乳酸菌的生理功能及其在食品加工中的应用

乳酸菌的生理功能及其在食品加工中的应用 摘要：本文从乳酸菌的分类鉴定到乳酸菌的生理特性方面入手介绍乳酸菌，并综述了在乳品加工、乳酸菌制剂和饮料、酒类酿造、酱油酿造及腌制酸菜等领域的应用概况，并展望其在食品中的应用。 关键字：乳酸菌 生理功能 食品 应用

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。它广泛存在于人、畜、禽肠道、许多食品、物料及少数临床药品中[1]。乳酸菌因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,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。研究表明[2]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[3]。由于乳酸菌拥有诸多特性，可广泛用于食品加工行业，制造出诸多美味又健康的食品，加上现代各种加工技术的飞速发展，乳酸菌与人类的关系将更加密切。

1 乳酸菌的分类 乳酸菌是指一类以糖为原料的，消耗葡萄糖50％以上，产生乳酸、革兰氏阳性菌，不形成芽孢，不运动或极少运动的过氧化氢酶阴性的细菌。乳酸菌在自然界中的种类很多，分布极广。目前自然界已发现的这类菌在细菌分类学上划分至少有 18 个属，共有 200 多种。除极少数外，其中绝大部分都是人体内必不可少的，且具有重要生理功能的菌群，广泛存在于人体的肠道中[4]。乳酸菌包括乳酸 杆菌属(Lactobacillus)、肉食杆菌属(Carnobacterium)、双歧杆菌属(Bifidobacterium)、链球菌属(Streptococcus)、肠球菌属(Enterococcus)、乳球菌属(Lactococcus)、明串珠球菌属(Leuconostoc)、片球菌属(Pediococcus)、气球菌属(Aerococcus)、奇异菌属(Atopobium)、漫游球菌属(Vagococcus)、利斯特氏菌属(Listeria)、芽孢乳杆菌属(Sporolactobacilus)、芽孢杆菌属(Bacillus)中的少数种、环丝菌属(Brochothrix)、丹毒丝菌属(Erysipelothrix)、孪生菌属(Gemella)和糖球菌属(Saccharococcus)等[5]。乳酸菌主要归属于乳链球菌及乳酸杆菌两大家族，乳酸杆菌与人体保健有着密切的关系，有 44 个种，连同亚种共 51 个种。

2 乳酸菌的鉴定方法 在乳酸菌分类鉴定方面, 如以形态学、生理生化和化学特征等表型特征为主要指标, 则可能由于乳酸菌形态多样, 且易受培养条件的影响, 加之生理生化特征极其相似, 很难对乳酸菌相近种属做出正确鉴定, 在相同种属不同菌株的鉴定方面更是非常困难[6]。 2.1 表性特征鉴定 在食品工业和应用研究中, 表型性状测定仍然是乳酸菌鉴定的重要依据, 包 括形态学和生理学特征的测定, 主要依据细菌的菌落特征、菌体形态、生理生化特性和代谢产物等。表型法鉴定受欢迎的原因是因为操作过程中不需要特殊的仪器, 以及对鉴定数据库具有一定的实用性。值得注意的是,虽然应用表型性状鉴定对一些乳酸菌是非常有用的, 但对某些乳酸菌来说, 即使表型性状很相似, 也并不意味着基因型亲源关系很近[6]。 2.2基因型鉴定 利用随机扩增多态性 DNA 技术 (Random Amp lified Polymorphic DNA , RAPD)、 变性梯度凝胶电泳 PCR/DGGE 和温度梯度凝胶电泳 PCR/TGGE、测定16SrDNA 和16SrRNA 序列等鉴别基因型技术是目前用于鉴定乳酸菌的另一类方法，这类方法最大的优点是不依赖培养条件, 不会因为培养条件的变化而产生不同的结果。

3 乳酸菌的生理功能 由于乳酸菌对营养物质的特殊要求以及与氧气的特别关系决定了乳酸菌有着特殊的生理特性，也决定它有着特别的生理功能。 3.1 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，能显著提高食物的消化率和生物价，促进消化吸收。食物中的大分子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，利于胃肠消化吸收。乳酸菌菌体蛋白质还能增加发酵乳的蛋白质含量。乳酸菌可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，有助于儿童脑组织和神经系统的发育。乳酸菌具有磷酸蛋白酶，能将 α- 酪蛋白分解成微细的奶酪脂肪肽和氨基酸等，从而提高蛋白的消化吸收率。乳酸菌发酵可以使部分脂肪少量降解，易于消化并能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 B 族维生素。乳酸菌发酵后产生的有机酸可提高钙、磷、铁等元素的利用率，促进铁和 VD的吸收[7]。 3.2 降胆固醇作用 服用乳酸菌及其相关制品，具有减少人体胆固醇含量的作用。在厌氧条件下，乳酸菌在含有胆盐的高胆固醇培养基上生长时，菌体细胞可以吸收介质中的胆固醇。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而从体内排出。乳酸菌的菌体对胆固醇不仅有同化作用，还能抑制体内胆固醇生物合成酶的活性，减少体内胆固醇的合成。目前乳酸菌降胆固醇的作用机制主要如下： （1） 乳酸菌细胞直接吸收胆固醇。 （2） 乳酸菌的胆盐水解酶的活性，使胆盐结合态转变为脱合态，与胆固醇发生共同沉淀。 （3） 菌体吸收和共同沉淀联合作用，而且不同条件下的乳酸菌会表现出某一种作用方式为主的能力[4]。 3.3产生特殊酶系 乳酸菌不仅能产生一般代谢所需酶类，还能产生一些特殊酶系。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。 3.4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。 3.5具有抗原变异性 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，从而减弱或消除其毒害作用。目前认为乳酸菌的结合致突变物质和抗突变的特性主要表现如下： （1） 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。 （2） 起主要作用的为乳酸菌细胞壁上的肽聚糖。 （3） 死亡的乳酸菌菌体也具有这种能力，活菌和死菌对变异原性物质的结合能力没有明显差异。 （4） 细胞壁与变异原的结合是在极短的时问内发生的，且结合非常稳定。 （5） 细胞壁与变异原结合时，与十二烷基硫酸钠（SDS） 具有拮抗作用[4]。 3.6 改善肝功能 活性乳酸菌在肠道中的代谢产物可能有干预人体肠肝循环的功能。研究发现乳酸菌液通过保护胃黏膜，减少酒精从胃内的吸收，减少细菌—内毒素移位，改善乙醇在肝内的代谢，能防止大量饮酒后引起的肝损伤和脂肪肝。此外，乳酸菌能够抑制腐败菌的生长，使肝脏减轻了解毒重荷，改善肝功能。 3.7 其他生理功能 在许多文献中报道说，乳酸菌还有抗肿瘤特性，抑制病原菌，改善胃肠道功能，延缓衰老，抗高血压等一系列功能，最重要的是当应用在食品行业中时，其具有改善食品风味及预防龋齿的功能，还可提高营养利用率、促进营养吸收，改善身体微环境，清理肠道有毒物质。

4 乳酸菌在食品加工中的应用 4.1 生产乳酸 若发酵原料为葡萄糖、蔗糖等,一般选用戴化乳杆菌。此菌为G+,接触酶阴性,发酵温度以50℃为好,产生的乳酸为右旋。若以牛乳和乳清为原料时,则用乳酸球菌,如乳酪链球菌(Streptococcus cremoris)、嗜热链球菌(Strep·thermophilus)和乳链球菌(Strep·lactis)进行异型发酵。同型发酵则利用保加利亚乳杆菌、嗜酸乳杆菌和干酪乳杆菌等菌种,产生的乳酸为左旋[8]。 4.2 生产乳制品 4.2.1生产酸奶 生产中常用的有保加利亚乳秆菌、嗜酸乳杆菌、嗜热链球菌、乳链球菌、两歧双歧杆菌、婴儿双歧杆菌、长双歧杆菌等。一般两种或两种以上菌种混合使用, 保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌的混合菌种纯培养发酵剂在生产中很常用。在发酵剂中可追加嗜酸乳杆菌或双歧杆菌可增加这 2 种菌在肠道中的定植量, 进一步提高酸奶的保健作用。另外可添加明串球菌, 提高酸奶中 VB2和 VB12的含量, 并增加香味; 添加双乙酰乳链球菌, 也可增加酸奶的香味。 酸奶中含有丰富的蛋白质、脂肪糖类、各种维生素及钙、磷、铁、钠等人体 需要的营养素, 具有良好的营养保健作用。乳酸菌在乳中生长繁殖, 发酵分解乳糖产生乳酸等有机酸、导致乳的 pH 值下降, 使乳酪蛋白在其等电点附近发生凝聚、形成凝固型酸奶。其产品酸味纯正、口感细腻,具有良好咀嚼感。近来还研究出了速溶酸奶，其作为一种速溶方便食品,不仅用水一冲即可恢复原来酸奶的风味、营养与保健价值, 而且又可作为发酵剂与奶粉混合制作酸奶,是酸奶生产理想的中间产品, 同时解决了保质期短与运输不便、贮存条件要求高的弊病。 4.2.2 生产奶油 奶油是以乳经离心分离后所得的稀奶油为主要原料, 经杀菌、冷却、成熟、乳酸菌发酵、搅拌、压炼而制成的乳制品。按发酵方法不同,分为天然发酵奶油和人工发酵奶油两类。人工发酵奶油即将稀奶油杀菌后, 再添加纯培养的发酵剂, 使其发酵而成奶油。 4.2.3 生产干酪 干酪是指原料乳经杀菌、冷却后, 加入适量的乳酸菌发酵剂发酵, 使蛋白质(主要是酪蛋白)凝固后, 排除乳清, 将凝块压成块状而制成的产品。 4.2.4 其他 乳酸菌应用于奶制品，还常用于发酵蛋奶，发酵酒精性乳饮料以及乳酸菌奶粉的制作。 4.3 肉制品的加工 乳酸菌主要作为肉制品腌制剂和添加剂。经乳酸菌发酵的肉制品, 具有风味独特保存期长食用方便卫生的优点。主要用于发酵香肠, 乳酸菌在发酵香肠加工过程中始终处于优势菌并保持着较高水平。较高水平的乳酸菌有效地抑制了杂菌的生长, 改善了产品的品质, 提高了产品的保藏性。同时发酵所营造的酸性环境和乳酸菌的促酶活性, 促进了亚硝酸盐的分解, 大大降低了亚硝酸盐的残留量, 在保持产品品质的同时, 使产品的安全性进一步提高。 4.4 谷物发酵 经乳酸发酵的谷物(小麦、大麦、稻米、小米、玉米、黑米等), 赖氨酸、色氨酸、硫胺素、核黄素、钙和铁等的含量增加, 营养价值和消化率大大提高。主要制品有酸面包、谷物乳酸发酵饮料、乳酸发酵糕点等[7]。 4.5 在酿造工业中的应用 乳酸菌常用于酱油、食醋、白酒、啤酒、葡萄酒酿造过程的添加，其特殊的风味在酱油的酸味中起重要作用, 其中乳酸是主要成分, 赋予酱油香气和酸味, 双乙酰也是重要的呈味物质。乳酸菌和酵母菌协同作用产生风味物质, 适当协调两者关系, 使乳酸和乙醇的含量达到平衡, 可以酿造出香气浓郁、鲜美淳厚的优质酱油。乳酸菌代谢产生的有机酸、双乙酰及其衍生物也是食醋中重要风味物质。液态白酒的酿造过程中, 适当地添加乳酸菌，不仅有利于提高白酒的质量也有利于改善白酒的风味。 4.5 果蔬发酵 在我们国家，泡菜有着悠久的历史，不仅味道独特，也是佐饭佳品，在普通家庭里，几乎家家都有泡菜，而泡菜也是由乳酸菌发酵水果蔬菜产生，乳酸菌发酵泡菜可降低泡菜中的亚硝酸盐含量,提前亚硝酸盐峰值出现的时间,且随着发酵时间的延长,泡菜中乳酸不断积累[9]，风味也在逐渐改善。