微生物多糖在酸奶中的應(yīng)用研究進(jìn)展

孫慶申，許艷玲，馬華美，李夢洋

（1.黑龍江大學(xué)農(nóng)業(yè)微生物技術(shù)教育部工程研究中心，黑龍江 哈爾濱 150500；2.黑龍江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院黑龍江省普通高等學(xué)校微生物重點實驗室，黑龍江 哈爾濱 150080；3.黑龍江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院黑龍江省普通高等學(xué)校分子生物學(xué)重點實驗室，黑龍江 哈爾濱 150080）

多糖是由不少于10個單糖分子經(jīng)過失水縮合、由糖苷鍵以特定連接方式拼接而成的復(fù)雜生物大分子。多糖的分布十分廣泛，遍布于動物、植物、微生物中，而且這些多糖因其獨特的結(jié)構(gòu)及修飾方式而具有不同的功能特性，且安全性好[1]。近年來，隨著提取工藝、結(jié)構(gòu)修飾及功能評價手段的日益完善，特別是伴隨著大健康產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，越來越多的人開始重視多糖功效方面的研究。與動物多糖和植物多糖相比，微生物多糖在食品、醫(yī)藥等領(lǐng)域的研究及應(yīng)用更為廣泛。

酸奶作為一種口感鮮美，營養(yǎng)全面的功能性飲品已經(jīng)成為世界上最受歡迎的發(fā)酵乳制品之一。研究發(fā)現(xiàn)，不同類型的多糖添加到酸奶后對酸奶營養(yǎng)、質(zhì)地等方面具有重要的影響[2]。為了深入開發(fā)微生物多糖強化酸奶產(chǎn)品，本文首先闡述了添加到酸奶中具有代表性的微生物多糖，然后就微生物多糖加入酸奶后對酸奶品質(zhì)和功能的影響進(jìn)行了系統(tǒng)闡述。

1 微生物多糖的來源、分類、結(jié)構(gòu)及功能特性

1.1 來源及分類

微生物多糖是自然界中的細(xì)菌、酵母等在代謝過程中產(chǎn)生的一類多糖，具有其它多糖所不具備的優(yōu)勢，即它們生產(chǎn)周期短，在空間上不受季節(jié)、地域等條件的制約。乳酸菌胞外多糖（extracellular polysaccharide，EPS）是乳酸菌在生長代謝過程中分泌的一種糖類化合物，根據(jù)化學(xué)組成，可以分為同型多糖和異型多糖。EPS的分子量、糖苷鍵連接類型、化學(xué)基團(tuán)、結(jié)構(gòu)單元和單糖組成等因素是影響其功能的關(guān)鍵[3]。酵母多糖（yeast polysaccharide，YPS）是從酵母細(xì)胞中提取出來的功能性復(fù)合多糖，葡聚糖和甘露聚糖是其主要活性形式[4]。而真菌多糖（如食用菌多糖）則是從真菌子實體、菌絲體或其發(fā)酵液中分離得到的一類生物活性良好的高分子碳水化合物[5]。

根據(jù)多糖在微生物細(xì)胞中的存在位置，微生物多糖可分為EPS、胞壁多糖和胞內(nèi)多糖。胞壁多糖多是微生物細(xì)胞的骨架成分，如肽聚糖；胞內(nèi)多糖是微生物細(xì)胞代謝產(chǎn)生的，是存在于胞漿或者細(xì)胞器內(nèi)的多糖成分；EPS則是細(xì)胞代謝過程產(chǎn)生并分泌到細(xì)胞外的多糖，這部分多糖可黏附于細(xì)胞表面，保護(hù)微生物細(xì)胞，也可以分泌到細(xì)胞培養(yǎng)基質(zhì)中。

1.2 結(jié)構(gòu)及功能特性

多糖具有螺旋狀的立體構(gòu)型，主鏈?zhǔn)怯搔?D糖苷鍵連接的葡萄糖基組成的[6]。多糖結(jié)構(gòu)包括兩種類型：初級結(jié)構(gòu)（一級結(jié)構(gòu)）和高級結(jié)構(gòu)（二、三、四級結(jié)構(gòu)）。真菌多糖的一級結(jié)構(gòu)主鏈?zhǔn)峭投嗵?，一種是葡聚糖以β（1→3）糖苷鍵連接為主，兼有少量的 β（1→4）或β（1→6）糖苷鍵連接，云芝多糖等屬于這種結(jié)構(gòu)；另一種是以α-糖苷鍵連接的甘露聚糖為主鏈，銀耳多糖、黑木耳多糖和靈芝多糖是這種連接方式。多糖的二級結(jié)構(gòu)是指單糖通過糖苷鍵連接而成的聚合體，與側(cè)鏈的空間排布沒有關(guān)系。多糖通過鏈的連接以及各種基團(tuán)間相互作用構(gòu)成了多糖鏈的三級結(jié)構(gòu)。多糖的四級結(jié)構(gòu)是指多聚鏈間非共價鍵結(jié)合形成的聚合體[7]。乳酸菌多糖具體劃分為同型多糖和異型多糖兩大類[8]。同型EPS分為α-D-葡聚糖、β-D-葡聚糖、果聚糖、半乳聚糖4種類型。在乳酸菌同型EPS中右旋糖酐較為典型，它的主鏈由α-D-吡喃型葡萄糖基（1→6）、α-D-吡喃型葡萄糖基（1→3）連接而成，異型多糖的結(jié)構(gòu)與主鏈相比更具有多樣性[9]。在酵母細(xì)胞壁多糖中外層為甘露糖和蛋白質(zhì)形成的復(fù)合物，中間層為β-（1，3）、β-（1，6）葡聚糖，內(nèi)層為幾丁質(zhì)[10]。

近年來乳酸菌EPS已經(jīng)成為乳酸菌資源開發(fā)利用的熱點問題。研究發(fā)現(xiàn)，某些乳酸菌分泌的EPS具有較強的自由基清除能力、亞鐵離子螯合能力和氧自由基吸收平衡能力[11]，目前已有研究表明，乳酸菌EPS具有抗腫瘤[12]、調(diào)節(jié)免疫力[13]、保護(hù)益生菌[14]等多種生物活性。

真菌多糖結(jié)構(gòu)中的醇羥基可以延緩脂質(zhì)過氧化、清除自由基，也能起到抗皮膚衰老的效果。在食用菌多糖中，β-葡聚糖已被認(rèn)為是食用菌中主要的活性成分，富含β-葡聚糖的多糖普遍具有可以抑制腫瘤蛋白酶活性的特點[15]。

2 微生物多糖在酸奶中的作用

2.1 發(fā)揮益生元作用

益生元作為一種膳食補充劑，可以通過胃、小腸到達(dá)結(jié)腸，選擇性地刺激結(jié)腸中細(xì)菌的生長，使腸道微生態(tài)朝有利于宿主健康方向轉(zhuǎn)變[16]。β-葡聚糖已經(jīng)被歸類為多糖類益生元[17]。在研究過程中也發(fā)現(xiàn)其它一些微生物多糖具備潛在的益生元活性，且能影響酸奶的活菌數(shù)。酸奶中的益生元到達(dá)腸道中，可以調(diào)節(jié)微生態(tài)平衡，增強免疫系統(tǒng)功能，促進(jìn)嬰兒的健康[18]。

EPS在保護(hù)細(xì)胞活性方面發(fā)揮了重要作用[19]。雙歧桿菌INIA P132和雙歧桿菌INIA P731接種牛乳發(fā)酵成酸奶后，發(fā)現(xiàn)其產(chǎn)生的多糖在低溫儲藏時可保護(hù)菌種使其存活，并且接種雙歧桿菌INIA P132的酸奶表現(xiàn)出更好的穩(wěn)定性[20]。給小鼠灌胃含發(fā)酵乳桿菌Lf2EPS的酸奶后，其糞便樣本中總短鏈脂肪酸含量顯著升高，雙歧桿菌屬豐度也隨時間的推移而逐漸增加，這表明EPS和益生菌株在調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)方面具有協(xié)同作用，該研究為開發(fā)一種具有合生元特性的功能性酸奶提供了技術(shù)可行性[21]。

食用菌多糖方面，李廣富等[22]將茶新菇、真姬菇中的多糖添加到酸奶中，研制了兩種食用菌多糖功能性酸奶，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，茶新菇多糖和真姬菇多糖均可與酸奶發(fā)揮協(xié)同作用，有效延緩D-半乳糖致衰老模型小鼠的皮膚衰老進(jìn)程，且存在劑量效應(yīng)關(guān)系。香菇與乳酸菌可以產(chǎn)生共生作用，在某些酶的作用下香菇產(chǎn)生了乳酸菌可利用的單糖，促進(jìn)了乳酸菌的增殖，起到益生元的效果[23]。將香菇多糖和保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌聯(lián)合制備香菇多糖酸奶，在一定濃度范圍內(nèi)，香菇多糖促進(jìn)兩株菌種生長，當(dāng)高于某一濃度時，這種促進(jìn)作用則會降低[24]。從香菇廢料中提取的多糖加入到酸奶中后，嗜酸乳桿菌、干酪乳桿菌和長雙歧桿菌在酸奶冷藏期間的存活率也得到了提高，保持在107CFU/mL以上，并且在模擬胃液和膽汁條件下，這些益生菌也受到了顯著的保護(hù)作用，達(dá)到了有益宿主健康的效果[25]。金針菇多糖[26]、銀耳多糖[27]也都制成了多糖酸奶。此外，由于低pH值、貯藏過程中的低溫、營養(yǎng)物質(zhì)缺乏等因素往往導(dǎo)致酸奶中益生菌的活力降低，β-葡聚糖作為益生元可以減少這些壓力因素，在低溫保存時對酸奶中雙歧桿菌具有保護(hù)作用[28]。因此，食用菌多糖在酸奶中作為益生元具有良好的開發(fā)前景。

本文基于系統(tǒng)涌現(xiàn)理論構(gòu)建企業(yè)價值共創(chuàng)體系價值創(chuàng)造能力評價指標(biāo)體系和評價模型，并據(jù)此對我國膜企業(yè)價值共創(chuàng)體系的價值創(chuàng)造能力的綜合評價值和主因子評價值進(jìn)行分析和計算。主要結(jié)論如下：

2.2 改善酸奶質(zhì)地

酸奶的質(zhì)地包括黏度、酸度、持水力和流變學(xué)特性等方面，口感也是評價酸奶好壞的一個重要指標(biāo)。在保證酸奶品質(zhì)的前提下，有資料記載多糖可以改善酸奶質(zhì)地，人們將不同來源的多糖添加到酸奶后對功能性酸奶品質(zhì)的影響進(jìn)行了大量研究[29]。乳酸菌可分泌黏性EPS，在應(yīng)用于酸奶中時可顯著改善其特定的質(zhì)構(gòu)和風(fēng)味特性。

酸奶流變學(xué)的研究主要集中在酸奶的黏度和持水力等方面，EPS有助于提高酸奶的黏度和質(zhì)地。研究發(fā)現(xiàn)，多糖在酸奶發(fā)酵產(chǎn)生凝膠的過程中會與乳中的酪蛋白分子相互作用，促進(jìn)了酪蛋白之間的相互聚集，酪蛋白膠束結(jié)構(gòu)的改變使酪蛋白膠束的酸凝膠行為有了顯著的改善，從而提高其黏度和黏聚力。葡聚糖由于顆粒尺寸較大，加入希臘酸奶后，具有更強的黏性而流動性較差，該結(jié)果也被證明是開發(fā)希臘酸奶的一種切實有效的技術(shù)選擇[30]。從泡菜中分離出的一株菌株，該菌株發(fā)酵酸奶產(chǎn)生的EPS可增加酸奶的黏度[31]，從發(fā)酵乳桿菌黏液中產(chǎn)生的EPS也增加了酸奶的黏度等流變特性[32]。發(fā)酵劑EPS原位生產(chǎn)水平及其構(gòu)象特征取決于很多因素，包括EPS結(jié)構(gòu)中糖苷鍵的可獲得性、EPS產(chǎn)生的復(fù)雜遺傳機制、培養(yǎng)溫度和時間、養(yǎng)分可獲得性、單糖組成、連接類型、側(cè)鏈、分子量、與酪蛋白的相互作用等，研究顯示EPS的原位生產(chǎn)在酸奶、奶酪等多種乳制品的生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用[33]。

有研究分別在酸奶里添加了黃綠蜜環(huán)菌胞外硒多糖、松茸多糖和人參多糖并對多糖酸奶的持水力進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)黃綠蜜環(huán)菌胞外硒多糖添加量為0.04%時酸奶持水力最好，0.04%的松茸多糖可提高酸奶持水力并改變酸奶組織性狀，但人參多糖對酸奶持水力的影響并不明顯。酸奶的保水性受總固形物和總蛋白含量的影響，而人參多糖的添加量很少，酸奶的總固形物含量和蛋白含量變化微弱，所以持水力變化不大[34-36]。

一些酸奶中脂肪含量較低，容易出現(xiàn)乳清析出、穩(wěn)定性不佳等問題。乳酸菌產(chǎn)生的EPS可以使酸奶的穩(wěn)定性顯著提升，緩解了乳清析出的情況，使酸奶有更好的口感。毛木耳多糖能夠顯著改善酸奶質(zhì)構(gòu)，使產(chǎn)酸量增加，當(dāng)發(fā)酵劑添加量0.6%、發(fā)酵溫度42℃、發(fā)酵時間10 h、多糖添加量為0.4%時質(zhì)地最佳[37]。李偉欣等[38]評估了雙歧桿菌22-5 EPS對酸奶質(zhì)構(gòu)的影響，結(jié)果顯示，當(dāng)添加量為12.0 g/L時，其EPS對酸奶作用最為明顯，酸奶黏度增加、pH值降低、酸度升高。

在松茸多糖酸奶[35]以及乳酸菌EPS酸奶[39]的制備過程中，一定濃度的多糖會使最終酸奶的硬度和黏稠性變得良好，并且在整個過程中，多糖與酪蛋白相互作用力的類型在不同階段是動態(tài)變化的，主要從靜電作用（初始階段）到疏水或氫鍵作用（中期）再到靜電作用（后期）[35，39]。

此外，滑菇多糖添加到酸奶中可作為一種天然穩(wěn)定劑和功能性添加劑，使得酸奶品質(zhì)得到改善，貨架期延長且發(fā)酵乳風(fēng)味、質(zhì)地、黏度、色澤和口感都優(yōu)于未添加多糖對照組[40]。不同多糖對發(fā)酵乳產(chǎn)酸速率及后酸化也有影響，甘南藏族傳統(tǒng)發(fā)酵乳中高產(chǎn)EPS可抑制酸奶的酸度上升，延緩后酸化過程[41]。產(chǎn)生EPS的雙歧桿菌YS108R在發(fā)酵過程中改善了酸奶的理化特性，包括降低乳清脫水收縮力，增加保水能力（water holding capacity，WHC）和表觀黏度。此外，有研究表明，黏度與乳清的協(xié)同作用和WHC顯著相關(guān)[42]。綜上，多糖的添加都會不同程度地提高酸奶的品質(zhì)。

2.3 抗氧化活性

正常細(xì)胞代謝過程中產(chǎn)生的自由基會導(dǎo)致脂質(zhì)過氧化，破壞膜蛋白，改變細(xì)胞膜通透性，導(dǎo)致細(xì)胞失活和免疫系統(tǒng)受損。多糖的抗氧化作用機制主要是通過內(nèi)源性抗氧化應(yīng)激通路（Nrf2-ARE通路），調(diào)節(jié)編碼下游抗氧化酶基因的表達(dá)。這些抗氧化酶能夠阻斷自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，從而減少自由基的生成，消除過多自由基，從根源上防治疾病的產(chǎn)生[43]。研究顯示，相同來源的多糖組分、分子量不同，抗氧化活性也會不同[44]。多糖具有很強的抗氧化活性，因此具有作為抗氧化劑的潛力。

對茶樹菇多糖益生菌酸奶進(jìn)行體外抗氧化活性試驗和D-半乳糖致衰老模型小鼠的衰老效果實驗，結(jié)果都表明其抗氧化活性明顯高于普通酸奶，且與茶樹菇多糖添加量呈正相關(guān)[45]。一些EPS，如瑞士乳桿菌MB2-1莢膜多糖[46]、植物乳桿菌酸性EPS[47]，在酸奶中都發(fā)揮了良好的抗氧化活性，延長了酸奶保質(zhì)期且改善了酸奶的質(zhì)地。這些結(jié)果都顯示出EPS具有作為天然抗氧化劑的巨大潛力，它們主要通過清除自由基、促進(jìn)抗氧化酶活性而表現(xiàn)出抗氧化活性。

2.4 免疫調(diào)節(jié)活性

一些多糖被很多國家認(rèn)為是先天免疫調(diào)節(jié)分子，它們在促進(jìn)哺乳動物長壽方面起著重要的作用。多糖具有免疫調(diào)節(jié)活力，被認(rèn)為是由于它們能夠激活巨噬細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞、B淋巴細(xì)胞、自然殺傷性細(xì)胞（natural killer cell，NK）等免疫細(xì)胞，且通過促進(jìn)細(xì)胞因子生成等各種途徑調(diào)節(jié)免疫功能[48]。

植物乳桿菌RS20D分泌的總EPS可刺激巨噬細(xì)胞RAW264.7顯著釋放NO，并在mRNA水平上上調(diào)促炎細(xì)胞因子的基因表達(dá)。目前的研究表明，植物乳桿菌RS20D可能是具有免疫調(diào)節(jié)活性的多糖的一個潛在來源，并可能作為一種功能性發(fā)酵劑用于改善酸奶質(zhì)地[49]。含有菌株1073R-1的發(fā)酵酸奶具有增強免疫力、抗流感病毒作用，該菌株產(chǎn)生的黃芪多糖是其中的活性成分之一[50]。最近的研究表明，益生菌產(chǎn)生的EPS能夠調(diào)節(jié)全身和黏膜的免疫反應(yīng)，對健康有促進(jìn)作用[51]。從蘑菇子實體中提取的β-葡聚糖對免疫系統(tǒng)的刺激有助于識別入侵的病原體，對巨噬細(xì)胞有刺激作用，可用于功能性免疫酸奶的研制[47]。

2.5 其它作用

除上述多糖添加到酸奶中所體現(xiàn)的一些功能活性外，產(chǎn)EPS的乳酸菌和雙歧桿菌具有從酸奶中去除黃曲霉毒素的潛力。利用這一現(xiàn)象去除受污染食品和飼料中的霉菌毒素，是提高食品和飼料安全的迫切需要[52]。嗜熱鏈球菌所產(chǎn)鼠曲糖-葡萄糖多糖能夠參與解毒過程[53]，香菇中β-葡聚糖以酸奶為載體可通過調(diào)節(jié)胃腸道發(fā)生氧化應(yīng)激抑制結(jié)腸炎性細(xì)胞因子的分泌，激活白細(xì)胞，轉(zhuǎn)移和抑制腫瘤生長[54]。金針菇多糖的發(fā)酵行為和消化率試驗表明其在胃腸唾液中不會被降解且促進(jìn)有益腸道菌群的生長，這一發(fā)現(xiàn)為金針菇多糖體外消化的研究提供了新的思路，也可用于其它多糖的研究[55]。灰樹花是一種白色腐木真菌，其多糖可用于降壓，有應(yīng)用于功能性酸奶中的潛力[56]。蛹蟲草多糖酸奶對酒精性肝損傷有協(xié)同保護(hù)作用[57]。除了上述介紹的典型微生物多糖種類外，目前越來越多的微生物多糖被應(yīng)用到食品領(lǐng)域，甚至添加到酸奶中。結(jié)冷膠耐酸堿，制成的凝膠不隨pH值改變，可在酸奶中充當(dāng)穩(wěn)定劑，提高酸奶在貯藏過程中的持水力[58]；短梗霉多糖在酸奶中加入后，產(chǎn)品的滑潤性得到提高，產(chǎn)品具有更好的風(fēng)味和口感[59]。由此可見，以微生物多糖作為強化酸奶成分的研究及開發(fā)工作正在興起中。

3 微生物多糖功能性酸奶產(chǎn)品展望

近年來，我國關(guān)于功能性酸奶的研究在不斷地深入。微生物多糖的安全性、抗氧化性、免疫性、益生性等特性使其成為一種天然成分被添加到酸奶中，關(guān)于多糖強化酸奶的研發(fā)和應(yīng)用已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展[2，49，60-62]。近幾年的文獻(xiàn)研究了微生物多糖對酸奶本身感官和質(zhì)地的改善，對于產(chǎn)品功能活性的體現(xiàn)上目前也有一些發(fā)現(xiàn)，比如抗氧化活性、延緩衰老、保護(hù)益生菌、提高免疫抗炎活性，但是關(guān)于它的功效機制理解尚淺。在后續(xù)研究中，應(yīng)加強對具有特殊生物活性的多糖酸奶產(chǎn)品的開發(fā)與利用，進(jìn)一步在多糖篩選、構(gòu)效關(guān)系、起效機制、加工復(fù)配等方面深入探索，相信在不遠(yuǎn)的將來，多糖類酸奶必將在功能性發(fā)酵乳制品領(lǐng)域發(fā)揮出更為重要的作用。