乳酸菌的生理功能及其在食品加工中的應(yīng)用

乳酸菌的生理功能及其在食品加工中的應(yīng)用摘要：本文從乳酸菌的分類鑒定到乳酸菌的生理特性方面入手介紹乳酸菌，并綜述了在乳品加工、乳酸菌制劑和飲料、酒類釀造、醬油釀造及腌制酸菜等領(lǐng)域的應(yīng)用概況，并展望其在食品中的應(yīng)用。關(guān)鍵字：乳酸菌生理功能食品應(yīng)用乳酸菌是一群能從可發(fā)酵性碳水化合物中產(chǎn)生大量乳酸的革蘭氏陽性細菌的通稱。它廣泛存在于人、畜、禽腸道、許多食品、物料及少數(shù)臨床藥品中［1］。乳酸菌因可以提高食品的營養(yǎng)價值，改善食品風(fēng)味，提高食品保藏性和附加值,近年來乳酸菌的特殊生理活性和營養(yǎng)功能，正日益引起人們的重視。研究表明［2］乳酸菌能夠調(diào)節(jié)機體胃腸道正常菌群、保持微生態(tài)平衡,提高食物消化率和生物價,降低血清膽固醇，控制內(nèi)毒素，抑制腸道內(nèi)腐敗菌生長繁殖和腐敗產(chǎn)物的產(chǎn)生，制造營養(yǎng)物質(zhì),刺激組織發(fā)育，從而對機體的營養(yǎng)狀態(tài)、生理功能、細胞感染、藥物效應(yīng)、毒性反應(yīng)、免疫反應(yīng)、腫瘤發(fā)生、衰老過程和突然的應(yīng)急反應(yīng)等產(chǎn)生作用。由此可見，乳酸菌的生理功能與機體的生命活動息息相關(guān)［3］。由于乳酸菌擁有諸多特性，可廣泛用于食品加工行業(yè)，制造出諸多美味又健康的食品，加上現(xiàn)代各種加工技術(shù)的飛速發(fā)展，乳酸菌與人類的關(guān)系將更加密切。1乳酸菌的分類乳酸菌是指一類以糖為原料的，消耗葡萄糖50%以上，產(chǎn)生乳酸、革蘭氏陽性菌，不形成芽孢，不運動或極少運動的過氧化氫酶陰性的細菌。乳酸菌在自然界中的種類很多，分布極廣。目前自然界已發(fā)現(xiàn)的這類菌在細菌分類學(xué)上劃分至少有18個屬，共有200多種。除極少數(shù)外，其中絕大部分都是人體內(nèi)必不可少的，且具有重要生理功能的菌群，廣泛存在于人體的腸道中［4］。乳酸菌包括乳酸桿菌屬(Lactobacillus)、肉食桿菌屬(Carnobacterium)、雙歧桿菌屬(Bifidobacterium)、鏈球菌屬(Streptococcus)、腸球菌屬(Enterococcus)、乳球菌屬(Lactococcus)、明串珠球菌屬(Leuconostoc)、片球菌屬(Pediococcus)、氣球菌屬(Aerococcus)、奇異菌屬(Atopobium)、漫游球菌屬(Vagococcus)、利斯特氏菌屬(Listeria)、芽孢乳桿菌屬(Sporolactobacilus)、芽孢桿菌屬(Bacillus)中的少數(shù)種、環(huán)絲菌屬(Brochothrix)、丹毒絲菌屬(Erysipelothrix)、孿生菌屬(Gemella)和糖球菌屬(Saccharococcus)等［5］。乳酸菌主要歸屬于乳鏈球菌及乳酸桿菌兩大家族，乳酸桿菌與人體保健有著密切的關(guān)系，有44個種，連同亞種共51個種。2乳酸菌的鑒定方法在乳酸菌分類鑒定方面，如以形態(tài)學(xué)、生理生化和化學(xué)特征等表型特征為主要指標(biāo)，則可能由于乳酸菌形態(tài)多樣,且易受培養(yǎng)條件的影響,加之生理生化特征極其相似，很難對乳酸菌相近種屬做出正確鑒定,在相同種屬不同菌株的鑒定方面更是非常困難［6］。2.1表性特征鑒定在食品工業(yè)和應(yīng)用研究中,表型性狀測定仍然是乳酸菌鑒定的重要依據(jù),包括形態(tài)學(xué)和生理學(xué)特征的測定，主要依據(jù)細菌的菌落特征、菌體形態(tài)、生理生化特性和代謝產(chǎn)物等。表型法鑒定受歡迎的原因是因為操作過程中不需要特殊的儀器，以及對鑒定數(shù)據(jù)庫具有一定的實用性。值得注意的是，雖然應(yīng)用表型性狀鑒定對一些乳酸菌是非常有用的，但對某些乳酸菌來說,即使表型性狀很相似,也并不意味著基因型親源關(guān)系很近［6］。2.2基因型鑒定利用隨機擴增多態(tài)性DNA技術(shù)(RandomAmplifiedPolymorphicDNA,RAPD)、變性梯度凝膠電泳PCR/DGGE和溫度梯度凝膠電泳PCR/TGGE、測定16SrDNA和16SrRNA序列等鑒別基因型技術(shù)是目前用于鑒定乳酸菌的另一類方法，這類方法最大的優(yōu)點是不依賴培養(yǎng)條件，不會因為培養(yǎng)條件的變化而產(chǎn)生不同的結(jié)果。3乳酸菌的生理功能由于乳酸菌對營養(yǎng)物質(zhì)的特殊要求以及與氧氣的特別關(guān)系決定了乳酸菌有著特殊的生理特性，也決定它有著特別的生理功能。3.1具有營養(yǎng)作用乳酸菌能分解食物中的蛋白質(zhì)、糖類、合成維生素，對脂肪也有微弱的分解能力，能顯著提高食物的消化率和生物價，促進消化吸收。食物中的大分子蛋白質(zhì)在乳酸菌酶的作用下，部分降解為小分子肽和游離氨基酸，利于胃腸消化吸收。乳酸菌菌體蛋白質(zhì)還能增加發(fā)酵乳的蛋白質(zhì)含量。乳酸菌可將乳糖分解成葡萄糖和半乳糖，葡萄糖經(jīng)發(fā)酵作用轉(zhuǎn)變?yōu)槿樗岬刃》肿踊衔?，有助于兒童腦組織和神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)育。乳酸菌具有磷酸蛋白酶，能將a-酪蛋白分解成微細的奶酪脂肪肽和氨基酸等，從而提高蛋白的消化吸收率。乳酸菌發(fā)酵可以使部分脂肪少量降解，易于消化并能增加乳中游離脂肪酸、揮發(fā)性脂肪酸含量。乳酸菌在代謝過程中消耗部分維生素，同時也合成葉酸等B族維生素。乳酸菌發(fā)酵后產(chǎn)生的有機酸可提高鈣、磷、鐵等元素的利用率，促進鐵和VD的吸收［7］。3.2降膽固醇作用服用乳酸菌及其相關(guān)制品，具有減少人體膽固醇含量的作用。在厭氧條件下，乳酸菌在含有膽鹽的高膽固醇培養(yǎng)基上生長時，菌體細胞可以吸收介質(zhì)中的膽固醇。乳酸菌的代謝能顯著減少腸管對膽固醇的吸收，同時，乳酸菌吸收部分膽固醇，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)槟懰猁}而從體內(nèi)排出。乳酸菌的菌體對膽固醇不僅有同化作用，還能抑制體內(nèi)膽固醇生物合成酶的活性，減少體內(nèi)膽固醇的合成。目前乳酸菌降膽固醇的作用機制主要如下：乳酸菌細胞直接吸收膽固醇。乳酸菌的膽鹽水解酶的活性，使膽鹽結(jié)合態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槊摵蠎B(tài)，與膽固醇發(fā)生共同沉淀。菌體吸收和共同沉淀聯(lián)合作用，而且不同條件下的乳酸菌會表現(xiàn)出某一種作用方式為主的能力［4］。3.3產(chǎn)生特殊酶系乳酸菌不僅能產(chǎn)生一般代謝所需酶類，還能產(chǎn)生一些特殊酶系。如：產(chǎn)生有機酸的酶系、合成多糖的酶系、分解乳酸菌生長因子的酶系、分解亞硝胺的酶系、降低膽固醇的酶系、控制內(nèi)毒素的酶系、分解脂肪的酶系、合成各種維生素的酶系和分解膽酸的酶系等。這些酶不僅能加速乳酸菌的生長，維持腸道微生態(tài)平衡,促進機體健康，而且還可以改善產(chǎn)品的風(fēng)味，促進乳制品、發(fā)酵香腸］等食品的成熟。雙歧因子之所以能促進雙歧桿菌的生長就是因為這類菌能產(chǎn)生分解它們的多種性質(zhì)不同的糖苷酶系。3.4增強免疫功能乳酸桿菌和雙歧桿菌一方面能明顯激活巨噬細胞的吞噬作用，另一方面由于它能在腸道定植,相當(dāng)于天然自動免疫。加之它們還能刺激腹膜巨噬細胞、產(chǎn)生干擾素、促進細胞分裂、產(chǎn)生抗體及細胞免疫等，所以能增強機體的非特異性和特異性免疫反應(yīng)，提高機體的抗病能力。3.5具有抗原變異性乳酸菌的抗變異原性，是由菌體直接作用于變異原，使變異原不能活化，從而減弱或消除其毒害作用。目前認為乳酸菌的結(jié)合致突變物質(zhì)和抗突變的特性主要表現(xiàn)如下：（1） 許多細菌的細胞壁均具有與變異原性物質(zhì)和致癌物結(jié)合的性質(zhì)，而乳酸菌細胞壁的這種性質(zhì)更為顯著，其結(jié)合能力比其他細菌更高。（2） 起主要作用的為乳酸菌細胞壁上的肽聚糖。（3） 死亡的乳酸菌菌體也具有這種能力，活菌和死菌對變異原性物質(zhì)的結(jié)合能力沒有明顯差異。（4） 細胞壁與變異原的結(jié)合是在極短的時問內(nèi)發(fā)生的，且結(jié)合非常穩(wěn)定。（5） 細胞壁與變異原結(jié)合時，與十二烷基硫酸鈉（SDS）具有拮抗作用［4］。3.6改善肝功能活性乳酸菌在腸道中的代謝產(chǎn)物可能有干預(yù)人體腸肝循環(huán)的功能。研究發(fā)現(xiàn)乳酸菌液通過保護胃黏膜，減少酒精從胃內(nèi)的吸收，減少細菌一內(nèi)毒素移位，改善乙醇在肝內(nèi)的代謝，能防止大量飲酒后引起的肝損傷和脂肪肝。此外，乳酸菌能夠抑制腐敗菌的生長，使肝臟減輕了解毒重荷，改善肝功能。3.7其他生理功能在許多文獻中報道說，乳酸菌還有抗腫瘤特性，抑制病原菌，改善胃腸道功能，延緩衰老，抗高血壓等一系列功能，最重要的是當(dāng)應(yīng)用在食品行業(yè)中時，其具有改善食品風(fēng)味及預(yù)防齲齒的功能，還可提高營養(yǎng)利用率、促進營養(yǎng)吸收，改善身體微環(huán)境，清理腸道有毒物質(zhì)。4乳酸菌在食品加工中的應(yīng)用生產(chǎn)乳酸若發(fā)酵原料為葡萄糖、蔗糖等，一般選用戴化乳桿菌。此菌為G+,接觸酶陰性，發(fā)酵溫度以50°C為好,產(chǎn)生的乳酸為右旋。若以牛乳和乳清為原料時，則用乳酸球菌，如乳酪鏈球菌（Streptococcuscremoris）、嗜熱鏈球菌（Strep?thermophilus）和乳鏈球菌（Strep?lactis）進行異型發(fā)酵。同型發(fā)酵則利用保加利亞乳桿菌、嗜酸乳桿菌和干酪乳桿菌等菌種，產(chǎn)生的乳酸為左旋［8］。生產(chǎn)乳制品4.2.1生產(chǎn)酸奶生產(chǎn)中常用的有保加利亞乳稈菌、嗜酸乳桿菌、嗜熱鏈球菌、乳鏈球菌、兩歧雙歧桿菌、嬰兒雙歧桿菌、長雙歧桿菌等。一般兩種或兩種以上菌種混合使用，保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌的混合菌種純培養(yǎng)發(fā)酵劑在生產(chǎn)中很常用。在發(fā)酵劑中可追加嗜酸乳桿菌或雙歧桿菌可增加這2種菌在腸道中的定植量，進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；添加雙乙酰乳鏈球菌，也可增加酸奶的香味。酸奶中含有豐富的蛋白質(zhì)、脂肪糖類、各種維生素及鈣、磷、鐵、鈉等人體需要的營養(yǎng)素，具有良好的營養(yǎng)保健作用。乳酸菌在乳中生長繁殖,發(fā)酵分解乳糖產(chǎn)生乳酸等有機酸、導(dǎo)致乳的pH值下降，使乳酪蛋白在其等電點附近發(fā)生凝聚、形成凝固型酸奶。其產(chǎn)品酸味純正、口感細膩，具有良好咀嚼感。近來還研究出了速溶酸奶，其作為一種速溶方便食品，不僅用水一沖即可恢復(fù)原來酸奶的風(fēng)味、營養(yǎng)與保健價值，而且又可作為發(fā)酵劑與奶粉混合制作酸奶，是酸奶生產(chǎn)理想的中間產(chǎn)品，同時解決了保質(zhì)期短與運輸不便、貯存條件要求高的弊病。4.2.2生產(chǎn)奶油奶油是以乳經(jīng)離心分離后所得的稀奶油為主要原料,經(jīng)殺菌、冷卻、成熟、乳酸菌發(fā)酵、攪拌、壓煉而制成的乳制品。按發(fā)酵方法不同,分為天然發(fā)酵奶油和人工發(fā)酵奶油兩類。人工發(fā)酵奶油即將稀奶油殺菌后，再添加純培養(yǎng)的發(fā)酵劑，使其發(fā)酵而成奶油。4.2.3生產(chǎn)干酪干酪是指原料乳經(jīng)殺菌、冷卻后,加入適量的乳酸菌發(fā)酵劑發(fā)酵,使蛋白質(zhì)（主要是酪蛋白）凝固后,排除乳清,將凝塊壓成塊狀而制成的產(chǎn)品。4.2.4其他乳酸菌應(yīng)用于奶制品，還常用于發(fā)酵蛋奶，發(fā)酵酒精性乳飲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為肉制品腌制劑和添加劑。經(jīng)乳酸菌發(fā)酵的肉制品,具有風(fēng)味獨特保存期長食用方便衛(wèi)生的優(yōu)點。主要用于發(fā)酵香腸，乳酸菌在發(fā)酵香腸加工過程中始終處于優(yōu)勢菌并保持著較高水平。較高水平的乳酸菌有效地抑制了雜菌的生長，改善了產(chǎn)品的品質(zhì)，提高了產(chǎn)品的保藏性。同時發(fā)酵所營造的酸性環(huán)境和乳酸菌的促酶活性，促進了亞硝酸鹽的分解,大大降低了亞硝酸鹽的殘留量,在保持產(chǎn)品品質(zhì)的同時，使產(chǎn)品的安全性進一步提高。4.4谷物發(fā)酵經(jīng)乳酸發(fā)酵的谷物（小麥、大麥、稻米、小米、玉米、黑米笥，賴氨酸、色氨酸、硫胺素、核黃素、鈣和鐵等的含量增加，營養(yǎng)價值和消化率大大提高。主要制品有酸面包、谷物乳酸發(fā)酵飲料、乳酸發(fā)酵糕點等［7］。4.5在釀造工業(yè)中的應(yīng)用乳酸菌常用于醬油、食醋、白酒、啤酒、葡萄酒釀造過程的添加，其特殊的風(fēng)味在醬油的酸味中起重要作用,其中乳酸是主要成分,賦予醬油香氣和酸味,雙乙酰也是重要的呈味物質(zhì)。乳酸菌和酵母菌協(xié)同作用產(chǎn)生風(fēng)味物質(zhì)，適當(dāng)協(xié)調(diào)兩者關(guān)系，使乳酸和乙醇的含量達到平衡，可以釀造出香氣濃郁、鮮美淳厚的優(yōu)質(zhì)醬油。乳酸菌代謝產(chǎn)生的有機酸、雙乙酰及其衍生物也是食醋中重要風(fēng)味物質(zhì)。液態(tài)白酒的釀造過程中，適當(dāng)?shù)靥砑尤樗峋?，不僅有利于提高白酒的質(zhì)量也有利于改善白酒的風(fēng)味。4.5果蔬發(fā)酵在我們國家，泡菜有著悠久的歷史，不僅味道獨特，也是佐飯佳品，在普通家庭里，幾乎家家都有泡菜，而泡菜也是由乳酸菌發(fā)酵水果蔬菜產(chǎn)生，乳酸菌發(fā)酵泡菜可降低泡菜中的亞硝酸鹽含量，提前亞硝酸鹽峰值出現(xiàn)的時間，且隨著發(fā)酵時間的延長,泡菜中乳酸不斷積累［9］，風(fēng)味也在逐漸改善。結(jié)語在當(dāng)今世界，人們在追求食品風(fēng)味的同時也在關(guān)注食品安全，乳酸菌所擁有的各種特性為發(fā)酵的各種食品提供了很好的條件基礎(chǔ)，不僅使其風(fēng)味獨特，還具有保健作用。但是以我國目前的水平還不能完全開發(fā)乳酸菌的利用潛能，如果能改進技術(shù)，制造更好的儀器，將更有利于乳酸菌發(fā)酵食品的保存，并通過適當(dāng)?shù)氖侄?，拓寬市場，增加市場的需求量，從而更好地發(fā)展乳酸菌制品行業(yè)。同時，我們要改進生產(chǎn)方式，改良技術(shù)，清晰的鑒別分離各種不同的乳酸菌，從而使發(fā)酵產(chǎn)品更純粹，口感更香醇。爭取使這類益生微生物更好地應(yīng)用于人類生活。參考文獻湯務(wù)霞.乳酸菌及其應(yīng)用.四川食品與發(fā)酵,2001,37(4):35-3羅冬英,尹傳武.乳酸菌制劑對人體保健功能的機理探討.鄂州大學(xué)學(xué)報,2002,9(4):53-54趙玲燕，鄧放明，楊撫林.乳酸菌的生理功能及其在發(fā)酵果蔬中的應(yīng)用.中國食品添加劑，2004,No.5⑷代永剛，田志剛，南喜平.乳酸菌及其生理功能的研究進展.農(nóng)產(chǎn)品加工學(xué)刊，1671-9646(2009)07-0024-03呂嘉櫪，齊文華.乳酸菌的生理功能及其在食品釀造工業(yè)中的應(yīng)