乳酸菌及其在食品工业中的应用

乳酸菌及其在食品工业中的应用陈杰（宜宾学院食品与科学工程2011级）摘要：阐述了乳酸菌的定义、基本特征、分类、改善食品的品质和营养、抗菌、降低胆固醇、维持微生态环境、抗肿瘤、抗变异原和增强免疫力功能。综述了乳酸菌在酒类、乳制品、植物蛋白饮料、蔬菜深加工、肉制品生产、食品防腐及保鲜中的应用。关键词浮L酸菌;分类;发酵特性；食品工业随着生物技术的发展，对乳酸菌的研究越来越受微生物学家、营养学家、免疫学家和医学家们的关注和重视。由于乳酸菌是人体的正常菌群，也是食品加工和保藏的重要菌种，乳酸菌具有抗菌、降低胆固醇、维持微生态系统平衡、抑癌和增强免疫力等重要生物学功能，赋予食品特殊的风味，改进食品的品质和营养，所以在食品工业中被广泛的运用。1乳酸菌的定义乳酸菌不是分类学上的名词，而是指一群可发酵碳水化合物、产生大量乳酸的革兰氏阳性球菌或杆菌的统称。它们具有以下基本特征:1）细胞为革兰氏阳性;2）细胞形态为杆菌或球菌;3）过氧化氢酶为阴性;4）消耗的葡萄糖50%以上产生乳酸;5）不形成内生孢子；6）无运动性,或极少运动；7）分解蛋白质，但不产生腐败产物;8）脂肪分解能力较弱。培养特征：乳酸菌能够在空气或氧气下生长，是厌氧菌，耐氧。一方面乳酸菌的生长需要辅助因子，它们大多需要某些维生素（核黄素、硫胺素、泛酸、烟酸、叶酸、生物素）、氨基酸、嘌吟和嘧啶。另一方面乳酸菌具有大部分微生物所没有的利用乳糖的能力。在固体培养基表面，一般仅形成少量的菌体生物量，仅长出淡色小菌落，直径1~2mm在液体培养基中细菌浓度很低，这些是由营养、代谢等生理特性所决定。2乳酸菌的分类对于乳酸菌的分类，目前尚未有统一的定论，依据《伯杰氏系统细菌学手册》第9版第2卷（1986年），乳酸菌主要归于6个属。另外，工业上应用的肠球菌属和乳球菌属也包括在内。因为双歧杆菌所产的乳酸不足50%,所以双歧杆菌不归于乳酸菌，而单独另辟双歧杆菌属。但考虑其保健作用,双歧杆菌属和肠球菌属也包括到乳酸菌中。3乳酸菌的营养和保健功能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，改善风味，促进消化吸收,提高营养价值,避免乳糖不耐症的发生，促进钙、磷等元素的吸收。乳酸菌是定居在肠道中的有益菌群，通过代谢产酸降低肠内pH值，或产生抗菌的细菌素,抑制有害菌生长繁殖,维持生态平衡和正常机能。乳酸菌产生的有机酸还能刺激肠管蠕动，增加粪便含水量，有润肠通便功效，对小儿下痢、成人溃疡性肠炎、细菌性下痢有显著治疗效果,并能有效缓解老年人和孕产妇的便秘症状。肠道微生物的水解酶类可以将食物中的致癌物质前体转化为致癌物，乳酸菌的抑癌能力发挥作用的是乳酸菌及其代谢产物对这些酶类（如B—葡萄糖7a-羟化酶、胰蛋白酶等）的抑制作用。乳酸菌细胞直接吸收胆固醇；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；菌体吸收和共同沉淀的联合作用，不同条件下乳酸菌会表现出某一种作用方式为主的能力。乳酸菌是一种被公认的益生菌，能够刺激免疫系统，起到抗病作用。研究指出，乳酸菌刺激免疫系统是通过最初的细胞表面信号接受受体或通过直接的淋巴细胞活动来调节免疫系统。4乳酸菌的发酵特性在无氧条件下乳酸菌将己糖转化成乳酸的过程,称为乳酸发酵。根据产物的不同，乳酸发酵有3种类型:同型乳酸发酵、异型乳酸发酵和双歧发酵。4.1同型乳酸发酵同型乳酸发酵是指发酵终产物中90%以上为乳酸的乳酸发酵过程。乳酸链球菌等链球菌和多数乳酸杆菌进行乳酸发酵时，首先乳糖被B2半乳糖苷酶分解为葡萄糖和半乳糖;接着葡萄糖按照糖酵解途径被转换成2分子丙酮酸，再经乳酸脱氢酶催化，还原生成乳酸;半乳糖经转化依次生成半乳糖212磷酸、葡萄糖212磷酸、葡萄糖262磷酸，最后进入糖酵解途径（EMP途径），被转换成2分子丙酮酸,然后被还原为乳酸［3~5］。4.2异型乳酸发酵异型乳酸发酵是指发酵终产物中除乳酸外，还有乙醇、二氧化碳等成分的乳酸发酵过程。明串珠菌属的乳酸菌以及某些乳酸杆菌,如肠膜明串珠菌、短乳杆菌、甘露醇乳杆菌以及真菌中的根霉等,乳糖被分解为葡萄糖和半乳糖。其中半乳糖经一系列生化反应被转化成葡萄糖262磷酸，它和葡萄糖直接生成的葡萄糖262磷酸一起经磷酸己糖途径（HMP途径）生成乙酰磷酸和32磷酸甘油醛。前者再还原为乙醇，后者进入糖酵解途径转化为丙酮酸，丙酮酸进一步被还原成乳酸。在HMP途径的代谢过程中有二氧化碳生成。4.3双歧发酵双歧发酵是双歧杆菌的产能模式。双歧杆菌是一类特殊的严格厌氧菌，对营养要求较高，它们对葡萄糖的代谢也可归入异型乳酸发酵，但与其他乳酸菌的异型发酵不同。在葡萄糖发酵中,2mol葡萄糖产生3mol乙酸、2mol乳酸和2.5mol的ATP。双歧杆菌无醛缩酶，也无葡萄糖262磷酸脱氢酶，不能通过EMP途径,但含有活性磷酸解酮酶类，这是双歧途径的关键酶。在这个途径中无加氢和还原反应，葡萄糖转变为乙酸和磷酸甘油醛，然后，磷酸甘油醛在乳酸脱氢酶的作用下转变为乳酸。5乳酸菌在酒类产品中的应用5.1乳酸茵在白酒中的应用中国白酒因使用固态制曲、固态发酵技术而闻名世界。固态法制曲过程是全开放的，固态法发酵是半开放的。这种开放式的生产，使空气中飘浮的微生物、生产车间和生产设备上附着的微生物，必然导致大量微生物进入曲坯。也正是由于这些自然界的微生物参与了白酒固态发酵，微生物的代谢物质产生的香气和口味。使我国白酒具有了不同的香型。在诸多的自然界微生物中，乳酸菌对白酒口味和品质有很大的影响。在固态法白酒的酿造过程中，酒曲中会有少部分乳在固态法白酒的酿造过程中，酒曲中会有少部分乳酸链球菌或嗜酸乳杆菌。乳酸菌利用酒曲中的糖类发酵生成乳酸，乳酸在蒸馏过程中，因受热而部分脱水生成乳酰乳酸，在有关酶的作用下，与乙醇化合生成乳酸乙酯，乳酸乙酯对于丰富白酒的风味具有重要的作用，被称为白酒的三大酯类之一（其他两种酯为乙酸乙酯和己酸乙酯）。在液态法白酒的酿造过程中，适当地添加乳酸菌（与产酯酵母和己酸菌等产香微生物配合），也有利于白酒质量的提高，但是如果乳酸菌数控制不好极易引起酒曲的污染，使白酒口味酸涩，影响酒精含量和白酒品质。5.2 乳酸菌在葡萄酒中的应用增强口感与降低酸度是葡萄酒品质的重要保证，在红、白葡萄酒及起泡葡萄酒的酿造中，如何改善结构、调节香味成为关键。在新葡萄酒的贮存过程中，由于明串珠菌等乳酸菌的生长繁殖，使葡萄酒中的主要酸之一的苹果酸发生脱羧基作用，生成乳酸，因而称为苹果酸一乳酸发酵。这种发酵可降低葡萄酒的酸度。特别是在低温地区酿制葡萄酒，这种发酵更为必要；同时，经过苹果酸~乳酸发酵的葡萄酒风味更好。苹果酸一乳酸发酵作为葡萄酒酿造中重要的二次发酵过程.起到改善新酿葡萄酒口感，增加香味的作用。目前所用菌株多为明串珠菌，该属细菌能耐较高浓度的SO2和酒精度，在低pH条件下有较高的苹果酸分解率。通常用该属细菌进行苹果酸一乳酸发酵后，葡萄酒变得柔和.香气加浓，发酵过程中生成的双乙酰、乙偶姻、以及由于乳酸菌的代谢产物改变了酒中醛类、酯类、氨基酸和维生素等微量元素.使葡萄酒产生了特殊的风味物质并有利于葡萄风味复杂性的形成，乳杆菌和球菌也有应用。6食品用乳酸菌在食品工业的应用6.1益生菌口Probiotics□保健品益生菌源于希腊语“对生命有益的细菌”口益生菌是定植于人体肠道、生殖系统内□能产生确切健康功效的活性有益微生物的总称□它是人类生命的健康根源。益生菌乳酸菌包括乳杆菌类（如嗜酸乳杆菌、干酪乳杆菌、詹氏乳杆菌、拉曼乳杆菌等）、双歧杆菌类（如长双歧杆菌、金双歧、双歧杆菌乳杆菌三联活菌片等）、短双歧杆菌（卵形双歧杆菌、嗜热双歧杆菌等X乳球菌（如粪链球菌、乳球菌、中介链球菌等。益生菌保健产品包括含益生菌的酸牛奶、酸乳酪、酸豆奶，以及含多种益生菌的口服液、片剂、胶囊、粉末剂、抑菌喷剂口等等6.2乳酸菌发酵乳制品乳制品作为乳酸菌发酵应用最广泛和最为成熟的领域□主要包括酸奶、奶油和干酪。6.2.1酸奶它是以牛乳或奶粉为原料经巴氏杀菌后冷却接种适量的乳酸菌发酵剂而形成的糊状或液状产品□如传统的凝固型酸牛乳、果味型酸牛乳等都是这类产品。主要菌种有保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌。6.2.2酸奶粉它是通过筛选和驯化后的保加利亚酸奶杆菌、嗜热性链球菌和嗜酸性链球菌混合接种于鲜牛奶经发酵、喷雾干燥而制成。酸奶粉能保持原发酵剂的活力、营养成分及风味□它可作为发酵剂直接用于酸奶生无需再经活化与扩大。6.2.3奶油的生产奶油又称黄油，是以原料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。应用于奶油生产的乳酸菌有以下几种浮L酸链球菌、乳油链球菌、嗜柠檬酸链球菌、副嗜柠檬酸链球菌、丁二酮乳链球菌等。6.2.4干酪它是原料乳经杀菌、冷却后加入适量乳酸菌发酵剂发酵。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。制作干酪常用的菌种有干酪乳杆菌、嗜热链球菌、保加利亚乳杆菌.6.3植物蛋白饮料加工乳酸菌在植物蛋白饮料加工中的应用主要是生产酸豆奶和花生乳酸发酵酸奶。酸豆奶和花生乳酸发酵酸奶可以作为酸奶的替代品为人们提供大量的优质蛋白，因此，开发酸豆奶和花生乳酸发酵酸奶具有巨大的经济效益和社会效益。用于酸豆奶和花生乳酸发酵酸奶生产的乳酸菌主要属于乳杆菌属、链球菌属，此外还有明串球菌属。生产中常用德氏乳杆菌、保加利亚乳杆菌、植物乳杆菌、嗜酸乳杆菌、嗜热链球菌、豆乳链球菌、肠膜明串球菌等，常用2种或2种以上菌株混菌发酵。乳酸菌在豆乳发酵过程中，不仅可以将蛋白质分解为小分子物质,而且可以脱除豆腥味，分解棉籽糖、水苏糖等胀气因子，使产品具有良好的风味和营养价值。6.4果蔬发酵制品果蔬发酵是利用有益微生物的活动及控制其一定的生长条件对果蔬进行加工的一种方式。6.4.1果蔬乳酸菌饮料果蔬乳酸菌饮料是利用微生物来发酵单一或复合鲜果蔬汁发酵后调味而成提高了营养价值去除了生涩味增加了发酵香味口感怡人。用于乳酸发酵的果蔬主要有苹果、梨、葡萄、胡萝卜、番茄、芹菜、红薯、马铃薯、南瓜、山芋等大多用保加利亚乳杆菌、植物乳杆菌和嗜热链球菌进行混合发酵。果蔬饮料改善了产品口味□提高了营养价值□开辟了果蔬深加工的新途径。6.4.2泡菜生产自然发酵泡菜是利用低浓度食盐水溶液进行腌制通过附生在植物表面上乳酸菌的发酵作用而得到的蔬菜加工品。发酵前期除乳酸菌外的其他微生物还有一定的活动能微生物种类多且有少量空气存在以异型乳酸菌的发酵为主。这类异型乳酸发酵菌一般不耐酸随乳酸量的增加到发酵中后期以耐酸的正型发酵乳酸菌进行活动将单糖和双糖发酵生成乳酸而不产生气体。泡酸菜中常见的乳酸菌主要有植物乳杆菌、黄瓜乳杆菌、短乳杆菌、肠膜明串珠菌及双歧杆菌等。6.5乳酸菌发酵面包以面包专用粉为主要原料，添加乳酸杆菌、酵母等辅料。采用二次发酵工艺生产面包。面包内部组织柔软细腻纹理结构好发酵香味浓郁且有柔和的乳酸味其品质优于普通面包具有较大的开发前景。6.6肉制品生产6.6.1发酵香肠在原料中添加微生物纯培养乳酸菌保证乳酸菌在整个发酵和成熟过程中占有绝对优势。使产品的安全和质量得到保证。主要的菌种有乳酸杆菌植物乳杆菌、弯曲乳杆菌、乳酸乳杆菌、干酪乳杆菌口和乳酸片球菌。6.6.2羊肉乳酸菌发酵脱擅羊肉中导致擅味的4-甲基辛酸的含量降低了84.3%口4-甲基壬酸的含量降低了71.2%羊肉脱擅效果明显。6.7乳酸菌胞外多糖功能性食品乳酸菌胞外多糖是由乳酸菌发酵产生的分泌在细胞外的常渗入到培养基中的糖类化合物。以乳杆菌属、链球菌属、明串珠菌属、乳球菌属等乳酸菌的胞外多糖较多。乳酸菌胞外多糖不仅对乳制品的结构和风味具有重要影响为食品级多糖的一个极好的来源而广泛应用于各种食品的增稠、稳定、乳化、胶凝及保湿。活性多糖除了具有抗病毒、抗衰老、降血糖、刺激造血等作用外还有抗肿瘤、抗溃疡、免疫调节、调节胃肠功能、降低胆固醇等生物学功效。其中来源于乳酸菌的胞外多糖具有对机体无毒副作用来源安全可靠等优点□逐渐被人们所关注将乳酸菌胞外多糖开发和研究具有很大潜力。6.8乳酸菌的防腐保鲜作用乳酸菌被认为是最适合的食品天然防腐剂它所表现出来的抗菌活性也可防止微生物污染其可产生一些天然的抗菌剂包括有机酸俘L酸、乙酸、甲酸、苯乳酸、己酸X二氧化碳、过氧化氢、双乙酰、乙醇和细菌素等。乳酸菌的细菌素是具有抗菌活性的多肽、蛋白质或蛋白质复合物（其中乳链菌肽是一种广泛应用的高效、无毒的天然食品防腐剂）通过抑制腐败菌和病原菌的生长达到延缓食品腐败、延长食品保藏期。已广泛用于食品保鲜的乳酸菌属有乳球菌属、乳杆菌属、明串珠菌属和肉食杆菌属等。6.9SCP的生产单细胞蛋白（singlecellprotein）简称SCPo亦称微生物蛋白或菌体蛋白（指酵母、细菌、真菌等微生物）培养单细胞或丝状微生物的个体而获得的菌体蛋白。乳酸菌和酵母菌之间稳定的共培养口乳酸菌创造酸性环境对酵母菌的增殖促进作用口同时□酵母菌产生许多生长因子（如维生素、可溶性氮化合物）对乳酸菌的生长有促进作用。在发酵过程中乳酸菌和酵母菌产生的代谢产物会改善产品的风味。合理利用食品工业副产物变废为宝，解决食品工厂污染的难题□达到了综合利用的目的。7乳酸菌的应用前景乳酸菌是最早为人类所认识的微生物之一，经乳酸菌发酵的食品集营养与保健于一身，越来越受到国内外人们的重视。乳酸菌的生物学特性和保健功能，决定了它不仅在食品工业中有广泛的用途，在今后的保健食品中也将占有重要地位。近年来的研究表明，乳酸菌有很多特殊医疗保健作用。国内外对乳酸菌的研究也越来越深入，日本、瑞典等已开展用乳酸菌治疗胃溃疡和胃肠炎的研究。然而，对乳酸菌在医疗保健方面的体外实验虽然很多，但乳酸菌在人体内的作用机制还不是很清楚。而且普通的乳酸菌活力极弱，只有经过特殊工艺处理才能到达肠道，进入肠道内的乳酸菌必须具备数量多、活力强的特性才能发挥其生物功效。因此，如何利用现