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(1.江南大學(xué)食品學(xué)院,江蘇無(wú)錫 214122;2.江南大學(xué)(揚(yáng)州)食品生物技術(shù)研究所,江蘇揚(yáng)州 225004;3.江南大學(xué)食品科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇無(wú)錫 214122)

植物乳桿菌被廣泛應(yīng)用于發(fā)酵食品中,如干酪、發(fā)酵蔬菜、發(fā)酵肉類(lèi)等[1],主要作用是為了提高產(chǎn)品風(fēng)味以及延長(zhǎng)保存時(shí)間[2]。近年來(lái),該菌被發(fā)現(xiàn)具有眾多益生作用,具有緩解肥胖癥[3]、糖尿病[4]等慢性疾病的作用,因此廣受關(guān)注。發(fā)酵乳是乳酸菌在食品中一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域,除了能解決乳糖不耐癥人群不能食用牛乳的問(wèn)題,同時(shí)還是益生菌的良好載體[5]。但由于植物乳桿菌在牛乳中生長(zhǎng)不佳,該菌在發(fā)酵乳中應(yīng)用不多。本文綜述植物乳桿菌生理特性尤其在牛乳中的生長(zhǎng)不佳問(wèn)題,及相關(guān)解決辦法等方面的研究進(jìn)展。旨在對(duì)植物乳桿菌在牛乳中生長(zhǎng)不佳現(xiàn)象有系統(tǒng)的認(rèn)識(shí),并為植物乳桿菌應(yīng)用提供參考。

1 發(fā)酵乳的生理功能及研究趨勢(shì)

雖然牛乳中含有豐富營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),但患有乳糖不耐癥的人群因缺乏乳糖酶,食用牛乳后會(huì)產(chǎn)生胃腸脹氣、胃腸痙攣、腹瀉等癥狀[6],而發(fā)酵乳是乳糖不耐癥人群的良好選擇,在發(fā)酵過(guò)程中,乳酸菌可以將乳糖轉(zhuǎn)化成乳酸,從而降低乳糖不耐癥的影響[7]。

發(fā)酵乳制品有很多種類(lèi),如酸乳(yoghurt)、發(fā)酵奶油(cultured cream)、發(fā)酵黃油(cultured butter)、酪乳(buttermilk)、干酪(cheese)、開(kāi)菲爾(kefir)[8]。發(fā)酵乳中含有豐富營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),包括豐富蛋白質(zhì),礦物質(zhì)鈣(126～200 mg/100 g)、磷(138～170 mg/100 g),以及B族維生素(維生素B6、B12)和維生素D[9-10]。

發(fā)酵乳是益生菌的良好載體[5]。Linares等用StreptococcusthermophilusAPC151 生產(chǎn)含有γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)的發(fā)酵乳,其具有緩解壓力、抗焦慮作用[11]。Lee等成功將兩株具有抗過(guò)敏功能的植物乳桿菌(L.plantarumSY11、SY12)應(yīng)用于酸乳發(fā)酵[12]。

食品工業(yè)中生產(chǎn)酸乳的主要菌種是嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌,雖然嗜熱鏈球菌有減輕幼兒腹瀉癥狀[13]、抗感染[14]、抗氧化[15]的功能,但Fang等發(fā)現(xiàn)嗜熱鏈球菌在pH2.0、2.5的模擬胃酸中培養(yǎng)1 h后無(wú)活菌存活[16],Campo通過(guò)分析定期飲用酸乳的114名健康年輕志愿者的糞便,表明由嗜熱鏈球菌、保加利亞乳桿菌發(fā)酵的酸乳不能為人體腸道提供有效數(shù)量的活菌,從而難以起到促進(jìn)健康的作用[17]。為了使發(fā)酵乳具有更好的健康功能,近年對(duì)發(fā)酵乳的研究集中在功能性發(fā)酵乳。Elfahri等發(fā)現(xiàn)Lactobacillushelveticus1315發(fā)酵乳對(duì)結(jié)腸癌HT-29細(xì)胞有明顯抑制作用(50.98%),且具有抗氧化作用[18];Chen等發(fā)現(xiàn)L.helveticusH9生產(chǎn)的發(fā)酵乳有很強(qiáng)的ACE(angiotensin-converting enzyme)抑制活性,能抗高血壓[19];Chaves-López等用PichiakudriavzeviiKL84A、L.plantarumLAT3、EnterococcusfaecalisKL06協(xié)同發(fā)酵生產(chǎn)發(fā)酵乳,其ACE抑制活性強(qiáng)(IC50=30.63±1.11 mg/mL),且產(chǎn)品無(wú)苦味[20]。

2 植物乳桿菌生存特性及功能特性

2.1 來(lái)源及生存特性

植物乳桿菌是一類(lèi)革蘭氏陽(yáng)性、兼性厭氧的乳酸菌,可在植物、土壤、人類(lèi)或動(dòng)物的排泄物以及發(fā)酵食品(發(fā)酵蔬菜、發(fā)酵肉制品、發(fā)酵魚(yú)制品、干酪)等中發(fā)現(xiàn),且該菌是人體腸道的原籍菌[21]。L.plantarumWCFS1是第一株被測(cè)定全基因序列的植物乳桿菌[22],其基因序列表明此菌中有眾多糖代謝相關(guān)的酶,能有效利用多種碳源并對(duì)不同環(huán)境有很強(qiáng)的適應(yīng)性[23]。植物乳桿菌的基因組在乳酸菌中是最大的(約3.3 Mb)[24],其中很多的基因與不同種類(lèi)糖的調(diào)節(jié)、代謝、運(yùn)輸有關(guān),Evanovich等表明該菌主要基因組中有1425個(gè)基因編碼有關(guān)代謝的蛋白質(zhì),輔助基因組中有平均1320個(gè)基因編碼有關(guān)細(xì)菌素生成、鹵素分解、砷毒性降解、乳酸鏈球菌素抗性的蛋白質(zhì)[25]。

植物乳桿菌具有獨(dú)特的生理功能,Bergillos-Meca等發(fā)現(xiàn)L.plantarumC4作為輔助發(fā)酵劑生產(chǎn)發(fā)酵山羊乳,可提升多種礦物質(zhì)(Ca、Mg)的生物活性(溶解性、滲透性、吸收性)[26]。Aguilar-Toalá等發(fā)現(xiàn)從植物乳桿菌發(fā)酵的發(fā)酵乳中提取的肽碎片具有抗感染、抗溶血、抗氧化的功能,其中小于3 kDa的肽碎片具有更高活性[27]。Wang等研究了L.plantarumYW32 產(chǎn)生的多糖(exopolysaccharide,EPS),其由甘露糖、果糖、半乳糖、葡萄糖組成,具有清除羥基和超氧自由基、抑制致病菌生物膜形成、抑制結(jié)腸癌細(xì)胞的作用[28]。

植物乳桿菌在干酪成熟過(guò)程中起到重要作用,能提高干酪中的游離氨基酸(free amino acid,FAA)含量,其是風(fēng)味物質(zhì)的重要前體[29],從而增強(qiáng)干酪的風(fēng)味[30]。在亞洲國(guó)家中,該菌廣泛應(yīng)用于發(fā)酵蔬菜,包括腌黃瓜、腌蘿卜、發(fā)酵橄欖、韓國(guó)泡菜、越南泡菜等[31]。該菌還可以在肉類(lèi)(發(fā)酵牛肉香腸[32]、意大利香腸[33])、魚(yú)類(lèi)的發(fā)酵中應(yīng)用[34-35]。

2.2 功能特性

傳統(tǒng)上植物乳桿菌在食品中的應(yīng)用是為了提高產(chǎn)品的風(fēng)味,但近年來(lái)發(fā)現(xiàn)其具有眾多益生特性,如Choi等人發(fā)現(xiàn)L.plantarumEM的細(xì)胞在存活、死亡狀態(tài)都能吸附膽固醇,從而降低膽固醇水平[36]。Zago等研究發(fā)現(xiàn)植物乳桿菌能產(chǎn)生葉酸、核黃素,且在發(fā)酵乳中具有較好的抗氧化能力[37]。在治療糖尿病方面,該菌被發(fā)現(xiàn)有獨(dú)特作用,Bejar等發(fā)現(xiàn)L.plantarumTN627能保護(hù)胰臟組織,降低胰臟、血漿中α-淀粉酶活力,降低血糖,并緩解一系列糖尿病并發(fā)癥[38];Abbasi等發(fā)現(xiàn)患有腎病的2型糖尿病病人飲用含有植物乳桿菌的豆乳后,各項(xiàng)腎功能指標(biāo)明顯提高[4]。該菌對(duì)于肥胖癥也有重要作用,Xie等發(fā)現(xiàn)含有L.plantarumP1201的發(fā)酵豆乳能降低體重、減少體重的增加、肝和腸系膜的白色脂肪組織,改善高脂飲食引發(fā)的肥胖癥[39];Park等發(fā)現(xiàn)L.plantarumQ180抑制胰脂肪酶,抑制前脂肪細(xì)胞3T3-L1的分化,從而抑制肥胖[40]。該菌吸附重金屬功能近年來(lái)受到關(guān)注,如L.plantarumCCFM8246吸附銅[41],L.plantarumCCFM639吸附鋁[42],L.plantarumCCFM8661吸附鉛[43]。因此該菌在食品、藥品中的應(yīng)用的研究逐漸增多。

3 植物乳桿菌在發(fā)酵乳中的生長(zhǎng)

雖然植物乳桿菌在多種食品中都有重要應(yīng)用,但多個(gè)研究表明該菌在乳中很難生長(zhǎng),這使利用該菌生產(chǎn)發(fā)酵乳存在困難。而乳酸菌在乳中的生長(zhǎng)情況與蛋白水解系統(tǒng)有很大關(guān)系。

3.1 乳酸菌蛋白水解系統(tǒng)

乳酸菌為了能在蛋白質(zhì)豐富的環(huán)境中具備生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì),在進(jìn)化過(guò)程中逐漸形成了蛋白水解系統(tǒng)。蛋白水解系統(tǒng)的激活和培養(yǎng)環(huán)境中肽含量密切相關(guān)。Hebert等[44]認(rèn)為當(dāng)乳酸菌在含肽豐富的培養(yǎng)基中生長(zhǎng)時(shí),乳酸菌的蛋白酶活力將會(huì)降低,L.helveticusCRL1177在MRS培養(yǎng)基中生長(zhǎng)時(shí),細(xì)胞蛋白酶活力比在牛乳中生長(zhǎng)降低了100倍。雖然牛乳中蛋白質(zhì)含量較高,但能夠被乳酸菌直接利用的游離氨基酸卻很少,最多不超過(guò)100 mg/L[45]。因此,乳酸菌在牛乳等游離氨基酸含量匱乏的培養(yǎng)基中生長(zhǎng)時(shí),其蛋白水解系統(tǒng)會(huì)被激活。

表1 不同乳酸菌中編碼CEP的基因Table 1 The genes that code CEP in different lactic acid bacteria

注：-表示該菌沒(méi)有編碼CEP的基因。

乳酸菌在乳中生長(zhǎng)時(shí),通過(guò)復(fù)雜的蛋白水解系統(tǒng)降解蛋白質(zhì),產(chǎn)生游離氨基酸,以滿(mǎn)足自身的生長(zhǎng)需要。蛋白水解系統(tǒng)主要由三部分組成:細(xì)胞壁蛋白酶(cell-envelope proteinase,CEP)將蛋白質(zhì)水解成寡肽;轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)將寡肽運(yùn)送到細(xì)胞之內(nèi);然后細(xì)胞內(nèi)的肽酶進(jìn)一步將寡肽水解成短肽和游離氨基酸[46]。

乳酸菌的蛋白水解能力與CEP有重要關(guān)聯(lián)。不同乳酸菌中編碼CEP的基因數(shù)量、種類(lèi)不同,如表1所示。雖然乳酸菌水解蛋白質(zhì)是為了滿(mǎn)足生長(zhǎng)需求,但水解蛋白過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生益生物質(zhì),這已引起眾多研究的關(guān)注。瑞士乳桿菌發(fā)酵牛乳能產(chǎn)生抗高血壓作用的兩種多肽valyl-prolyl-proline(VPP)和isoleucyl-prolyl-proline(IPP)[47-48]。VPP和IPP能抑制血管緊張肽轉(zhuǎn)換酶(angiotensin-converting enzyme,ACE)活性,從而起到降高血壓的作用[49-50]。因此具有高效蛋白水解系統(tǒng)的乳酸菌可應(yīng)用于功能性食品。

3.2 植物乳桿菌蛋白水解系統(tǒng)

植物乳桿菌的蛋白水解系統(tǒng)不完備。Georgieva等研究從Bulgarian干酪中分離出的8株具有益生功能的植物乳桿菌,發(fā)現(xiàn)其有很高的氨基肽酶活性,但水解蛋白能力微弱[60]。Kleerebezem等研究發(fā)現(xiàn)植物乳桿菌中缺乏編碼CEP的基因,但存在肽轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng):寡肽運(yùn)輸酶(oligopeptidespermease,Opp)和二三肽運(yùn)輸體(di-and tripeptides transporter,DtpT),可以將胞外的肽轉(zhuǎn)運(yùn)到胞內(nèi),而且胞內(nèi)具有眾多肽酶,可進(jìn)一步降解肽[23]。Liu等研究來(lái)源于發(fā)酵大豆的L.plantarum5-2的全基因組,發(fā)現(xiàn)有104個(gè)基因編碼轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng),其能轉(zhuǎn)運(yùn)肽、氨基酸,有19個(gè)基因編碼不同特性的胞內(nèi)肽酶,但并未發(fā)現(xiàn)編碼CEP的基因[61]。

雖然大部分植物乳桿菌缺乏CEP,但最近研究發(fā)現(xiàn)少數(shù)具備CEP。Li等[62]的研究發(fā)現(xiàn)來(lái)源于健康嬰兒糞便的L.plantarumZJ316中存在prtM編碼CEP,Strahinic等發(fā)現(xiàn)來(lái)源于干酪的L.plantarumBGSJ3-18中存在類(lèi)似prtP的基因編碼CEP[63]。

3.3 植物乳桿菌利用多肽能力與生長(zhǎng)情況

植物乳桿菌在乳中生長(zhǎng)不佳,Georgieva等將8株植物乳桿菌在分別接種于脫脂乳,16 h后均不增殖[64]。Ma等的研究中,接種該菌的樣品發(fā)酵72 h的pH僅達(dá)到5.81,且未出現(xiàn)凝乳現(xiàn)象[65],表明牛乳中游離氨基酸的量不能滿(mǎn)足植物乳桿菌的生長(zhǎng)需求。

雖在乳中生長(zhǎng)不佳,但植物乳桿菌作為輔助發(fā)酵劑在干酪生產(chǎn)中占據(jù)重要地位。在干酪成熟過(guò)程中,該菌利用乳酸菌發(fā)酵劑(starter lactic acid bacteria,SLAB)產(chǎn)生的多肽進(jìn)行次級(jí)水解,釋放出更多小分子肽[66]。Poveda等[67]研究表明,向發(fā)酵劑中額外添加植物乳桿菌,能提高M(jìn)anchego干酪中游離氨基酸含量,這表明,該菌能夠水解進(jìn)入細(xì)胞中的肽類(lèi)物質(zhì),生成游離氨基酸。

植物乳桿菌被歸類(lèi)于非發(fā)酵劑乳酸菌(non-starter lactic acid bacteria,NSLAB)[68],干酪生產(chǎn)過(guò)程中,非發(fā)酵劑乳酸菌的生長(zhǎng)受到發(fā)酵劑乳酸菌的促進(jìn),如乳酸乳球菌的蛋白酶陰性變種(proteinase negative,Prt-)的生長(zhǎng)受到乳酸乳球菌蛋白酶陽(yáng)性變種(proteinase positive,Prt+)的促進(jìn),如圖1所示[69],Prt+變種提供肽和氨基酸,促進(jìn)Prt-變種的增殖,但隨著Prt-變種的大量繁殖,會(huì)爭(zhēng)奪營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),從而抑制Prt+變種的生長(zhǎng)。這表明干酪的發(fā)酵分為兩個(gè)階段:第一階段,發(fā)酵劑乳酸菌產(chǎn)酸、水解蛋白質(zhì);第二階段,非發(fā)酵劑乳酸菌利用產(chǎn)生的短肽和游離氨基酸進(jìn)行生長(zhǎng)。Aydemir等的研究也表明在干酪生產(chǎn)過(guò)程中,起初植物乳桿菌等非發(fā)酵劑乳酸菌數(shù)量很少,但在成熟后期能夠在干酪中成為主導(dǎo)菌群[70]。

圖1 乳酸乳球菌Prt+變種和乳酸乳球菌Prt-變種在干酪中的相互作用。Fig.1 The interaction between protease-positive(prt+)variants and protease-negative(prt-)variants of Lactococcuslactisin cheese注:(a)表示牛乳發(fā)酵時(shí)期,Prt+變種提供肽和氨基酸促進(jìn)Prt-變種生長(zhǎng);(b)表示Prt-變種大量繁殖后,通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)營(yíng)養(yǎng)對(duì)Prt+變種的抑制。灰色箭頭代表促進(jìn)生長(zhǎng)以及提供,黑色箭頭代表抑制生長(zhǎng)。

這些現(xiàn)象表明,植物乳桿菌蛋白水解系統(tǒng)不完備,水解蛋白能力微弱,但可以利用環(huán)境中的多肽?？梢钥紤]采用協(xié)同培養(yǎng)的方法,用蛋白水解能力強(qiáng)的乳酸菌將牛乳中蛋白質(zhì)進(jìn)行初步降解,產(chǎn)生多肽,植物乳桿菌可將這些多肽轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)細(xì)胞,用胞內(nèi)肽酶進(jìn)一步降解,從而滿(mǎn)足自身生長(zhǎng)的氨基酸需求。

4 植物乳桿菌在牛乳生長(zhǎng)不佳的解決策略

4.1 添加蛋白水解酶

表2 協(xié)同發(fā)酵對(duì)部分乳酸菌生長(zhǎng)情況的影響Table 2 The effect of co-culture on the growth of some lactic acid bacteria

由于絕大部分植物乳桿菌中缺乏編碼細(xì)胞壁蛋白酶的基因,所以無(wú)法水解和進(jìn)一步利用乳蛋白。因此可以嘗試向牛乳中添加蛋白酶,促進(jìn)乳蛋白的水解,從而促進(jìn)植物乳桿菌對(duì)乳蛋白的利用和生長(zhǎng)。Cagno等研究表明,多種發(fā)酵劑乳酸菌的細(xì)胞壁蛋白酶都能促進(jìn)L.plantarumDPC2741在脫脂乳中的生長(zhǎng),而且促進(jìn)程度表現(xiàn)為:Lactococcuslactissubsp.cremorisST2>L.helveticusPR4>S.thermophilesST8[71]。

4.2 添加氨基酸及其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)

乳中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)(游離氨基酸)不能滿(mǎn)足植物乳桿菌的生長(zhǎng),因此可以考慮額外添加。Ma等的研究已表明6種氨基酸和1種核苷酸前體是植物乳桿菌生長(zhǎng)的必需物質(zhì),直接向牛乳中添加這些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),促進(jìn)該菌的生長(zhǎng)[65]。Yang等的研究表明,黑莓汁在全部生長(zhǎng)時(shí)間(24、48、72 h)都能明顯促進(jìn)植物乳桿菌在脫脂乳中的生長(zhǎng),促進(jìn)增長(zhǎng)量為2.74～4.20 log CFU/mL[72]。Robitaille等發(fā)現(xiàn)向牛乳中添加用胃蛋白酶處理的酪蛋白巨肽(caseinomacropeptide,CMP)可促進(jìn)L.plantarum299 V生長(zhǎng)[73]。但植物乳桿菌的不同株對(duì)于營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)需求存在差異,且添加這些物質(zhì)可能會(huì)影響產(chǎn)品最終品質(zhì),因此仍需進(jìn)一步研究。

4.3 協(xié)同發(fā)酵

微生物群體之間的關(guān)系分為多種,競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系(competition)、互利共生(mutualism)、偏利共生(commensalism)、偏害共生(amensalism)、寄生(parasitism)等。協(xié)同發(fā)酵是利用微生物之間的關(guān)系以達(dá)到更好的發(fā)酵效果。在乳品工業(yè)中常用的關(guān)系有互利共生、偏利共生,如生產(chǎn)發(fā)酵乳最常用發(fā)酵菌種嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌之間是互利共生的關(guān)系,在發(fā)酵過(guò)程中利用彼此產(chǎn)物促進(jìn)各自的生長(zhǎng)[74]。干酪生產(chǎn)中,SLAB和NSLAB之間是偏利共生的關(guān)系,這種關(guān)系中一方受到另一方的促進(jìn),而另一方不受影響,SLAB初步水解蛋白質(zhì)產(chǎn)生的多肽、游離氨基酸滿(mǎn)足了NSLAB的氮源需求,促進(jìn)其生長(zhǎng),而SLAB不受影響[75]。復(fù)合的微生物發(fā)酵劑有多方面的優(yōu)勢(shì),一是發(fā)酵效果更好,這是由于微生物之間可以相互利用代謝物或交換信號(hào)分子,從而實(shí)現(xiàn)相互交流,產(chǎn)生更好的發(fā)酵效果;二是復(fù)合微生物群體能夠?qū)ν饨绛h(huán)境具有更強(qiáng)的耐受力[76-77]。利用協(xié)同發(fā)酵促進(jìn)乳酸菌的研究可見(jiàn)表2。

為解決植物乳桿菌在乳中的生長(zhǎng)問(wèn)題,可借鑒干酪生產(chǎn)過(guò)程中的偏利共生關(guān)系的協(xié)同發(fā)酵。在這種關(guān)系中,具有較強(qiáng)蛋白酶活力的乳酸菌水解乳中的蛋白質(zhì),生成多肽和游離氨基酸,為植物乳桿菌生長(zhǎng)提供氮源,促進(jìn)其生長(zhǎng),而植物乳桿菌對(duì)蛋白酶活力強(qiáng)的乳酸菌生長(zhǎng)無(wú)影響[75]。

5 可與植物乳桿菌協(xié)同發(fā)酵的乳酸菌

5.1 瑞士乳桿菌

瑞士乳桿菌被廣泛應(yīng)用于干酪、發(fā)酵乳等食品的生產(chǎn)。該菌能緩解干酪的苦味,這是因?yàn)樵摼芊纸馄渌⑸锂a(chǎn)生的苦味肽,并產(chǎn)生獨(dú)特的風(fēng)味物質(zhì),因此在干酪生產(chǎn)中具有重要的作用[86]。瑞士乳桿菌被認(rèn)為具有益生功能,研究表明,L.helveticusH9發(fā)酵牛乳對(duì)小鼠有抗高血壓作用[19],L.helveticusNS8能夠緩解壓力過(guò)大引起的系列病癥[87]。

瑞士乳桿菌本身是多種氨基酸的營(yíng)養(yǎng)缺陷型,而且在眾多乳酸菌中是營(yíng)養(yǎng)缺陷程度最高的一種,但該菌能在氨基酸稀少的牛乳中良好生長(zhǎng),這都?xì)w功于其強(qiáng)大的蛋白質(zhì)水解能力。大部分的乳酸菌只有一種細(xì)胞壁蛋白酶(CEP),瑞士乳桿菌通常有至少兩種細(xì)胞壁蛋白酶,另外,編碼細(xì)胞壁蛋白酶的基因PrtM在該菌中也存在兩種,而大部分乳酸菌中只有一種。由于數(shù)量眾多的基因編碼了其蛋白水解系統(tǒng),才使該菌具有高效的蛋白水解能力[86]。

瑞士乳桿菌較強(qiáng)的蛋白水解能力對(duì)其他乳酸菌有顯著的影響。Bergamini等研究表明L.helveticus138在干酪中初步水解產(chǎn)物可被L.plantarumI91有效利用,并促進(jìn)其生長(zhǎng),而且發(fā)現(xiàn)L.plantarumI91對(duì)蛋白質(zhì)的初級(jí)水解無(wú)影響,主要作用于次級(jí)水解(FAA的釋放)[88]。

5.2 干酪乳桿菌

干酪乳桿菌存在于牛奶、干酪及其它乳制品,也存在于人類(lèi)口腔、腸道中,并且是人體腸道中的原籍菌[89]。眾多研究已表明該乳桿菌中存在細(xì)胞壁蛋白酶及完善的蛋白水解系統(tǒng)[54]。Lisa等研究表明,L.caseiPRA205發(fā)酵牛乳過(guò)程中,水解蛋白產(chǎn)生了ACE抑制肽VPP和IPP[90]。Kato-Kataoka研究表明定期飲用含有干酪乳桿菌的發(fā)酵乳能明顯減輕由壓力導(dǎo)致的腸道功能紊亂現(xiàn)象、緩解壓力感,而且維護(hù)了腸道菌群的多樣性[91]。該菌還有抑制腸道有害菌、調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)的作用[92]。丘裕等研究植物乳桿菌和干酪乳桿菌在火龍果汁中發(fā)酵,發(fā)現(xiàn)干酪乳桿菌對(duì)植物乳桿菌生長(zhǎng)有促進(jìn)作用,但其本身生長(zhǎng)未受到影響[93]。

5.3 嗜熱鏈球菌

嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌的組合在發(fā)酵乳的生產(chǎn)中占據(jù)重要的地位,常常被用作主要的發(fā)酵劑。該菌可從乳制品、植物中收集得到[94]。嗜熱鏈球菌適合在初始牛乳環(huán)境中生長(zhǎng),它能快速產(chǎn)酸,這是因?yàn)槠渚哂袃煞矫娴哪芰?不僅能夠水解牛乳蛋白為自身生長(zhǎng)提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì);而且能自身合成生長(zhǎng)所需的氨基酸[95]。但這種合成氨基酸的能力并不是全能的,而是只能合成部分氨基酸[45],因此對(duì)于牛乳中蛋白質(zhì)的水解也是其良好生長(zhǎng)的必要能力。

部分嗜熱鏈球菌具有蛋白水解酶[96]。Fernandez-Espla 等發(fā)現(xiàn)嗜熱鏈球菌中存在蛋白水解酶PrtS、PrtS與其它乳酸菌中的蛋白酶如PrtP、PrtH、PrtB有很多相似之處,唯一的特異性是其蛋白酶中缺少B結(jié)構(gòu)域[97]。當(dāng)該菌單獨(dú)在牛乳中生長(zhǎng)時(shí),PrtS起到重要作用。

嗜熱鏈球菌與其他乳酸菌的協(xié)同發(fā)酵被廣泛研究,其中包括植物乳桿菌。Morenomontoro等研究了嗜熱鏈球菌和L.plantarumC4協(xié)同發(fā)酵山羊乳,發(fā)現(xiàn)嗜熱鏈球菌促進(jìn)L.plantarumC4在山羊乳中的生長(zhǎng)(6 h內(nèi)增長(zhǎng)量約為0.90 log CFU/mL),L.plantarumC4對(duì)嗜熱鏈球菌的生長(zhǎng)無(wú)影響[98]。Turchi等用嗜熱鏈球菌和植物乳桿菌協(xié)同發(fā)酵驢乳,發(fā)現(xiàn)植物乳桿菌能促進(jìn)嗜熱鏈球菌的生長(zhǎng)(增長(zhǎng)量約為1 log CFU/mL),但嗜熱鏈球菌對(duì)植物乳桿菌的生長(zhǎng)并無(wú)顯著影響,其推測(cè)是植物乳桿菌的次級(jí)產(chǎn)物促進(jìn)嗜熱鏈球菌生長(zhǎng)[85]。

5.4 保加利亞乳桿菌

嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌的組合已經(jīng)成為發(fā)酵乳生產(chǎn)中最主要的發(fā)酵劑,當(dāng)它們?cè)谂Ｈ橹邪l(fā)酵時(shí),保加利亞乳桿菌水解酪蛋白產(chǎn)生的肽能被嗜熱鏈球菌利用并促進(jìn)其生長(zhǎng)[99]。這表明保加利亞乳桿菌有較強(qiáng)的蛋白水解能力。

保加利亞乳桿菌中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)蛋白水解酶PrtB[100],Courtin等研究表明,嗜熱鏈球菌和保加利亞乳桿菌的組合在牛乳中生長(zhǎng)時(shí),蛋白酶PrtB的存在對(duì)于嗜熱鏈球菌的生長(zhǎng)起到重要作用[101]。Mao等研究保加利亞乳桿菌水解酪蛋白情況,發(fā)現(xiàn)該菌CEP活性較高,水解酪蛋白并產(chǎn)生多種肽,但不同菌株之間存在較大差異[102]。該菌還能夠水解乳清蛋白中的β乳球蛋白,產(chǎn)生抗氧化和抗高血壓的活性肽[103]。

保加利亞乳桿菌與嗜熱乳桿菌良好的協(xié)同發(fā)酵效果為其與植物乳桿菌協(xié)同發(fā)酵提供了參考。Cemile等研究保加利亞乳桿菌和植物乳桿菌協(xié)同發(fā)酵,促進(jìn)植物乳桿菌生長(zhǎng)(增長(zhǎng)量為0.2 log CFU/mL),且協(xié)同發(fā)酵乳中FAA含量較植物乳桿菌單一發(fā)酵有顯著增長(zhǎng),表明植物乳桿菌利用了保加利亞乳桿菌產(chǎn)生的多肽,并產(chǎn)生FAA[104]。

5.5 乳酸乳球菌

乳酸乳球菌主要應(yīng)用于發(fā)酵乳制品(酪乳、酸乳、酸奶油、干酪等),以及生產(chǎn)乳酸、B族維生素(B11、B12)、乳酸鏈球菌素(nisin)、以及多種酶制劑[105]。該菌有四個(gè)亞種:乳酸亞種(lactis)、乳脂亞種(cremoris)、霍氏亞種(hordniae)和 tructae亞種[106],最常見(jiàn)的是前兩個(gè)亞種。

眾多乳酸乳球菌中存在編碼CEP的基因(主要是prtP)[107],但部分菌種缺乏這類(lèi)基因,這可能菌種的來(lái)源有關(guān),非乳源的菌種常缺乏CEP[108]。同時(shí)該菌還存在兩種寡肽轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)(Opp,Opt)[109]和小肽轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)(DtpT),這保證其能進(jìn)一步利用CEP產(chǎn)生的各種肽。

乳酸乳球菌與植物乳桿菌的協(xié)同發(fā)酵主要在干酪中應(yīng)用。Ciocia等研究發(fā)現(xiàn)干酪中的植物乳桿菌可利用乳酸鏈球菌乳脂亞種、乳酸亞種水解蛋白產(chǎn)生的多肽和游離氨基酸,以滿(mǎn)足自身生長(zhǎng)需求,且urea-PAGE實(shí)驗(yàn)表明植物乳桿菌對(duì)于酪蛋白的降解無(wú)作用[110]。

6 展望

植物乳桿菌在牛乳中生長(zhǎng)不佳的原因,一方面是牛乳中游離氨基酸含量低,不能滿(mǎn)足植物乳桿菌生長(zhǎng)需要;另一方面是植物乳桿菌蛋白水解系統(tǒng)不完善,缺乏重要的細(xì)胞壁蛋白酶,無(wú)法像其它那些在牛乳中生長(zhǎng)良好的乳酸菌一樣利用牛乳中的酪蛋白。

偏利共生關(guān)系的協(xié)同發(fā)酵是較好的解決辦法,此方法在干酪生產(chǎn)中早已有良好應(yīng)用。此方法利用蛋白酶活力強(qiáng)的乳酸菌水解牛乳中蛋白質(zhì),釋放多肽,而植物乳桿菌利用這些多肽在胞內(nèi)進(jìn)行進(jìn)一步水解生成氨基酸,滿(mǎn)足生長(zhǎng)需求。在這種協(xié)同發(fā)酵中,蛋白酶活性力強(qiáng)的乳酸菌參與蛋白質(zhì)的初級(jí)水解、次級(jí)水解,而植物乳桿菌僅參與蛋白質(zhì)的次級(jí)水解。

使用植物乳桿菌和其他乳酸菌協(xié)同發(fā)酵乳制品時(shí),應(yīng)注意乳酸菌的同一種下的不同株之間存在較大差異。同時(shí)為了在發(fā)酵乳中有良好的應(yīng)用,協(xié)同發(fā)酵之后的產(chǎn)品應(yīng)具有好的感官評(píng)定結(jié)果。