干酪及其发酵产物对人体健康的益处

近年来，我国营养相关慢性病呈现“井喷”趋势，高血压、高血糖、血脂异常等慢性病发病率急剧增加。2016年10月，中共中央、国务院印发了《“健康中国2030”规划纲要》，将“健康中国”上升为国家战略，并在《关于实施健康中国行动的意见》中明确指出，合理膳食是健康的基础。

乳及乳制品含有丰富的营养物质，营养均衡且易于吸收，且富含多种功能蛋白及小分子活性物质，是平衡膳食、增强体质不可或缺的营养食品。干酪是以乳为原料，经凝乳酶或其他凝乳剂凝乳，并排出部分乳清而制成的新鲜或经发酵成熟的产品。干酪的种类繁多，传统上干酪种类的划分和命名，主要依据干酪的原产地、制造方法、外观等。按加工工艺，国际上通常将干酪分为天然干酪和再制干酪，在此基础上，国际酪农联盟以水分含量为标准，将天然干酪分为硬质、半硬质以及软质干酪三类。干酪是蛋白质与钙的良好来源，同时，干酪在发酵和成熟过程中可形成多种营养物质，如生物活性肽、功能性脂质、维生素、细菌素、胞外多糖和有机酸等[1]，这些营养物质具有包括抗氧化、抗增殖、抗炎、免疫调节和抗菌活性等多种益处[1-2]，因此，干酪及干酪的发酵产物可在人体健康方面发挥显著作用。

我国干酪市场早在20世纪90年代便开始萌芽，但增长一直较缓慢。近年来，随着我国居民生活水平和营养健康饮食意识的提高，我国的干酪消费呈现增长态势。然而与发达国家相比，我国年人均干酪消费量还有很大提升空间，干酪的营养价值的普及和消费习惯的推广仍待加强。本文主要以干酪发酵和成熟产生的特异性产物为主，论述干酪发酵产物对人体健康的有益影响，以期加深民众对干酪健康功能的认识，助力我国干酪产业的发展。

1 干酪及干酪的发酵产物概述

1.1 干酪的基本营养组分

干酪被称为乳中黄金，是具有极高营养价值的乳制品，含有丰富的蛋白质、脂肪、维生素和矿物质等营养物质。每10 kg牛奶仅可制成1 kg干酪，所以就营养而言，干酪可被称为浓缩的牛奶，蛋白质和脂肪含量相当于原料乳含量的10倍左右。

干酪中的蛋白质含量为20%～30%，每100 g干酪能提供正常人体膳食所需蛋白质的30%～50%[3]，是极好的蛋白质来源。此外干酪中还含有大量的必需氨基酸，优于其他动物蛋白。干酪中另一个主要成分为脂肪，占干物质质量分数的20%～35%。干酪脂肪含饱和脂肪酸、单不饱和脂肪酸及多不饱和脂肪酸。乳中的糖类主要为乳糖，干酪中几乎不含乳糖，在干酪的发酵和成熟过程中原料乳中约98%的乳糖在排乳清时排出，而残留的乳糖在干酪成熟过程中在发酵剂等微生物的作用下代谢成乳酸[4]，适合乳糖不耐受人群食用。另一方面，干酪也是矿物质的重要来源，特别是钙、锌、磷和镁，其中软干酪钙和磷的含量是牛奶的4～5倍，半硬干酪中的含量是牛奶的7～8倍，硬干酪中的含量则高达10倍，均远高于牛奶[5]。此外，干酪具有比牛奶更适宜的钙/磷比，生物利用率高。钙和干酪中的酪蛋白肽之间形成复合物，这种复合物将钙维持在可溶性形式，保护钙在肠内不沉淀，促进钙的吸收[5-6]。另外，干酪中的维生素主要为维生素A、胡萝卜素和维生素B1、B2、B6、B12等，一份硬质干酪可提供日常推荐摄入量15%的维生素A，10%以上的维生素B2、20%以上的维生素B6以及约40%的维生素B12，而相应的能量只占日常饮食的10%[7]。

1.2 干酪的发酵产物

干酪的发酵与成熟是指在一定条件下干酪的主要乳成分(如脂肪、蛋白质及碳水化合物等)在微生物和酶的作用下分解并发生某些生化反应，从而形成干酪特有风味、质构和组织状态的过程。

乳酸菌是干酪生产中使用的主要发酵剂，也是干酪制作中的关键微生物[1]。乳酸菌的主要功能包括发酵乳糖产生乳酸，导致牛奶凝结和干酪成熟过程中的其他生物化学变化。其中，部分乳酸菌被证实为益生菌，可对宿主产生健康影响，包括减少病理改变、刺激黏膜免疫以及与炎症介质的相互作用等[8]。干酪成熟过程中的酶一部分来自原料乳，一部分来自干酪制作中添加的凝乳酶和发酵剂中某些微生物释放的胞内酶。乳酸菌细胞内含有蛋白分解酶，这些酶属胞内酶，干酪成熟过程乳酸菌死亡后，菌体细胞破裂，其中的蛋白分解酶被释放出来。在干酪成熟过程中，蛋白酶将乳蛋白质水解为肽(包括功能活性短肽)和氨基酸，氨基酸在转氨酶、脱羧酶等作用下进一步代谢生成的酮、酸、醛、醇、酚、醚、吲哚、胺等，而脂肪在脂肪水解酶的作用下水解产生游离脂肪酸，这不仅有助于干酪良好质构和风味的形成，也会促进活性物质的生成[9]。

图1总结了在干酪发酵和成熟过程中产生的生物活性化合物及其健康功能。

图1 在干酪发酵和成熟过程中产生的生物活性 化合物及其健康功能
Fig.1 The production of bioactive compounds and their functions in healthy cheese during fermentation

1.2.1 蛋白质水解产物

在干酪发酵和成熟过程中发生蛋白质的水解作用，酪蛋白在凝乳酶以及牛乳中内源蛋白酶(纤溶酶和组织蛋白酶等)的作用下初步水解，产生许多水溶性和水不溶性的大中小肽，然后来自发酵剂和非发酵剂的蛋白酶进一步将这些肽降解形成小肽，而肽酶在细胞裂解后释放，进一步降解短肽产生游离氨基酸。干酪发酵和成熟过程中产生的肽包括抗菌肽、抗高血压肽、异亮氨酸-脯氨酸-脯氨酸(isoleucine proline proline,IPP)和缬氨酸-脯氨酸-脯氨酸(valine proline proline,VPP)等，具有抗菌、抗氧化、免疫调节、降血压等功能[10]。

1.2.2 脂质的水解产物

干酪是总脂肪和饱和脂肪酸的重要食物来源，在干酪的发酵和成熟过程中，干酪中的乳脂经过一定程度的水解，释放出游离脂肪酸。干酪脂肪通常含有大约66%的饱和脂肪酸(57.4%棕榈酸、21.6%肉豆蔻酸和17.6%硬脂酸)、30%的单不饱和脂肪酸和4%的多不饱和脂肪酸[5]，而脂肪酸的成分随季节变化[3]。硬脂酸是干酪中饱和脂肪酸的重要组成，在发酵和成熟过程中可转化为单不饱和脂肪酸，而后者被认为是饮食中更健康的脂肪来源之一[5]。此外，干酪发酵产生挥发性脂肪酸，具有一定的健康作用，如：丁酸可能在癌症预防中起作用，辛酸和癸酸具有抗病毒活性，月桂酸可能具有抗病毒、抗菌和抗致龋特性[5]。

共轭亚油酸是一种具有显著健康益处的生物活性脂质，天然存在于反刍动物来源的乳制品和肉类中，主要为反刍动物的消化道的微生物代谢产物。在干酪的发酵和成熟过程中，乳酸菌利用水合酶、脱氢酶、异构酶和还原酶进行脂肪酸的生物氢化，生成共轭亚油酸，机理类似于丙酸杆菌和瘤胃细菌[11]。干酪作为共轭亚油酸的丰富的膳食来源。研究发现，干酪衍生的共轭亚油酸具有抗氧化、抗高血压、抗癌、抗肥胖、抗炎、抗糖尿病等功能特性[1, 12]。

1.2.3 碳水化合物的水解产物

在干酪的发酵和成熟过程中，乳糖通常会被细菌、霉菌、酵母和酶转化为乳酸和其他产物，从而产生干酪的特有风味。大量的研究发现，乳酸作为无氧糖酵解的终产物，是一种能量代谢的氧化底物，参与器官的代谢平衡和内脏的协作，机体极其重要的器官如脑、心、肝、肾脏和肌肉都可以把乳酸作为葡萄糖的替代燃料，在某些特殊情况下可以作为一种人类的“急救燃料”[13]。此外，乳酸还可以作为机体代谢和调节者，在代谢调节、疾病预测、癌症治疗等方面发挥着越来越重要的作用[13]。

1.3 其他发酵产物

1.3.1 维生素

在干酪的发酵过程中，还会产生许多维生素，如一些B族维生素，包括叶酸、核黄素、B12以及维生素K2(甲萘醌)[14]，它们是乳制品中的细菌利用各种非维生素前体合成的。其中，丙酸细菌被发现可在硬质干酪发酵过程中合成大量的维生素B12[5]。

1.3.2 胞外多糖

胞外多糖是乳酸菌在生长代谢过程中分泌到细胞壁外的一类碳水化合物[1]。乳酸菌在发酵过程中产生的胞外多糖可增加干酪的持水性和脂肪回收率，使干酪产量增加[1, 15]。此外，胞外多糖还具有多种生理功能，如降胆固醇、抗肿瘤、抗氧化、促进肠道菌群平衡等[15]。

2 干酪及其发酵产物的健康功能

2.1 干酪的健康功能

2.1.1 适合乳糖不耐受人群食用

乳糖不耐受是一种以某些人无法消化乳糖为特征的疾病，这是由乳糖酶表达不良引起的，其限制了对乳营养物质的吸收与利用。在干酪生产过程中，乳中的大部分乳糖会随乳清排出，而残留的乳糖在发酵剂等微生物的作用下代谢生成乳酸。除了新鲜干酪，大多数干酪不含乳糖或仅含微量乳糖[5]。因此，患有乳糖不耐症的人可以通过摄食干酪以获取乳中的营养组分(例如，钙、蛋白质、维生素等)且身体不会产生不良反应。

2.1.2 防护龋齿

龋齿是人类三大重点防治疾病之一，其由牙菌斑微生物利用糖分和淀粉发酵产生的酸性物质酸蚀牙釉质而导致[3]。研究表明，食用乳制品可以降低大鼠的龋齿发生率，其中，干酪的抗龋齿效果要高于一般乳制品，这与干酪中的多种营养成分有关[3]。干酪中的钙/磷比高于牛奶和其他乳制品，钙和磷能够抑制牙菌斑pH值的下降，因此摄入甜食后，咀嚼一块干酪能够帮助牙菌斑pH值快速回升到中性值，从而避免牙釉质酸蚀，以达到预防龋齿的效果[3, 16]。此外，干酪中的酪蛋白也在对抗龋齿中发挥着重要作用：酪蛋白能选择性地改变牙菌斑的微生物组成[3]，酪蛋白磷酸肽是具有不同磷化程度的肽，其通过不同酪蛋白部分的酶促水解在体外和体内释放，酪蛋白磷酸肽与高浓度的钙、磷发生反应，形成磷酸钙复合物，这些复合物能为牙釉质补充矿物质[3]。因此，适量食用干酪对儿童的龋齿预防具有积极作用。

2.1.3 减重及抗肥胖

肥胖会增加冠心病、高血压、糖尿病和其他新陈代谢紊乱的发病风险，因此，想要减肥的人群通常放弃食用脂肪含量较高的乳制品。但研究发现，干酪虽然脂肪含量不低，却不会造成肥胖风险。ZEMEL等[17]发现，钙摄入量从400 mg增加到1 000 mg能使体脂降低4.9 kg。一项长达2年，针对18～31岁年轻女性的随机干预实验发现，高钙、适宜的能量摄入及低维生素A饮食的女性具有较低的体重和体脂水平[18]。关于这一结果的确切机制尚未阐明，其可能的原因是钙和脂肪酸在肠内形成了复合物，从而抑制了脂质的吸收[19]。另一方面，干酪的高蛋白含量使食用干酪具有较高的饱腹感，且干酪营养丰富，因此有助于减肥人士实施限制热量摄入的膳食方式。

另外，摄食干酪可能对腹部脂肪囤积具有缓解效果，而腹部脂肪正是目前已知的促发代谢综合征的重要因素之一。腹部脂肪的囤积比等量脂肪在臀部的囤积导致的健康风险更大[4]。

2.1.4 改善骨骼健康

发酵乳制品与原料乳类似，也含有对骨骼健康必不可少的营养成分，主要为钙与其他矿物质。同时，干酪中益生菌和益生元的存在赋予干酪额外的骨骼相关的益处。

流行病学研究表明，儿童时期干酪摄入可显著增加儿童的骨骼矿物质含量，一定程度增加儿童的身高[20]。此外，一项对10～12岁的女童骨量和身体组成的研究显示，与直接食用药片补充钙和维生素D相比，摄食干酪补钙对胫骨的皮质厚度增加程度更大[21]。

骨质疏松症(骨丢失)的特征是骨形成和骨分解之间的不平衡、骨量减少和骨微结构的恶化，这导致对骨折的敏感性增加。研究发现，增加日常饮食中钙以及维生素D的摄入，有可能预防骨质疏松症[22]。KERAMAT等[23]评估了伊朗(平均年龄56±6岁)和印度(平均年龄56±8岁)绝经后妇女的骨质疏松症风险因素，结果表明，每日食用超过30 g的干酪，患骨质疏松症的几率更低。

2.2 干酪发酵产物的健康功能

2.2.1 降低代谢综合征和心血管疾病患病风险

代谢综合征是指人体的蛋白质、脂肪、碳水化合物等物质发生代谢紊乱的病理状态，是复杂的代谢紊乱症候群，这些代谢紊乱是导致糖尿病和心脑血管疾病的病理基础[24]。代谢综合征主要表现为肥胖、高血糖、血脂异常以及高血压等[24]。研究发现，牛奶和乳制品的消费对代谢综合征的发展起到抑制作用[25]。瑞典一项研究发现，干酪消费量和心血管疾病发病率之间负相关[26]。此外，还有研究表明，强化乳制品中的益生菌可能通过形成特定的代谢物(如共轭亚油酸)直接或间接调节动脉粥样硬化斑块的形成，从而在控制心血管疾病发生中发挥重要作用[8]。

2.2.1.1 降低2型糖尿病风险

代谢综合征可增加心脑血管疾病、非酒精性脂肪肝、2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus,T2DM)的发生发展，且在T2DM慢性并发症中起到促进作用[24]。向胰岛素抵抗大鼠喂食低脂肪和正常脂肪干酪，均改善了大鼠胰岛素敏感性和血清磷脂水平的调节，显示了干酪摄入对降低T2DM风险的重要性[1]。GAO等[27]发现乳制品总量(13项研究)、低脂乳制品(8项研究)、奶酪(7项研究)和酸奶(7项研究)的消费量与T2DM患病风险呈反线性相关，且不同乳制品降低糖尿病风险的有效剂量也不尽相同，例如，每天需摄入200 g低脂牛乳能显著降T2DM风险，而酸乳每天仅需摄入50 g，干酪每天仅需摄入30 g就可以显著降低T2DM风险。

2.2.1.2 调节血脂异常

血脂异常，包括总胆固醇、低密度脂蛋白胆固醇、甘油三酯升高和高密度脂蛋白胆固醇降低，是心血管疾病主要的独立危险因素。研究发现，干酪发酵与产生胞外多糖的乳酸菌具有降低胆固醇的效果，可能的机制是导致胆固醇合成胆汁酸盐增加，从而降低胆固醇的循环水平[28]；其他可能的机制是乳酸菌同化胆固醇，导致小肠对外源性胆固醇的吸收减少，或将胆固醇转化为粪甾烷醇[28]。THOLSTRUP等[29]比较了Samso硬质干酪(205 g/d)和全脂牛奶(1.5 L/d)对14名丹麦男性血脂和脂蛋白的影响，这些人分别接受了为期 3 周的完全控制饮食，并在1个月前分别进行习惯性饮食干预，结果表明，与牛奶相比，干酪可进一步降低总胆固醇和低密度脂蛋白胆固醇。

2.2.1.3 抗高血压

高血压是一种常见的慢性病，是诱发心脑血管病的主要危险因素。研究发现，摄入干酪对降血压有效果，尤其是对轻度高血压患者，其中，干酪中的钙和生物活性肽发挥着重要作用[3]。不同干酪品种在发酵和成熟过程中产生的生物活性肽如表1所示。其中不同种类干酪发酵过程中产生的生物活性肽大多具有抑制ACE活性功能，这些干酪的发酵剂菌种多为乳酸菌，特别是乳杆菌。

表1 不同干酪品种在发酵和成熟过程中产生的生物活性肽[1]
Table 1 Bioactive peptides produced by different cheese varieties during fermentation and maturation[1]

在干酪中，抗高血压肽是在发酵过程中产生的，包括IPP和VPP，它们是通过抑制血管紧张素转换酶(angiotensin converting enzyme,ACE)途径发挥作用的三肽[30]。抗高血压肽的鉴定最初集中在对ACE抑制剂的研究，该酶通过将血管紧张素I转化为一种有效的血管收缩剂—血管紧张素II，诱导醛固酮的释放，从而增加钠浓度和血压，ACE也参与了激肽酶系统，因为它水解缓激肽，缓激肽有血管扩张作用[31]。SIEBER等[32]对干酪提取物和肽的ACE抑制活性进行了评估，发现一些干酪品种中VPP和IPP的浓度与具有降血压能力的发酵乳制品相近。但仍需在动物模型或人体中证实含有大量抗高血压肽的干酪的抗高血压作用[5]。

2.2.1.4 降低冠心病患病风险

干酪是维生素K2的重要来源之一，维生素K2可以防止血管钙化[33]。研究发现，维生素K2的摄入可防止主动脉钙化和降低冠心病风险，同时也可降低血清总胆固醇水平、升高的血清高密度脂蛋白胆固醇水平，尽管影响较为微弱还不足以解释维生素K2与冠心病之间的负相关关系[33]。然而，目前已有研究表明干酪与冠心病风险降低之间的正向相关关系，例如，ALEXANDER等[34]报告了干酪的摄入，特别是在较高的份量下，可能与冠心病风险的适度降低有关，而全部乳制品、牛奶或酸奶的摄入未显示相关的趋势。

2.2.2 抗氧化

抗氧化潜能是食物的一种重要的营养属性，大多数与年龄、饮食相关的慢性疾病发病都与氧化应激的增加有关[35]。乳制品含有不同比例的抗氧化物，包括亲脂性和亲水性抗氧化剂[35]。乳中的β-胡萝卜素具有猝灭单线态氧的作用，是一种预防性抗氧化剂，1个β-胡萝卜素分子可以猝灭250～1 000个单线态氧[36]。此外，维生素E也是乳中最重要的脂溶性抗氧化剂之一，可以保护机体免受自由基的毒害[36]。与未发酵乳制品相比，发酵乳制品可显著改善人体的抗氧化状态，并且在所有的乳制品中，干酪呈现最高的抗氧化潜力，可能与其较高的蛋白质含量和发酵过程相关[35]。

干酪成熟过程蛋白质水解作用导致了水溶性和非水溶性蛋白质组分的抗氧化能力的提高，造成抗氧化活性的变化。一项研究调查了由过热羊奶制备并成熟50 d的白盐水奶酪中蛋白质的水解和总抗氧化能力[37]。干酪成熟后的蛋白质水解诱导水溶性和不溶性蛋白质组分的抗氧化能力增加。成熟30 d后，水溶性组分的总抗氧化能力提高了12%；成熟期50 d后，总抗氧化能力比鲜奶酪提高了56%。GUPTA等[38]以干酪乳杆菌为发酵剂制备了切达干酪，并对其抗氧化特性进行了为期6个月的监测，以评估干酪在不同成熟阶段的抗氧化特性的变化，发现干酪的抗氧化活性在成熟4个月达到峰值，这可能是由于水溶性肽的产生。

2.2.3 其他健康功能

2.2.3.1 抗肿瘤和促进婴儿神经发育

AUNE等[39]发现，用乳杆菌和双歧杆菌发酵的乳制品对肝癌有保护作用，乳杆菌和双歧杆菌是干酪发酵的主要发酵剂，干酪在发酵和成熟过程中会产生共轭亚油酸和鞘脂类、活性多肽等具抗癌作用的物质。共轭亚油酸的抗癌作用已在大量体外试验和动物试验中得到验证，共轭亚油酸在肿瘤形成、发展和转移等不同阶段发挥作用，可干扰脂肪酸代谢过程和细胞信号的传递，抑制DNA的合成，增强细胞的凋亡，下调环氧酶-2mRNA水平和蛋白水平，影响类花生酸合成、代谢以及抗氧化机制来抑制癌变的发生[40]。研究表明，每天摄入Ricotta干酪可将患结肠癌的风险降低至17%，每天摄入25 g白干酪可将绝经前女性患癌症的几率降低50%[36]。此外，干酪中含有比牛奶更多的磷脂，鞘磷脂是磷脂的一类，是一分子脂肪酸以酰胺键与鞘氨醇的氨基相连形成的，不同的食物中鞘磷脂的含量不同，在一些水果和蔬菜中鞘磷脂含量不到100 μmol/kg，而在鸡蛋、奶制品中高达2 000 μmol/kg，干酪中含有较多的鞘磷脂[41]。鞘磷脂与细胞的生长、增殖、分化、凋亡、转移等细胞过程都密切相关，并在肿瘤形成、发展过程中起着重要的调节作用[3]。除此之外，鞘磷脂还有促进婴幼儿神经发育的作用，鞘磷脂及其代谢物是包裹在神经元轴突处的髓鞘的基本组分，因此，补充鞘磷脂具有促进婴儿神经发育的功能[41]。

2.2.3.2 抗菌活性

微生物，特别是乳酸菌除了起到酸化作用外，还能够产生大量的次生代谢物，具有优异的健康益处和抗菌活性[42]。食品来源的大多数抗菌肽已在牛奶、牛奶水解物和发酵乳中被鉴定出来，但以干酪作为抗菌肽来源的研究较少见。干酪中的抗菌肽可以通过水解牛奶蛋白产生，甚至可与干酪发酵微生物相互作用[5]。PRITCHARD等[43]研究了3种不同的澳大利亚切达干酪的水溶性提取物对大肠杆菌、蜡状芽孢杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌活性。结果表明，大于10 kDa的多肽能较好地抑制大肠杆菌和蜡样芽孢杆菌的生长[5,43]。

2.2.3.3 免疫调节

多项临床试验和动物研究已经证明了干酪的免疫调节功能，老年人食用含有益生菌的干酪会促进自然杀伤细胞的细胞毒性和吞噬作用，从而促进免疫调节[1]。斯坦福医学院研究团队通过两项饮食干预临床试验以及广泛的免疫分析发现，富含发酵食品的饮食具有增强肠道菌群多样性和减少炎症标记物的潜力[44]。该项目招募36名39～61岁的健康志愿者进行了为期17周的临床试验，一组为高纤维饮食组，一组为发酵饮食组，研究发现，发酵饮食组参与者每天消耗发酵食物的总份数与肠道菌群多样性呈正相关[44]；此外，研究人员还确定了炎症标记物(包括白细胞介素IL-6、IL-10和IL-12等)在发酵食品干预期间显著降低[44]。

3 结论

干酪由于其高营养价值，成为世界贸易量最大的乳制品之一。干酪及其发酵产物在改善骨骼健康、心血管健康、降低代谢综合征患病风险、抗氧化、免疫调节等方面发挥着积极作用。然而，目前我国对发酵乳制品的研究和利用主要集中在酸乳和酸乳制品，对干酪及其发酵产物的营养价值和健康功能认识还有许多不足。因此，未来应开展干酪的人群营养与流行病学研究，进而探究干酪发酵产物对人体健康的影响机制，从而进一步普及干酪的营养价值、培植干酪消费理念，提高我国人均干酪消费量，为提升国民营养与健康助力。