酵母菌的益生功能及其在食品中的应用研究进展

孟 园，马艳蕊，姚旖旎，李学震，初 乐，赵 岩，刘光鹏

（中华全国供销合作总社济南果品研究院，山东济南 250014）

益生菌是指通过摄取适当的量、对食用者的身体健康能发挥有效作用的活菌，它们可以通过改善宿主肠道微生态平衡而对宿主健康产生有益影响[1]。添加对人体有益的外来菌，调节肠道菌群平衡是目前预防、调节和治疗疾病的重要方法，传统的益生菌大都来自于乳酸菌菌株。近年来，人们对不同来源的酵母菌进行了抑制有害菌、免疫调节、缓解炎症功能等方面的研究，发现有些种类的酵母菌在某些方面比乳酸菌更具优势，如能产生多种酶类、耐受力更强、细胞壁含有独特的β-葡聚糖成分以及用于抗生素相关性腹泻治疗等益生特性[2]，这表明酵母菌具备作为新一代益生菌的潜力。目前，益生酵母菌已成为科学家重点关注的新研究领域。

本文概述了几种酵母菌及其所具有的益生特性，探讨了酵母菌在发酵食品中的应用，并对其未来应用前景进行展望，这将对酵母菌迈入益生菌行列具有重要意义。

1 酵母菌的益生特性

与乳酸菌菌株相比，真菌中酵母菌的丰度和多样性较低，且存在明显的个体差异。常见的酵母菌各属主要有酿酒酵母属、汉逊酵母属、毕赤酵母属、假丝酵母属、克鲁维酵母属等。其中酿酒酵母属是目前研究最透彻、对人类社会贡献最大的酵母属，是酿酒工业的主要菌种，在面包、糕点的制造及医药工业等也有广泛应用[3]。近几年来，人们更注重于菌株对身体健康的影响，因此除了工业应用之外，酵母菌所具有的抑菌、抗氧化及免疫调节等益生特性成为专家学者研究的新方向。具有益生特性的主要酵母菌见表1。

表1 部分具有益生特性的酵母菌Table 1 Yeast with probiotic properties

1.1 抗逆性

益生菌是一类赋予宿主健康利益的有机体，它们必须能够长期在人体肠道中生长和存活[18]。益生菌菌株被摄入胃肠道后会受到胃部低pH、胃蛋白酶、胃内胆汁、各种酶胁迫等的阻碍，从而使菌株存活率降低[19-20]。Fakruddin 等[21]从水果中分离出的酿酒酵母IFST 062013菌株，对温度、pH 值、高浓度的胆盐、α-淀粉酶、胰蛋白酶和溶菌酶具有较好的耐受性[22]。Hu 等[23]从鸭消化道中分离鉴定出了35 株酵母菌，并在体外评估了其作为家禽益生菌的潜力，其中两株酿酒酵母具有较强的耐低pH、耐胆盐等特性。以上研究结果证明酵母菌尤其是酿酒酵母的抗逆性较强，且具有抵御胃肠道不利环境条件的特性，这些特性对肠道微生物的生存和生长有重要影响。

1.2 黏附性

为了在宿主肠道中存活，益生菌抵抗住各种消化液之后需要与肠上皮细胞相结合，也就是黏附在其表面之后才能继续进入肠道生长繁殖并发挥作用，即益生菌有很强的黏附性。Cho 等[24]评估了从开菲尔中分离出的马克斯克鲁维酵母对Caco-2 细胞的黏附性发现，所测菌株黏附性均强于嗜酸乳杆菌LA。益生菌在胃肠道黏附定殖之后便能形成微生物膜，阻挡有害菌侵袭肠上皮细胞，而这种结合形成细胞聚集体也就是形成生物膜的能力，反映了其自身的聚集和疏水能力，这也是益生菌在胃肠道中定殖的重要条件。Fernandez 等[25]研究了142 株酿酒酵母菌的益生菌潜力，通过评估它们在37 ℃下的生物膜形成能力、自聚集性和疏水性以及模拟唾液-胃肠道连续消化后的活力，得到3 株生物膜形成能力强且耐受能力强的菌株，表明酵母菌具有可以在肠道中定殖的潜力并可以作为候选菌株用于生产益生菌产品。Bonatsou等[26]对分离自卡拉玛塔食用橄榄的49 个酵母菌株益生菌潜力进行评估时发现一株普鲁兰A.pullulansY42 菌株对Caco-2 细胞具有很强的黏附能力。Perricone 等[27]对从意大利南部阿尔塔穆拉酸面团中分离出的49 个酵母菌株进行益生潜力鉴定，发现酿酒酵母4 号具有耐低pH和耐盐性，以及在很宽的温度范围内生长的能力，在pH=2.5 和添加胆盐的条件下，该酵母菌在生物膜形成、疏水性和存活率方面表现出与商业益生菌布拉氏酵母ATCC MYA-796 相似的特性。

1.3 抑菌性

酵母菌具有一定的抗菌活性。Fakruddin 等[21]测定了酿酒酵母的全细胞、培养上清液和细胞裂解液的抗菌活性，发现该菌株与对照多西环素相比具有中等的抗菌活性，且该菌株对革兰氏阴性菌（大肠杆菌等）的抗菌效果优于革兰氏阳性菌（枯草芽孢杆菌等），酿酒酵母的抗菌能力可能与胞外蛋白酶的产生、抑制蛋白的分泌、免疫球蛋白A 的刺激以及分泌毒素、杀伤毒素和二氧化硫等的获取和清除有关。Pericolini 等[28]对酿酒酵母抗真菌（白色念珠菌）效果进行了研究，发现酿酒酵母活酵母处理后能够通过诱导念珠菌聚集，从而抑制其与上皮细胞的黏附来加速这种真菌的清除。酵母还能够对造成水果果实腐烂的病菌具有一定的杀灭效果，如酿酒酵母M114 能够抑制葡萄浆果中炭黑曲霉和赭曲霉产生赭曲霉毒素A，抑制作用的内在机制可能与真菌和酵母菌对空间和营养物质的竞争或酵母菌在共培养中产生抗真菌代谢产物有关[29-30]。汉森德巴利以及异常威克汉姆酵母则能作为生防酵母对造成苹果果实腐烂的褐腐病菌有一定的防御和抑制作用，抑制率高达85%～92%[6]。然而，Silva 等[12]发现酵母的抗菌活性具有明显的菌株依赖性。比如生防假丝酵母和毕赤产膜酵母对革兰氏阳性和阴性细菌以及单核细胞增生李斯特菌都有很好的抵抗能力，酿酒酵母能够抑制大肠杆菌，而德尔布有孢酵母对金黄色葡萄球菌和沙门氏菌具有抗菌活性[8,31]。然而，Perricone 等[27]从酸面团中分离出的酿酒酵母被证实无抑菌作用。因此，并不是所有酵母菌都具有抑菌性，且抑菌能力存在菌株依赖性，某些酵母菌只对特定的菌类有杀伤效果。

1.4 免疫调节性

酵母菌具有潜在的免疫调节活性，能够对机体免疫反应产生一定的有利影响[32]。Fakruddin 等[21]发现酿酒酵母IFST 062013 菌株能刺激小鼠T 淋巴细胞特异性增殖且细胞增殖指数呈剂量依赖性增加，其中细胞因子在免疫应答过程中起着重要作用。

酵母β-葡聚糖是首个被发现具有免疫增强作用的葡聚糖，被公认为是潜在的免疫调节剂，同时对先天免疫和适应性免疫具有加强作用[13]。来源于真菌和酵母的β-葡聚糖由β-(1,3)连接的主链和少量β-(1,6)连接的侧链组成，对β-葡聚糖免疫调节作用的研究始于酵母的不可溶性部分，随后证明其免疫调节活性来源于β-(1,3)-葡聚糖[33]。Reyes 等[34]发现汉森德巴利酵母所衍生的β-D-葡聚糖可被肠道巨噬细胞摄取，从而产生诱导免疫应答的细胞因子，它可以上调鱼类肠道中的葡聚糖和巨噬细胞受体基因，如C 型凝集素和巨噬细胞甘露糖受体。陈琼等[13]探究了酵母β-葡聚糖加锌复合配方对环磷酰胺诱导免疫抑制幼龄小鼠的免疫调节作用，发现β-葡聚糖加锌复合配方能够通过逆转免疫器官缺陷，提高免疫细胞数量，同时增强特异性和非特异性免疫，提高肠道黏膜免疫来缓解小鼠免疫抑制。由此表明，某些酵母菌具有一定的免疫调节作用，其可能是通过提高机体免疫器官指数，增加免疫细胞数目或者调节细胞因子表达水平来纠正免疫失衡从而改善机体免疫状态。

1.5 抗氧化

抗氧化能力是酵母菌作为益生菌的一个重要参考指标。酵母菌的抗氧化能力可能与酵母胞内胞外的抗氧化活性物质有关，酵母细胞内具有多种抗氧化酶以及类胡萝卜素等，具有保护细胞氧化应激和调控抗氧化的能力[35-36]。韦琰琰[15]发现酵母菌中含多种具有抗氧化活性的物质，包括抗氧化酶如过氧化氢酶、超氧化物歧化酶、以及谷胱甘肽过氧化物酶等。Fakruddin 等[21]和Fortin 等[37]发现与抗坏血酸相比，酿酒酵母IFST 062013 菌株具有显著的还原力、1,1-二苯基 -2-三硝基苯肼（1,1-Diphenyl-2-picrylhydrazyl radical，DPPH）自由基清除活性以及一氧化氮和羟自由基清除活性。此外，酵母的胞外多糖如β-D-葡聚糖也具有清除自由基的能力[38]，Reyes 等[34]探讨了汉森德巴利酵母β-D-葡聚糖的抗氧化活性，包括DPPH 自由基、超氧阴离子清除活性、β-胡萝卜素-亚油酸测定以及铁（II）螯合活性，结果表明汉森酵母的β-D-葡聚糖具有较高的抗氧化能力。Karim 等[39]研究发现马克思克鲁维酵母具有较强的抗氧化能力，且与富含多酚的葡萄籽提取物/葡萄籽粉协同作用时可增强对自由基的清除能力。酵母细胞壁的组成成分几丁质具有结合重金属离子的特性，能够产生具有抗氧化活性的金属硫蛋白，从而有效清除羟自由基[10]。由此可见，上述不同类型的酵母均具有较强的抗氧化性能。

1.6 抗炎

某些特定酵母菌具有显著的抗炎特性，如典型的布拉氏酵母菌（酿酒酵母的亚种之一）具有缓解肠道炎症的功能[40-41]。酵母菌缓解炎症功能的机制可能与调节肠道微生物群平衡、改善肠道屏障功能以及抑制炎症相关信号通路、调节免疫反应和下调炎症因子有关，如通过抑制调节炎症反应的NF-κB、MAPK 通路，以降低促炎因子的分泌从而减少炎症和组织损伤[42-44]。Everard 等[42]已经证实灌胃布拉氏酵母菌后显著改变了小鼠肠道菌群的组成，减少了有害菌如变形菌门、厚壁菌门和无壁菌门的数量，同时增加了拟杆菌门的比例，发现巨噬细胞浸润现象及炎症的全身标志物水平降低，与模型组相比，酵母组小鼠的IL-6 和IL-4 血浆细胞因子浓度显著降低了约2 倍，而IL-1 降低约40%，肿瘤坏死因子α（TNF-α）降低约20%，从而缓解小鼠相关代谢炎症等疾病。阙雪梅等[11]对葡聚糖硫酸钠诱导的结肠炎BALB/c 小鼠灌胃布拉氏酵母菌，经美沙拉嗪或布拉氏酵母菌灌胃的小鼠肠黏膜损伤程度无论是从形态观察方面还是蛋白定量的检测方面来看症状均明显减轻，其机制可能通过调节肠粘膜上皮间闭锁蛋白、闭锁小带蛋白-1 以及封闭蛋白-1 等的表达，来缓解急性结肠炎炎性反应从而增强肠道屏障功能。周环[45]发现灌胃布拉氏酵母菌可降低结肠炎小鼠结肠组织中的HIF-1α和HIF-2α的mRNA 及蛋白的表达水平，从而使IL-6 等相关炎症因子的表达降低以缓解结肠炎。此外，Fakruddin 等[21]研究了酵母菌株对抗炎细胞因子IL-10 和促炎细胞因子IFN-α、IFN-γ所产生的影响，发现酿酒酵母能够同时诱导促炎和抗炎介质，从而有助于维持细胞因子之间的平衡[46]，这也对宿主免疫具有重要意义。

2 不同发酵食品中的酵母菌

发酵乳制品、面包、馒头、酸菜以及酱菜类等不同种类的发酵食品中孕育着丰富多样的微生物菌群，其中酵母菌在食品制作过程中起着至关重要的作用，不仅可以抑制其中有害菌的生长繁殖，还可对产品的风味和质地产生有利影响。不同发酵食品中存在的主要酵母菌见表2（见下页）。

表2 不同发酵食品中的酵母菌Table 2 Yeast in different fermented foods

酵母菌广泛存在于发酵食品中，Maiwore 等[47]在喀麦隆北部三个地区收集了16 种传统发酵乳，有5 种酵母被鉴定为优势菌株，其中戴尔凯氏有孢圆酵母、酿酒酵母等可以作为喀麦隆北部地区传统发酵乳有潜力的发酵剂。开菲尔发酵乳中，克鲁维酵母属和酿酒酵母属是研究最广泛的酵母。Cho 等[24]发现，马氏克鲁维酵母对开菲尔的微生物稳定性、化学和感官特性以及开菲尔籽粒的超微结构等主要特性都有一定的贡献。马龙等[48]发现，开菲尔发酵乳中的微量酵母菌可将糖和蛋白质等一些物质转化为乳酸、酒精等风味物质，并且可以与乳酸菌相互作用产生丰富的氨基酸和醇类物质，因此酵母菌可作为开菲尔发酵乳独特风味的来源。

Perricone 等[27]研究了阿尔塔穆拉酸面团中分离出的酿酒酵母，通过对技术特性的评估，发现一株酿酒酵母具有较高的发酵能力，体积指数达到113%，可以作为谷类食品或饮料的合适的功能性发酵剂。毛晋春[49]发现酵母菌属是传统酸面团中的绝对优势菌群，尤其是汉逊酵母属及毕赤酵母属。酸面团发酵期间酵母菌会大量产气使面团体积膨胀从而使面团质地更加的松软[50]；发生于面团内部的一系列氧化还原反应使面筋的强度有所提高；酵母菌在面团发酵过程中也会生成多种赋予面团独特香气的芳香类化合物，如乙醇、丁二醇、乙酰乙酸等。酵母菌在代谢过程中分泌的胞外多糖能够抑制有害微生物的生长和面团老化，从而延长传统发酵面团制品的货架期。赵虎威等[51]选取市面上的4 种酸菜为研究对象检测出了7 种酵母菌，发现德巴利汉逊酵母是真菌中的优势种。酵母菌是酸菜中主要的微生物之一，在酸菜的发酵过程中会对其风味和质量产生一定的有利影响。

综上所述，在各种各样的发酵食品或饮料中都存在着不同种类的酵母菌，它们作为发酵剂或者风味物质在食品制作过程中起着关键作用。我国新疆、甘肃、内蒙古、西藏等地区人民具有制作和食用传统发酵食品的习惯，在这些传统发酵食品的生产过程中，酵母菌作为主要微生物参与了发酵过程。酵母菌的代谢产物为形成发酵食品的风味口感做出了贡献，而目前对传统发酵食品中酵母菌的益生功能研究较少，同时酵母菌本身在进入食用者胃肠道后对其肠道菌群的影响、对肠道屏障功能及肠免疫相关组织的影响，还有待进一步研究。

3 小结

一直以来，酵母菌菌体或其代谢产物随发酵食品被人类摄食，具有悠久的安全食用史。近年来，酵母菌菌株在人类胃肠道中的存活性以及所起到的益生作用受到人们的关注。因此，对于酵母菌的探讨不再仅仅局限于传统思路，而是拓展开来发掘其对人类有益的方面。然而酵母菌作为真菌的一种，其结构与其他类益生菌仍存在很大区别，如其细胞壁含有丰富的酶类以及特殊的甘露聚糖和葡聚糖等，故在后续研究中应加强对酵母菌细胞壁糖成分功能机理的研究。相比于乳酸菌类益生菌，对于酵母菌的研究尽管有所开展但还尚不成熟，因此不同种酵母菌及其代谢产物的益生功能有待进一步深入发掘和探索。