多物种乳酸菌的安全性评估、益生菌及功能性筛选及其在商业化植物基发酵饮料中的应用性能

《Food Bioscience》：Safety assessment, probiotic and functional selection of lactic acid bacteria from multiple species and their performance in commercial plant-based fermented beverages

　　

本研究评估了17株来自西班牙典型培养物保藏中心(CECT)的不同种乳酸菌(LAB)菌株的安全性、益生菌潜力及功能性能，以探讨其作为发酵剂培养物在植物基发酵饮料中的应用潜力。溶血、抗生素敏感性和黏液蛋白降解试验确定15株菌为安全候选菌株。所有分离株均表现出对酸性和胃蛋白酶条件的强耐受性(≥85%)，而在模拟肠道条件下的存活率为39%–70%，表明菌株对胆汁盐和胰酶的耐受性具有依赖性差异。功能与益生菌特性表征揭示了显著的种间差异，抗氧化活性最高可达37%的ABTS抑制率，而自聚集率和疏水性分别为55%–58%和70%–88%。多数菌株产生胞外多糖(EPS)，表明其在改善发酵饮料质地和稳定性方面具有技术应用潜力。酶学分析(API? ZYM)显示显著的蛋白水解和碳水化合物降解活性，尤其是亮氨酸芳基酰胺酶和β-半乳糖苷酶。主成分分析结合加权和模型确定L. sakei CECT 906、L. helveticus CECT 414、L. curvatus CECT 904和L. buchneri CECT 4111为最具潜力的候选菌株。以市售燕麦、大米和杏仁饮料为发酵基质的发酵试验表明，所有选定菌株均达到10⁸–10⁹ CFU/mL，并有效降低pH值，其中燕麦基质中酸化能力更强(最终pH 3.4–3.6)。L. buchneri表现出最高的稳健性，尽管杏仁饮料初始pH值较高，仍能有效酸化。总体而言，这些结果凸显了L. buchneri作为开发植物基发酵饮料的候选发酵剂培养物的潜力。

**多物种乳酸菌的安全性与益生菌功能筛选及其在商业化植物基发酵饮料中的应用研究解读**

**一、研究背景与目的**

随着消费者健康意识提升以及对可持续膳食结构的需求增长，以植物基替代品为代表的食品创新正成为食品工业的重要发展方向。植物基饮料虽具有天然、低饱和脂肪等优点，但往往缺乏发酵食品所具备的微生物安全性和功能健康属性。乳酸菌(lactic acid bacteria, LAB)作为传统发酵食品中的核心微生物，具有改善风味、延长保质期、产生有益代谢物等作用，被认为是开发功能性植物基发酵产品的理想发酵剂来源。然而，不同LAB物种间的安全性、益生菌特性及发酵性能存在显著差异，且缺乏针对多物种系统比较的系统性研究。因此，开展涵盖多物种LAB的安全性评估、益生菌特性筛选及发酵应用验证，对于开发新型植物基益生菌发酵饮料具有重要意义。本研究旨在从西班牙典型培养物保藏中心(CECT)选取的17株不同种LAB中，系统评估其安全性、益生菌潜力与技术性能，并筛选出最具应用前景的候选菌株用于市售植物基饮料的发酵验证。

**二、主要技术方法**

研究人员采用体外安全性评估(溶血活性、抗生素敏感性、黏液蛋白降解试验)、模拟胃肠道耐受性试验(酸耐受、胃蛋白酶/胰酶/胆汁盐耐受)、益生菌功能表征(自聚集率、细胞表面疏水性、ABTS自由基清除活性、胞外多糖(EPS)产生能力、API? ZYM酶学谱分析)、主成分分析(PCA)结合加权和模型(WSM)的多准则决策分析，以及市售燕麦、大米、杏仁饮料的发酵验证试验。菌株均来源于西班牙典型培养物保藏中心(CECT)。

**三、研究结果**

**1. 安全性评估**：溶血试验显示W. cibaria和W. confusa两株菌具有β-溶血活性，其余15株均为γ-溶血(无溶血活性)。抗生素敏感性试验表明，所有菌株对氯霉素、克林霉素、红霉素、青霉素和四环素敏感，但对链霉素和卡那霉素普遍耐药，对万古霉素除Lcb. casei外均耐药。黏液蛋白降解试验显示所有菌株均不具黏液蛋白降解活性，表明其不损害肠道黏膜屏障。

**2. 益生菌特性表征**：酸耐受试验显示所有菌株在pH 3条件下存活率良好，Lb. helveticus降低最小(0.03 log CFU/mL)。模拟胃肠道耐受试验中，胃蛋白酶阶段存活率较高(降低0.04–1.04 log CFU/mL)，但肠道阶段(胰酶+胆汁盐)存活率显著下降，Lat. sakei(2.93 log CFU/mL)、Lb. helveticus(3.10 log CFU/mL)和Lent. buchneri(3.23 log CFU/mL)耐受性最佳。自聚集率以Lat. sakei最高(57.93%)，疏水性以Lib. salivarius最高(88.16%)。抗氧化活性以Lib. salivarius最高(37.54% ABTS抑制率)，Lent. buchneri次之(37.01%)。除Lib. salivarius外，所有菌株均产生EPS。

**3. 酶学特性**：API? ZYM分析表明，多数菌株具有高亮氨酸芳基酰胺酶和缬氨酸芳基酰胺酶活性，以及广泛的β-半乳糖苷酶活性。Lpb. plantarum具有最广泛的糖苷酶谱(α-半乳糖苷酶、β-半乳糖苷酶、α-葡萄糖苷酶、β-葡萄糖苷酶)。所有菌株均未检测到β-葡萄糖醛酸酶活性，提示良好的安全性。

**4. 菌株筛选**：PCA分析显示前两个主成分解释58.7%的总方差。WSM加权评分确定Lat. sakei(0.80)、Lb. helveticus(0.76)、Lat. curvatus(0.76)和Lent. buchneri(0.73)为综合益生菌潜力最高的菌株。

**5. 发酵应用验证**：四种选定菌株均能在燕麦、大米和杏仁饮料中有效生长，最终活菌数达10⁸–10⁹ CFU/mL。燕麦基质酸化效果最佳(最终pH 3.45–3.56)，大米次之，杏仁基质酸化能力最弱。Lent. buchneri在杏仁饮料中表现出最高的发酵稳健性，将pH从7.45降至4.37，且活菌数最高(8.89 log CFU/mL)。

**四、讨论与结论**

本研究通过整合安全性评估、功能表征、多变量分析和发酵验证，系统筛选出适用于植物基益生菌饮料的LAB候选菌株。Lat. sakei、Lb. helveticus、Lat. curvatus和Lent. buchneri被确定为最具应用前景的菌株。值得注意的是，Lb. helveticus、Lat. curvatus和Lent. buchneri传统上被视为技术型而非典型益生菌菌种，其出色表现凸显了益生菌特性的菌株依赖性，表明仅凭分类学不能推断益生菌潜力。发酵试验证实了这些菌株的技术可行性，其中燕麦基质是最适发酵底物，而Lent. buchneri在营养条件较不利的杏仁基质中展现了卓越的代谢适应性和发酵性能。总体而言，该研究为开发下一代植物基益生菌发酵饮料提供了菌株筛选框架和实验依据，证实了精心筛选的LAB能够同时满足安全性、益生菌和技术性能标准于非乳制品体系中。