综述：植物基基质发酵中的益生菌：应用、挑战与前景

《EUROPEAN FOOD RESEARCH AND TECHNOLOGY》：Probiotic bacteria in the fermentation of plant-based matrices: application, challenges, and prospects

　　

摘要：对乳制品功能性及可持续替代品的日益关注推动了发酵植物基食品的发展。然而，这些产品中所采用的植物基质、微生物培养物及发酵策略的多样性，要求对其技术和功能潜力进行全面评价。本系统综述依据PRISMA指南（Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses，PRISMA）进行，分析了2015年1月至2025年4月间发表的64项关于发酵植物基产品和乳制品类似物开发的研究。综述聚焦于植物基质、乳酸菌（Lactic Acid Bacteria，LAB）菌株的应用以及所采用的发酵策略。研究最广泛的基质为大豆、燕麦和大米。应用最广泛的微生物包括植物乳植杆菌（Lactiplantibacillus plantarum）、干酪乳杆菌（Lacticaseibacillus casei）、嗜热链球菌（Streptococcus thermophilus）以及新型益生菌菌株如融合魏斯氏菌（Weissella confusa）。其他微生物也被用于未充分利用食品基质的发酵。饮料在已开发产品中占主导地位，冰淇淋和植物基酸奶亦有报道。包括添加菊粉（inulin）和低聚果糖（Fructooligosaccharides，FOS）等益生元的共生制剂（symbiotic formulations）也得到探索。研究表明，发酵是改善质构和挥发性风味特征以及降低抗营养因子的有效过程。部分报道的配方在模拟胃肠道条件下实现了高益生菌活力和存活率。本综述为植物基质、微生物选择与发酵方法之间的关系提供了综合视角，强调了当前进展、技术挑战以及开发发酵植物基乳制品类似物的未来方向。

引言：健康习惯的养成、环境与可持续性意识的提高、对病原体和过敏原的关注以及纯素主义和素食主义的增长，刺激了功能性食品的需求。植物源因其生物活性化合物被广泛用于功能性食品生产，这些化合物与预防心血管疾病、糖尿病及肠道、免疫和神经退行性疾病相关。发酵是广泛应用的技术策略，可通过微生物代谢改善食品的货架期、消化性、感官品质和营养价值。乳酸菌（LAB）发酵与降低抗营养化合物、调节挥发性化合物和改善植物基质感官可接受性相关。益生菌是当给予足量时对宿主健康有益的活微生物，传统上被纳入乳制品，但植物基食品日益受到关注。

方法学：本系统综述依据PRISMA指南进行，于2025年4月检索了Scopus、Web of Science、PubMed和SciELO四个数据库。研究问题基于PICO标准制定。纳入标准为英文文章、全文可获取且聚焦于益生菌发酵植物基乳制品类似物的开发。排除书籍章节、综述文章、会议摘要、重复记录和动物源产品。经标题/摘要初筛和全文评估两阶段筛选，共纳入64篇文章。由于本综述的探索性，未进行正式偏倚风险评估。

结果与讨论：纳入文献中65.62%开发了饮料，31.25%开发了植物基酸奶，3.13%开发了冰淇淋。VOSviewer关键词共现分析确定四个主题聚类：红色聚类围绕植物基质中乳酸菌发酵过程；蓝色聚类聚焦发酵产品技术和功能特性；绿色聚类涉及感官分析和粘度；紫色聚类涵盖益生菌和共生制剂。

蔬菜基质作为新型素食产品的基础：豆类中，大豆因高蛋白含量和技术功能性仍是研究最多的基质，但与藜麦混合可提高持水力（WHC）。黑鹰嘴豆浓缩物可制成高蛋白（12%）低脂（1.7%）饮料。豌豆蛋白含有赖氨酸和精氨酸等必需氨基酸。但豆类含有植酸盐、单宁、凝集素和胰蛋白酶抑制剂等抗营养因子，以及"豆腥味"、"青草味"等不良风味。谷物中，燕麦富含β-葡聚糖，发酵可增强酸化、提高粘度并改善抗氧化活性。苔麸粉（7%）与鼠李糖乳杆菌GG和植物乳植杆菌A6共培养可制成益生菌饮料，菌数达8 log CFU/mL。薏苡仁多糖可调节肠道微生物。发芽糙米可降低植酸含量。假谷物中，藜麦、苋菜和荞麦富含优质蛋白和必需氨基酸，藜麦不同品种被用于发酵饮料，酶促糖化可改善发酵性能。块茎类中，雪莲果根储存低聚果糖（FOS），油莎豆因高淀粉和高葡萄糖含量使发酵仅需8小时即达理想稠度并维持益生菌活力28天，山药可作益生菌冰淇淋的基质，冷冻储存后活菌数保持6 log CFU/g以上。副产品中，亚麻籽油饼可支持LAB生长达6 log CFU/g以上；亚麻荠籽饼的粘液和多糖充当天然增稠剂，冷藏21天维持10⁷ CFU/mL以上；啤酒糟液（20%）与大豆提取物协同发酵，异型发酵的肠膜明串珠菌产生乙醇，故后续采用乳酸乳球菌和植物乳植杆菌组合。非传统食用植物中，蒙古巴（Pachira aquatica）种子脂质含量43.42%、蛋白12.06%，添加5%葡萄糖后经嗜热链球菌、德氏乳杆菌保加利亚亚种和发酵粘液乳杆菌发酵，菌数达8.22 log CFU/mL，冷藏31天后约7.27 log CFU/mL。

基质和技术结合改善感官特性：大米粉、小扁豆和鹰嘴豆（2:1:1）组合实现氨基酸互补，游离必需氨基酸总量较未发酵对照高约67%。角豆（7%）和米（15%）用于植物基酸奶。藜麦与鹰嘴豆粉（50:50）显示较高粘度和约65%的持水能力。黄原胶（0.15% w/v）和瓜尔胶（0.05% w/v）用于椰子饮料可提高粘度并防止脱水收缩。

配方中配料的使用：大米和大麻植物基酸奶中添加甜味和风味成分可降低苦味和涩味，改善整体感官接受度。小球藻（1.5% w/v）添加到大豆提取物中促进短乳杆菌生长，30天后活菌数达8.5±0.20 log CFU/mL。

提高植物基质营养品质和功能特性：酶预处理可改善蛋白质消化率和营养可利用性，菠萝蛋白酶处理扁豆提取物使肽和游离氨基酸含量增加近7倍，酶处理使藜麦基饮料蛋白质溶解度从18.06%提高至54.58%。发芽是最常报告的预处理策略，可分解多糖为寡糖和单糖、蛋白质为游离氨基酸，促进益生菌生长。浸泡和热处理也是常用方法，0.5%抗坏血酸结合蒸汽热烫可防止褐变并维持产品色泽。

具有益生潜力的乳酸菌及其细胞活力：植物乳植杆菌和干酪乳杆菌是研究最多的菌株。微囊化技术可提高菌株在低pH环境中的稳定性。鼠李糖乳杆菌GR-1以耐胆汁和能在人胃肠道存活而著称。16株LAB在米、燕麦或小麦发酵中获得7-8 log CFU/mL。乳酸明串珠菌CCMA 0415因产淀粉酶和植酸酶被用于山药冰淇淋，90天储存保持7 log CFU/g。嗜热链球菌和德氏乳杆菌保加利亚亚种的协同作用可在花生、椰子和大豆基质中应用。动物双歧杆菌乳亚种BB-12、嗜酸乳杆菌LA-5和嗜热链球菌在多种植物提取物中维持6 log CFU/mL以上28天。罗伊氏粘液乳杆菌在薏苡仁基质中达12.96 log CFU/mL。魏斯氏菌属是新兴益生菌候选，其胞外多糖（EPS）产生可改善流变学特性和感官属性。混合培养可产生新风味特征。

共生制剂：FOS和菊粉广泛用作脂肪和糖替代品及质构改性剂。FOS（5% w/v）和瓜尔胶（0.04% w/v）的组合在谷基饮料中最适。菊粉浓度增加可提高微生物稳定性并改善感官接受度。菊粉（20%）和木糖醇（10%）添加到大豆共生饮料中，植物乳植杆菌在模拟胃肠道条件下到达肠道时活力为7.95 log CFU/mL。低聚果糖和聚葡萄糖也有应用。果胶（1% w/v）可减少燕麦饮料脱水收缩达88%并改善流变学特性。

发酵对植物基产品营养、理化及感官特性的影响：发酵温度范围为30-