在熟成过程中可使干酪风味浓度更高[20]。越来越多的食品研发者乐于把益生菌和干酪相结合，最负盛名的益生菌干酪是产自意大利帕尔玛地区的帕玛森干酪，被誉为干酪之王，每块干酪都有独立编号、奶源和加工师傅的资料，做到了全程可追溯。

3.4 乳酸菌饮料

乳酸菌饮料是一种将鲜乳或乳制品经过乳酸菌发酵后再添加水、糖液等调配而成的具有保健功能的饮料。分为灭菌型乳酸菌饮料和活菌型乳酸菌饮料两种。

灭菌型乳酸菌饮料中的乳酸菌在后续加工过程中因为无菌处理而被灭活，常温储存销售即可，多数产品保质期可达到6个月；活菌型乳酸菌饮料则对储存条件的要求更为严格，仅能在2-10℃下储存15天。饮用活菌型乳酸菌饮料促进人体肠胃中有益菌生长，平衡肠道菌群，有助于消化，尤其适用于老人和消化不良的人饮用[21]。市面上主要的乳酸菌饮料有明治优漾、蒙牛优益、养乐多和味全活性乳酸菌饮料。

3.5 益生菌与微胶囊相结合应用

食品中常用到的微胶囊，也称微囊，是被覆盖层或壳包裹的含有活性成分或核心物质的小颗粒。具有容易制造、对人体无害、可提供稳定长期保护的特点。微胶囊常用壁材为乳清蛋白、大豆分离蛋白、植物胶、变性淀粉、美拉德反应产物等，在食品行业广泛应用于发酵乳、干酪、冰淇淋、乳粉等乳制品加工的益生菌包埋[22]。

实验表明，将益生菌装入微胶囊后，可以将益生菌与外界隔离，益生菌的耐酸性得到明显提高，而且也杜绝了噬菌体的侵害；此外微胶囊还可以调节胞外多糖的释放功能，胞外多糖分泌量上升，有助于益生菌在人体肠道内抵抗胆汁、胃酸等不良因素的影响，提升在肠道定植的活菌数[23]。

3.6 益生菌在婴幼儿食品中的应用

通过食用婴幼儿益生菌食品，可调节“免疫功能不完全期”婴幼儿的肠道菌群平衡，达到保障婴幼儿正常发育生长、身体健康的目的[24]。

目前市面上最主要的婴幼儿益生菌食品就是益生菌配方奶粉，奶粉厂商通过不断调整加工过程中的温度、湿度、时间等，完善优化加工工艺，提供消费者更多的选择。国家对婴幼儿食品中添加的益生菌种类有严格规定，常用于婴幼儿食品中的益生菌种类及功能如表1所示。

目前市场上涌现了一批婴幼儿烘焙食品、休闲零食，例如在谷物制品中添加双歧杆菌，制作成雪饼、磨牙棒等产品，这种零食的口感和味道受小朋友的喜爱，在摄入益生菌的同时，还可以促进牙齿的生长发育。

3.7 益生菌在果蔬加工中的应用

新鲜的果蔬汁往往呈现酸涩、异味和辛辣味，使用益生菌发酵果蔬制品后，延长了储藏期，增加了营养价值，产品附加值和利润空间均得到提升。

菠萝果汁经乳酸菌发酵后，总酚含量、固形物含量、抗氧化能力都得到提高，且感官评价好，保留了菠萝果汁的挥发性风味物质。R. Di Cagno等将石榴汁发酵后，饱和直链醛类物质含量减少，醇类和酯类物质含量增加，有效减轻异味，改善了石榴汁的风味[25]。

4 结论

人类对益生菌的研究深入且成果显著，目前已分离出多种肠道益生菌，经过各类实验观察和临床应用，保健功能也得到证实。国内经济发展迅速，生活水平得到提高，消费者对保健需求有所提升。但目前市面上部分益生菌产品的包装方法亟待改进，例如活菌型乳酸菌饮料普遍保质期短，针对这一问题，可尝试通过包装创新的方法解决。即将活性稳定的益生菌粉末与饮料单独包装，消费者食用之前再将二者混合，在保证饮料口感的前提下，也让益生菌活性和货架期得到保障。

我国食品中所使用的益生菌菌种大多是依靠进口的专利菌种，制约着我国益生菌食品的生产和持续发展，我国研究机构应在加强益生菌基础研究和新功能探索的同时，不断尝试自主研发新型拥有知识产权的益生菌，让菌种生产使用免受他国制约，以获得更高效的发展。

国内市场益生菌食品发展迅猛、种类繁多，其中添加的益生菌群和数量也日益增加，但产品质量良莠不齐，质量评判和监管力度具有局限性，还存在着消费者认识度不够等诸多问题。建议消费者购买时慎重选择商品，首选知名度高、口碑好的品牌和生产厂家，同时希望有关部门可以加强对益生菌产品类型、活菌数量等方面的质量监督管理。

在益生菌食品市场，依旧是传统乳制品占据较大比例，研发机构可以将开发方向转化为果蔬制品、休闲食品、烘焙食品等方向。尤其是利用益生菌发酵果蔬汁，使用非乳原料作为发酵基质，为乳糖不耐受群体提供摄入益生菌的更多种选择。还可将资源优势转化为产业优势，将具有地区特色的沙果、沙棘等水果作为原材料研制发酵果汁，这类产品具有商业化潜力，有望成为大众青睐的新型益生菌饮料。

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收稿日期：2022-08-10

通讯作者：乌力吉德力根（1967-），男，內蒙古赤峰人，副教授，博士。研究方向：生物教育、食品微生物发酵。

基金项目：内蒙古自治区重点研发和成果转化计划（科技支撑东北振兴）项目（2022YFDZ0012）