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乳酸菌發(fā)酵胡蘿卜工藝與人類健康研究進(jìn)展

來源：泰然健康網(wǎng) 時間：2024年12月22日 22:44

摘要乳酸菌發(fā)酵胡蘿卜可以延長胡蘿卜的保質(zhì)期,提高胡蘿卜的營養(yǎng)價(jià)值、安全性,并帶來獨(dú)特的口感和風(fēng)味。該文歸納了植物乳桿菌、短乳桿菌、鼠李糖乳桿菌等不同乳酸菌發(fā)酵對胡蘿卜感官特性和營養(yǎng)成分的影響,從乳酸菌發(fā)酵方式包括單一菌種和復(fù)合菌種發(fā)酵,胡蘿卜的發(fā)酵形態(tài),以及胡蘿卜的前處理工藝對發(fā)酵胡蘿卜的感官品質(zhì)和功能性營養(yǎng)因子釋放的影響。綜合分析了不同發(fā)酵工藝對發(fā)酵胡蘿卜產(chǎn)品品質(zhì)的影響。從乳酸菌發(fā)酵胡蘿卜產(chǎn)品與人類健康的角度,總結(jié)了發(fā)酵胡蘿卜在調(diào)節(jié)腸道菌群結(jié)構(gòu)、調(diào)節(jié)血糖以及改善睡眠等方面的生理作用機(jī)制。并對產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展進(jìn)行展望,以期為乳酸菌發(fā)酵胡蘿卜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供理論依據(jù)。

胡蘿卜,傘形科胡蘿卜屬二年生草本植物,含有豐富的蛋白質(zhì)、維生素、無機(jī)鹽等,具有抗氧化、加快新陳代謝、增加機(jī)體免疫力的作用。胡蘿卜含有大量的類胡蘿卜素,主要由β-胡蘿卜素組成,能夠調(diào)節(jié)人體免疫系統(tǒng),對B細(xì)胞產(chǎn)生抗體有一定促進(jìn)作用。研究發(fā)現(xiàn)膳食補(bǔ)充類胡蘿卜素能夠降低血脂過氧化和低密度脂蛋白氧化,從而降低冠心病的風(fēng)險(xiǎn)[1]。

乳酸菌是公認(rèn)安全的微生物,被廣泛應(yīng)用于發(fā)酵水果、蔬菜等方面的生產(chǎn),可以利用果蔬本身的營養(yǎng)物質(zhì)生成各種有益的代謝產(chǎn)物如有機(jī)酸、多肽、氨基酸及其他物質(zhì),降低環(huán)境中的pH,抑制腐敗菌的生長從而延長保質(zhì)期,還可以通過生成的活性物質(zhì)調(diào)節(jié)腸道菌群,改善腸道健康。隨著社會的快速發(fā)展,方便快捷的預(yù)制菜在人們的生活中扮演著重要的角色,發(fā)酵蔬菜作為半成品預(yù)制菜將會是未來的加工研究熱點(diǎn)。因此本文對發(fā)酵胡蘿卜菌株種類、發(fā)酵工藝及對人體健康的影響進(jìn)行綜述,以期為發(fā)酵胡蘿卜產(chǎn)品的研發(fā)提供依據(jù)。

乳酸菌是發(fā)酵蔬菜中的優(yōu)勢菌,能代謝胡蘿卜中的碳水化合物等營養(yǎng)物質(zhì),形成不利于病原微生物生長的物質(zhì)基礎(chǔ),同時在胡蘿卜中生長繁殖產(chǎn)生大量乳酸、乙酸等有機(jī)酸,達(dá)到較低的pH,降低水分活度,抑制腐敗微生物的繁殖,部分乳酸菌還會產(chǎn)生具有抑菌能力的細(xì)菌素等代謝產(chǎn)物,達(dá)到延長食物保質(zhì)期的作用。LI[2]比較了胡蘿卜自發(fā)發(fā)酵與以植物乳桿菌為起始培養(yǎng)物的發(fā)酵樣品之間對致病菌的抑制能力,植物乳桿菌發(fā)酵產(chǎn)生的酸度是抑制沙門氏菌和腸桿菌的主要原因,pH值接近3.5左右的發(fā)酵胡蘿卜展現(xiàn)出較強(qiáng)的抑制能力,此外發(fā)酵產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物如二乙酰、乙醇、過氧化氫、細(xì)菌素等也具有抑菌性能。

泡菜具有酸味純正、質(zhì)地脆嫩、清爽可口、滋味鮮美的特點(diǎn)。泡菜原料豐富,不同的原料風(fēng)味物質(zhì)不同。發(fā)酵體系中復(fù)雜的微生物代謝產(chǎn)生了許多風(fēng)味物質(zhì),微生物可將蔬菜基質(zhì)中的碳水化合物、蛋白質(zhì)在各種酶的作用下分解為乳酸、乙醇、醋酸、氨基酸等物質(zhì),并進(jìn)一步生成酮類、醛類、酯類等多種風(fēng)味物質(zhì)[3]。風(fēng)味來源于發(fā)酵基質(zhì)中主要營養(yǎng)素(包括蛋白質(zhì)、碳水化合物和脂肪酸)的非揮發(fā)性和揮發(fā)性化合物。對于胡蘿卜來說,引起刺鼻或者苦味的來源是因?yàn)楹写罅枯葡╊愇镔|(zhì)[4],包括蒎烯、石竹烯、月桂烯、檸檬烯、沙賓烯、松油烯、半胱氨酸,這種味道很難被消費(fèi)者所接受[5]。發(fā)酵過程中微生物代謝胡蘿卜中的成分物質(zhì),通過不同的途徑改善其嗜好性和適口性。首先,胡蘿卜發(fā)酵過程中的各種反應(yīng)如氧化反應(yīng)、酯化反應(yīng)可以降低不良風(fēng)味的含量,如萜烯類物質(zhì)經(jīng)過氧化可以生成芳樟醇等物質(zhì);其次,生成新的風(fēng)味物質(zhì)既可以提高主體風(fēng)味比例,也可以掩蓋不良風(fēng)味。熊濤等[6]使用能夠降解萜烯類物質(zhì)的植物乳桿菌NCU166發(fā)酵胡蘿卜汁,發(fā)現(xiàn)與未發(fā)酵的胡蘿卜汁相比萜烯類物質(zhì)均有下降,同時有新的物質(zhì)的產(chǎn)生,酯類、醇類物質(zhì)較多,胡蘿卜風(fēng)味濃郁。ZHANG等[7]從自然發(fā)酵的橙子中篩選到能夠改善發(fā)酵胡蘿卜汁風(fēng)味的植物乳桿菌WZ-01,發(fā)酵顯著削弱胡蘿卜汁的萜烯風(fēng)味,增強(qiáng)了胡蘿卜汁的抗氧化活性,提高其感官品質(zhì)。

1 乳酸菌菌種對發(fā)酵胡蘿卜產(chǎn)品品質(zhì)的影響

傳統(tǒng)發(fā)酵胡蘿卜泡菜的方式是自然發(fā)酵,利用胡蘿卜表面和自然環(huán)境中的微生物進(jìn)行發(fā)酵,具有產(chǎn)品質(zhì)量和安全性不穩(wěn)定的問題?，F(xiàn)在人們主要利用乳酸菌進(jìn)行純種發(fā)酵,乳酸菌是一類利用碳水化合物產(chǎn)生大量乳酸細(xì)菌的統(tǒng)稱,通過發(fā)酵能夠賦予食物特殊的風(fēng)味,抑制病原菌生長從而達(dá)到延長食物保質(zhì)期的作用。張華等[8]以產(chǎn)酸速率和感官為指標(biāo)篩選出適合胡蘿卜發(fā)酵的菌株,發(fā)現(xiàn)植物乳桿菌和賴氏乳桿菌以3∶1的比例混合發(fā)酵后的胡蘿卜汁發(fā)酵速度快,口感細(xì)膩,風(fēng)味好。其余發(fā)酵胡蘿卜產(chǎn)品見表1。

表1 發(fā)酵胡蘿卜產(chǎn)品及其功效
Table 1 Fermented carrot products and their benefits

產(chǎn)品主要微生物功效參考文獻(xiàn)胡蘿卜汁Levilactobacillus brevis YSJ3短乳桿菌發(fā)酵可以產(chǎn)生短鏈脂肪酸和乙酸、異戊酸、丁酸和γ氨基丁酸等促進(jìn)睡眠神經(jīng)遞質(zhì)的物質(zhì),可以減輕失眠和促進(jìn)睡眠質(zhì)量[17]胡蘿卜果肉Lactobacillus plantarum NCU116發(fā)酵后多糖結(jié)構(gòu)的改變能提高抗氧化能力,并保護(hù)細(xì)胞免受高血糖造成的損傷[18]胡蘿卜汁Lactobacillus rhamnosus GG (LGG)提高胡蘿卜汁中的游離酚,有機(jī)酸和短鏈脂肪酸的含量[19]胡蘿卜汁Lactobacillus Plantarum Wz-01提高胡蘿卜汁抗氧化能力,降解了萜烯類物質(zhì),改善不良風(fēng)味[7]胡蘿卜汁Kefir DC LYO開菲爾產(chǎn)生一種水溶性支鏈半乳糖聚糖,能提高胡蘿卜汁抗氧化能力和抑菌能力[20]胡蘿卜汁Lactobacillus和Leuconostoc對腸道致病菌有拮抗作用[21]胡蘿卜汁Lactobacillus gasseri (DSM 20604和DSM 20077)格氏乳桿菌可以合成果糖基轉(zhuǎn)移酶,使單糖主要轉(zhuǎn)化為多糖,同時提高胡蘿卜汁中類胡蘿卜素和纖維含量[22]胡蘿卜粉Lactobacillus casei (LC1)、Lactobacil-lus reuteri (LT1)發(fā)酵可以改變胡蘿卜粉的微觀結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì),提高出粉率和香氣物質(zhì)[23]

植物乳桿菌是一種兼性異型發(fā)酵菌,菌體表面有許多活性因子如糖類、蛋白等,具有一定免疫調(diào)節(jié)的作用。對于植物基質(zhì)來說,植物乳桿菌被發(fā)現(xiàn)有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性,這是因?yàn)橹参镄盘枌ζ溆刑禺愋苑磻?yīng),植物乳桿菌通過改變其細(xì)胞質(zhì)蛋白來維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)從而促進(jìn)存活[9]。DEMIR等[10]發(fā)現(xiàn)植物乳桿菌在乳酸發(fā)酵中合成果膠分解酶,如聚半乳糖醛酸酶、果膠酯酶和果膠裂解酶,被認(rèn)為會導(dǎo)致組織軟化并提高產(chǎn)汁率。相較于干酪乳桿菌、嗜熱鏈球菌、保加利亞乳桿菌,植物乳桿菌發(fā)酵乳的超氧化物歧化酶、谷胱甘肽巰基轉(zhuǎn)移酶和過氧化氫酶活性最高,表現(xiàn)出更高的抗氧化活性[11]。ZHANG等[7]用植物乳桿菌發(fā)酵使得β-蒎烯和β-水芹烯消失,α-蒎烯、檜萜和β-月桂烯相對含量降低,生成了醛類、酮類等物質(zhì),改善了胡蘿卜的不良風(fēng)味。

鼠李糖乳桿菌是一種無毒副作用的同型發(fā)酵乳酸菌,對極端環(huán)境耐受性強(qiáng),具有良好的益生特性[12]。鼠李糖乳桿菌可以提高胡蘿卜的營養(yǎng)成分,在糖酵解過程中的中間產(chǎn)物可在酶的作用下轉(zhuǎn)化成氨基酸,其中天冬氨酸和谷氨酸含量下降,可能是因?yàn)槭罄钐侨闂U菌發(fā)酵使天冬氨酸和谷氨酸置換成丙氨酸和γ氨基丁酸,同時鼠李糖乳桿菌發(fā)酵胡蘿卜可以提高蛋白質(zhì)、維生素、纖維素、水分活度、游離態(tài)酚類物質(zhì)含量[13]。使用鼠李糖乳桿菌發(fā)酵能提高胡蘿卜汁的蛋白質(zhì)、維生素C、β類胡蘿卜素含量,同時蘇氨酸、絲氨酸、甘氨酸、蛋氨酸、賴氨酸含量升高。

短乳桿菌多分離于牛奶、干酪、泡菜等食品中,是一種異型乳酸發(fā)酵菌,經(jīng)過歐盟安全資格認(rèn)定,具有促進(jìn)健康和益生菌的潛力[14]。李欣潔等[15]研究不同乳酸菌發(fā)酵對黑胡蘿卜汁的功能特性的影響,短乳桿菌可利用多種糖發(fā)酵,大量產(chǎn)酸,有利于花青素結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定;發(fā)酵乳桿菌、戊糖乳桿菌、植物乳桿菌、干酪乳桿菌可顯著提高多酚含量,這可能和乳酸菌發(fā)酵過程中酶解聚轉(zhuǎn)化果汁中的多酚-蛋白復(fù)合體有關(guān)。短乳桿菌也可分泌β-葡萄糖苷酶,這會導(dǎo)致發(fā)酵蔬菜中的類胡蘿卜素等天然色素被水解,影響色澤[16]。

2 乳酸菌發(fā)酵胡蘿卜工藝對其品質(zhì)的影響

2.1 單一原料和復(fù)合原料發(fā)酵對胡蘿卜品質(zhì)影響

單一原料發(fā)酵就是以胡蘿卜為原料進(jìn)行發(fā)酵,特點(diǎn)是胡蘿卜風(fēng)味更濃郁,有利于掌控發(fā)酵條件。復(fù)合原料發(fā)酵就是添加其他原料參與發(fā)酵,多數(shù)選擇果蔬類原料,也有選擇藥食同源類的原料。添加其他原料可以提高發(fā)酵胡蘿卜的風(fēng)味口感和營養(yǎng)功能,同時能在一定程度上彌補(bǔ)胡蘿卜本身滋味和風(fēng)味的不足。JANISZEWSKA-TURAK等[24]添加了甜菜汁到胡蘿卜汁中進(jìn)行發(fā)酵,發(fā)現(xiàn)胡蘿卜中含有較多高抗氧化性的類胡蘿卜素,混合發(fā)酵后可以提高甜菜根中甜菜紅色素的穩(wěn)定性,增加發(fā)酵果汁中的天然色素含量。研究發(fā)現(xiàn)以鼠李糖乳桿菌發(fā)酵胡蘿卜和芒果復(fù)配果汁,隨著胡蘿卜成分的增加,果汁中膳食纖維的含量顯著提升,其中可溶性的膳食纖維可以作為益生菌生長的底物,使微生物活力變強(qiáng)。研究還發(fā)現(xiàn)芒果占比更大的復(fù)配果汁展現(xiàn)出更高的感官評分,容易被消費(fèi)者所接受[25]。

2.2 單菌發(fā)酵和混合發(fā)酵對胡蘿卜品質(zhì)影響

乳酸菌被認(rèn)為是發(fā)酵果蔬汁的優(yōu)勢菌屬,它能夠利用原料中的碳水化合物合成多種拮抗代謝物(包括有機(jī)酸、乙醇、細(xì)菌素等),從而延長產(chǎn)品貯藏期[26]。乳酸菌利用原料中營養(yǎng)物質(zhì)的程度不同,所以發(fā)酵速度、代謝產(chǎn)物、風(fēng)味物質(zhì)都有較大的差別。DE OLIVEIRA等[25]考察了鼠李糖乳桿菌、植物乳桿菌、嗜酸乳桿菌對胡蘿卜混合果汁發(fā)酵的影響,研究發(fā)現(xiàn)植物乳桿菌對于不同的介質(zhì)均有良好的適應(yīng)性和較好的利用糖的能力,發(fā)酵能力較快;而嗜酸乳桿菌的適應(yīng)性較差,這可能是因?yàn)榛旌瞎膒H和營養(yǎng)素不利于其生長。

菌株之間的生態(tài)相互作用是決定發(fā)酵結(jié)果的主要因素[27]?；旌习l(fā)酵果蔬通常選用2～3株不同的菌株,各種菌株組合可以彼此利用,利用協(xié)同作用產(chǎn)生積極效應(yīng),減少發(fā)酵過程中因?yàn)橹虚g產(chǎn)物積累過多所帶來的不利影響,完成更復(fù)雜的發(fā)酵過程。劉瑩[28]使用商業(yè)復(fù)合發(fā)酵菌種(植物乳桿菌、保加利亞乳桿菌、嗜熱鏈球菌)發(fā)酵胡蘿卜汁,通過主成分分析發(fā)酵前后胡蘿卜原漿風(fēng)味的變化,發(fā)現(xiàn)發(fā)酵處理后的烯烴類物質(zhì)的種類和含量都有一定程度的減少,同時生成的新風(fēng)味物質(zhì)使胡蘿卜香氣濃郁,不單薄,例如伴有草香、花香的β-羅勒烯,甜香味的2,3-丁二醇,根據(jù)規(guī)律將胡蘿卜風(fēng)味的形成分為3個階段,代表性風(fēng)味物質(zhì)分別是酸類、醇類、酯類,物質(zhì)的交換更替使得發(fā)酵胡蘿卜汁風(fēng)味醇厚有層次。陳大衛(wèi)等[29]使用嗜熱鏈球菌、植物乳桿菌和瑞士乳桿菌混合發(fā)酵胡蘿卜汁,發(fā)現(xiàn)混菌發(fā)酵處理能夠增加胡蘿卜汁的風(fēng)味物質(zhì),醇類物質(zhì)和酯類物質(zhì)均有增加并且有新的物質(zhì)產(chǎn)生,使果香味、柑橘香味增加,同時乳酸菌發(fā)酵可以減少醛類含量,減少其他不良風(fēng)味。BERGQVIST等[30]發(fā)現(xiàn)戊糖乳桿菌和腸膜明串珠菌發(fā)酵后胡蘿卜汁的鐵溶解度提高了30倍,這可能是pH降低,不溶性金屬大分子的降解(如蛋白質(zhì))和可溶性金屬螯合物(如有機(jī)酸)的產(chǎn)生所引起的,并且發(fā)酵產(chǎn)生的有機(jī)酸如酒石酸和丙酸可以促進(jìn)鐵的吸收。

2.3 胡蘿卜塊發(fā)酵對品質(zhì)的影響

傳統(tǒng)的發(fā)酵方法是將新鮮的蔬菜洗凈瀝水后,切分成合適的形狀后放入壇中,加入香葉、花椒、桂皮等香料,最后倒入一定濃度的鹵水沒過原料,常溫下封壇密封一周后就可以食用。胡蘿卜硬度隨著發(fā)酵的進(jìn)行逐漸變小,而低溫漂燙處理可以利用熱力抑制過氧化物酶的活力,增加內(nèi)源性果膠甲酯酶的活性,加速果膠羧基與鈣離子的交聯(lián)。研究發(fā)現(xiàn)低溫長時間(60 ℃,40 min)相比于高溫短時間(90 ℃,4 min),甲氧基化度更低,容易與二鉀離子產(chǎn)生交聯(lián)作用從而對胡蘿卜質(zhì)地產(chǎn)生積極影響,這可能是低溫長時間處理后的胡蘿卜能更好的保持細(xì)胞的完整結(jié)構(gòu),減輕質(zhì)膜和色質(zhì)體破壞、細(xì)胞壁變形和松弛以及果膠聚合體解聚帶來的影響[31]。

人們?yōu)榱烁纳瓢l(fā)酵胡蘿卜的品質(zhì)和營養(yǎng)價(jià)值,通常在發(fā)酵液中添加其他輔助原料。乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)生的酚酸酯酶可以水解結(jié)合酚,紅棗汁中結(jié)合酚含量較多,添加在發(fā)酵液中可以有效提高總酚含量,且發(fā)酵產(chǎn)生的有機(jī)酸可以維持酚類的結(jié)構(gòu),通過代謝食物中的酚類物質(zhì)來增加生物活性物質(zhì),主要通過脫羧或還原活性代謝酚酸,使抗氧化能力提升[32]。

2.4 胡蘿卜漿發(fā)酵對品質(zhì)的影響

益生菌發(fā)酵果蔬汁能夠賦予其獨(dú)特的口感,同時果蔬汁中的活性物質(zhì)在乳酸菌的作用下轉(zhuǎn)化、降解,形成新的物質(zhì),從而賦予了果蔬汁新的營養(yǎng)價(jià)值。徐萌萌[33]發(fā)現(xiàn)益生菌發(fā)酵后的胡蘿卜果汁中鈣、鉀、鈉等微量元素含量顯著突出,其中還檢測到了16種游離氨基酸,包括6種必需氨基酸,對機(jī)體的代謝、調(diào)節(jié)起到了重要的作用。

漂燙處理被認(rèn)是發(fā)酵胡蘿卜工藝重要的前處理步驟,在發(fā)酵胡蘿卜汁中起到的作用主要有:提高產(chǎn)汁率,去除細(xì)胞間滯留空氣,滅活胡蘿卜表面的微生物和酶類,去除一些難聞的氣味等。MA[34]發(fā)現(xiàn)適當(dāng)?shù)钠癄C處理有助于類胡蘿卜素的溶解和維持穩(wěn)定性,但過度的熱處理會導(dǎo)致類胡蘿卜素的降解,不利于營養(yǎng)素的保持。而超聲處理可以和漂燙處理進(jìn)行互補(bǔ),處理后可以改善胡蘿卜汁中的營養(yǎng)素成分,減少損失。DALLAGI等[35]研究了不同加工條件對胡蘿卜汁抗氧化能力和類胡蘿卜素含量的影響,超聲過程中產(chǎn)生的空化作用有助于細(xì)胞壁的崩解從而加速結(jié)合酚和類胡蘿卜素的釋放,胡蘿卜汁自由基清除活性和總抗氧化能力的增加,而低于100 ℃的短時熱處理可以減少非酶促褐變的程度,研究得出超聲處理2 min,95 ℃漂燙9 min加工條件下的胡蘿卜汁抗氧化能力最高。

3 乳酸菌發(fā)酵胡蘿卜與人類健康

3.1 乳酸菌發(fā)酵胡蘿卜的血糖調(diào)節(jié)作用

糖尿病是胰島素功能異常所引起的一種慢性代謝疾病,以Ⅱ型糖尿病為主,多發(fā)生于老年群體。糖尿病的主要特征是血糖水平升高,并且伴隨便秘的癥狀,其中高血糖癥狀會導(dǎo)致腦部缺血,引發(fā)腦部損傷,嚴(yán)重影響機(jī)體健康[36]。

胡蘿卜含有豐富的果膠類多糖,主要包括半乳糖、半乳糖醛酸和阿拉伯糖,具有抗氧化、抗炎、抗高血糖等藥理作用,其中清除自由基能力可以保護(hù)細(xì)胞免受血糖異常引起的傷害[37]?，F(xiàn)有研究表明,多糖類物質(zhì)的分子質(zhì)量和結(jié)構(gòu)是治療糖尿病的重要因素[38]。WAN等[18]發(fā)現(xiàn)發(fā)酵處理前后胡蘿卜的水溶性多糖均具有控制糖尿病小鼠空腹血糖的能力,其中發(fā)酵后胡蘿卜的能力更強(qiáng)。發(fā)酵處理改變了胡蘿卜中多糖的結(jié)構(gòu)和分子質(zhì)量,胡蘿卜的中性糖比例降低,糖醛酸比例增加,機(jī)體胰島素敏感性也顯著提高,能夠更好地保護(hù)細(xì)胞免受高血糖的損害,從而達(dá)到干預(yù)糖尿病的目的。WAN等[39]進(jìn)一步研究發(fā)酵對胡蘿卜水溶性多糖結(jié)構(gòu)的影響,發(fā)現(xiàn)細(xì)胞外酶或者益生菌代謝的糖苷酶可以切斷多糖中重復(fù)單糖之間的連接,從而降低了水溶性多糖的分子質(zhì)量,并推測分子質(zhì)量的降低可能導(dǎo)致羥基自由基清除能力增強(qiáng),有效干預(yù)糖尿病。目前乳酸菌發(fā)酵胡蘿卜調(diào)節(jié)血糖方面的研究對象主要集中在簡單的多糖結(jié)構(gòu),但是對復(fù)雜多糖的鏈組成和構(gòu)象還未了解,同時發(fā)酵的代謝產(chǎn)物對血糖代謝的影響也是今后的研究重點(diǎn)。

3.2 乳酸菌發(fā)酵胡蘿卜對睡眠的改善作用

乳酸菌發(fā)酵能產(chǎn)生多種活性物質(zhì),其中γ氨基丁酸是腦組織中重要的神經(jīng)遞質(zhì),能夠調(diào)節(jié)腸道和大腦中其他神經(jīng)遞質(zhì)的產(chǎn)生和分泌,降低神經(jīng)元活性,起到鎮(zhèn)靜神經(jīng)的作用[40]。胡蘿卜作為發(fā)酵底物可以提供乳酸菌生長繁殖所需要的營養(yǎng)素,同時乳酸菌發(fā)酵的代謝產(chǎn)物能賦予胡蘿卜汁一定的功能特性。研究發(fā)現(xiàn)短乳桿菌在發(fā)酵胡蘿卜汁中可以通過較高活性的谷氨酸脫羧酶合成γ氨基丁酸,同時隨著發(fā)酵的進(jìn)行,乙酸、異戊酸、丁酸等短鏈脂肪酸含量顯著增加,小鼠實(shí)驗(yàn)證明發(fā)酵的代謝產(chǎn)物如短鏈脂肪酸和γ氨基丁酸可以增加胡蘿卜汁鎮(zhèn)靜助眠的功效,并且通過介導(dǎo)微生物-腸-腦的方式有效改善睡眠問題[17]。陳世培[41]從泡菜中篩選到一株高產(chǎn)γ氨基丁酸的植物乳桿菌,以產(chǎn)酸、感官和γ氨基丁酸產(chǎn)量為指標(biāo),優(yōu)化胡蘿卜發(fā)酵飲料工藝,得到一款有利健康的發(fā)酵胡蘿卜汁。

3.3 乳酸菌發(fā)酵胡蘿卜對腸道菌群結(jié)構(gòu)的影響

人體腸道是一個復(fù)雜的體系,受多種因素如環(huán)境、飲食、遺傳所影響,其中飲食因素會通過消化生成的代謝產(chǎn)物和未消化完全的殘留物來影響腸道菌群微生態(tài)的組成和代謝。健康的腸道菌群可以抑制致病菌的生長和產(chǎn)生有益代謝物,但是腸道功能紊亂會引起代謝問題,甚至是Ⅱ型糖尿病和心血管疾病等[42]。乳酸菌作為腸道中重要的菌群可以通過產(chǎn)生有益代謝產(chǎn)物,調(diào)節(jié)免疫細(xì)胞的增殖分化有效預(yù)防致病菌感染、腸道炎癥、過敏等現(xiàn)象[43]。

發(fā)酵食品是強(qiáng)大的腸道調(diào)節(jié)工具,一般通過重塑微生物群分布來改善腸道中微生物多樣性并降低炎癥因子,對治療慢性非傳染性疾病有積極的幫助[44]。YU等[45]構(gòu)建了抗生素治療引發(fā)的腸道菌群失調(diào)小鼠模型,通過灌胃發(fā)酵胡蘿卜汁來探究其對紊亂腸道菌群的影響,發(fā)酵處理組灌胃的小鼠血清中超氧化物歧化酶和谷胱甘肽水平有了顯著提升,抗氧化能力增強(qiáng),同時對小鼠糞便的微生物多樣性進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)益生菌發(fā)酵胡蘿卜果肉可以幫助有益菌的定植和維持腸道菌群的平衡。發(fā)酵胡蘿卜通過被吞食使所含有的有益益生菌及其代謝產(chǎn)物到達(dá)機(jī)體腸道發(fā)揮作用,可以緩解高脂飲食導(dǎo)致的脂質(zhì)代謝紊亂和脂肪積累問題,使用乳酸菌發(fā)酵可以改善有益代謝產(chǎn)物如酚類、膳食纖維的含量,增加胡蘿卜的降脂活性,同時可以通過單磷酸腺苷激活的蛋白激酶途徑減弱高脂飲食誘導(dǎo)的脂質(zhì)積累,恢復(fù)高脂飲食小鼠的腸道微生物群[46]。

乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)生的短鏈脂肪酸被發(fā)現(xiàn)發(fā)揮著調(diào)控腸屏障和腸道菌群的功效。沉淀在腸道的益生菌可以發(fā)酵難以消化的碳水化合物來產(chǎn)生短鏈脂肪酸,而短鏈脂肪酸與腸道通透性有著緊密的聯(lián)系,作為腸上皮細(xì)胞的主要營養(yǎng)來源,可以維持細(xì)胞增殖分化,減少凋亡,維持腸道屏障[47]。HU等[19]使用鼠李糖乳桿菌發(fā)酵胡蘿卜汁,產(chǎn)生的阿魏酰酯酶可以將結(jié)合酚水解為游離酚,釋放有機(jī)酸,灌胃小鼠后發(fā)現(xiàn)盲腸中短鏈脂肪酸的含量明顯增加,短鏈脂肪酸被發(fā)現(xiàn)可以通過激活G蛋白偶聯(lián)受體來影響葡萄糖代謝,激活的受體能誘導(dǎo)腸道激素的分泌,可以調(diào)節(jié)葡萄糖代謝相關(guān)基因的表達(dá),同時腸道中阿克曼氏菌的豐度增加,阿克曼氏菌的豐度被發(fā)現(xiàn)與糖尿病和其他幾種腸道疾病呈負(fù)相關(guān)。

4 展望

本文分析了發(fā)酵胡蘿卜在不同發(fā)酵菌種、不同發(fā)酵工藝及不同健康狀況3方面的應(yīng)用,通過對國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的總結(jié)和分析,發(fā)現(xiàn)發(fā)酵技術(shù)在胡蘿卜產(chǎn)品中得到了廣泛的應(yīng)用,植物乳桿菌、鼠李糖乳桿菌和短乳桿菌是發(fā)酵胡蘿卜應(yīng)用較多的菌種,同時發(fā)酵工藝逐漸傾向于復(fù)合原料、多菌種混合發(fā)酵,并且為腸道菌群紊亂、睡眠質(zhì)量差等健康問題提供了輔助解決措施。但是目前我國發(fā)酵胡蘿卜市場還處于起始階段,大多數(shù)研究都側(cè)重于發(fā)酵后胡蘿卜汁的功能特性,對于發(fā)酵前處理技術(shù)、發(fā)酵過程中的工藝優(yōu)化及專用菌種研究不夠深入,需要進(jìn)一步加以關(guān)注。

首先,乳酸菌發(fā)酵去除胡蘿卜不良風(fēng)味的研究較少,影響了深加工產(chǎn)品的研發(fā),應(yīng)從多組學(xué)技術(shù)相結(jié)合的角度分析其中微生物構(gòu)成、代謝產(chǎn)物特性對胡蘿卜風(fēng)味的影響,利用先進(jìn)感知技術(shù)探究不良風(fēng)味的具體成分,不但有利于發(fā)酵工藝的優(yōu)化,而且能幫助發(fā)酵胡蘿卜菌株的篩選。盡管有許多研究證明發(fā)酵胡蘿卜對于腸道菌群紊亂具有一定的改善效果,但是具體發(fā)揮作用的機(jī)制尚不清楚。因此明晰胡蘿卜發(fā)酵產(chǎn)物的代謝機(jī)制和作用靶點(diǎn),以發(fā)酵產(chǎn)物對腸道菌群和腸道屏障作用的機(jī)制開展研究,從而采取更高效的發(fā)酵工藝來解決腸道健康問題是今后的研究重點(diǎn)。

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