安 江，劉敬科，生慶海，趙 巍，李朋亮，賈艷菊，張愛霞, ，劉 晶,

（1.河北經(jīng)貿(mào)大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院，河北石家莊 050061；2.河北省農(nóng)林科學(xué)院生物技術(shù)與食品科學(xué)研究所，河北石家莊 050051）

雜糧面包是以小麥粉添加一種或幾種雜糧（燕麥、小米、蕎麥、紅豆等）制作面包的統(tǒng)稱。與普通小麥面包相比，雜糧面包含有更加豐富的礦物質(zhì)、維生素、膳食纖維、抗性淀粉和多酚等營養(yǎng)功能成分[1-2]，對人體健康大有裨益，尤其很多雜糧具有較低的血糖生成指數(shù)[3]，非常適合血糖控制人群食用。但是，由于雜糧的加工適應(yīng)性差[4-5]，在一定程度上阻礙了雜糧面包產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，因此探索一種切實(shí)有效的雜糧面包品質(zhì)改良技術(shù)成為了研究者們關(guān)注的焦點(diǎn)。

乳酸菌是一類具有保護(hù)腸道健康、提高機(jī)體免疫和改善慢性疾病功能的有益微生物[6]。乳酸菌與酵母菌間存在共生關(guān)系，將乳酸菌發(fā)酵技術(shù)應(yīng)用于雜糧面包，能大大提高雜糧面包的品質(zhì)，增強(qiáng)雜糧面包的營養(yǎng)和功能特性。研究證實(shí)，添加乳酸菌發(fā)酵提高了蕎麥面包、鷹嘴豆面包的比容和柔軟度，改善雜糧面包的烘焙特性和感官接受程度[7-8]。乳酸菌發(fā)酵增加了黑豆面包總膳食纖維和水溶性膳食纖維含量[9]，提高雜糧面團(tuán)的抗氧化能力和氨基酸產(chǎn)量[10]，并有效抑制霉菌生長提高雜糧面包的貯藏穩(wěn)定性[11]。而且，添加乳酸菌發(fā)酵的雜糧面包血糖調(diào)節(jié)能力進(jìn)一步增強(qiáng)[12-13]，研究者們對乳酸菌代謝與雜糧互作調(diào)節(jié)血糖間的關(guān)系也展開了一系列研究。本文首先對乳酸菌和酵母菌的代謝關(guān)系進(jìn)行梳理，分析乳酸菌發(fā)酵對雜糧面包品質(zhì)的改善效果，通過探索雜糧發(fā)酵過程中乳酸菌代謝與血糖調(diào)節(jié)因子間的關(guān)系，進(jìn)一步明確乳酸菌發(fā)酵雜糧面包降糖機(jī)理，以期為雜糧面包產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和糖尿病患者食品的研究提供參考。

1 乳酸菌發(fā)酵酸面團(tuán)加工技術(shù)研究

1.1 乳酸菌發(fā)酵酸面團(tuán)中的主要微生物

乳酸菌發(fā)酵酸面團(tuán)是一個復(fù)雜的微生物體系，發(fā)酵過程中乳酸菌和酵母菌占主導(dǎo)地位。目前，已從乳酸菌發(fā)酵酸面團(tuán)中分離出來多種乳酸菌，主要是乳桿菌屬和片球菌屬，其中短乳桿菌、發(fā)酵乳桿菌、干酪乳桿菌、植物乳桿菌和舊金山乳桿菌常用于雜糧面包的發(fā)酵[14]。乳酸菌的發(fā)酵類型是影響酸面團(tuán)品質(zhì)的一個重要因素，不同發(fā)酵類型的乳酸菌發(fā)酵過程中產(chǎn)氣量不同，從而影響面團(tuán)的體積。同型乳酸發(fā)酵是通過糖酵解途徑將葡萄糖轉(zhuǎn)化為乳酸，整個發(fā)酵過程不產(chǎn)氣，形成的酸面團(tuán)體積變化較小，常見的乳酸菌有乳桿菌屬、腸球菌屬和鏈球菌屬，典型菌種主要有德氏乳桿菌和嗜酸乳桿菌；異型乳酸發(fā)酵是通過戊糖磷酸途徑將葡萄糖糖轉(zhuǎn)化為乳酸、二氧化碳和乙酸，形成的酸面團(tuán)體積膨大，較為柔軟，常見的乳酸菌有乳桿菌屬、明串珠菌屬和魏斯氏菌屬，典型菌種主要有發(fā)酵乳桿菌和短乳桿菌；兼性異型乳酸發(fā)酵是同時(shí)進(jìn)行糖酵解途徑和戊糖磷酸途徑，產(chǎn)生的二氧化碳增大了酸面團(tuán)的體積，常見的乳酸菌有乳桿菌屬和片球菌屬，典型菌種主要有植物乳桿菌和干酪乳桿菌[15]。酸面團(tuán)主要是通過異型發(fā)酵的乳桿菌進(jìn)行發(fā)酵[15]。

酵母菌也是乳酸菌發(fā)酵酸面團(tuán)中的主要微生物。酵母菌利用面團(tuán)中豐富的糖類產(chǎn)生二氧化碳，保持面團(tuán)的松軟，同時(shí)產(chǎn)生多種生物活性物質(zhì)（如肽、氨基酸、維生素和多酚）、揮發(fā)性和非揮發(fā)性化合物，賦予面團(tuán)營養(yǎng)與風(fēng)味[16]。面團(tuán)中乳酸菌利用糖類產(chǎn)生有機(jī)酸等物質(zhì)，為酵母菌生長繁殖提供了適宜的環(huán)境，酵母菌數(shù)量增加，產(chǎn)氣量增大，同時(shí)乳酸菌的酸化作用改善了面團(tuán)的柔韌性，增加了面團(tuán)持氣量，最終面團(tuán)體積膨大，風(fēng)味物質(zhì)增加，改善了產(chǎn)品的質(zhì)地、香味和滋味[17-18]。研究發(fā)現(xiàn)，酵母菌種類繁多，分布最廣的酵母菌種類是釀酒酵母、少孢哈薩克斯坦酵母、庫德里阿茲威畢赤酵母和德爾布有孢圓酵母，其中釀酒酵母是最為常見的酵母菌種類，具有良好的面團(tuán)發(fā)酵性能[16]。

1.2 乳酸菌和酵母菌的互作機(jī)理

乳酸菌和酵母菌的相互作用會影響面團(tuán)的酸化、風(fēng)味和貯藏能力。了解乳酸菌和酵母菌間的代謝關(guān)系，不僅為面團(tuán)和雜糧面包的品質(zhì)改善提供理論基礎(chǔ)，還為食品工業(yè)開發(fā)新的微生物發(fā)酵劑提供新思路。

面團(tuán)發(fā)酵過程中乳酸菌和酵母菌間的代謝關(guān)系主要是共生關(guān)系。酵母菌將二糖水解為葡萄糖，促進(jìn)乳酸菌的生長；乳酸菌利用葡萄糖產(chǎn)生有機(jī)酸等物質(zhì)，能夠給酵母菌提供適宜的生長環(huán)境[17]。酸面團(tuán)發(fā)酵過程中，乳酸和乙酸的含量有所提高，這與酵母菌和乳酸菌相互利用代謝產(chǎn)物有關(guān)。酵母菌發(fā)酵產(chǎn)生大量的氨基酸，能夠作為乳酸菌的代謝底物，同時(shí)誘導(dǎo)乳酸菌利用自身的蛋白酶和肽酶水解蛋白質(zhì)產(chǎn)生氨基酸，增加風(fēng)味物質(zhì)[18]。乳酸菌與酵母菌相互作用對菌株的繁殖和代謝均有積極作用，通過影響菌株的碳水化合物的運(yùn)輸、能量代謝、半乳糖代謝和氨基酸代謝等機(jī)制增加代謝產(chǎn)物的含量[19]。比如酵母菌與植物乳桿菌互作可以生成苯乳酸，通過添加酵母液，苯乳酸生物合成底物濃度增加，促進(jìn)乳酸菌的生長，提高苯乳酸的合成效率[20]。酸面團(tuán)中乳酸菌與酵母菌間不會產(chǎn)生消極影響，而酵母菌的生長能夠抑制面粉中自然存在的微生物生長，減緩pH下降速度，發(fā)酵24 h，接種釀酒酵母的酸面團(tuán)pH高于未添加組[21]。乳酸菌和酵母菌的共生關(guān)系有利于彼此的生長繁殖，共同發(fā)酵產(chǎn)生的有機(jī)酸和氨基酸等，豐富了面團(tuán)的營養(yǎng)風(fēng)味，減輕了面團(tuán)的霉變程度。

1.3 乳酸菌發(fā)酵酸面團(tuán)制備技術(shù)

通過自然發(fā)酵法制作酸面團(tuán)是一種古老的食品加工技術(shù)，主要的微生物包括乳酸菌和酵母菌。酸面團(tuán)歷史悠久，應(yīng)用范圍廣泛，在國外主要用于面包的發(fā)酵，制作酸面包；在我國酸面團(tuán)又稱為“老面”或“老酵頭”等，主要用于饅頭和包子的發(fā)酵，如今也用來制作面包[14]。乳酸菌發(fā)酵酸面團(tuán)制備技術(shù)有四種，表1是四種制備技術(shù)的接種方式、發(fā)酵方式、菌株類型、發(fā)酵條件、面團(tuán)狀態(tài)、使用方法以及優(yōu)缺點(diǎn)。人工接種的菌株類型為優(yōu)勢菌株，菌株代謝產(chǎn)物清晰，便于生產(chǎn)和運(yùn)輸；自然接種、人工和自然接種的菌株類型不確定，風(fēng)味物質(zhì)較多，但產(chǎn)品存在安全隱患。

表1 乳酸菌發(fā)酵酸面團(tuán)制備技術(shù)Table 1 Preparation technology of lactic acid bacteria fermented sourdough

2 乳酸菌發(fā)酵對雜糧面包品質(zhì)的改善

雜糧普遍缺乏面筋蛋白，因此制作的面包存在體積小、質(zhì)構(gòu)性能差、口感不佳等問題，乳酸菌發(fā)酵對雜糧面包品質(zhì)改善方面發(fā)揮著極其重要的作用。下面主要從乳酸菌發(fā)酵對改善雜糧面包比容、感官品質(zhì)、營養(yǎng)、風(fēng)味和貯藏穩(wěn)定性方面進(jìn)行闡述。

2.1 乳酸菌發(fā)酵提高雜糧面包的比容

比容是評價(jià)雜糧面包品質(zhì)的重要指標(biāo)，相同質(zhì)量的雜糧面包比容越大柔軟度越高。研究發(fā)現(xiàn)，雜糧普遍缺乏面筋蛋白，添加雜糧制作的面包比容降低，以大豆、燕麥等為原料配制的雜糧混合粉代替5%、10%、15%和20%小麥粉研制的雜糧面包，隨著混合粉添加量增加，面包比容逐漸降低[28]，添加乳酸菌發(fā)酵后雜糧面包的比容增加，雜糧面包更加柔軟[29]。研究表明，添加適宜含量的乳酸菌會提高雜糧面包的比容，添加過量乳酸菌會抑制酵母菌的生長，不利于面團(tuán)發(fā)酵，在紫薯面包中酵母菌和乳酸菌添加量比為1:2時(shí)，紫薯面團(tuán)柔軟度較佳，紫薯面包比容最大[30]。不同種類乳酸菌對雜糧面包比容的改善效果不同，食竇魏斯氏菌和融合魏斯氏菌發(fā)酵蕎麥面包，比容分別增加10.60%和2.62%，食竇魏斯氏菌產(chǎn)胞外多糖含量較高，具有較好改善蕎麥酸面包品質(zhì)的效果[7]；添加植物乳桿菌發(fā)酵的雜糧面包比容增加15.20%，結(jié)構(gòu)更柔軟，口感更佳[31]。分析添加乳酸菌提高雜糧面包比容的原因，可能為乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)生有機(jī)酸激活雜糧面團(tuán)中的谷物內(nèi)源性蛋白酶，使面筋蛋白的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)受到破壞，雜糧面團(tuán)的柔軟度得到提高[31]；酸性環(huán)境還提高酵母菌的產(chǎn)氣能力，增加雜糧面團(tuán)的體積；乳酸菌發(fā)酵增加的親水基團(tuán)與面筋蛋白形成致密的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)對結(jié)合水的束縛能力，提高雜糧面團(tuán)的彈性和韌性，改善雜糧面團(tuán)的持氣能力[32]；乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)物胞外多糖與蛋白質(zhì)形成交聯(lián)作用，增強(qiáng)雜糧面團(tuán)的穩(wěn)定性和儲氣能力[33]，改善雜糧面包比容。因此，乳酸菌發(fā)酵可以增強(qiáng)酵母菌的產(chǎn)氣能力和雜糧面團(tuán)的持氣能力，改善雜糧面團(tuán)的柔軟度和穩(wěn)定性，提高雜糧面包的比容。

2.2 乳酸菌發(fā)酵改善雜糧面包的感官品質(zhì)

雜糧面包感官品質(zhì)主要從外觀、色澤、質(zhì)地和風(fēng)味口感等方面進(jìn)行評價(jià)。雜糧中含有較高的膳食纖維，在面團(tuán)中添加雜糧，會降低面團(tuán)及面筋蛋白的結(jié)構(gòu)，影響產(chǎn)品的感官品質(zhì)。乳酸菌的添加，降低了雜糧面包的硬度、膠粘性和咀嚼性，增大了內(nèi)聚性和彈性，對雜糧面包的質(zhì)構(gòu)有積極影響[31]。黑豆麥麩面包加入乳酸片球菌和戊糖片球菌后，面包的硬度分別降低12.51%和16.80%，彈性增大，咀嚼性降低[9]，改善了雜糧面包的品質(zhì)。乳酸菌發(fā)酵會改變面團(tuán)揉混特性和流變特性，從而影響雜糧面包的感官品質(zhì)。面團(tuán)經(jīng)副干酪乳桿菌發(fā)酵后，粉質(zhì)曲線更加穩(wěn)定，扭矩和形成時(shí)間增大，面團(tuán)的面筋強(qiáng)度和加工特性增強(qiáng)[34]，制作的雜糧面包口感更佳。Clarke等[35]測定了酸面團(tuán)的流變特性，結(jié)果表明酸面團(tuán)的添加不同程度地降低了面團(tuán)的黏彈性，更容易加工，制作的雜糧面包更柔軟。蕎麥面包中添加植物乳桿菌和發(fā)酵乳桿菌后，改善了產(chǎn)品的色澤、風(fēng)味和口感，并且發(fā)酵乳桿菌對蕎麥面包感官品質(zhì)改善效果更好[36]。武盟等[8]利用高產(chǎn)α-半乳糖苷酶乳酸菌發(fā)酵制作的鷹嘴豆面包，外觀飽滿，香氣濃郁，質(zhì)地更加松軟，整體可接受度達(dá)到7.2分。有學(xué)者認(rèn)為乳酸菌提供的酸性環(huán)境改變了面筋蛋白的電荷量，增強(qiáng)了蛋白質(zhì)分子間的電荷斥力，蛋白質(zhì)的纏繞度降低，使面團(tuán)延展性更好，雜糧面包彈性增大，硬度降低，雜糧面包的品質(zhì)得到改善[37]。另一個原因是雜糧面團(tuán)中膳食纖維在酸性環(huán)境下溶解度增大，面筋蛋白的機(jī)械強(qiáng)度降低，添加的乳酸菌降低了膳食纖維對面筋網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)造成的破壞，加強(qiáng)面筋網(wǎng)絡(luò)之間的連接[38]。乳酸菌發(fā)酵可以改變蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，改善膳食纖維對雜糧面團(tuán)的破壞程度，降低雜糧面包的硬度，提高雜糧面包的彈性，改善了雜糧面包的感官品質(zhì)。

2.3 乳酸菌發(fā)酵對雜糧面包營養(yǎng)的影響

雜糧面包的營養(yǎng)物質(zhì)組成決定了其價(jià)值，營養(yǎng)物質(zhì)越豐富，營養(yǎng)價(jià)值越高。楊紫璇等[39]在大豆面團(tuán)中引入植物乳酸菌，顯著提高了酸面團(tuán)中低分子質(zhì)量蛋白肽和總游離氨基酸的含量，苯丙氨酸、賴氨酸等氨基酸含量大幅度上升，提高營養(yǎng)物質(zhì)的消化吸收率。乳酸片球菌和戊糖片球菌發(fā)酵制成的雜糧面包，可溶性膳食纖維含量增加，總游離氨基酸含量增加一倍，顯著提高必需氨基酸的含量[9-10]，改善了營養(yǎng)物質(zhì)組成。研究分析認(rèn)為，乳酸菌發(fā)酵雜糧面團(tuán)生成的有機(jī)酸，激活了面團(tuán)內(nèi)的谷物內(nèi)源性蛋白酶，導(dǎo)致蛋白質(zhì)解聚，蛋白質(zhì)的水解、大分子肽鏈的斷裂和游離氨基酸的釋放都會提高面團(tuán)中氨基酸的含量[39]。谷物中含有較高含量的抗?fàn)I養(yǎng)因子——植酸，易與蛋白質(zhì)和礦物質(zhì)等營養(yǎng)成分形成結(jié)合態(tài)，不利于人體對營養(yǎng)成分的吸收。研究發(fā)現(xiàn)，在黑豆面團(tuán)中添加具有高植酸酶活性的乳酸菌L-19，有效降解植酸，降低了雜糧面包的抗?fàn)I養(yǎng)因子含量，蛋白質(zhì)和礦物質(zhì)等營養(yǎng)成分游離態(tài)增多，雜糧面包的營養(yǎng)品質(zhì)得到提升[40]。同時(shí)乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)生的有機(jī)酸也具有降解植酸，降低抗?fàn)I養(yǎng)因子的效果[41]。添加乳酸菌發(fā)酵形成的酸性環(huán)境能夠激活雜糧面團(tuán)的內(nèi)源植酸酶，催化植酸水解為肌醇和磷酸，形成磷酸鹽和非金屬螯合化合物，提高了礦物質(zhì)的利用率，改善了雜糧面包的營養(yǎng)品質(zhì)[42]。綜上所述，乳酸菌發(fā)酵可以降低植酸含量，改善營養(yǎng)物質(zhì)組成，提高蛋白質(zhì)和礦物質(zhì)的利用率，大大提高雜糧面包的營養(yǎng)品質(zhì)。

2.4 乳酸菌發(fā)酵改善雜糧面包的風(fēng)味

風(fēng)味是影響烘焙產(chǎn)品感官質(zhì)量的重要因素，包括產(chǎn)品的氣味和滋味兩個方面。酵母菌和乳酸菌具有協(xié)同作用，乳酸菌發(fā)酵將麥芽糖轉(zhuǎn)化為葡萄糖，酵母菌利用葡萄糖生成二氧化碳、乙醇和少量其他化合物，大大改善了雜糧面包的風(fēng)味特性[19-20]。鷹嘴豆面包中添加乳酸菌增加了面包中醇類、醛類等風(fēng)味物質(zhì)的含量和種類，賦予面包獨(dú)特的花香、果香和奶香，乳酸菌發(fā)酵生成的氨基酸和有機(jī)酸改善了面包的甜咸味，降低了豆粉的豆腥味[8]。周一鳴等[43]利用乳酸菌發(fā)酵雜糧面包，風(fēng)味物質(zhì)增加至49種，提高了風(fēng)味化合物的峰面積，使面包具有奶油和堅(jiān)果香味。青麥仁面包添加酸面團(tuán)后，增加了4種風(fēng)味物質(zhì)，酸類物質(zhì)含量增加了45.9%，改善了面包的酸味和青草香味[44]。乳酸菌發(fā)酵雜糧面團(tuán)過程中產(chǎn)生了3-甲基-1-丁醇、醋酸乙酯和苯乙醇等揮發(fā)性物質(zhì)，提高了雜糧面包的咸味和香味[45]。有研究表明乳酸菌發(fā)酵增加了有機(jī)酸[46]和游離氨基酸[35]的含量，雜糧面包風(fēng)味和香味更濃郁。面團(tuán)中谷氨酸結(jié)合鈉離子形成的谷氨酸鈉和小分子肽鏈都提高了雜糧面包的咸鮮味[47]。乳酸菌發(fā)酵雜糧面包增加了有機(jī)酸和游離氨基酸的含量，賦予雜糧面包獨(dú)特的氣味和滋味，改善了雜糧面包的風(fēng)味。

2.5 乳酸菌發(fā)酵延長雜糧面包的貨架期

雜糧面包的貯藏品質(zhì)與雜糧面包的老化程度和微生物造成的腐敗程度有關(guān)，通過雜糧面包的貨架期體現(xiàn)。淀粉老化是淀粉在糊化后由無序恢復(fù)到有序的過程，降低了雜糧面包的品質(zhì)，從而縮短雜糧面包的貨架期。添加酸面團(tuán)的雜糧面包在貯藏過程中硬度和咀嚼性增加緩慢，彈性變化較小，雜糧面包的品質(zhì)更加穩(wěn)定[44]。貯藏7 d后，添加酸面團(tuán)的雜糧面包硬度變化較小，面包品質(zhì)得到保障[11]。研究發(fā)現(xiàn)乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)生的胞外多糖，有效保持了雜糧面包的水分[11]，并且限制了淀粉糊貯存期間高摩爾質(zhì)量抗性淀粉的形成，從而延緩了淀粉的老化[48]。乳酸菌發(fā)酵延長雜糧面包貨架期的另外一個原因是乳酸菌代謝產(chǎn)物能夠破壞腐敗菌的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，具有抑菌能力[49]。史夢潔等[50]利用乳酸菌發(fā)酵小麥胚芽油，乳酸菌代謝產(chǎn)物可明顯提升抗真菌活性，對雜糧面包貯藏過程中出現(xiàn)的黑曲霉具有良好的抑制作用，使雜糧面包霉變推遲3 d。酸面團(tuán)中乳酸菌代謝產(chǎn)生的有機(jī)酸提高了雜糧面包的抗菌活性，有效抑制了雜糧面包中霉菌的產(chǎn)生[51]。漢堡面包添加乳酸菌發(fā)酵劑后，貯藏15 d發(fā)生霉變，保質(zhì)期延長了3 d，延緩了腐敗菌的生長繁殖[52]。酸面團(tuán)中的乳酸菌在發(fā)酵過程中還會釋放低分子質(zhì)量的活性化合物來發(fā)揮抗菌活性功能，如苯基、3-苯基乳酸、4-羥基苯基乳酸、環(huán)二肽和抗真菌肽等物質(zhì)，通過復(fù)雜的協(xié)同作用組成了抗真菌抑制機(jī)制[52]。在藜麥面團(tuán)中添加食淀粉乳桿菌，代謝產(chǎn)生了3-苯基乳酸、4-羥基苯基乳酸和環(huán)二肽等物質(zhì)，對黑曲霉和鐮刀菌等具有抑制作用[53]。利用植物乳桿菌發(fā)酵雜糧面團(tuán)，代謝產(chǎn)物環(huán)二肽和3-苯基乳酸協(xié)同作用，延緩了霉變的發(fā)生，延長了雜糧面包的貨架期[54]。乳酸菌在抗真菌能力方面具有高度的菌株特異性，需要選擇合適的乳酸菌應(yīng)用于面包防腐。乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)生的胞外多糖延緩了淀粉的老化，代謝生成的有機(jī)酸和活性化合物延緩了雜糧面包霉變的發(fā)生，提高了雜糧面包的貯藏品質(zhì)，延長了雜糧面包的貨架期。

3 乳酸菌發(fā)酵雜糧面包的降糖機(jī)理

雜糧富含多糖、膳食纖維、抗性淀粉和酚類等具有血糖調(diào)節(jié)作用的功能因子，乳酸菌和酵母菌發(fā)酵生成的代謝產(chǎn)物，如有機(jī)酸、活性肽和胞外多糖等也具有調(diào)節(jié)血糖的作用（見表2）。同時(shí)，雜糧中富含的多糖類物質(zhì)能夠促進(jìn)乳酸菌的增殖，提高其代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量，并且乳酸菌代謝產(chǎn)物有機(jī)酸具有提高雜糧活性成分含量的能力，將乳酸菌和雜糧相結(jié)合，兩者互相促進(jìn)，共同作用，增強(qiáng)了雜糧面包的血糖調(diào)節(jié)功能。乳酸菌發(fā)酵雜糧面包的血糖調(diào)節(jié)作用機(jī)理主要包括以下三方面。

表2 乳酸菌發(fā)酵雜糧面包的降糖機(jī)理Table 2 Hypoglycemic mechanism of multi-grain bread bread fermented by lactic acid bacteria

3.1 調(diào)節(jié)腸道菌群組成，增強(qiáng)機(jī)體免疫

糖尿病患者的腸道菌群中益生菌數(shù)量減少，有害菌數(shù)量增加，腸道屏障功能遭到破壞，炎癥發(fā)生頻繁，導(dǎo)致機(jī)體免疫能力降低，血糖調(diào)節(jié)能力較差[55]。乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)生特殊代謝產(chǎn)物如胞外多糖、乳酸菌素和有機(jī)酸等，改善了腸道菌群的組成，緩解了炎癥的發(fā)生，增強(qiáng)了機(jī)體免疫能力，降低了糖尿病發(fā)生率[56]。植物乳桿菌代謝產(chǎn)生的胞外多糖能有效抑制小鼠中的促炎細(xì)胞因子的表達(dá)，提高機(jī)體免疫能力[57]，從而調(diào)節(jié)了糖尿病患者的糖脂代謝能力。干酪乳桿菌胞外多糖促進(jìn)腸道內(nèi)淋巴細(xì)胞的分化和增殖，啟動腸道黏膜屏障功能，增強(qiáng)機(jī)體免疫，改善了糖尿病的癥狀[58]。乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)物有機(jī)酸和提供的酸性環(huán)境能夠抑制腸道內(nèi)沙門氏菌的繁殖，增加免疫相關(guān)菌群的相對豐度，通過改善腸道菌群，預(yù)防機(jī)體出現(xiàn)糖尿病和炎癥反應(yīng)[59-60]。乳酸菌細(xì)胞壁中的肽聚糖具有提高短鏈脂肪酸種類和含量，改善腸道微生物豐度的效果，促進(jìn)了有益菌群的增殖，抑制了有害菌群的生長[61]，改善了糖尿病人的腸道菌群組成，提高了血糖調(diào)節(jié)能力。

雜糧中富含各種生物活性物質(zhì)，通過乳酸菌發(fā)酵后生物活性成分的含量得到提高，能夠調(diào)節(jié)糖尿病人的腸道菌群結(jié)構(gòu)，生物活性物質(zhì)被腸道菌群利用后釋放抗菌素等物質(zhì)，具有增強(qiáng)機(jī)體免疫力的效果。研究發(fā)現(xiàn)，乳酸菌發(fā)酵的燕麥面團(tuán)β-葡聚糖相互交聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，更加穩(wěn)定，烘焙過程中含量不變[62-63]；大豆酸面團(tuán)經(jīng)乳酸菌發(fā)酵后，面包的大豆異黃酮含量和總酚含量得到顯著性提高[39]；黑豆麥麩酸面團(tuán)經(jīng)兩種乳酸菌發(fā)酵后，面包的總膳食纖維質(zhì)量分?jǐn)?shù)均高于6%[9]。燕麥面包中含有的燕麥β-葡聚糖在高脂飲食小鼠中顯示出良好的腸道菌群調(diào)節(jié)能力，腸道菌群利用葡聚糖產(chǎn)生丙酸和抗菌素等，降低腸道內(nèi)pH，增加腸道中有益菌屬比例，降低有害菌屬含量，增加小鼠體重，降低空腹血糖水平[64-66]。雜糧面包含有的β-葡聚糖、黃酮類化合物和膳食纖維均可增加大鼠的腸道菌群多樣性，降低擬桿菌屬豐度，提高大鼠結(jié)腸內(nèi)乙酸和總短鏈脂肪酸含量，調(diào)節(jié)糖脂類代謝，從而達(dá)到改善糖尿病的效果[67]。大豆面包中的大豆異黃酮能夠改善腸道免疫功能和通透性，保護(hù)糖尿病患者的腸黏膜屏障，同時(shí)降低促炎細(xì)胞因子的表達(dá)，增加益生菌的比例，減輕糖尿病患者炎癥的發(fā)生[68]。

3.2 提高抗氧化能力，促進(jìn)胰島素分泌

糖尿病的發(fā)生與機(jī)體氧化損傷有關(guān)，體內(nèi)自由基過多會侵害胰島素受體，造成周圍組織無法有效攝取葡萄糖，血糖水平升高，長期的高血糖導(dǎo)致機(jī)體自由基清除能力降低，組織器官易被氧化損傷，形成惡性循環(huán)[56]。乳酸菌以雜糧基質(zhì)為基礎(chǔ)代謝，產(chǎn)生有機(jī)酸改變了雜糧中多酚等活性化合物的結(jié)合狀態(tài)，使活性成分含量增加。在蕎麥面包制作中添加乳酸菌，蕎麥面團(tuán)總酚含量提高21.3%、DPPH和ABTS自由基清除能力提高2倍左右，并且乳酸菌的添加改善了烘焙對抗氧化活性物質(zhì)的影響[36]，能夠減輕機(jī)體的胰島素抵抗[69]。采用乳酸菌NM701發(fā)酵紅豆乳94 h，多酚含量增加了18.28%，提高了抗氧化能力[70]，減輕機(jī)體氧化損傷，調(diào)節(jié)血糖水平。除了黃酮、總酚外，抗氧化活性肽也具有較強(qiáng)的抗氧化功能。從茅臺酒曲中分離出一種游離大豆異黃酮植物乳桿菌用于研制大豆酸面包，乳酸菌發(fā)酵分泌蛋白酶水解肽鏈，增加了抗氧化活性肽的含量，大大增強(qiáng)了產(chǎn)品的抗氧化能力[39]，抑制糖尿病患者自由基的積累，減輕胰島素抵抗。利用復(fù)配乳酸菌制備蕓豆和大豆的發(fā)酵液，經(jīng)過乳酸菌發(fā)酵后抗氧化活性的小分子多肽增多，酚類物質(zhì)增加，提高了羥基自由基清除能力[71]，有助于減輕自由基對胰島素受體的侵害，具有預(yù)防糖尿病的效果。乳酸菌細(xì)胞壁存在的肽聚糖成分，具有較強(qiáng)的自由基清除能力，而且肽聚糖含量與抗氧化能力成正比，植物乳桿菌和瑞士乳桿菌中肽聚糖含量較高[61]，在改善機(jī)體抗氧化能力方面效果更好，有效緩解了糖尿病癥狀。

胰島素是調(diào)節(jié)糖代謝的重要激素，胰島β細(xì)胞發(fā)生氧化損傷，會降低胰島素的分泌，同時(shí)在胰島素抵抗階段，胰島素敏感性降低，分泌過多的胰島素也會造成各種器官和功能損害，最終導(dǎo)致糖尿病[56]。雜糧面包中的黃酮、多糖等化合物，具有清除自由基的作用，可以保護(hù)胰島細(xì)胞免受傷害[72]。乳酸菌發(fā)酵提供的酸性環(huán)境能夠水解雜糧中的酚酸酯和黃酮苷，提高酚酸還原酶和脫氫酶的活性，增強(qiáng)黃酮類物質(zhì)的生成和釋放，防止氧化對胰島β細(xì)胞的傷害，降低機(jī)體血糖水平[73]。谷物和雜糧面包中富含膳食纖維和皂苷類增加了胰島細(xì)胞的數(shù)量，有利于糖尿病大鼠的胰島細(xì)胞的恢復(fù)，促進(jìn)胰島素的分泌[74-75]。燕麥面包含有的多肽成分，具有提高胰島素敏感性的能力，改善了胰島素抵抗作用，調(diào)節(jié)了糖尿病小鼠的血糖水平[76]。

3.3 抑制消化酶活性，影響糖代謝通路

α-葡萄糖苷酶將食物中的碳水化合物水解成葡萄糖和其他單糖，產(chǎn)生過量的單糖會導(dǎo)致糖尿病，而乳酸菌代謝物胞外多糖對α-葡萄糖苷酶具有抑制作用，胞外多糖含量越高，抑制作用越強(qiáng)[77]。Nurhayati等[78]從發(fā)酵48 h的兩種紅薯中分離和篩選出18株乳酸菌能夠產(chǎn)生胞外多糖的乳酸菌，具有抑制α-葡萄糖苷酶的作用。胞外多糖的產(chǎn)生量與乳酸菌的發(fā)酵溫度有關(guān)，當(dāng)發(fā)酵溫度較低或過高時(shí)，乳酸菌分泌較少的胞外多糖，α-葡萄糖苷酶抑制率較低[79]。以藜麥和燕麥等雜糧制作的面包具有較低的血糖生成指數(shù)，雜糧中豐富的抗性淀粉和膳食纖維能夠降低消化酶的敏感性，有助于延緩淀粉水解率[80]。雜糧面包經(jīng)乳酸菌發(fā)酵后淀粉消化率進(jìn)一步降低，采用植物乳桿菌和戊糖片球菌發(fā)酵的白蕓豆面包淀粉消化率達(dá)到40%，血糖生成指數(shù)值為42.88顯著低于對照生蕓豆面包，乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)生的有機(jī)酸影響了雜糧中淀粉結(jié)晶區(qū)的比例，提高了面包的抗性淀粉含量，不易被α-淀粉酶分解，人體小腸無法消化，從而達(dá)到降低血糖的效果[81]。乳酸菌的細(xì)胞壁屬于纖維素類似物，可以減緩腸道對碳水化合物的吸收速率，延長消化時(shí)間，具有調(diào)節(jié)血糖水平的效果[82]。

雜糧中還含有一些生物活性成分具有提高細(xì)胞在高糖環(huán)境時(shí)糖原合成酶的活性，抑制α-淀粉酶活性，淀粉水解率降低，從而達(dá)到降低血糖的效果[83]。黑豆富含花青素能夠降低α-葡萄糖苷酶和α-淀粉酶的活性，并且存在劑量效應(yīng)關(guān)系，抑制作用強(qiáng)于阿卡波糖，有較好的降血糖活性[84]，花青素穩(wěn)定性較差，乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)生的有機(jī)酸能夠延緩花青素的降解速率[85]。糖尿病小鼠中胰島素受體（IRβ）和磷酸肌苷-3-激酶（PI3Kp85）的表達(dá)水平下調(diào)，IRS-2和AKT的磷酸化水平降低，而苦蕎中含有D-手性肌醇（DCI），能夠上調(diào)IRβ和PI3Kp85表達(dá)水平，抑制肝臟糖異生途徑，表達(dá)PKCε-PI3K/AKT信號通路來降低小鼠的肝臟葡萄糖輸出量[86]，乳酸菌發(fā)酵能夠提高α-半乳糖苷酶活性，使苦蕎中DCI衍生物的半乳糖苷鍵斷裂，增加DCI含量，改善葡萄糖代謝通路，減輕糖尿病癥狀[8,87]。AMP活化蛋白激酶（AMPK）具有改善高血糖的效果，從赤小豆中提取的多酚化合物上調(diào)了糖尿病小鼠中AMPK磷酸化水平，通過刺激AMPK和絲氨酸/蘇氨酸激酶的磷酸化來改善葡萄糖水平[88]。

4 展望

近年來面包已經(jīng)成為國人必不可少的重要面食產(chǎn)品之一，尤其添加雜糧的面包以其營養(yǎng)豐富和顯著的功能特性備受人們喜愛。通過大量研究已經(jīng)證實(shí)，乳酸菌發(fā)酵對雜糧面包的品質(zhì)、營養(yǎng)和貯藏穩(wěn)定性具有較好的改善效果，而且乳酸菌發(fā)酵雜糧面包具有調(diào)節(jié)人體血糖水平等功能特性。研究學(xué)者已開展了乳酸菌發(fā)酵黑豆面包、紅豆面包、燕麥面包和蕎麥面包等雜糧面包的研究，但是還處于研發(fā)階段，乳酸菌發(fā)酵雜糧面包在很多方面還需要進(jìn)一步深入研究：充分利用現(xiàn)代分子生物技術(shù)和微生物組學(xué)技術(shù)篩選優(yōu)異、安全的新型乳酸菌菌株，適用于雜糧面包的研發(fā)和推廣；不同雜糧面包中乳酸菌復(fù)配技術(shù)和發(fā)酵條件研究，生產(chǎn)出品質(zhì)優(yōu)良的雜糧面包；乳酸菌發(fā)酵雜糧面包在調(diào)節(jié)血糖效果的臨床驗(yàn)證和血糖調(diào)節(jié)機(jī)理研究，總之，隨著人們生活水平提高，營養(yǎng)和健康日益受到關(guān)注，因此具有一定保健作用的功能食品將具有廣闊的市場前景。