食品中乳酸菌的種類及應(yīng)用前景研究進(jìn)展

耿瑤，曹穎，崔烓堃，劉繼超，孫中貫*

1.棗莊學(xué)院食品科學(xué)與制藥工程學(xué)院（棗莊 277160）；2.山東恒糅生物科技有限公司（棗莊 277099）

乳酸菌（lactic acid bacteria，LAB）是一類能夠利用碳水化合物進(jìn)行發(fā)酵，最終產(chǎn)生大量的乳酸的細(xì)菌的統(tǒng)稱，屬于原核生物。乳酸菌作為無芽孢、革蘭染色陽性細(xì)菌在自然界分布廣泛，物種多樣性極為豐富。研究發(fā)現(xiàn)，乳酸菌在發(fā)酵過程中，通過產(chǎn)生有機(jī)酸、苯乳酸等抑菌物質(zhì)，降低食品pH[1-3]，從而抑制有害菌的生長。同時(shí)乳酸菌本身對酸和膽鹽具有一定的耐受性[4]，能夠在人類的口腔、腸道等環(huán)境中穩(wěn)定存在，具有很好的腸道益生功能[5]，深入研究開發(fā)乳酸菌將會產(chǎn)生一定的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

我國發(fā)酵食品種類繁多，乳酸菌作為主要的發(fā)酵菌種之一，具有很高的營養(yǎng)價(jià)值和應(yīng)用價(jià)值。不同種屬的乳酸菌生理特性各異，乳酸菌應(yīng)符合食品用菌種國家標(biāo)準(zhǔn)[6]，經(jīng)安全性評價(jià)后應(yīng)用于各類食品加工領(lǐng)域，滿足人們對不同發(fā)酵食品的需求。具有益生功能的乳酸菌分布廣泛，常被應(yīng)用于乳制品、肉及谷物制品加工、食品保鮮等領(lǐng)域。

1 乳酸菌的種類及分類依據(jù)

乳酸菌是被公認(rèn)為安全的食品級微生物，于19世紀(jì)被發(fā)現(xiàn)并對其種類及生理特性進(jìn)行大量研究，已有80多個(gè)屬700多個(gè)種在自然界中被發(fā)現(xiàn)[7-8]。

從發(fā)酵類型上言，乳酸菌代謝可分為同型乳酸發(fā)酵和異型乳酸發(fā)酵[9-10]。這2種發(fā)酵均可產(chǎn)生乳酸，發(fā)酵終產(chǎn)物中90%以上為乳酸的乳酸發(fā)酵過程為同型乳酸發(fā)酵，如乳酸鏈球菌、保加利亞乳桿菌、乳酸片球菌等，同型乳酸發(fā)酵是葡萄糖經(jīng)過一系列轉(zhuǎn)化為3-磷酸甘油醛，其后經(jīng)過糖酵解途徑生成丙酮酸，在乳酸脫氫酶的作用下轉(zhuǎn)換成乳酸[11]。若發(fā)酵產(chǎn)物除乳酸外，還有乙醇、乙酸等其他產(chǎn)物，則為異型乳酸發(fā)酵，如腸膜明串珠菌、發(fā)酵乳桿菌、兩歧雙岐桿菌等。有研究發(fā)現(xiàn)，乳酸菌通過發(fā)酵作用產(chǎn)生的乳酸、乙醇、乙酸及胞外多糖等對食物具有抗氧化性，可有效減緩食物的氧化變質(zhì)，方便食物儲存[12-13]。

從細(xì)菌分類學(xué)上言，乳酸菌可分為乳酸桿菌屬、雙歧桿菌屬、鏈球菌屬、片球菌屬、明串珠菌屬、芽孢乳桿菌屬、肉桿菌屬、腸球菌屬、氣球菌屬等[14]。乳酸菌都可歸為乳酸菌科，不同種屬因其具有不同的生理特性，常被應(yīng)用于食品、飼料、漁業(yè)等各種領(lǐng)域。對乳酸菌的進(jìn)一步分離研究還有待深入。

從來源上言，乳酸菌主要可分為動(dòng)物源乳酸菌和植物源乳酸菌[15]。以動(dòng)物材料為來源培養(yǎng)分離出的菌種為動(dòng)物源乳酸菌，而植物源乳酸菌是以植物材料為來源培養(yǎng)分離得到的菌種。常見動(dòng)物源乳桿菌有嗜酸乳桿菌、乳酸片球菌等，常見的植物源乳桿菌有植物乳桿菌、干酪乳桿菌、短乳桿菌等。上述乳酸菌經(jīng)研究表明對腸道都具有一定的益生功能，常作為優(yōu)秀菌種被應(yīng)用于食品、飼料等行業(yè)中。但研究發(fā)現(xiàn)植物源乳酸菌相對于動(dòng)物源乳酸菌具有更高的安全性[16]，且植物源乳酸菌在人體腸道內(nèi)活性更高、更穩(wěn)定，因此在自然界中分離制備出高活性、高穩(wěn)定性的動(dòng)物源乳酸菌及開發(fā)出新型植物源功能性乳酸菌菌種具有很好的發(fā)展前景。

從形態(tài)上言，乳酸菌屬于細(xì)菌界的乳桿菌科，主要分為球狀和桿狀。常見的球狀乳桿菌有鏈球菌屬、片球菌屬及明串珠菌屬，而常見的桿狀乳酸菌有乳球菌、乳桿菌和雙歧桿菌。不同形態(tài)的乳酸菌具有不同的應(yīng)用領(lǐng)域，如球狀乳桿菌鏈球菌屬中的嗜熱鏈球菌作為乳制品發(fā)酵公認(rèn)安全菌種之一，常被用于乳制品行業(yè)中[17-18]，啤酒片球菌常被作為發(fā)酵劑應(yīng)用于發(fā)酵香腸生產(chǎn)[19]。桿狀乳桿菌中的保加利亞乳桿菌常作為發(fā)酵劑用于酸奶生產(chǎn)[20]，具有很好的食用價(jià)值。

2 乳酸菌的應(yīng)用前景

2.1 乳制品加工

作為世界第三產(chǎn)奶國，面對國民健康發(fā)展戰(zhàn)略，乳制品加工與質(zhì)量安全提出更高要求。在加大開發(fā)功能性乳制品力度的同時(shí)也要控制乳制品加工過程中的質(zhì)量安全問題，提高乳制品的品質(zhì)。乳酸菌代謝過程中產(chǎn)生的小分子肽物質(zhì)、乳酸菌細(xì)菌素等，研究發(fā)現(xiàn)其可有效抑制乳制品經(jīng)加熱后殘留的細(xì)菌和耐熱芽孢的生長，使其不產(chǎn)生毒素，可延長儲藏期，提高產(chǎn)品風(fēng)味[21]。乳酸菌被廣泛應(yīng)用于酸奶、奶油、干酪等制品的生產(chǎn)。

2.1.1 酸奶生產(chǎn)

酸奶是由鮮牛奶經(jīng)過均質(zhì)、殺菌、冷卻、接種等生產(chǎn)流程由乳酸菌發(fā)酵制得的產(chǎn)品。常用的菌種有保加利亞乳桿菌、嗜酸乳桿菌、嗜熱鏈球菌、乳鏈球菌和鼠李糖乳桿菌。酸奶營養(yǎng)價(jià)值豐富，在發(fā)酵時(shí)多個(gè)菌種復(fù)配發(fā)酵效果更為顯著[22]，生產(chǎn)中常采用保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌復(fù)配發(fā)酵，在縮短發(fā)酵時(shí)間的同時(shí)使酸奶品質(zhì)更加優(yōu)良。丹彤等[23]對發(fā)酵乳的風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)生的乙醇、乙醛、雙乙酰、乙偶姻等揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，賦予酸奶獨(dú)特的風(fēng)味。

對酸奶生產(chǎn)的研究主要在于篩選出抗氧化能力強(qiáng)、體內(nèi)降解率及存活率較高的乳酸菌作為酸奶發(fā)酵劑，并不斷探究不同組合形式對酸奶品質(zhì)的影響以制備高品質(zhì)酸奶[24]，同時(shí)選擇合適的發(fā)酵條件保證酸奶的質(zhì)量，以更好地發(fā)揮酸奶的益生功能[25]，延長保存期也成為近些年研究的熱點(diǎn)。Mukti等[26]對Tempoyak乳酸菌進(jìn)行菌株篩選，研究發(fā)現(xiàn)該乳酸菌用作酸奶發(fā)酵劑具有較高的可接受性，其發(fā)酵產(chǎn)生的乳酸和乳糖含量較高，為酸奶生產(chǎn)提供菌種保證。楊貝貝等[27]通過探究不同益生菌組合對酸奶發(fā)酵和質(zhì)構(gòu)特性的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)多種益生菌混合發(fā)酵會改善酸奶的質(zhì)地品質(zhì)及更優(yōu)良的益生潛能。黃強(qiáng)等[28]通過正交試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)發(fā)酵時(shí)間4.5 h，發(fā)酵溫度44 ℃，后熟時(shí)間16 h時(shí)，酸奶質(zhì)地較為良好，對酸奶生產(chǎn)具有很好的參考價(jià)值。因此，在優(yōu)質(zhì)酸奶的生產(chǎn)研究中要多注重乳酸菌菌種的優(yōu)質(zhì)篩選及對發(fā)酵條件的合理把控。

2.1.2 奶油生產(chǎn)

奶油主要成分是牛乳的脂肪，是由乳分離后所得的稀奶油為原料，經(jīng)殺菌、冷卻、成熟、乳酸菌發(fā)酵、壓煉等工藝流程而制成的乳制品。常用的乳酸菌菌種有乳酸乳球菌、乳酸鏈球菌、發(fā)酵乳桿菌、副干酪乳桿菌、植物乳桿菌和短乳桿菌[29]。奶油質(zhì)地細(xì)膩，風(fēng)味良好，營養(yǎng)價(jià)值高，含有人體必需脂肪酸。奶油經(jīng)過乳酸菌發(fā)酵后，其中的乳糖轉(zhuǎn)化為乳酸，可以提高人體腸道功能，抑制有害菌的生長，有效保護(hù)腸胃等[30]。

奶油的營養(yǎng)價(jià)值高離不開乳酸菌的發(fā)酵，但奶油生產(chǎn)過程中仍存在乳酸菌發(fā)酵劑的缺乏、工藝技術(shù)不成熟、產(chǎn)品種類單一等現(xiàn)實(shí)問題尚待解決[31]。喬健敏等[32]對內(nèi)蒙地區(qū)奶油中的乳酸菌分離、純化，解析乳酸菌的多樣性，為奶油乳酸菌發(fā)酵劑的制備提供優(yōu)質(zhì)的菌種資源。因此，為生產(chǎn)出高營養(yǎng)、風(fēng)味佳的奶油，在乳酸菌選育方面還需進(jìn)一步研究。

2.1.3 干酪生產(chǎn)

干酪由乳、凝乳酶、鹽和微生物4個(gè)加工因素經(jīng)過酸化、凝固、脫水收縮和成熟等階段發(fā)酵制成的食品。其微生物群落至關(guān)重要，包括發(fā)酵乳細(xì)菌、非發(fā)酵乳細(xì)菌、其他細(xì)菌、酵母和絲狀真菌，在干酪加工成熟過程中發(fā)生的群落交替起著重要作用。生產(chǎn)中常用的乳酸菌菌種有干酪乳桿菌、乳酸桿菌、嗜熱鏈球菌和乳酸乳球菌乳酸亞種。干酪在成熟過程中微生物群落主要以乳酸菌為主，乳酸菌對干酪風(fēng)味和質(zhì)構(gòu)起著關(guān)鍵作用[33-34]。因此，在生產(chǎn)過程中常采用不同發(fā)酵性能和作用的乳酸菌菌種組合制備優(yōu)良的干酪制品[35]，以實(shí)現(xiàn)功能性干酪制品的工業(yè)化生產(chǎn)。

2.2 果蔬制品及谷物制品加工

近年來，乳酸菌發(fā)酵果蔬產(chǎn)品逐漸進(jìn)入大眾視野，乳酸菌的加入在功效方面不僅可以起到增強(qiáng)機(jī)體免疫力、調(diào)節(jié)腸道菌群、降血糖、降血脂等作用[36]，在口感上也有較大升級，提高對果蔬原料的利用率。乳酸菌在發(fā)酵過程中不僅不會破壞蔬菜細(xì)胞組織，還可發(fā)酵食物中的碳水化合物，有效分泌乳酸菌素，抑制腐敗菌或致病菌的生長，改善食品的風(fēng)味及品質(zhì)[37]。由乳酸菌發(fā)酵的果蔬產(chǎn)品主要分為果蔬飲料類、泡菜類和漿水菜類[38-39]。乳酸菌的加入賦予飲料新的營養(yǎng)價(jià)值和保健功效[40]，也抑制泡菜中有害微生物的生長繁殖，對果蔬制品以后的研究具有很好的應(yīng)用價(jià)值參考。發(fā)酵果蔬產(chǎn)品種類豐富，進(jìn)而對發(fā)酵蔬菜的功能性分析日益成為研究的熱點(diǎn)之一。陳嘉佳等[41]對發(fā)酵蔬菜抗氧化性進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)蔬菜經(jīng)過發(fā)酵后不僅有益人體健康，抑制氧化損傷的疾病，而且還具備很多的益生特性，順應(yīng)當(dāng)代“綠色健康”的趨勢。但如何更好地提高發(fā)酵蔬菜的益生功能還需要重點(diǎn)研究，還有很長的路要探索。

乳酸菌在谷物發(fā)酵中也有廣泛應(yīng)用。經(jīng)乳酸菌發(fā)酵后的谷物，其中的維生素、氨基酸、礦物質(zhì)等元素可從谷物中分離出來，提高產(chǎn)品的營養(yǎng)價(jià)值和消化率[42]。發(fā)酵谷物制品因其乳酸菌發(fā)酵可產(chǎn)生食品獨(dú)特的酸味及具有防腐效果，被廣泛應(yīng)用于發(fā)酵乳飲料、發(fā)酵面包、發(fā)酵稀粥等制品中[43-44]，具有很廣闊的市場前景。由乳酸菌參與發(fā)酵的面包，其彈性、感官品質(zhì)都有較大改善，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，乳酸菌不僅提高了谷物加工利用率，同時(shí)也在一定程度上充分利用了谷物自身的營養(yǎng)功能特性[45]，為深入研發(fā)新型谷物制品提供理論依據(jù)。但乳酸菌在谷物加工應(yīng)用中仍面臨發(fā)酵工藝不完善等問題，有待進(jìn)一步改進(jìn)。

2.3 肉制品加工

傳統(tǒng)發(fā)酵肉制品在加工及儲運(yùn)過程中極易受到環(huán)境及本身因素的影響，使腐敗菌生長繁殖，導(dǎo)致肉制品品質(zhì)降低。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，乳酸菌的應(yīng)用能有效抑制腐敗細(xì)菌的產(chǎn)生，在達(dá)到防腐的同時(shí)能提高產(chǎn)品的風(fēng)味品質(zhì)[46-47]。常用于肉制品防腐劑的菌種有乳酸鏈球菌和片球菌[48]。乳酸菌在食品發(fā)酵過程中通過產(chǎn)生酸性物質(zhì)降低pH、產(chǎn)細(xì)菌素等抗菌物質(zhì)等抑制腐敗菌生長，提高發(fā)酵肉制品微生物安全性，延長產(chǎn)品的保藏期[49-50]。張曉寧等[51]發(fā)現(xiàn)不同類型的乳酸菌細(xì)菌素可通過不同的作用機(jī)制產(chǎn)生抑菌效果，不會改變食品原有感官品質(zhì)，反而對肉制品保鮮防腐具有很好的應(yīng)用價(jià)值。近年來，乳酸菌常用于香腸、火腿等肉制品中，不僅起到防腐效果，而且也促進(jìn)人體對肉制品營養(yǎng)的吸收，因而對研發(fā)功能性乳酸菌及生產(chǎn)具有保健作用的新型肉制品逐漸成為近年來肉制品行業(yè)的熱點(diǎn)之一[52-53]，充分利用乳酸菌的益生功能成為研究重點(diǎn)。

2.4 釀造工業(yè)

乳酸菌在釀造工業(yè)上應(yīng)用廣泛，如在工業(yè)啤酒中，乳酸菌與釀酒酵母共同發(fā)酵釀出的啤酒總高級醇和總酯含量分別達(dá)149.25和47.60 mg/L[54]，使其口感更加香醇，營養(yǎng)價(jià)值更高。在醬油釀造中，乳酸菌可促進(jìn)醬醩的發(fā)酵[55]，增添醬酒獨(dú)特的香味。乳酸菌在食醋釀造中也有應(yīng)用，乳酸菌的加入促進(jìn)食醋中固定酸的生成，使食醋更加醇香。乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)生乳酸并以乳酸為底物經(jīng)過一系列反應(yīng)產(chǎn)生乙酯類物質(zhì)，從而增加產(chǎn)品獨(dú)特的風(fēng)味，也拓寬了乳酸菌在釀造方面的市場。但優(yōu)質(zhì)菌種種類單一、生產(chǎn)工藝不完善等仍是乳酸菌在釀造工業(yè)面臨的問題，在后續(xù)研究中需多篩選優(yōu)質(zhì)菌種，拓展乳酸菌在食品釀造中的應(yīng)用。

2.5 食品保鮮領(lǐng)域

利用微生物群落及其抑菌產(chǎn)物延長食品儲藏期的生物保鮮技術(shù)被廣泛應(yīng)用于食品保鮮領(lǐng)域，其中乳酸菌應(yīng)用最為廣泛[56-57]。乳酸菌主要通過2種食品防腐途徑：一是通過生成苯乳酸及乙酸等有機(jī)酸抑制腐敗菌生長；二是通過生成細(xì)菌素抑制腐敗菌生長[58]。苯乳酸是一種新型生物防腐添加劑，其抑菌譜廣泛且安全，能夠抑制革蘭陽性細(xì)菌、革蘭陰性細(xì)菌和真核微生物，對真菌污染具有很好的抑制效果[59]。而細(xì)菌素是通過核糖體合成的多肽，抑制相似或密切相關(guān)的細(xì)菌菌株的生長[60]，通常作為食品防腐劑或抗生素替代品應(yīng)用。趙婷等[61]將乳酸菌發(fā)酵液噴涂于冷卻雞肉表面，結(jié)果表明不僅可以延緩感官品質(zhì)下降，還可以延長保鮮期，由原來的4 h延長至6 h，對食品流通起到積極作用。據(jù)相關(guān)研究表示[62]，乳酸菌的使用不僅可以減少化學(xué)物質(zhì)的使用，保持食品品質(zhì)，更重要的是殺菌效果顯著，是一種相對安全的高效殺菌劑。但乳酸菌殺菌劑對食品的生理生化指標(biāo)的影響研究較淺，因此在這一方面還有待深入研究。

3 結(jié)語與展望

隨著人們對乳酸菌研究與開發(fā)的不斷深入，對乳酸菌發(fā)酵食品的安全性及營養(yǎng)價(jià)值也日益關(guān)注，但乳酸菌在生產(chǎn)過程中仍存在乳酸菌制劑成本高、食用人群受限、活菌保存時(shí)間短、利用率低等現(xiàn)象[63]，因此乳酸菌的應(yīng)用還有很多方面需要改進(jìn)。乳酸菌食品作為一個(gè)近年來的熱門行業(yè)，其商業(yè)前景廣闊，不斷完善改進(jìn)存在問題，對于乳酸菌食品行業(yè)的興起繁榮有著十分深遠(yuǎn)的意義。