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乳酸菌及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用陳杰(宜賓學(xué)院食品與科學(xué)工程2011級(jí))摘要:闡述了乳酸菌的定義、基本特征、分類(lèi)、改善食品的品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)、抗菌、降低膽固醇、維持微生態(tài)環(huán)境、抗腫瘤、抗變異原和增強(qiáng)免疫力功能。綜述了乳酸菌在酒類(lèi)、乳制品、植物蛋白飲料、蔬菜深加工、肉制品生產(chǎn)、食品防腐及保鮮中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞浮L酸菌;分類(lèi);發(fā)酵特性;食品工業(yè)隨著生物技術(shù)的發(fā)展,對(duì)乳酸菌的研究越來(lái)越受微生物學(xué)家、營(yíng)養(yǎng)學(xué)家、免疫學(xué)家和醫(yī)學(xué)家們的關(guān)注和重視。由于乳酸菌是人體的正常菌群,也是食品加工和保藏的重要菌種,乳酸菌具有抗菌、降低膽固醇、維持微生態(tài)系統(tǒng)平衡、抑癌和增強(qiáng)免疫力等重要生物學(xué)功能,賦予食品特殊的風(fēng)味,改進(jìn)食品的品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng),所以在食品工業(yè)中被廣泛的運(yùn)用。1乳酸菌的定義乳酸菌不是分類(lèi)學(xué)上的名詞,而是指一群可發(fā)酵碳水化合物、產(chǎn)生大量乳酸的革蘭氏陽(yáng)性球菌或桿菌的統(tǒng)稱。它們具有以下基本特征:1)細(xì)胞為革蘭氏陽(yáng)性;2)細(xì)胞形態(tài)為桿菌或球菌;3)過(guò)氧化氫酶為陰性;4)消耗的葡萄糖50%以上產(chǎn)生乳酸;5)不形成內(nèi)生孢子;6)無(wú)運(yùn)動(dòng)性,或極少運(yùn)動(dòng);7)分解蛋白質(zhì),但不產(chǎn)生腐敗產(chǎn)物;8)脂肪分解能力較弱。培養(yǎng)特征:乳酸菌能夠在空氣或氧氣下生長(zhǎng),是厭氧菌,耐氧。一方面乳酸菌的生長(zhǎng)需要輔助因子,它們大多需要某些維生素(核黃素、硫胺素、泛酸、煙酸、葉酸、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沒(méi)有的利用乳糖的能力。在固體培養(yǎng)基表面,一般僅形成少量的菌體生物量,僅長(zhǎng)出淡色小菌落,直徑1~2mm在液體培養(yǎng)基中細(xì)菌濃度很低,這些是由營(yíng)養(yǎng)、代謝等生理特性所決定。2乳酸菌的分類(lèi)對(duì)于乳酸菌的分類(lèi),目前尚未有統(tǒng)一的定論,依據(jù)《伯杰氏系統(tǒng)細(xì)菌學(xué)手冊(cè)》第9版第2卷(1986年),乳酸菌主要?dú)w于6個(gè)屬。另外,工業(yè)上應(yīng)用的腸球菌屬和乳球菌屬也包括在內(nèi)。因?yàn)殡p歧桿菌所產(chǎn)的乳酸不足50%,所以雙歧桿菌不歸于乳酸菌,而單獨(dú)另辟雙歧桿菌屬。但考慮其保健作用,雙歧桿菌屬和腸球菌屬也包括到乳酸菌中。3乳酸菌的營(yíng)養(yǎng)和保健功能乳酸菌能分解食物中的蛋白質(zhì)、糖類(lèi)、合成維生素,對(duì)脂肪也有微弱的分解能力,能顯著提高食物消化率和生物價(jià),改善風(fēng)味,促進(jìn)消化吸收,提高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,避免乳糖不耐癥的發(fā)生,促進(jìn)鈣、磷等元素的吸收。乳酸菌是定居在腸道中的有益菌群,通過(guò)代謝產(chǎn)酸降低腸內(nèi)pH值,或產(chǎn)生抗菌的細(xì)菌素,抑制有害菌生長(zhǎng)繁殖,維持生態(tài)平衡和正常機(jī)能。乳酸菌產(chǎn)生的有機(jī)酸還能刺激腸管蠕動(dòng),增加糞便含水量,有潤(rùn)腸通便功效,對(duì)小兒下痢、成人潰瘍性腸炎、細(xì)菌性下痢有顯著治療效果,并能有效緩解老年人和孕產(chǎn)婦的便秘癥狀。腸道微生物的水解酶類(lèi)可以將食物中的致癌物質(zhì)前體轉(zhuǎn)化為致癌物,乳酸菌的抑癌能力發(fā)揮作用的是乳酸菌及其代謝產(chǎn)物對(duì)這些酶類(lèi)(如B—葡萄糖7a-羥化酶、胰蛋白酶等)的抑制作用。乳酸菌細(xì)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的聯(lián)合作用,不同條件下乳酸菌會(huì)表現(xiàn)出某一種作用方式為主的能力。乳酸菌是一種被公認(rèn)的益生菌,能夠刺激免疫系統(tǒng),起到抗病作用。研究指出,乳酸菌刺激免疫系統(tǒng)是通過(guò)最初的細(xì)胞表面信號(hào)接受受體或通過(guò)直接的淋巴細(xì)胞活動(dòng)來(lái)調(diào)節(jié)免疫系統(tǒng)。4乳酸菌的發(fā)酵特性在無(wú)氧條件下乳酸菌將己糖轉(zhuǎn)化成乳酸的過(guò)程,稱為乳酸發(fā)酵。根據(jù)產(chǎn)物的不同,乳酸發(fā)酵有3種類(lèi)型:同型乳酸發(fā)酵、異型乳酸發(fā)酵和雙歧發(fā)酵。4.1同型乳酸發(fā)酵同型乳酸發(fā)酵是指發(fā)酵終產(chǎn)物中90%以上為乳酸的乳酸發(fā)酵過(guò)程。乳酸鏈球菌等鏈球菌和多數(shù)乳酸桿菌進(jìn)行乳酸發(fā)酵時(shí),首先乳糖被B2半乳糖苷酶分解為葡萄糖和半乳糖;接著葡萄糖按照糖酵解途徑被轉(zhuǎn)換成2分子丙酮酸,再經(jīng)乳酸脫氫酶催化,還原生成乳酸;半乳糖經(jīng)轉(zhuǎn)化依次生成半乳糖212磷酸、葡萄糖212磷酸、葡萄糖262磷酸,最后進(jìn)入糖酵解途徑(EMP途徑),被轉(zhuǎn)換成2分子丙酮酸,然后被還原為乳酸[3~5]。4.2異型乳酸發(fā)酵異型乳酸發(fā)酵是指發(fā)酵終產(chǎn)物中除乳酸外,還有乙醇、二氧化碳等成分的乳酸發(fā)酵過(guò)程。明串珠菌屬的乳酸菌以及某些乳酸桿菌,如腸膜明串珠菌、短乳桿菌、甘露醇乳桿菌以及真菌中的根霉等,乳糖被分解為葡萄糖和半乳糖。其中半乳糖經(jīng)一系列生化反應(yīng)被轉(zhuǎn)化成葡萄糖262磷酸,它和葡萄糖直接生成的葡萄糖262磷酸一起經(jīng)磷酸己糖途徑(HMP途徑)生成乙酰磷酸和32磷酸甘油醛。前者再還原為乙醇,后者進(jìn)入糖酵解途徑轉(zhuǎn)化為丙酮酸,丙酮酸進(jìn)一步被還原成乳酸。在HMP途徑的代謝過(guò)程中有二氧化碳生成。4.3雙歧發(fā)酵雙歧發(fā)酵是雙歧桿菌的產(chǎn)能模式。雙歧桿菌是一類(lèi)特殊的嚴(yán)格厭氧菌,對(duì)營(yíng)養(yǎng)要求較高,它們對(duì)葡萄糖的代謝也可歸入異型乳酸發(fā)酵,但與其他乳酸菌的異型發(fā)酵不同。在葡萄糖發(fā)酵中,2mol葡萄糖產(chǎn)生3mol乙酸、2mol乳酸和2.5mol的ATP。雙歧桿菌無(wú)醛縮酶,也無(wú)葡萄糖262磷酸脫氫酶,不能通過(guò)EMP途徑,但含有活性磷酸解酮酶類(lèi),這是雙歧途徑的關(guān)鍵酶。在這個(gè)途徑中無(wú)加氫和還原反應(yīng),葡萄糖轉(zhuǎn)變?yōu)橐宜岷土姿岣视腿?,然后,磷酸甘油醛在乳酸脫氫酶的作用下轉(zhuǎn)變?yōu)槿樗帷?乳酸菌在酒類(lèi)產(chǎn)品中的應(yīng)用5.1乳酸茵在白酒中的應(yīng)用中國(guó)白酒因使用固態(tài)制曲、固態(tài)發(fā)酵技術(shù)而聞名世界。固態(tài)法制曲過(guò)程是全開(kāi)放的,固態(tài)法發(fā)酵是半開(kāi)放的。這種開(kāi)放式的生產(chǎn),使空氣中飄浮的微生物、生產(chǎn)車(chē)間和生產(chǎn)設(shè)備上附著的微生物,必然導(dǎo)致大量微生物進(jìn)入曲坯。也正是由于這些自然界的微生物參與了白酒固態(tài)發(fā)酵,微生物的代謝物質(zhì)產(chǎn)生的香氣和口味。使我國(guó)白酒具有了不同的香型。在諸多的自然界微生物中,乳酸菌對(duì)白酒口味和品質(zhì)有很大的影響。在固態(tài)法白酒的釀造過(guò)程中,酒曲中會(huì)有少部分乳在固態(tài)法白酒的釀造過(guò)程中,酒曲中會(huì)有少部分乳酸鏈球菌或嗜酸乳桿菌。乳酸菌利用酒曲中的糖類(lèi)發(fā)酵生成乳酸,乳酸在蒸餾過(guò)程中,因受熱而部分脫水生成乳酰乳酸,在有關(guān)酶的作用下,與乙醇化合生成乳酸乙酯,乳酸乙酯對(duì)于豐富白酒的風(fēng)味具有重要的作用,被稱為白酒的三大酯類(lèi)之一(其他兩種酯為乙酸乙酯和己酸乙酯)。在液態(tài)法白酒的釀造過(guò)程中,適當(dāng)?shù)靥砑尤樗峋ㄅc產(chǎn)酯酵母和己酸菌等產(chǎn)香微生物配合),也有利于白酒質(zhì)量的提高,但是如果乳酸菌數(shù)控制不好極易引起酒曲的污染,使白酒口味酸澀,影響酒精含量和白酒品質(zhì)。5.2 乳酸菌在葡萄酒中的應(yīng)用增強(qiáng)口感與降低酸度是葡萄酒品質(zhì)的重要保證,在紅、白葡萄酒及起泡葡萄酒的釀造中,如何改善結(jié)構(gòu)、調(diào)節(jié)香味成為關(guān)鍵。在新葡萄酒的貯存過(guò)程中,由于明串珠菌等乳酸菌的生長(zhǎng)繁殖,使葡萄酒中的主要酸之一的蘋(píng)果酸發(fā)生脫羧基作用,生成乳酸,因而稱為蘋(píng)果酸一乳酸發(fā)酵。這種發(fā)酵可降低葡萄酒的酸度。特別是在低溫地區(qū)釀制葡萄酒,這種發(fā)酵更為必要;同時(shí),經(jīng)過(guò)蘋(píng)果酸~乳酸發(fā)酵的葡萄酒風(fēng)味更好。蘋(píng)果酸一乳酸發(fā)酵作為葡萄酒釀造中重要的二次發(fā)酵過(guò)程.起到改善新釀葡萄酒口感,增加香味的作用。目前所用菌株多為明串珠菌,該屬細(xì)菌能耐較高濃度的SO2和酒精度,在低pH條件下有較高的蘋(píng)果酸分解率。通常用該屬細(xì)菌進(jìn)行蘋(píng)果酸一乳酸發(fā)酵后,葡萄酒變得柔和.香氣加濃,發(fā)酵過(guò)程中生成的雙乙酰、乙偶姻、以及由于乳酸菌的代謝產(chǎn)物改變了酒中醛類(lèi)、酯類(lèi)、氨基酸和維生素等微量元素.使葡萄酒產(chǎn)生了特殊的風(fēng)味物質(zhì)并有利于葡萄風(fēng)味復(fù)雜性的形成,乳桿菌和球菌也有應(yīng)用。6食品用乳酸菌在食品工業(yè)的應(yīng)用6.1益生菌口Probiotics□保健品益生菌源于希臘語(yǔ)“對(duì)生命有益的細(xì)菌”口益生菌是定植于人體腸道、生殖系統(tǒng)內(nèi)□能產(chǎn)生確切健康功效的活性有益微生物的總稱□它是人類(lèi)生命的健康根源。益生菌乳酸菌包括乳桿菌類(lèi)(如嗜酸乳桿菌、干酪乳桿菌、詹氏乳桿菌、拉曼乳桿菌等)、雙歧桿菌類(lèi)(如長(zhǎng)雙歧桿菌、金雙歧、雙歧桿菌乳桿菌三聯(lián)活菌片等)、短雙歧桿菌(卵形雙歧桿菌、嗜熱雙歧桿菌等X乳球菌(如糞鏈球菌、乳球菌、中介鏈球菌等。益生菌保健產(chǎn)品包括含益生菌的酸牛奶、酸乳酪、酸豆奶,以及含多種益生菌的口服液、片劑、膠囊、粉末劑、抑菌噴劑口等等6.2乳酸菌發(fā)酵乳制品乳制品作為乳酸菌發(fā)酵應(yīng)用最廣泛和最為成熟的領(lǐng)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為原料經(jīng)巴氏殺菌后冷卻接種適量的乳酸菌發(fā)酵劑而形成的糊狀或液狀產(chǎn)品□如傳統(tǒng)的凝固型酸牛乳、果味型酸牛乳等都是這類(lèi)產(chǎn)品。主要菌種有保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌。6.2.2酸奶粉它是通過(guò)篩選和馴化后的保加利亞酸奶桿菌、嗜熱性鏈球菌和嗜酸性鏈球菌混合接種于鮮牛奶經(jīng)發(fā)酵、噴霧干燥而制成。酸奶粉能保持原發(fā)酵劑的活力、營(yíng)養(yǎng)成分及風(fēng)味□它可作為發(fā)酵劑直接用于酸奶生無(wú)需再經(jīng)活化與擴(kuò)大。6.2.3奶油的生產(chǎn)奶油又稱黃油,是以原料乳經(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。應(yīng)用于奶油生產(chǎn)的乳酸菌有以下幾種浮L酸鏈球菌、乳油鏈球菌、嗜檸檬酸鏈球菌、副嗜檸檬酸鏈球菌、丁二酮乳鏈球菌等。6.2.4干酪它是原料乳經(jīng)殺菌、冷卻后加入適量乳酸菌發(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。制作干酪常用的菌種有干酪乳桿菌、嗜熱鏈球菌、保加利亞乳桿菌.6.3植物蛋白飲料加工乳酸菌在植物蛋白飲料加工中的應(yīng)用主要是生產(chǎn)酸豆奶和花生乳酸發(fā)酵酸奶。酸豆奶和花生乳酸發(fā)酵酸奶可以作為酸奶的替代品為人們提供大量的優(yōu)質(zhì)蛋白,因此,開(kāi)發(fā)酸豆奶和花生乳酸發(fā)酵酸奶具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。用于酸豆奶和花生乳酸發(fā)酵酸奶生產(chǎn)的乳酸菌主要屬于乳桿菌屬、鏈球菌屬,此外還有明串球菌屬。生產(chǎn)中常用德氏乳桿菌、保加利亞乳桿菌、植物乳桿菌、嗜酸乳桿菌、嗜熱鏈球菌、豆乳鏈球菌、腸膜明串球菌等,常用2種或2種以上菌株混菌發(fā)酵。乳酸菌在豆乳發(fā)酵過(guò)程中,不僅可以將蛋白質(zhì)分解為小分子物質(zhì),而且可以脫除豆腥味,分解棉籽糖、水蘇糖等脹氣因子,使產(chǎn)品具有良好的風(fēng)味和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。6.4果蔬發(fā)酵制品果蔬發(fā)酵是利用有益微生物的活動(dòng)及控制其一定的生長(zhǎng)條件對(duì)果蔬進(jìn)行加工的一種方式。6.4.1果蔬乳酸菌飲料果蔬乳酸菌飲料是利用微生物來(lái)發(fā)酵單一或復(fù)合鮮果蔬汁發(fā)酵后調(diào)味而成提高了營(yíng)養(yǎng)價(jià)值去除了生澀味增加了發(fā)酵香味口感怡人。用于乳酸發(fā)酵的果蔬主要有蘋(píng)果、梨、葡萄、胡蘿卜、番茄、芹菜、紅薯、馬鈴薯、南瓜、山芋等大多用保加利亞乳桿菌、植物乳桿菌和嗜熱鏈球菌進(jìn)行混合發(fā)酵。果蔬飲料改善了產(chǎn)品口味□提高了營(yíng)養(yǎng)價(jià)值□開(kāi)辟了果蔬深加工的新途徑。6.4.2泡菜生產(chǎn)自然發(fā)酵泡菜是利用低濃度食鹽水溶液進(jìn)行腌制通過(guò)附生在植物表面上乳酸菌的發(fā)酵作用而得到的蔬菜加工品。發(fā)酵前期除乳酸菌外的其他微生物還有一定的活動(dòng)能微生物種類(lèi)多且有少量空氣存在以異型乳酸菌的發(fā)酵為主。這類(lèi)異型乳酸發(fā)酵菌一般不耐酸隨乳酸量的增加到發(fā)酵中后期以耐酸的正型發(fā)酵乳酸菌進(jìn)行活動(dòng)將單糖和雙糖發(fā)酵生成乳酸而不產(chǎn)生氣體。泡酸菜中常見(jiàn)的乳酸菌主要有植物乳桿菌、黃瓜乳桿菌、短乳桿菌、腸膜明串珠菌及雙歧桿菌等。6.5乳酸菌發(fā)酵面包以面包專(zhuān)用粉為主要原料,添加乳酸桿菌、酵母等輔料。采用二次發(fā)酵工藝生產(chǎn)面包。面包內(nèi)部組織柔軟細(xì)膩紋理結(jié)構(gòu)好發(fā)酵香味濃郁且有柔和的乳酸味其品質(zhì)優(yōu)于普通面包具有較大的開(kāi)發(fā)前景。6.6肉制品生產(chǎn)6.6.1發(fā)酵香腸在原料中添加微生物純培養(yǎng)乳酸菌保證乳酸菌在整個(gè)發(fā)酵和成熟過(guò)程中占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。使產(chǎn)品的安全和質(zhì)量得到保證。主要的菌種有乳酸桿菌植物乳桿菌、彎曲乳桿菌、乳酸乳桿菌、干酪乳桿菌口和乳酸片球菌。6.6.2羊肉乳酸菌發(fā)酵脫擅羊肉中導(dǎo)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%羊肉脫擅效果明顯。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發(fā)酵產(chǎn)生的分泌在細(xì)胞外的常滲入到培養(yǎng)基中的糖類(lèi)化合物。以乳桿菌屬、鏈球菌屬、明串珠菌屬、乳球菌屬等乳酸菌的胞外多糖較多。乳酸菌胞外多糖不僅對(duì)乳制品的結(jié)構(gòu)和風(fēng)味具有重要影響為食品級(jí)多糖的一個(gè)極好的來(lái)源而廣泛應(yīng)用于各種食品的增稠、穩(wěn)定、乳化、膠凝及保濕。活性多糖除了具有抗病毒、抗衰老、降血糖、刺激造血等作用外還有抗腫瘤、抗?jié)?、免疫調(diào)節(jié)、調(diào)節(jié)胃腸功能、降低膽固醇等生物學(xué)功效。其中來(lái)源于乳酸菌的胞外多糖具有對(duì)機(jī)體無(wú)毒副作用來(lái)源安全可靠等優(yōu)點(diǎn)□逐漸被人們所關(guān)注將乳酸菌胞外多糖開(kāi)發(fā)和研究具有很大潛力。6.8乳酸菌的防腐保鮮作用乳酸菌被認(rèn)為是最適合的食品天然防腐劑它所表現(xiàn)出來(lái)的抗菌活性也可防止微生物污染其可產(chǎn)生一些天然的抗菌劑包括有機(jī)酸俘L酸、乙酸、甲酸、苯乳酸、己酸X二氧化碳、過(guò)氧化氫、雙乙酰、乙醇和細(xì)菌素等。乳酸菌的細(xì)菌素是具有抗菌活性的多肽、蛋白質(zhì)或蛋白質(zhì)復(fù)合物(其中乳鏈菌肽是一種廣泛應(yīng)用的高效、無(wú)毒的天然食品防腐劑)通過(guò)抑制腐敗菌和病原菌的生長(zhǎng)達(dá)到延緩食品腐敗、延長(zhǎng)食品保藏期。已廣泛用于食品保鮮的乳酸菌屬有乳球菌屬、乳桿菌屬、明串珠菌屬和肉食桿菌屬等。6.9SCP的生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白(singlecellprotein)簡(jiǎn)稱SCPo亦稱微生物蛋白或菌體蛋白(指酵母、細(xì)菌、真菌等微生物)培養(yǎng)單細(xì)胞或絲狀微生物的個(gè)體而獲得的菌體蛋白。乳酸菌和酵母菌之間穩(wěn)定的共培養(yǎng)口乳酸菌創(chuàng)造酸性環(huán)境對(duì)酵母菌的增殖促進(jìn)作用口同時(shí)□酵母菌產(chǎn)生許多生長(zhǎng)因子(如維生素、可溶性氮化合物)對(duì)乳酸菌的生長(zhǎng)有促進(jìn)作用。在發(fā)酵過(guò)程中乳酸菌和酵母菌產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物會(huì)改善產(chǎn)品的風(fēng)味。合理利用食品工業(yè)副產(chǎn)物變廢為寶,解決食品工廠污染的難題□達(dá)到了綜合利用的目的。7乳酸菌的應(yīng)用前景乳酸菌是最早為人類(lèi)所認(rèn)識(shí)的微生物之一,經(jīng)乳酸菌發(fā)酵的食品集營(yíng)養(yǎng)與保健于一身,越來(lái)越受到國(guó)內(nèi)外人們的重視。乳酸菌的生物學(xué)特性和保健功能,決定了它不僅在食品工業(yè)中有廣泛的用途,在今后的保健食品中也將占有重要地位。近年來(lái)的研究表明,乳酸菌有很多特殊醫(yī)療保健作用。國(guó)內(nèi)外對(duì)乳酸菌的研究也越來(lái)越深入,日本、瑞典等已開(kāi)展用乳酸菌治療胃潰瘍和胃腸炎的研究。然而,對(duì)乳酸菌在醫(yī)療保健方面的體外實(shí)驗(yàn)雖然很多,但乳酸菌在人體內(nèi)的作用機(jī)制還不是很清楚。而且普通的乳酸菌活力極弱,只有經(jīng)過(guò)特殊工藝處理才能到達(dá)腸道,進(jìn)入腸道內(nèi)的乳酸菌必須具備數(shù)量多、活力強(qiáng)的特性才能發(fā)揮其生物功效。因此,如何利用現(xiàn)

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