乳酸菌发酵制品的研究现状与发展

乳酸菌发酵制品的研究现状与发展

蘑菇是一个常见的细菌，可以用糖作为原料，产生大量的硫酸。这不是微生物学的标准名称。乳酸菌是正常人畜肠道中极为重要的生理菌群,担负着人畜机体多种重要的生理功能,具有维持人体中微生态平衡的作用,与机体健康息息相关。随着厌氧菌培养技术的日益发展,越来越引起了微生物学家、微生态学家、营养学家、病理学家和免疫学家对乳酸菌及其发酵制品应用研究的关注和重视。1乳酸杆菌属乳酸菌都是革兰氏阳性菌,共有九个属:乳酸球菌属、链球菌属、明串珠菌属、迷走球菌属、片球菌属、乳酸杆菌属、双歧杆菌属、肉食杆菌属和孢子乳酸菌属。前五个属呈球状,后四个属呈杆状。在上述这些乳酸菌属中,以乳酸杆菌属和双歧杆菌属与人畜机体保健最为密切,尤其是双歧杆菌属。乳酸杆菌属连同亚种共有51个种,为细长、有弯曲的无芽孢杆菌。DNA的G+C含量为32~53克分子%之间。微需氧,但在厌氧环境下生长更好。最适生长温度为30~40℃,最适生长pH为5.5~6.2,但在pH3.5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乳酸、CO2、乙酸和乙醇。双歧杆菌共有28个种,为直或弯曲的无芽孢杆菌,呈多形性,有Y型或Ⅴ型。DNA的G+C含量为55~67克分子%。营厌氧生长,最适生长温度为36~38℃。最适生长pH为6.5~7.0,在pH4.5~5.0或8.0~8.5时不生长。发酵1克分子葡萄糖生成1.5克分子醋酸和l克分子乳酸,还产生少量其它有机酸和CO2。在肠道内不腐败蛋白质,不产生吲哚类化合物及有机胺,也不能将硝酸盐还原成亚硝酸盐。2主要肠道疾病的生理效果2.1乳酸菌抑制物质在健康人畜的肠道中,各种细菌的种类、数量和定居部位是相对稳定的,它们相互协调,互相制约,共同形成一个微生态系统。如果由于抗生素、放疗、化疗、应力、年龄和饮食等原因,引起体内肠道菌群失调紊乱,即破坏了微生态的这种平衡,就可能导致这样或那样疾病的发生。乳酸菌除具有粘附作用外,还能产生非常重耍的抑制物质,以调整菌群之间的关系,维持和保证菌群最佳优势组合及这种组合的稳定性。乳酸菌产生的主要抑制物质有:醋酸和乳酸:使肠道内pH和Eh降低,促进肠蠕动,防止病原性细菌的定植。过氧化氢:抑制葡萄球菌等致病菌的生长繁殖。胞外糖苷酶:降解肠粘膜上皮细胞的复杂多糖,阻止毒素的粘附和侵入。细菌素:对多种病原微生物有拮抗作用,如乳链球菌肽(Nisin)。乳酸菌(主要是双歧杆菌和乳酸杆菌)通过以上机制,呈优势生长,抑制病原性细菌的过度繁殖,使肠道菌群的微生态系统达到正常的平衡。2.2提高机体抗病力双歧杆菌和乳酸杆菌能明显促进细胞分裂、促进抗体产生,还能活化吞噬细胞、刺激腹膜巨噬细胞、诱导产生干扰素,从而增强机体的特异性和非特异性免疫反应,提高机体的抗病能力。2.3改善肠道菌群由于双歧杆菌等乳酸菌在肠粘膜表面形成一个屏障,阻止了致病菌的入侵和定植,使肠道菌群得到改善,从而抑制了致癌物质的产生。此外,双歧杆菌和乳酸杆菌还能分泌某些降解致癌物质(如N一亚硝胺)的酶,预防化学致癌物引起的肿瘤发生。另一方面,由于乳酸菌及其代谢产物活化了免疫功能,从而抑制了癌细胞的生长增殖。2.4发酵乳的营养乳酸菌的营养作用表现为:(1)发酵后产生的乳酸,可提高钙、磷、铁的利用率,促进铁和维生素D的吸收;(2)乳酸菌中乳糖酶活力高,乳糖分解后的发酵乳更适合各种人群食用,所产生的半乳搪,是构成脑神经系统中脑苷脂的成分,可促进婴儿脑的迅速成长;(3)乳酸菌具有磷酸蛋白酶,能分解乳中的α-酪蛋白成为微细的奶酪脂肪肽和氨基酸等,提高了蛋白的消化吸收率;(4)发酵乳的脂肪呈微细的脂肪球,易于消化,还因分解了脂质,使非脂化的脂肪酸大大增加;(5)双歧杆菌能高水平合成多种维生素(B1、B2、B6、B12、烟酸、叶酸等),而且能分泌到胞外培养液中。2.5降低血液中内毒素和氨双歧杆菌可抑制肠道中腐败细菌的繁殖,从而减少肠道中内毒素及尿素酶的含量,使血液中内毒素和氨的含量下降。乳酸菌能抑制羟甲基戊二酸辅酶A还原酶,从而能降低牛奶和体内的胆固醇含量。很多研究也已证明乳酸菌确具有降低血清胆固醇和甘油三酯的作用。2.6抑制微生物生长双歧杆菌和乳酸杆菌等肠道有益菌产生的乳酸和醋酸,抑制了肠内腐败细菌的生长,从而减少了这些腐败细菌产生的毒胺、靛基质、吲哚、氨、硫化氢等致癌物质和其他毒性物质,使机体衰老过程变得缓慢。3乳酸菌发酵食品的应用经乳酸菌的发酵作用而制成的产品称为乳酸菌发酵食品。随着乳酸菌对人体健康有益作用机理的不断深入研究和揭示,乳酸菌发酵食品更加受到人们的重视。近年来,国内外都加强了有关乳酸菌发酵食品的研究和开发。3.1.3营养功效成分以双歧杆菌为首的活性乳酸菌菌体,及其在发酵过程中产生的某些生理活性物质,能提高人体免疫力,增强机体内巨噬细胞的吞噬力,提高人体对病原菌的抵抗力,从而增强了食品的保健功效。3.1.4重要性作用乳酸菌发酵的主要代谢产物乳酸,在防止食品腐败变质中有重要作用。此外,在发酵过程中还产生一些抑菌物质(如乳链球菌肽、乳杆菌素、嗜酸菌素等),可抑制引起食品腐败的微生物的生长,因而提高了产品的保存性,延长了货架期。3.2蘑菇发酵食品的主要类型3.2.1乳酸菌发酵饮料以牛乳为原料,添加适量蔗糖,经巴氏杀菌后冷却,接种纯乳酸菌发酵剂,经保温发酵而制成的产品。主要品种有:传统的凝固型酸牛乳、搅拌型酸牛乳、果味型酸牛乳、浓缩或干燥型酸牛乳、发酵酸羊乳等。3.2.2凝乳、压成产品在乳中加入适量的乳酸菌发酵剂和凝乳酶,使酪蛋白质凝固,排除乳清,将凝乳压成块状而制成的产品。发酵干酪品种繁多,可分别按原料乳、脂肪含量、凝乳剂、成品处理和硬度等的不同进行分类。3.2.3酸乳汁的制备(1)酸乳饮料原料乳经乳酸菌发酵后所制成的饮料,有浓缩型、稀释型、活菌型、杀菌型等品种。(2)酸奶油把牛乳中的稀奶油分离出来,通过添加乳酸菌发酵剂而制成的酸性奶油。(3)酒精性发酵乳饮料乳饮料的发酵剂中除以乳酸菌为主外,还有酵母菌,产品中有少量酒精存在,如克菲尔(kefir)。3.2.4酸甜发酵产品肉制品经乳酸菌发酵后,使基质酸化,对改善其风味,延长保存期,提高卫生稳定性,提高质量等都有良好的作用。如乳酸发酵香肠、乳酸肉等。3.2.5乳酸发酵饮料(1)乳酸发酵蔬菜:将蔬菜(如甘蓝、芥菜、黄瓜、油橄榄等)放于容器中并加入配料,使乳酸菌利用蔬菜中的可溶性养分进行乳酸发酵,既起防腐作用,又可提高蔬菜营养价值和改善风味。(2)果蔬汁乳酸饮料:以果汁(如苹果汁、西瓜汁等)和蔬菜汁(如番茄汁、胡萝卜汁等)为原料,经乳酸菌发酵并调制而成的新型饮料。该类饮料综合了乳酸发酵和果蔬汁的优点,使发酵风味与原料风味浑然一体,而且营养丰富。3.2.6配方的设计思想综合了乳酸菌对人体的有益作用和豆类营养合理的优点,是较理想的保健食品。(1)大豆乳酸发酵制品如大豆乳酸发酵饮料、豆乳牛乳发酵饮料、果味乳酸发酵豆乳、豆芽酸乳等。(2)绿豆乳酸发酵制品主要有乳酸发酵绿豆乳、绿豆乳酸发酵饮料等。3.2.7氨基酸色氨酸、行业基经乳酸发酵的谷物(小麦、大麦、稻米、小米、玉米等),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。3.3有利于调节人体生理功能乳酸菌发酵食品属于营养保健食品,不仅具有一般食品所具有的营养和色、香、味,而且还具有调节人体生理功能的作用。因此,发展乳酸发酵食品符合时代的要求,具有强大的生命力和广阔的前景。3.3.1发酵乳的加工我国目前生产的乳酸菌发酵食品,无论在质量上,还是在品种和产量上,与一些发达国家相比还有较大的差距。在国外,酸奶的品种与日俱增,数量也成倍增加。如强化酸奶、低钠酸奶、易消化酸奶、蜜酒酸奶、蒲公英酸奶、蔬菜酸奶等。近年来,由于微生态学的发展,对双歧杆菌等有益肠道菌的培养技术、在消化道中的分布、内在关系以及对人体健康作用等的深入研究,在生产上已使用直接由人体肠道分离的双歧杆菌、嗜酸乳杆菌和肠球菌等,再配合从自然界分离的风味好的传统菌种进行发酵生产,产品被称为“21世纪发酵奶”。我国幅员辽阔,可用于制作乳酸菌发酵食品原料资源和乳酸菌资源非常丰富,而且又有传统食品制作的丰富经验。随着消费者对乳酸菌有益生理功能的认识和生活质量的进一步提高,乳酸菌发酵食品的销售市场将会进一步扩大。所以,研究开发多种新型乳酸发酵食品的潜力很大。3.3.2双歧杆菌在其他食品中的应用医学界普遍认为,通过双歧杆菌发酵乳制品来调节人体消化道的功能,是发展功能性食品中最重要最有前景的部分。随着对双歧杆菌有益于人体健康研究的不断积累,随着现代人追求健康饮食需求的不断扩大,各种利用活性双歧杆菌的食品相继推出并日渐普及。目前国外已有70种以上的产品问世,其中大多数为乳制品。在日本,双歧杆菌制品占总酸乳量的三分之-。日本健康食品协会将含双歧杆菌的功能食品列为健康食品,并指明双歧杆菌可用于产妇食品及幼儿特殊营养食品中。在欧洲,双歧杆菌制品也已成为发酵乳制品中发展最快的部分。3.3.3功能食品的食品要符合第三代在发达国家,对这类新型乳酸菌发酵食品的功能评价十分重视,不仅要求必须经过严格的动物和人体实验,证明该产品具有某项生理调节功能,还要明确其功能因子的化学结构及其含量,这种高水准的产品被称为第三代功能食品。我国的营养保健食品多数属于第一代或第二代产品,其功能大多未经实验验证,仅根据产品中的某些成分来推测其功能。4利用微生态理论研究的益生素近年来的研究发现,长期使用抗生素作饲料添加剂,给畜牧业生产、人类健康和环境等都带来许多严重的问题:(1)破坏畜禽肠道的微生态平衡;(2)导致某些细菌产生抗药性,危害人畜;(3)抗生素的化学残留,威胁着人类健康。利用微生态理论研制的益生素,即畜禽用微生态制剂,是-种含活性微生物的饲料添加剂。它既无毒、无副作用、无残留、无抗药性,同时也不会污染环境,具有广阔的应用前景。目前,研究较多,应用较广的是乳酸菌类益生素,产品剂型有口服糊状剂、水溶性粉剂、液剂等。畜禽用微生态制剂的功效己被公认,它通过抑制畜禽肠道内有害菌群,促进有益菌群的增殖,消除肠内毒素和增强免疫系统来预防肠道疾病,从而改善肠道内微生态的平衡,达到提高畜禽生产性能的目的。4.1菌种单一、活性低目前,畜禽用微生态制剂存在一些急待解决的问题:(1)菌种单一,活性低;(2)多数活性菌难以通过动物胃酸环境;(3)活菌制剂易失活,常温下保存期短。这些问题是限制这类产品大量生产和广泛应用的主要原因。4.2动物与家禽微生态制剂的研究与发展趋势目前国内外对畜禽用微生态制剂的研究和发展趋势可归纳为以下几方面:4.2.1选择优良有益菌由于不同菌种的特性和功能各异,对宿主肠道的粘附作用也有种属特异性,故应从不同畜禽中筛选各种优良有益菌(主要是乳酸菌类),并组成以乳酸菌为主的多菌种混合制剂,从而增强制剂的有效性,扩大条件范围和应用范围,这是微生态制剂发展方向之一。4.2.2微生物的保护判定微生态制剂的效果是看它在消化道内是否能存活并发挥作用。消化道内低pH值、胆汁酸、消化酶、抗生素等均对活性菌产生很大的影响。尤其是在胃的低pH值环境中,除少数乳酸杆菌和芽孢杆菌外,大部分微生物如不经保护处理,都会被杀死,仅剩少量活菌进入肠道,难以形成优势菌群。此外,微生态制剂产品-般都要求冷藏,尤其是非孢子态微生物,因为活性菌在常温下稳定性差,保存期短。因此,人们正努力寻求防止制剂中微生物失活的技术措施,如稳定化技术和微囊化技术。目前,华南理工大学食品与生物工程学院正在与省农科院畜牧研究所合作,采用微型包囊技术研制含多种畜禽肠道有益菌、多种促生因子、活菌数高、保存期长的安全高效畜禽用微生态制剂。4.2.3益生菌与其它添加剂的联用如何更好地发挥微生态制剂的作用,这也是目前重要研究课题之一,更多的是从益生菌与其它添加剂合理配合使用的角度去研究。如益生菌与肽类、酶制剂、有机酸、光合细菌及促生长因子等联用。从己有的研究结果看,联合使用对畜禽产生的正效应,比单独使用的正效应有不同程度的提高。5毒副反应的防治方法由于各种抗生素广泛长期的应用,一方面使耐药菌株增加,耐药因子迅速扩散,另一方面引起肠道菌群紊乱,造成肠道功能失调。对于那些由抗生素引起的顽症和毒副作用,临床医学界主张采用生物防治方法,即以菌治菌,调整肠道微生态环境,重新建立起肠道正常菌群的平衡,保证机体正常的生理功能,达到防病、治病、保健、延年益寿的目的。因此,乳酸菌活菌制剂的应用受到人们的高度重视。很多国家早就有各种产品投放市场,如日本至今双歧杆菌活菌制剂就有70余种。药用乳酸菌活菌制剂在临床上的应用,目前主要用于防治腹泻、肠炎、痢疾、肝炎、肝硬化、阴道炎、便秘、消化道功能紊乱、降血脂、皮肤病和泌尿系统疾病等。5.1双歧杆菌的用药双歧杆菌是儿童和青少年肠道内数量最多的细菌,对整个胃肠道的微生态平衡起着举足轻重的作用。因此,双歧杆菌是应用最广泛的药用乳酸菌。双歧杆菌是儿童和青少年肠道内数量最多的细菌,对整个胃肠道的微生态平衡起着举足轻重的作用。因此,双歧杆菌是应用最广泛的药用乳酸菌。能作为药用的双歧杆菌主要有:短双歧杆菌、长双歧杆菌、两歧双歧杆菌、婴儿双歧杆菌和青春双歧杆菌等。乳酸杆菌是成年人肠道内的优势菌之一,具有耐氧性好、疗效较佳、生产工艺较简单等特点。可入药的乳酸杆菌主要有:嗜酸乳杆菌、干酪乳杆菌、短乳杆菌、植物乳杆菌等。可作药用的肠球菌主要有:粪肠球菌、屎肠球菌。5.2双歧杆菌活菌制剂双歧杆菌是人体肠道的主要有益菌群。这些有益菌不仅在防治肠道菌群失调症和其它老年病上有独特作用,而且在抑制致病菌的生长与入侵、改善消化功能、提供营养、降低血清胆固醇、增强机体免疫力、抗肿瘤等作用都是公认的。双歧杆菌制剂,正是利用双歧杆菌这种人体自身优势生理细菌制成活菌制剂,再经口服回归人体原来的生境(肠道)中,达到调节或维持机体正常生理功能的制剂,又称为微生态制剂。目前国内外双歧杆菌制剂的研究开发趋势主要集中在以下几个方面:(1)选育产酸高、耐氧耐酸、存活力强的优良菌株。产酸力高有利于抑制致病菌;耐氧性能好有利于对菌的操作和生产;耐酸力强有利于活性菌本身通过胃酸和胆酸而不致死亡;存活力越强,有效保存时间就越长,应用价值也就越大。例如双歧杆菌,可采用浓度梯度法进行较长时间的耐酸耐氧驯化,最终选育获得比出发菌株对低pH和氧敏感性较低的优良菌株作为生产用菌。(2)选用双歧杆菌属中的各个成员组成联菌株。双歧杆菌制剂根据其所使用菌种数的不同,可分为单菌株制剂和联菌株制剂。联菌株制剂更适应于不同年龄段的人食用,因为婴儿双歧杆菌和短双歧杆菌,只在婴幼儿和儿童的肠道内存在并占优势,而成年人的肠道内则以青春双歧杆菌和两歧双歧杆菌为主。采用混合菌种或复合菌种的制剂,较单一菌种更具优势,在人体环境中具有更大缓冲能力和适应能力,能保持相对稳定并更好发挥生理作用。(3)延长活菌存活期,使活菌安全通过胃酸。由于双歧杆菌不耐受强酸性环境,在经口服通过人体消化道时,绝大部分受胃酸、胆汁和消化酶的作用而失活,仅剩下极少量活性菌到达肠道。因此,虽持续超量服用活菌制剂,也难以对人体起到理想的疗效和保健作用。另一方面,现有的微生态制剂,一般均要求在低温下保存和销售,常温下货架期太短,极大地影响该类产品的生产、销售和应用。针对双歧杆菌活菌制剂在应用时存在的上述问题,国外早巳将微囊化技术应用于微生态制剂中。日本是最早应用该技术的国家,如日本森下仁丹公司采用疏水微胶囊技术研制的Bifina10号,一次性可把十亿个活菌安全通过胃酸第一关,直接送进肠道。在国内,最早(1996年初)开展此项研究工作的是华南理工大学食品与生物工程学院,该学院生物工程系以多种双歧杆菌冻干活菌粉微粒为囊心物,以复合配方的肠溶性材料为囊衣液,采用微型包囊技术,