Evaluation of the probiotic properties of lactic acid bacteria isolated from fermented plant-based beverages

在食品科学的寂静角落，研究人员经常向过去寻求未来的启示。几个世纪以来，人们一直依赖发酵来保存食物并创造新的风味，这一过程由被称为乳酸菌的微小且肉眼不可见的“工作者”所驱动。这些微生物是酸奶、酸菜和酸种面包背后的引擎，将简单的原料转化为复杂的、稳定的产品。除了让食物口感更好之外，其中一些细菌被认为是“益生菌”，这意味着它们可以经受住人类消化系统的旅程，并通过帮助平衡肠道内天然微生物群落来提供健康益处。虽然科学家们长期以来一直在研究这类存在于牛奶和奶酪等乳制品中的细菌，但人们对于它们是否也能在植物基饮料中茁壮成长产生了日益浓厚的兴趣。这些由蔬菜、谷物和水果制成的植物发酵饮料，可能蕴藏着自然适应了严苛环境的独特菌株，从而为开发更健康的、具有功能性的食品提供潜在的新工具。

乌克兰的一个研究小组致力于通过关注三种传统的发酵饮料——甜菜克瓦斯（beet kvass）、燕麦克瓦斯（oat kvass）以及一种由黑麦、麦芽和水果组成的复杂“修道院式”克瓦斯（monastic kvass），来探索这种潜力。他们的目标不仅是寻找细菌，还要观察这些生活在饮料中的特定菌株是否能在人体艰难的条件下生存，并抵御有害病菌。他们首先开始收集这些饮料的样本，并在实验室环境中培养细菌。从甜菜克瓦斯中，他们分离出了13个不同的细菌菌落；燕麦克瓦斯产出了15个；而修道院式克瓦斯则提供了8个。他们总共收集了36个独特的细菌分离株进行研究。在显微镜下，这些细菌呈现为短棒状细胞，有些单独存在，有些则连接成短链，这是乳酸菌家族典型的形态。

为了了解这些细菌的身份，研究人员测试了它们在不同条件下的行为表现。他们检查了细菌是否能在盐水中生长、在高温下生长或在酸性环境中生长。他们还观察了细菌是否能将糖转化为气体或分解特定的蛋白质。利用这些行为线索，他们鉴定出了这些菌株。来自甜菜克ло瓦斯的细菌被命名为菌株 BK，属于被称为植物乳杆菌（Lactiplantibacillus plantarum）的一类。来自燕麦和修道院式克瓦斯的细菌，即菌株 OK 和 MK，被鉴定为发酵林氏乳杆菌（Limosilactobacillus fermentum）。这种区分非常重要，因为不同类型的细菌具有不同的优势。例如，源自甜菜的菌株无法在极高温度下生长，也不产生由糖产生的气体，而来自谷物类饮料的菌株则两者皆能。

接下来的步骤是观察这些细菌能否完成前往人类胃部和肠道的旅程，这是衡量任何潜在益生菌的首要测试。研究人员通过将细菌暴露在 pH 值为 2.0 的强酸性液体中（类似于强效胃液）来模拟人类胃部的严酷环境，从而模拟人类胃部。他们发现所有的细菌都表现挣扎，但来自甜菜的菌株是生命力最顽强的幸存者。在经过三小时的酸浴后，它仍保持着健康的活细胞数量，而来自燕麦和修道院式克瓦斯的菌株数量则显著下降。研究人员随后测试了它们在胆盐（一种能分解脂肪且对许多细菌具有毒性的消化液）存在下的生存能力。同样，甜菜来源的菌株表现出了最高的韧性，尽管三种类型的细菌都设法存活了下来。他们还测试了细菌处理乙醇（发酵饮料中存在的酒精）的能力。虽然高浓度的酒精减缓了所有细菌的生长，但甜菜菌株的表现优于其他菌株，这表明它很好地适应了发酵饮料的环境。

除了生存能力外，研究人员还想知道这些细菌是否能通过对抗有害入侵者来主动保护身体。他们将这些有益细菌与几种已知的病原体放在一起，包括金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus，一种常见的皮肤和伤口感染诱因）和铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa，一种常出现在医院环境中的细菌）。结果显示，这些细菌确实具备防御能力。来自甜菜的菌株表现得尤为有效，它在自身周围创造了一个有害的葡萄球菌无法生长的清晰区域，直径超过十毫米。其他菌株也表现出了一些抑制有害细菌的能力，尽管其效果较不显著。有趣的是，没有任何细菌表现出分解蛋白质或淀粉的能力，也没有表现出分解胆盐的能力（这是一种有时被用于降低胆固醇的特性）。这种某些酶促活动的缺失表明它们是针对其他角色进行专业化演化的。

最后，团队通过测试这些细菌对常见抗生素的反应来检查其安全性。一个安全的益生菌不应携带医生用于治疗严重感染的抗生素耐药性，因为这可能会将这种耐药性传递给肠道内的有害细菌。研究发现，这些细菌对几种特定的抗生素（如青霉素和万古霉素）具有天然耐药性，这是由于它们的细胞结构导致的此类细菌的正常特征。然而，它们对包括用于治疗广泛感染在内的多数其他抗生素仍然敏感。这一特征表明它们在食品使用方面是安全的。研究人员还观察了这些细菌在液体中静置时的行为；它们会聚集在一起，这一过程称为自动聚集（autoaggregation）。这种相互粘附的能力通常是它们也能粘附在人类肠壁上的迹象，这是在肠道内建立健康存在感的重要步骤。修道院式克瓦斯的菌株表现出了最强的聚集倾向。

该研究得出结论，这些传统的植物基饮料是强韧且有益细菌的丰富来源。虽然来自甜菜的菌株在应对酸和酒精方面表现出最强的生存能力，但所有菌株在未来用于功能性食品方面都展现出了前景。它们能够生存于消化道、对抗有害病菌，并能有效地聚集在一起。研究人员建议，这些随着时间推移而适应了特定植物环境的天然细菌，可以成为开发支持人类健康的新型食品的宝贵工具，从而架起古代发酵传统与现代营养科学之间的桥梁。