乳酸菌的生長特性及其功能性質(zhì)與應用綜述

陳梓琦，汪彩云，李紫寧，楊曉萍，鐘先鋒

（佛山科學技術學院食品科學與工程學院，廣東佛山 528000）

1 乳酸菌的概述

乳酸菌作為一種能夠?qū)⑻穷惏l(fā)酵成乳酸的益生菌。在自然界分布極為廣泛，通常存在于動物、植物等食物及其制品，還存在動物和人體腸道內(nèi)的環(huán)境[1]。

1.1 乳酸菌的種類

目前可知乳酸菌在自然界存在400多個屬，300多個種[2]。按照不同的依據(jù)，可據(jù)乳酸菌分為不同菌屬。根據(jù)形態(tài)分類，可以分為球菌和桿菌[3]；根據(jù)來源可分為生物功效不穩(wěn)定、食用過多時可能產(chǎn)生排斥反應的動物源乳酸菌，另一類為更容易被體內(nèi)認可，大量食用也無排斥反應的植物源乳酸菌[4]；根據(jù)生化分類法，乳酸菌能夠分成乳桿菌屬（Lactobacillus）、鏈球菌屬 （Streptococcus）、明串珠菌屬（Leuconostoc）、腸球菌屬（Enterococcus）、乳球菌屬（Lactococcus）、奇異菌屬（Atopobium）、芽孢乳桿菌屬 （Sporolactobacilus）、環(huán)絲菌屬 （Brochothrix）、孿生菌屬 （Gemella） 和糖球菌屬 （Saccharococcus）[5-6]。

1.2 乳酸菌的培養(yǎng)特征

形態(tài)差異大，既有長桿狀或短桿狀，又有球狀。所有種類都是革蘭氏陽性菌、無芽孢，多數(shù)不運動，少數(shù)以周毛運動[7]。

2 乳酸菌的生長特性

通過試驗對乳酸菌生長特性進行探究，得出乳酸菌適生長環(huán)境及各方面培養(yǎng)數(shù)據(jù)，從而確定乳酸菌最佳培養(yǎng)方法，進而使得乳酸菌能夠更好更快地生長與繁殖。

2.1 最適生長環(huán)境及時間

2.1.1 生長曲線

楊靜等人[8]研究乳酸菌生長的試驗中，植物乳桿菌及糞腸球菌分別培養(yǎng)了6 h和8 h后進入對數(shù)生長期，分別于18 h和16 h后吸光值達到最大。趙婧等人[9]研究高產(chǎn)酸乳桿菌生長特性試驗中，乳桿菌培養(yǎng)4 h后進入對數(shù)生長期，12 h后達到穩(wěn)定期。王紅濤[10]在乳酸菌株生長曲線測定試驗中發(fā)現(xiàn)，干酪乳桿菌與屎腸球菌分別于4 h和8 h進入對數(shù)生長期，分別于30 h和12 h后進入穩(wěn)定期。楊英歌等人[11]研究了耐酸乳酸菌的生長特性，其試驗乳酸菌株進入對數(shù)生長期和穩(wěn)定期時間分別為4 h與14 h。由此發(fā)現(xiàn)，種類不相同的乳酸菌進入對數(shù)生長期及穩(wěn)定期所對應的培養(yǎng)時間不相同，對于同種乳酸菌，其試驗培養(yǎng)方法的不同也會影響對數(shù)生長期及穩(wěn)定期時間?？梢猿醪脚袛?，乳酸菌培養(yǎng)進入對數(shù)生長期所需培養(yǎng)時長為4～8 h，進入穩(wěn)定期所需培養(yǎng)時長為12～18 h，個別乳酸菌種進入穩(wěn)定期時間較長。

2.1.2 最適生長溫度

乳酸菌的生長受環(huán)境中溫度影響較大，不同乳酸菌其最適生長溫度存在一定差異[12]。在靳志敏等人[13]測定乳酸菌不同溫度下生長能力的試驗中，6株試驗乳酸菌皆在30℃生長情況最好。在王紅濤[10]醬油渣乳酸菌最適生長溫度的測定試驗中，干酪乳桿菌在35℃下生長最好，屎腸球菌最適生長溫度為37℃，植物乳桿菌則是30℃。在楊英歌等人[11]研究耐酸乳酸菌生長特性試驗中，干酪乳桿菌在35～37℃下生長良好。在付永巖等人[14]測定不同溫度對菌體密度的影響的試驗中，3株試驗菌株均在37℃時菌體密度達到最大值。在鄧鵬超[15]探究溫度與乳酸菌生長關系試驗中，試驗乳桿菌的最適生長溫度為37℃。由此可知，乳酸菌最適生長溫度集中于30～37℃，其中30℃與37℃較為普遍，而具體最適溫度還需根據(jù)不同菌株種類進行測定和判斷。

2.1.3 最適生長pH值

乳酸菌生長環(huán)境的pH值對其生長代謝有較大影響，一部分原因為pH值的不同會使得細胞膜電位發(fā)生變化，使得菌株對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收發(fā)生變化；另一部分原因為細胞中酶的活性會受pH值的影響而改變[12]。在靳志敏等人[13]測定乳酸菌不同pH值生長能力的試驗中，各菌株在pH值為4.5和5.5時生長情況較好。在楊英歌等人[11]研究耐酸乳酸菌初始pH值對其生長的影響試驗中，菌株在pH值為5.5時生長最好。在徐建等人[16]研究培養(yǎng)條件與乳酸菌生長試驗中，初始pH值在6.5時最適乳酸菌生長。在楊靜等人[8]研究乳酸菌生長試驗中，植物乳桿菌在pH值為5.5～7.0時生長較好，糞腸球菌的最適pH值為6.0～7.0。在付永巖等人[14]研究不同pH值對菌體密度影響試驗中，pH值在6.2時乳酸菌活菌數(shù)最高。在鄧鵬超[15]不同pH值對乳酸菌生長影響的試驗中，試驗乳桿菌在pH值為5.5時生長情況最好，而試驗鏈球菌在pH值為6.0時生長最好。由此發(fā)現(xiàn)，乳酸菌最適生長pH值集中在4.5～7.0，因菌株種類的不同會有較小的差異變化。

2.2 耐受性

乳酸菌作為對人體有益的益生菌，其在人體中存活的耐受力也至關重要，在作為益生菌篩選時也需經(jīng)過耐人工胃液、耐膽鹽等試驗[17]。通過試驗了解乳酸菌于胃液、腸液、膽鹽中的耐受力，模擬乳酸菌進入人體腸道后的狀態(tài)，觀察其是否能存活，能夠為乳酸菌相關產(chǎn)品的研究開發(fā)提供前期的理論基礎。

2.2.1 人工胃液耐受性

乳酸菌從口腔進入人體，首先抵達胃部，最先會被胃內(nèi)的胃液所作用，因此胃液耐受性是篩選益生乳酸菌的基本指標之一。胃液的pH值通常為2.0～3.0[18]，在李堯等人[19]的耐人工胃酸試驗中，乳酸菌在人工胃液中耐受力比在調(diào)節(jié)pH值的培養(yǎng)基中耐受力好，但在人工胃液中存活力仍有所下降，而不同的乳酸菌種在胃液中耐受力也不同。想要篩選益生特性好的乳酸菌進入人體并發(fā)揮作用，必須通過人工胃液耐受性的試驗，研究和篩選出較好胃液耐受性的乳酸菌，這也對益生乳酸菌的研究和發(fā)展有著至關重要的影響。

2.2.2 膽鹽耐受性

能夠耐受胃液的乳酸菌便會進入人體小腸，腸道內(nèi)膽鹽質(zhì)量分數(shù)為0.03%～0.30%，乳酸菌進人體胃腸道后會受到膽鹽的影響[19]，而乳酸菌想要在胃腸道中存活，則必須能夠耐受質(zhì)量分數(shù)0.3%的膽鹽[8]。因此，篩選益生乳酸菌的另一基本指標即為測定其膽鹽耐受性。而種類不相同的菌株在相同質(zhì)量分數(shù)膽鹽中，其表現(xiàn)的耐受性也有所差異。乳酸菌若能于小腸中膽鹽環(huán)境下存活，則能進行黏附定植，發(fā)揮益生作用[17]。

3 乳酸菌的功能性質(zhì)

乳酸菌是一種以糖類為原料發(fā)酵產(chǎn)生乳酸的無芽孢、革蘭氏染色陽性細菌的總稱[20]，具有改善人的機能、增強免疫力、延緩衰老等功能。除此之外，乳酸菌還具有改善腸道菌群、促進腸胃蠕動、提高消化率、抑制腐敗菌等諸多生理功效。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，乳酸菌還能使膽固醇下降、調(diào)節(jié)血脂[21]。

3.1 改善腸道防御功能

乳酸菌是一種常見腸道益生菌，在調(diào)節(jié)宿主腸道防御方面發(fā)揮著相當重要的作用。乳酸菌產(chǎn)生的抑菌物質(zhì)乳酸和過氧化氫能夠改變腸道內(nèi)的pH值和激活腸道內(nèi)過氧化酶-硫氰酸鹽反應系統(tǒng)，從而使腸道內(nèi)的病原菌生長受到抑制[22]。Gong Zheng等人[23]發(fā)現(xiàn)，乳酸桿菌所產(chǎn)生的乳酸可以改變細胞膜通透性，調(diào)節(jié)小腸內(nèi)pH值，使致病菌沙眼衣原體喪失生命活力。在人體的腸道內(nèi)，有數(shù)百種菌的存在，各類菌群的種類和數(shù)量維持在相對穩(wěn)定的狀態(tài)下，構(gòu)成均衡的微生態(tài)系統(tǒng)。當人體內(nèi)致病菌大量繁殖時就會損壞該系統(tǒng)的菌群均衡，使其存在不正常的狀態(tài)。而當機體攝入一定量的乳酸菌后，乳酸菌黏附在腸道中，通過分泌雙乙酰和細菌素等抑菌物質(zhì)加速致病菌的死亡[24]。相關研究表明，乳酸菌分泌的乳酸、過氧化氫與細菌素等有廣泛的抗菌效果，此外乳酸菌還可定植在腸道的上皮細胞當中，通過與病原菌競爭其細胞上的附著位點，競爭性排斥腸道內(nèi)外潛在的病原菌對腸上皮細胞的附著與定植，從而起到改善腸道防御功能的作用[25]。

3.2 乳酸菌的降血脂作用

早在1870年就有人提出，在酸奶愛好者的群體中發(fā)現(xiàn)，其體內(nèi)的膽固醇含量處于較低水平，由此認為乳酸菌對降低人體血脂水平起到一定作用，此后人們便開始對降血脂乳酸菌進行相關研究[26]。

目前，有大量人體和動物試驗研究證實，乳酸菌可以使人體內(nèi)膽固醇含量下降，改善機體內(nèi)血清血脂的平衡。陳大衛(wèi)等人[27]建立了帶有高血脂癥的大鼠模型，通過研究乳酸桿菌對高血脂大鼠血清中膽固醇、甘油三酯的調(diào)節(jié)作用，發(fā)現(xiàn)乳酸桿菌f5對高血脂癥大鼠血清血脂有顯著的下降作用，即乳酸菌在腸道內(nèi)與膽固醇、膽汁酸等直接接觸促進腸腔中的菌群將膽汁酸分解為游離膽汁酸，游離的膽汁酸通過排泄使大鼠體內(nèi)膽固醇含量下降從而使其體內(nèi)血脂處于較低水平。付永巖等人[28]通過模擬人體胃液、胰液對乳酸菌的耐酸耐膽鹽進行測定，考查了具有降膽固醇乳酸菌的益生特性。結(jié)果顯示，乳酸菌通過膽固醇、膽鹽共沉定作用及菌體細胞接收2種方式來降低膽固醇水平。

3.3 增強機體免疫力功能

乳酸菌通過激活多形核白細胞、單核吞噬細胞和自然殺傷細胞，刺激單核因子等效應分子產(chǎn)生，促進免疫系統(tǒng)的活性。此外，乳酸菌及其代謝產(chǎn)物通過激活淋巴細胞、T細胞、T細胞亞群和NK細胞等相關免疫細胞的信號傳導，促進B淋巴細胞活化或產(chǎn)生抗體，誘導機體發(fā)生免疫應答并參與調(diào)節(jié)機體對有害抗原的免疫應答，從而達到增強機體免疫力的目的[25]。

4 乳酸菌的應用現(xiàn)狀

目前，乳酸菌普遍應用于食品生產(chǎn)中，如肉制品、乳制品、果蔬制品、功能食品、食物保鮮等[29]。

4.1 乳酸菌在乳制品中的應用

乳酸菌在乳制品中的應用，主要有酸奶、乳酪、干酪、酸奶油、馬奶酒或者嬰兒乳品等產(chǎn)品。干酪是利用牛乳等食品原料經(jīng)高溫處理后，添加乳酸菌令牛乳發(fā)酵，可以使一些蛋白質(zhì)凝集成固體后，去掉乳清并壓塊而成。其發(fā)酵劑種類繁多，因而干酪種類也略有不同。常用的發(fā)酵劑菌種有嗜熱鏈球菌、植物乳桿菌、雙歧桿菌等[30-31]，制作干酪就利用2種或者2種的菌種混合使用，能更好發(fā)酵完全。干酪的年產(chǎn)量占據(jù)世界各種發(fā)酵產(chǎn)品的1/4，僅次于酒類。發(fā)酵蛋奶是以雞蛋和牛奶為材料，就是加入乳酸菌可以促進發(fā)酵而制成的。它是一種集牛奶和雞蛋能功的營養(yǎng)佳品。乳酸菌發(fā)酵蛋奶口感細膩絲滑、酸甜可口、香味適宜[32]。

4.2 乳酸菌在植物蛋白飲料中的應用

乳酸菌在植物蛋白飲品中的使用主要包括以豆奶或花生為原材料，利用2種或2種以上菌株混合發(fā)酵制作的酸奶飲料[33]?，F(xiàn)代營養(yǎng)界認為以鮮豆奶為主要原料，采用混合菌種發(fā)酵，可研發(fā)出更美味的新產(chǎn)品，現(xiàn)如今該品種飲料已用于生產(chǎn)，并且在市場上也占有份額。

4.3 乳酸菌在肉制品中的應用

利用乳酸菌發(fā)酵處理的肉制品更是具有獨特風味，食用方便，并且增加其貯藏時間的特點。在焙烤食品的配料中添加乳酸菌，在減少致癌物質(zhì)的積累、增加香腸等肉制品風味的同時，減少對人體健康產(chǎn)生的危害。乳酸菌還常應用于香腸等肉制品中，如能進一步研究創(chuàng)新其發(fā)酵生產(chǎn)工藝，可進一步擴大規(guī)模，提高其生產(chǎn)效率。

4.4 乳酸菌在釀酒中的應用

乳酸菌在釀造工業(yè)中的應用也十分廣泛，比如在醬油的釀造過程就扮演著重要的角色，賦予醬油醇厚的香味和濃郁的酸味。食醋中一些風味物質(zhì)正是乳酸菌的中間代謝產(chǎn)物，包括有機酸、雙乙酰及其衍生物、低級脂肪酸，羥基化合物等。燒酒是利用高粱、苞米等食品原料通過發(fā)酵、蒸餾而成。無論是什么狀態(tài)下的燒酒在釀造過程中，乳酸菌都具有重要作用。乳酸菌可大大提高燒酒的品質(zhì)和產(chǎn)量（出酒率）。乳酸菌還可以保持酒的新鮮度，它產(chǎn)生多種抑制有害菌群的物質(zhì)，除此之外，還可消除高溫殺菌處理的一些老化味等不好的氣味。

4.5 乳酸菌在其他食物中的應用

乳酸菌應用在飲品行業(yè)中，如功能性發(fā)酵果蔬飲品、紅茶菌飲品或者養(yǎng)身保健飲品等。蔬菜水果具有充足而豐富的維生素和礦物質(zhì)，乳糖可以被乳酸菌利用并發(fā)酵制成美味的蔬果飲料。泡菜主要是靠乳酸菌的發(fā)酵生成大量能夠抑制腐敗微生物生長的有機酸而制成的一種酸味食品。泡菜使用低濃度的鹽水（并不是依靠鹽的滲透壓抑菌），經(jīng)乳酸菌發(fā)酵，隔絕空氣制成，口感獨特，保存期長，深受大眾喜愛[34]。

5 結(jié)語

乳酸菌能夠維護人和動物體內(nèi)腸道微生物平衡，是對人體健康具有重要作用的菌群。如今，乳酸菌常常被利用于各種產(chǎn)業(yè)中，以食品工業(yè)為主，利用其制成的食品已經(jīng)成為普遍人群所關注、所重視的健康食品。在未來的發(fā)展中，乳酸菌種的種類會不斷變化增加，酶活力也大大提升，從而減少生產(chǎn)過程中的成本，優(yōu)化品質(zhì)。