乳酸菌的研究及其应用

—!—

摘要

乳酸菌是动物肠道中极为重要的生

理菌群之一，无毒、无副作用，担负着人畜机体多种重要的生理功能。本文简要介绍了乳酸菌的生物学特性，阐述了乳酸菌的几种生理功能及其在畜禽生产中的应用。

关键词乳酸菌

生物学

生理功能

应

用引

言

乳酸菌是一群能从可发酵性碳水化合物中产生大量乳酸的革兰氏阳性细菌的通称，广泛存在于人、畜、禽肠道、许多食品、物料及少数临床样品中。乳酸菌不仅可以提高食品的营养价值，改善食品风味，提高食品保藏性和附加值，而且，近年来乳酸菌的特殊生理活性和营养功能，正日益引起人们的重视。大量研究表明，乳酸菌能够调节机体胃肠道正常菌群、保持微生态平衡，提高食物消化率和生物价，降低血清胆固醇，控制内毒素，抑制肠道内腐败菌生长繁殖和腐败产物的产生，制造营养物质，刺激组织发育，从而对机体的营养状态、生理功能、细胞感染、药物效应、毒性反应、免疫反应、肿瘤发生、衰老过程和突然的应急反应等产生作用。由此可见，乳酸菌的生理功能与机体的生命活动息息相关。可以说，如果乳酸菌停止生长，人和动物就很难健康生存。也正因为如此，乳酸菌被广泛用于轻工业、食品、医药及饲料工业等许多行业上。%

乳酸菌的生物学

乳酸菌是指以糖为原料，发酵产生大量乳酸的一类细胞。有九个属：其中五个属呈球状，如乳酸球菌&’()*+)+)),-.、迷走球菌&/(0+)+)),-.、链球菌&1*234*+)+)),-.、明串珠菌&’3,)+5+-*+).和片球菌&6378+)+)),-.；四个属呈杆状，如肉食杆菌

&9(2+5+:()*328,;.、乳酸杆菌&’()*+:()8<<,-.、双歧杆菌&=8>87+:()*28,;.和孢子乳酸菌&14+2+<()*+:

()8<<,-.。这些菌都和乳酸发酵有密切关系，其中乳酸杆菌和双歧杆菌与人畜机体保健更为密

切。

乳酸杆菌有??个种，连同亚种共@%个种，革兰氏阳性、无芽孢、细长、有弯曲的杆菌。有时球状或杆状，排列成栅或链状，不液化明胶，不还原硝酸盐，触酶阴性能，不产色素，但菌落除白色外，偶亦有呈黄红色者。乳酸杆菌微需氧，在@A B %#A 9C "环境内生长更好。生长最适温度为$#B ?#D ，

最适4E 为@F @B GF "，但到4E 为$F @仍然生长。同型发酵由葡萄糖主要产生乳酸，异型发酵由葡萄糖产生@#A 的乳酸和9C "、乙酸和乙醇。HIJ 的K L 9含量的克分子百分比在$"B @$克分子A 。

双歧杆菌有"M 个种，它也是革兰氏阳性菌，没有荚膜和鞭毛，多形性，有N 型或/型，有直线或弯曲的杆菌，长度为"B M !;，染色不均，无芽孔、不运动，营厌氧生长。适宜生长温度为$G B $MD ，初代培养适宜4E 为GF @B OF #，在4E 为?F @B @F #或MF #B MF @时不生长。葡萄糖通过果糖P G P 磷酸途径发酵，在果糖P G P 磷酸激酶作用下，发酵一克分子葡萄糖生成%F @0分子醋酸和%0分子的乳酸，还产生少量甲酸、乙醇和琥珀酸，不产生丙酸和9C "。触酶阴性，在肠道内不腐败蛋白质，不产生吲哚类化合物及有机胺，也不将硝酸盐还原成亚硝酸盐。靛基质、明胶液化，精氨酸水解为阴性。IHJ 的K L 9含量的

克分子百分比在@@B GO 克分子A 之间。"乳酸菌的生理功能"F %

产生特殊酶系

乳酸菌不仅具有一般微生物所产生的有关

""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""#

#

##

乳酸菌的研究及其应用

浙江大学动物科学学院

赵红霞

詹勇

许梓荣

—$"—

酶系，而且还可以产生一些特殊的酶系，赋予它特殊的生理功能。如产生有机酸的酶系、合成多糖的酶系、分解乳酸菌生长因子的酶系、分解亚硝胺的酶系、降低胆固醇的酶系、控制内毒素的酶系、分解脂肪的酶系、合成各种维生素的酶系和分解胆酸的酶系等。这些酶不仅能加速乳酸菌的生长，维持肠道微生态平衡，促进机体健康，而且还可以改善产品的风味，促进乳制品、发酵香肠等食品的成熟。双歧因子之所以能促进双歧杆菌的生长就是因为这类菌能产生分解它们的多种性质不同的糖苷酶系。双歧杆菌之所以与一般乳酸菌不同，关键在于它能产生自己的特征性酶系，从而使其在代谢上有自己的方式。如它可以产生果糖%&%磷酸酮酶，在葡萄糖代谢中起关键作用，使葡萄糖的代谢最终产物为乙酸和乳酸的比是#’!。!(!

具有粘附性和定植能力

粘附是指细菌与机体肠上皮细胞通过生物化学作用产生的特异性的粘连。粘附是定植的第一步，不能粘附于肠上皮细胞表面的细菌，只能是过路菌，不能在肠道内定植。定植抗力指是宿主对致病菌与潜在致病菌在正常微生物群中定植和繁殖的阻抗力或抵抗力。以乳酸菌为主代表的专性厌氧菌是构成定植抗力的主要力量，被称为定植抗力因子。乳酸菌通过粘附素与肠粘膜细胞紧密结合，在肠粘膜表面定植占位，是形成生理屏障的主要组成部分。如果这个屏障一旦遭到抗生素或其它因素的破坏，宿主丧失了对外来菌的抵抗力，就不再能抵御外来菌的入侵，或者会使具有耐药性的肠内菌异常增殖而取代优势菌的位置，造成肠道内微生态平衡的失调。使用乳酸菌、双歧杆菌制剂可以达到恢复宿主抵抗力，修复肠道菌群屏障，治愈肠道疾病的作用，其作用机理是：!直接参与构成肠道定植抗力，阻止病原菌的定植和入侵；"对肠道有营养作用，有利于肠道屏障的修复；#能增强宿主吞噬细胞的活力，从而提高机体特异性和非特异性抗感染能力；$可间接抑制肠道革兰氏阴性菌的过度繁殖，调整菌群失调。!(#

产生抑菌活性的代谢产物

乳酸菌代谢可以产生有机酸、双乙酰、过氧化氢和细菌素等多种代谢产物，不仅可以改善产品的风味和组织状态，而且可以抑制食品中的腐败菌和病原菌。乳酸菌对一些腐败菌和低温细菌有较好的抑制作用，其抗菌机制主要表现在以下几个方面：一是产生的乳酸等有机酸能显著降低环境)*值和+,，使肠内处于酸性环境。对于致病菌如痢疾杆菌、伤寒杆菌、付伤寒杆菌、弯曲杆菌、葡萄球菌等致辞病菌有拮抗作用。低)*值和+,能促进肠道蠕动，

维持正常生理功能，防止致病菌的定植。二是产生的过氧化氢能够激活牛乳中的过氧化氢酶———硫氰酸系统，抑制和杀灭革兰氏阴性菌、过氧化氢酶阳性细菌如假单孢菌属、大肠杆菌类和沙门氏菌属等。三是产生类似细菌素的细小蛋白质或肽类，如各种乳酸杆菌素和双歧菌素，对葡萄球菌、梭状芽孢杆菌以及沙门氏菌和志贺氏菌有拮抗作用。另外，双歧杆菌等还可将结合的胆酸分解为游离的胆酸，后者对细菌的抑制作用比前者强。因此，乳酸菌可用于防治腹泻、下痢、肠炎、便秘和由于肠道功能紊乱引起的多种疾病以及皮肤炎症等。!(-降低胆固醇

乳酸菌菌体成分或菌体外代谢物有抗胆固醇因子。乳酸菌的代谢能显著减少肠管对胆固醇的吸收，同时，乳酸菌吸收部分胆固醇并将其转变为胆酸盐从体内排出。实验证明，用乳酸菌发酵的乳清饲喂老鼠&周后，与对照组相比，血清胆固醇值最低，且有较高的./*01活性，红细胞中的抗氧化酶2/34和5676869:;活性最高。!(<

具有抗变异原性

*=6=>=等2$??";研究了印度尼西亚、中国、高加索地区传统发酵乳中乳酸菌的细胞壁及其对氨基酸加热分解物和挥发性@%亚硝基胺化合物的结合性，结果发现，乳酸菌的细胞壁对这些物质具有极高的吸着率2?AB 以上;。细胞壁对这些变异和致癌性物质的吸着现象，主要是与细胞

—!!—

壁的肽聚糖有关，推测这是由于肽聚糖与这些物质的离子性吸附所致。目前认为，乳酸菌的抗变异原性功能主要是通过以下几个方面发生作用：%!&许多细菌的细胞壁均具有与变异原性物质和致癌物结合的性质，而乳酸菌细胞壁的这种性质更为显著，其结合能力比其他细菌更高；%"&在细胞壁的成分中，肽聚糖具有这种性质；%$&死亡的乳酸菌菌体也具有这种能力，活菌与死菌对变异原物质的结合能力没有明显差异；%’&细胞壁与变异原的结合是在极短的时间内发生的，这种结合非常稳定；%(&细胞壁与变异原结合进，与)*)%)+,-./,+,01234.35670&具的拮抗作用。乳酸菌的抗变异原性，是由菌体直接作用于变异原，使变异原不能活化，从而减弱和消除变异原物质的毒害作用。"89

增强免疫功能

乳酸杆菌和双歧杆菌一方面能明显激活巨噬细胞的吞噬作用，另一方面由于它能在肠道定植，相当于天然自动免疫。加之它们还能刺激腹膜巨噬细胞、产生干扰素、促进细胞分裂、产生抗体及细胞免疫等，所以能增强机体的非特异性和特异性免疫反应，提高机体的抗病能力。:0;,-<+=等%!>??&报道，口服乳酸菌后，对巨噬细胞的!@半乳糖甙酶活性、巨噬细胞的吞噬活性等具有显著的激活和促进作用。当异物侵入机体时，被乳酸菌激活的免疫细胞，则有增强机体对异物产生抗体的作用。AB6=,;6等!>?’&认为乳酸菌之所以具有刺激机体产生抗体的作用，是由于菌体通过淋巴结、粘膜和C 细胞刺激淋巴细胞，接受刺激的淋巴细胞再通过肠系膜淋巴结%CDE &循环到血流中，并分布全身，从而调节机体的免疫应答作用。"8F

具有营养作用

乳酸菌能分解食物中的蛋白质、糖类、合成维生素，对脂肪也有微弱的分解能力，能显著提高食物消化率和生物价，促进消化吸收。结构复杂、分子量较大的蛋白质在乳酸菌酶的作用下，部分降解为小分子肽和游离氨基酸，利用胃肠消

化吸收。乳酸菌菌体蛋白质还能增加发酵乳的蛋白质含量，品质较高，氨基态氮含量增加。乳酸菌具有乳糖酶，将乳糖分解成葡萄糖和半乳糖，葡萄糖经发酵作用转变为乳酸等小分子化合物，半乳糖部分吸收进入机体，成为脑苷脂和神经物质的合成原料，促进脑组织发育。多数人缺乏乳糖酶，饮用牛乳后出现腹胀、腹泻等症状，饮用乳酸菌发酵的酸乳可以避免这种乳糖不耐症发生。乳酸菌使部分脂肪少量降解，增加乳中游离脂肪酸、挥发性脂肪酸含量。乳酸菌在代谢过程中消耗部分维生素，同时也合成叶酸等G 族维生素。有机酸使HI 值降低，增加肠内G !、G 9和G !"的稳定性。乳酸菌产生有机酸使钙、磷等元素处于易吸收的离子状态，有利于骨骼发育，还可防治由于缺铁、缺钙引起的贫血病和软骨病等。$

在畜禽生产中的应用

乳酸菌是肠道常在菌。畜禽服用乳酸菌后，可以改变肠道内环境，抑制有害菌繁殖，调整胃肠道菌群平衡，增强畜禽的抗病能力，提高成活率和日增重。刘福柱等%!>>(&在雏鸡日粮中添加乳酸菌剂后，结果表明，各试验组的平均体重和饲料转化率都显著高于对照组，且雏鸡的生长速度、饲料效率随日粮中乳酸菌剂添加水平增加有明显提高的趋势。王会娟等%!>>?&在雏鸡饮水分别添加#8#(J 、#8!J 、#8(J 的乳酸菌，发现$种浓度的乳酸菌均能提高雏鸡蛋成活率和日增重，尤其#8!J 效果最好。在饲料中投以大肠杆菌的情况下，#8!J 处理组比对照组成活率提高(#J ，健雏率提高"(J ；在不饲喂大肠杆菌情况下，#8!J 处理组比对照组成活率提高"#J 。仔猪腹泻是一种多发性疾病，仔猪严重腹泻造成日增重降低、营养不良以致死亡，给生产带来很大损失。但通过口服一定剂量的乳酸菌，可以控制大肠杆菌的繁殖，从而减少腹泻的发生，降低死亡率，提高日增重。穆新元等%!>>>&在猪出生$,后，每天口服#8?/D 和!8"/D 两种剂量和乳酸菌%#8#(亿个活菌K /D &，连续用$,。结果发现试验组与对照组比较，发病率分别减少F8?J 和

—$!—

$%&’(，

死亡分别减少%&’(和$"(。仔猪%"日龄体重试验组均高于对照组，其日增重分别提高$$)和**)，证明新生仔猪口肥乳酸菌有良好的作用。另外，田原丰之等+$,,#-试验表明，给初生黑毛和牛补饲乳酸菌活菌剂，能促进哺乳和育服牛的正常肠内细菌丛形成，预防和抑制下痢，有效促进体重增加。*

研究方向

由于乳酸菌是机体内必不可少的正常生理菌群，目前它已成为研究者的热门课题。今后对于乳酸菌所要研究和开发的范围包括：胃肠道菌群变化的规律，食物营养与胃肠道菌群的关系，胃肠道各菌的相互关系，乳酸菌和双歧杆菌的分离鉴定，乳酸杆菌与双歧杆菌的生物学与代谢产物的作用，乳酸菌在肠道的定植、乳酸菌的免疫

作用，还有各种生长因子对乳酸菌在体内外生长繁殖的效应以及乳酸杆菌和双歧杆菌活菌制剂的研制、包装和存放等工艺。此外，乳酸菌要有长足的发展，必须建立分子克隆体系，从而有可能把某些营养物质+如各种必需氨基酸、维生素等-、保健和治病的药物+如抗癌药物、各种免疫源和有关的酶类-、生长发育的激素+如促乳素、生长激素等-等基因导入这类菌中，制成活菌制剂，需要时口服或喂养，引入人畜体内+定植或短暂定植-，使之既可加强营养，又可防病治病，促进生长发育或畜禽增重。总之，随着人们对乳酸菌生理功能和保健功能的认识以及分子生物技术的飞速发展，相信乳酸菌将会得到越来越广泛的应用。+参考文献略-