高麗

摘 要：發(fā)酵是一種常見的食品生產(chǎn)技術(shù)，因食品風(fēng)味獨(dú)特得到消費(fèi)者的青睞。發(fā)酵食品在生產(chǎn)中，乳酸菌、酵母菌均是常用的微生物，明確兩者的作用關(guān)系能為生產(chǎn)過程提供理論支持。本文綜合近年來的研究文獻(xiàn)，從乳酸菌和酵母菌的互相作用入手，詳細(xì)分析了這兩者的互作機(jī)制，以期促進(jìn)發(fā)酵食品行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，提供更加安全、美味的食品。

關(guān)鍵詞：發(fā)酵食品；乳酸菌；酵母菌；關(guān)系；互作機(jī)制

Analysis of the Interaction Mechanism Between Lactic Acid Bacteria and Yeast in Traditional Fermented Foods

GAO Li

（Jiujiang City Testing and Certification Center， Jiujiang 332000， China）

Abstract： Fermentation is a common food production technology that is favored by consumers due to its unique flavor. Lactic acid bacteria and yeast are commonly used microorganisms in the production of fermented food. Clarifying the relationship between the two can provide theoretical support for the production process. In this paper， based on the recent literature， the interaction mechanism between lactic acid bacteria and yeast was analyzed in detail， in order to promote the high-quality development of the fermented food industry and provide safer and more delicious food.

Keywords： fermented food; lactic acid bacteria; yeast; relationship; interaction mechanism

我國古代就形成了成熟的發(fā)酵技術(shù)，典型代表是將谷物釀造成酒。傳統(tǒng)發(fā)酵食品在生產(chǎn)中使用的菌種豐富、來源廣泛，不僅為食品賦予了獨(dú)特風(fēng)味，而且增加了營養(yǎng)成分[1]。然而，利用現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)進(jìn)行規(guī)?；a(chǎn)，反而效果不甚理想，主要原因是微生物組成復(fù)雜，發(fā)酵過程的控制難度大。例如，乳酸菌在發(fā)酵乳品中占據(jù)主導(dǎo)地位，但部分乳制品中有酵母菌，這兩者結(jié)合混合發(fā)酵，減少了乳制品中的蛋白質(zhì)和脂質(zhì)成分，增加了黏性多糖成分，改變了產(chǎn)品風(fēng)味[2]。實(shí)際上，乳酸菌與酵母菌的關(guān)系復(fù)雜，既有促進(jìn)作用，又有抑制作用，具體的作用機(jī)制尚不明確。因此，研究這兩者的互作機(jī)制具有重要價(jià)值。

1 傳統(tǒng)發(fā)酵食品發(fā)酵常用的微生物

傳統(tǒng)發(fā)酵食品在發(fā)酵時(shí)，常用的微生物包括兩大類，一類是真菌，如釀酒酵母、橢圓酵母、卡爾酵母、毛霉屬、根霉屬、曲霉屬和地霉屬等。另一類是細(xì)菌，包括乳酸菌、醋酸桿菌、非致病棒桿菌等。

酵母菌是單細(xì)胞真菌，在有氧、無氧條件下均能存活，能把糖發(fā)酵為酒精和二氧化碳，屬于天然發(fā)酵劑。在普通的糧食制品如餅干、面包、蛋糕中，加入5%的酵母粉可提高食品的營養(yǎng)價(jià)值[3]。以乳清為原料生產(chǎn)的酵母中提取的乳糖酶，可用于牛奶加工以增加甜度，乳糖不耐受人群也能飲用此牛奶。

乳酸菌共有200多種，廣泛存在于人體腸道中，可維持腸道內(nèi)的菌群平衡，促進(jìn)食物消化和營養(yǎng)吸收，增強(qiáng)機(jī)體免疫力。其中，同型乳酸菌發(fā)酵時(shí)，可將發(fā)酵液中80%～90%的乳糖轉(zhuǎn)換為乳酸，常用菌種有保加利亞乳桿菌、嗜酸乳桿菌和嗜熱鏈球菌等[4]。異型乳酸菌發(fā)酵時(shí)，可將發(fā)酵液中50%的乳糖轉(zhuǎn)換為乳酸，常用菌種有乳脂明串珠菌、葡聚糖明串珠菌等。

2 乳酸菌和酵母菌的互相作用

2.1 協(xié)同作用

乳酸菌與酵母菌具有共生性，兩者聯(lián)合發(fā)酵可產(chǎn)生協(xié)同作用。張愛霞等[5]使用酵母菌發(fā)酵多谷物雜糧面包時(shí)，添加乳酸菌粉可減小面團(tuán)的pH值、增大面團(tuán)體積，降低面包的硬度、咀嚼性和膠黏性，相較于單一酵母菌發(fā)酵可改善面包的品質(zhì)。國外研究發(fā)現(xiàn)，乳酸菌與酵母菌的協(xié)同作用受培養(yǎng)溫度的影響，兩者混合發(fā)酵乳制品的過程中，先控制培養(yǎng)溫度為30 ℃，此時(shí)酵母菌大量增殖，代謝產(chǎn)物能被乳酸菌利用；再將溫度提高至37 ℃，此時(shí)乳酸菌大量增殖，相比于單獨(dú)的乳酸菌發(fā)酵可增加其活菌數(shù)[6]。

2.2 拮抗作用

乳酸菌與酵母菌之間除了協(xié)同作用，還存在拮抗作用，如部分乳酸桿菌會(huì)受到假絲酵母、畢赤酵母、乳酸克魯維酵母和漢遜德巴利酵母的抑制。王小標(biāo)等[7]以新疆酸馬乳為對象，分析乳酸乳球菌WLB5、干酪乳桿菌MLS5、馬克思克魯維酵母菌WWMJ1之間的相互作用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)WLB5能促進(jìn)WWMJ1生長，WWMJ1能促進(jìn)MLS5生長，但MLS5會(huì)抑制WWMJ1生長。對于這種抑制作用，其作用機(jī)理有待進(jìn)一步研究，目前主流觀點(diǎn)有兩個(gè)方面。①菌種對營養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)生競爭。②代謝產(chǎn)物對菌群生長帶來不利影響。

3 乳酸菌和酵母菌互作機(jī)制的研究技術(shù)

3.1 分離鑒定技術(shù)

分離鑒定技術(shù)是一種傳統(tǒng)的技術(shù)方法，主要是分析菌群的數(shù)量、生長狀態(tài)、代謝產(chǎn)物等，進(jìn)而對乳酸菌和酵母菌的互作機(jī)制進(jìn)行推測。徐偉良等[8]建立牛乳自然發(fā)酵體系，分析乳酸菌、酵母菌的活菌動(dòng)態(tài)變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)牛乳發(fā)酵中乳酸菌的生長具有延遲期、對數(shù)期、穩(wěn)定期3個(gè)階段，而酵母菌沒有明顯的對數(shù)期階段，隨著乳酸菌生長酵母菌生長受到抑制。分離鑒定技術(shù)目前應(yīng)用廣泛，但發(fā)酵過程中微生物的數(shù)量大、代謝產(chǎn)物多，逐一分離鑒定效率低、成本高，且數(shù)據(jù)分析結(jié)果不夠可靠，逐漸被新型技術(shù)手段取代。

3.2 代謝組學(xué)技術(shù)

代謝組學(xué)技術(shù)是效仿基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)的研究思想，對生物體的代謝物質(zhì)進(jìn)行定量分析，明確代謝物與生理病理變化的相對關(guān)系，模式識(shí)別、專家系統(tǒng)是主要技術(shù)方法。具體到發(fā)酵食品中，代謝組學(xué)技術(shù)是對發(fā)酵過程的代謝產(chǎn)物進(jìn)行鑒定，利用生物信息數(shù)據(jù)庫分析代謝通路，全面研究代謝產(chǎn)物的變化，進(jìn)而明確微生物之間的互作機(jī)制。孫哲航[9]針對馬奶發(fā)酵中的優(yōu)勢菌群，采用代謝組學(xué)技術(shù)分析干酪乳桿菌與單孢釀酒酵母在特定條件下的代謝產(chǎn)物，結(jié)果發(fā)現(xiàn)氨基酸類代謝產(chǎn)物可能是促進(jìn)乳酸菌生長的重要因子，脯氨酸、苯丙氨酸、甲硫氨酸、酪氨酸和精氨酸的大量合成對酸馬奶具有益生作用。值得注意的是，代謝產(chǎn)物的變化可能是微生物自身調(diào)控所致，也可能是其他因素的干擾，因此還要考慮到基因?qū)用妫员ＷC研究過程的可靠性。

3.3 轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)

轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)研究細(xì)胞基因的表達(dá)與轉(zhuǎn)錄，以DNA為模板合成RNA的轉(zhuǎn)錄過程，是基因表達(dá)的第一步，也是對基因表達(dá)進(jìn)行調(diào)控的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在發(fā)酵食品中，利用轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)提取微生物的mRNA，可了解微生物在發(fā)酵過程中的結(jié)構(gòu)、生長、代謝等情況，進(jìn)而明確不同微生物之間的互作機(jī)制。以發(fā)酵的面團(tuán)為例，釀酒酵母、舊金山乳桿菌、戊糖片球菌混合發(fā)酵時(shí)，涉及的代謝過程有蛋白質(zhì)代謝、脂肪酸代謝、生物素代謝、半乳糖代謝和碳水化合物代謝等。采用轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)分析發(fā)現(xiàn)釀酒酵母中的甘油-3-磷酸酶基因明顯上調(diào)，磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶基因明顯下調(diào)，說明混合發(fā)酵增加了甘油、有機(jī)酸的合成量[10]。需要注意的是，轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究的是微生物尚未進(jìn)行的生理活動(dòng)，至于這些生理活動(dòng)有沒有真正發(fā)生，需要結(jié)合代謝產(chǎn)物進(jìn)行驗(yàn)證。

4 乳酸菌和酵母菌的互作機(jī)制分析

乳酸菌和酵母菌混合發(fā)酵時(shí)，相較于單一菌種發(fā)酵時(shí)的生長情況、菌群結(jié)構(gòu)、代謝產(chǎn)物均有較大差異。總體上，這兩者的互相作用向著有利于生長代謝的方向進(jìn)行，也就是常說的互利共生、偏利共生?；プ鳈C(jī)制介紹如下。

4.1 代謝互補(bǔ)機(jī)制

乳酸菌和酵母菌的代謝互補(bǔ)機(jī)制，是一種較為常見的互作機(jī)制，在不同的發(fā)酵食品中，代謝互補(bǔ)機(jī)制也有一些差異。例如，在發(fā)酵乳中，乳酸菌可將乳糖轉(zhuǎn)化為半乳糖，酵母菌利用半乳糖可產(chǎn)生丙酮酸，乳酸菌和酵母菌共同利用丙酮酸形成乳酸，如此循環(huán)。在發(fā)酵面團(tuán)中，酵母菌可產(chǎn)生氨基酸、維生素，為乳酸菌的生長提供營養(yǎng)成分；乳酸菌生成葡萄糖，又能為酵母菌的生長提供營養(yǎng)成分[11]。在發(fā)酵蔬菜中，酵母菌產(chǎn)生氨基酸被乳酸菌利用，乳酸菌的代謝產(chǎn)物乳酸能形成乳酸鹽，乳酸鹽為酵母菌提供了碳源。

代謝互補(bǔ)機(jī)制存在的根源是不同微生物擁有的酶系不同，乳酸菌和酵母菌在分解碳源時(shí)，均缺乏某一類特異性酶，利用對方代謝的酶解產(chǎn)物，有助于菌群繼續(xù)反應(yīng)。發(fā)酵過程中，酵母菌需要的條件簡單，而乳酸菌需要的條件復(fù)雜，因此酵母菌能為乳酸菌提供營養(yǎng)物質(zhì)。例如，在含有氮源的環(huán)境中，酵母菌能產(chǎn)生氨基酸，是乳酸菌生長的必要成分；乳酸菌可將乳糖分解為葡萄糖，葡萄糖能被酵母菌直接利用[12]。如此一來，即使是在營養(yǎng)條件不充分的環(huán)境下，酵母菌與乳酸菌聯(lián)合發(fā)酵，也能促進(jìn)兩個(gè)菌群的生長，提高發(fā)酵效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

4.2 細(xì)胞競爭機(jī)制

在相同的培養(yǎng)條件下，乳酸菌單獨(dú)培養(yǎng)、酵母菌單獨(dú)培養(yǎng)與兩者共同培養(yǎng)的菌群的生長有較大差異。洪家麗等[13]研究在紅曲黃酒的釀造過程中，加入不同的乳酸菌對酵母菌生長的影響，其中植物乳桿菌、干酪乳桿菌會(huì)抑制酵母生長，對紅曲黃酒的品質(zhì)存在不良影響。這一情況是乳酸菌與酵母菌直接或間接影響細(xì)胞生長所致，作用途徑以競爭為主，以影響代謝產(chǎn)物為輔。

在競爭方面，現(xiàn)有研究證實(shí)乳酸菌和酵母菌對脂肪酸具有競爭關(guān)系。例如，青貯飼料發(fā)酵前期，乳酸菌屬于優(yōu)勢菌種，與酵母菌競爭可得到更多營養(yǎng)成分，導(dǎo)致酵母菌生長緩慢。在代謝產(chǎn)物方面，乳酸菌會(huì)產(chǎn)生乳酸，隨著乳酸的大量積累，會(huì)導(dǎo)致環(huán)境中的pH值降低，反而不利于酵母菌生長。相反，乙醇和乳酸發(fā)生酯化反應(yīng)后，會(huì)降低乳酸菌和酵母菌的細(xì)胞活性[14]。

4.3 群體感應(yīng)機(jī)制

群體感應(yīng)指的是菌群隨著密度的增大以及生長周期的變化，會(huì)釋放出化學(xué)信號(hào)分子，導(dǎo)致菌群的生化特性改變，而這個(gè)特性是單個(gè)菌體不具備的。其中，乳酸菌的群體感應(yīng)系統(tǒng)包括兩個(gè)。①種間群體感應(yīng)系統(tǒng)，由luxS基因和Pfs基因調(diào)控。②G+群體感應(yīng)系統(tǒng)，由ABC轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)和雙組分系統(tǒng)組成，前者負(fù)責(zé)信號(hào)分子的轉(zhuǎn)運(yùn)，后者負(fù)責(zé)信號(hào)分子濃度的檢測和調(diào)控。

酵母菌的群體感應(yīng)信號(hào)分子主要有色氨酸、醇類和酸類，如乙酸調(diào)控釀酒酵母W141產(chǎn)生2，3-丁二醇[15]。部分酵母菌無法產(chǎn)生感應(yīng)信號(hào)分子，而是利用代謝產(chǎn)物對這些信號(hào)分子產(chǎn)生影響，繼而調(diào)控細(xì)胞生長代謝。一項(xiàng)研究中，選擇2株乳酸菌和4株酵母菌共同培養(yǎng)，結(jié)果顯示3株酵母菌會(huì)抑制乳酸菌產(chǎn)生AI-2信號(hào)分子，但它們的代謝產(chǎn)物均能使乳酸菌產(chǎn)生該信號(hào)分子[16]。

5 結(jié)語

綜上所述，傳統(tǒng)發(fā)酵食品生產(chǎn)中，乳酸菌和酵母菌是常用的微生物，兩者聯(lián)合發(fā)酵會(huì)產(chǎn)生相互作用，包括協(xié)同作用和拮抗作用。本文結(jié)合近年來的文獻(xiàn)報(bào)道，從代謝互補(bǔ)、細(xì)胞競爭、群體感應(yīng)這3個(gè)方面分析了兩者的互作機(jī)制。未來，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和研究方法的更新，利用并調(diào)控乳酸菌和酵母菌的互作機(jī)制，有助于生產(chǎn)出品質(zhì)更高的發(fā)酵食品，滿足消費(fèi)者對獨(dú)特風(fēng)味的需求。

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