微生物生长过程需要碳水化合物,若其可以利用乙醇作为碳源之一,就能起到降解乙醇的作用,但对于这方面的研究报道较少。因此,云南农业大学食品科学技术学院的刘威良、毛瑞霞和王雪峰*等人以前期确定的10 株发酵性能良好、食用安全的乳酸菌为出发菌种,通过乙醇耐受度、乙醇降解能力测定,筛选出具有较强乙醇降解能力的菌种,并以此菌种与瑞士乳杆菌、嗜热链球菌互配,用牛奶、新鲜葛根、蔗糖为原料生产一种解酒发酵乳产品;进一步在体外模拟胃、肠液消化条件下分析该发酵乳产品对乙醇脱氢酶(ADH)活性及抗氧化活性的影响,结合体内动物灌胃实验构建大鼠急性乙醇致肝损伤模型,检测大鼠血液中乙醇含量及其对血清中谷丙转氨酶(ALT)和谷草转氨酶(AST)活性的影响,分析该发酵乳产品对肝细胞的保护作用,为后续解酒功能性产品的研发提供科学依据。
1 乙醇降解菌种的筛选
1.1 乙醇耐受菌筛选
实验前期通过发酵性能测定选取嗜热链球菌、瑞士乳杆菌、植物乳杆菌等10 株发酵性能良好且食用安全的菌株,在15%、20%乙醇体积分数下测定其对乙醇的耐受度。结果显示,副干酪乳杆菌、鼠李糖乳杆菌、嗜酸乳杆菌3 株菌相比其他7 株乳酸菌,在2 种乙醇体积分数下的活菌数较多,其中以嗜酸乳杆菌的存活数最多。
1.2 乙醇降解菌筛选
通过乙醇耐受度测定得到1 株乙醇耐受效果最明显的菌种嗜酸乳杆菌。结果显示,在20%乙醇体积分数下,嗜酸乳杆菌乙醇降解效果最好,培养24 h后乙醇为10%左右,副干酪乳杆菌、鼠李糖乳杆菌次之,其他菌株变化不明显;在40%乙醇体积分数下,嗜酸乳杆菌的乙醇降解效果也是最好,培养24 h后乙醇降为15%左右,副干酪乳杆菌、鼠李糖乳杆菌、干酪乳杆菌次之,降解效果均没有嗜酸乳杆菌明显。
由此表明,在20%、40%乙醇体积分数下,嗜酸乳杆菌能够有效利用乙醇作为碳源之一,从而发挥降解乙醇的作用。因此,最终选取嗜酸乳杆菌作为最佳的乙醇降解菌种。
2 解酒发酵乳的体内外功效评价
2.1 解酒发酵乳在体外模拟胃、肠液消化条件下对ADH活性的影响
结果显示,用不同菌株组合进行发酵的发酵乳,体外模拟胃、肠液消化条件前后ADH激活率差异均显着。其中,添加乙醇降解菌的发酵乳(样品2、样品3)在模拟胃、肠液消化条件前后ADH激活率比不加该菌种的发酵乳(样品1)得到明显提高(P<0.05),说明发酵乳中乙醇降解菌的存在能够有效提高ADH的活性。
2.2 解酒发酵乳在体外模拟胃、肠液消化条件下对自由基清除能力的影响
结果显示,不同菌株组合发酵生产的发酵乳样品,在体外模拟胃、肠液消化条件前后自由基清除能力变化显着,但发酵过程可能产生的一些非有机抗氧化成分造成了ABTS阳离子自由基清除率、DPPH自由基清除率差距较大(ABTS适用于亲脂抗氧化剂和亲水抗氧化剂测定,DPPH仅适用于有机自由基抗氧化剂测定)。其中,添加乙醇降解菌的发酵乳(样品2、样品3)在模拟胃、肠液消化条件前后ABTS阳离子自由基清除能力、DPPH自由基清除能力比不加该菌种的发酵乳(样品1)都得到明显提高,说明葛根中存在抗氧化活性成分,其与乙醇降解菌相结合使发酵乳在模拟胃、肠液消化条件下的ABTS阳离子自由基清除能力为(1293.72+4.12)、(729.98+21.37) μmol/mL;DPPH自由基清除能力达到(16.14+0.12)、(11.26+0.10)μmol/mL。
2.3 解酒发酵乳对醉酒大鼠体内乙醇含量的影响
大鼠灌酒1 h后基本达到醉酒状态,结果显示,此时血液中乙醇含量高,而后缓慢下降,3 h仍具有较高质量浓度,达到87.63 mg/100 mL。但灌入解酒发酵乳后,低、中、高剂量组的大鼠血液中乙醇含量均出现下降,尤其是中、高剂量组血液中乙醇含量在3 个时间段下降均显着,阳性对照组后3 个时间段乙醇含量下降均为高度显着(P<0.001)。其中,高剂量组在灌胃1 h后大鼠血液中乙醇含量仍较高,随后2 个时间段其血液乙醇含量迅速下降,3 h后血液中乙醇质量浓度降为51.62 mg/100 mL,要远低于空白对照组、略高于阳性对照组,差异性高度显着(P<0.001)。
所有组别在灌胃解酒发酵乳后1 h内大鼠血液中乙醇含量变化较小,而后出现迅速下降的主要原因是灌胃解酒发酵乳后,激活ADH活性需要一定的时间,这段时间体内代谢能力较弱,ADH激活后乙醇代谢能力迅速提升,同时发酵乳中的嗜酸乳杆菌具有高效降解乙醇的能力,从而使血液中乙醇含量迅速下降。
2.4 解酒发酵乳对醉酒大鼠肝损伤的保护作用
AST和ALT活性是考察肝损伤的敏感性指标。结果显示,与空白对照组相比,大鼠灌酒1 h后分别灌入低、中、高剂量的解酒发酵乳,在3 个时间段大鼠血清中AST和ALT活性均显着降低,且呈现剂量依赖性,阳性对照组后3 个时间段血清中AST和ALT活性均高度显着(P<0.001)。其中,中、高剂量组分别在2、3 h后大鼠血清中AST和ALT活性出现明显下降(P<0.001),尤其在3 h远低于空白对照组、略高于阳性对照组。由此表明,解酒发酵乳对乙醇致肝损伤有较好的保护作用,降低动物血清中AST和ALT活性,可有效预防肝细胞因乙醇过度刺激导致的坏死。
结 论
过量饮酒会使乙醇在人体内代谢产生有害物质及大量自由基,为缓解过量饮酒对人体造成的伤害,本实验以前期确定的10 株发酵性能良好、食用安全的乳酸菌为出发菌种,通过乙醇耐受度、乙醇降解能力测定,筛选出具有高效乙醇降解能力的嗜酸乳杆菌,并以此菌种与瑞士乳杆菌、嗜热链球菌互配,用牛奶、新鲜葛根、蔗糖为原料生产出一种解酒发酵乳产品。
该发酵乳产品在体外模拟胃、肠液消化条件下,能使ADH激活率分别达到(36.87+1.58)%、(33.64+1.90)%,ABTS阳离子自由基清除能力分别为(1293.72+4.12)、(729.98+21.37)μmol/mL,DPPH自由基清除能力分别为(16.14+0.12)、(11.26+0.10)μmol/mL;大鼠体内灌胃不同剂量的解酒发酵乳均能降低血液中乙醇含量,尤其是高剂量组3 h后降为51.62 mg/100 mL(P<0.001),并能不同程度地降低大鼠血清中ALT和AST活性且呈剂量依赖性,对乙醇所致肝损伤有较好的保护作用。该研究可为后续解酒功能性产品的研发提供一定的科学依据。