乳酸菌的生长特性及其功能性质与应用综述

2020-12-19陈梓琦汪彩云李紫宁杨晓萍钟先锋

农产品加工 2020年12期

关键词：胃液乳酸菌杆菌

陈梓琦，汪彩云，李紫宁，杨晓萍，钟先锋

（佛山科学技术学院食品科学与工程学院，广东佛山 528000）

1 乳酸菌的概述

乳酸菌作为一种能够将糖类发酵成乳酸的益生菌。在自然界分布极为广泛，通常存在于动物、植物等食物及其制品，还存在动物和人体肠道内的环境[1]。

1.1 乳酸菌的种类

目前可知乳酸菌在自然界存在400多个属，300多个种[2]。按照不同的依据，可据乳酸菌分为不同菌属。根据形态分类，可以分为球菌和杆菌[3]；根据来源可分为生物功效不稳定、食用过多时可能产生排斥反应的动物源乳酸菌，另一类为更容易被体内认可，大量食用也无排斥反应的植物源乳酸菌[4]；根据生化分类法，乳酸菌能够分成乳杆菌属（Lactobacillus）、链球菌属（Streptococcus）、明串珠菌属（Leuconostoc）、肠球菌属（Enterococcus）、乳球菌属（Lactococcus）、奇异菌属（Atopobium）、芽孢乳杆菌属（Sporolactobacilus）、环丝菌属（Brochothrix）、孪生菌属（Gemella）和糖球菌属（Saccharococcus）[5-6]。

1.2 乳酸菌的培养特征

形态差异大，既有长杆状或短杆状，又有球状。所有种类都是革兰氏阳性菌、无芽孢，多数不运动，少数以周毛运动[7]。

2 乳酸菌的生长特性

通过试验对乳酸菌生长特性进行探究，得出乳酸菌适生长环境及各方面培养数据，从而确定乳酸菌最佳培养方法，进而使得乳酸菌能够更好更快地生长与繁殖。

2.1 最适生长环境及时间

2.1.1 生长曲线

杨静等人[8]研究乳酸菌生长的试验中，植物乳杆菌及粪肠球菌分别培养了6 h和8 h后进入对数生长期，分别于18 h和16 h后吸光值达到最大。赵婧等人[9]研究高产酸乳杆菌生长特性试验中，乳杆菌培养4 h后进入对数生长期，12 h后达到稳定期。王红涛[10]在乳酸菌株生长曲线测定试验中发现，干酪乳杆菌与屎肠球菌分别于4 h和8 h进入对数生长期，分别于30 h和12 h后进入稳定期。杨英歌等人[11]研究了耐酸乳酸菌的生长特性，其试验乳酸菌株进入对数生长期和稳定期时间分别为4 h与14 h。由此发现，种类不相同的乳酸菌进入对数生长期及稳定期所对应的培养时间不相同，对于同种乳酸菌，其试验培养方法的不同也会影响对数生长期及稳定期时间。可以初步判断，乳酸菌培养进入对数生长期所需培养时长为4～8 h，进入稳定期所需培养时长为12～18 h，个别乳酸菌种进入稳定期时间较长。

2.1.2 最适生长温度

乳酸菌的生长受环境中温度影响较大，不同乳酸菌其最适生长温度存在一定差异[12]。在靳志敏等人[13]测定乳酸菌不同温度下生长能力的试验中，6株试验乳酸菌皆在30℃生长情况最好。在王红涛[10]酱油渣乳酸菌最适生长温度的测定试验中，干酪乳杆菌在35℃下生长最好，屎肠球菌最适生长温度为37℃，植物乳杆菌则是30℃。在杨英歌等人[11]研究耐酸乳酸菌生长特性试验中，干酪乳杆菌在35～37℃下生长良好。在付永岩等人[14]测定不同温度对菌体密度的影响的试验中，3株试验菌株均在37℃时菌体密度达到最大值。在邓鹏超[15]探究温度与乳酸菌生长关系试验中，试验乳杆菌的最适生长温度为37℃。由此可知，乳酸菌最适生长温度集中于30～37℃，其中30℃与37℃较为普遍，而具体最适温度还需根据不同菌株种类进行测定和判断。

2.1.3 最适生长pH值

乳酸菌生长环境的pH值对其生长代谢有较大影响，一部分原因为pH值的不同会使得细胞膜电位发生变化，使得菌株对营养物质的吸收发生变化；另一部分原因为细胞中酶的活性会受pH值的影响而改变[12]。在靳志敏等人[13]测定乳酸菌不同pH值生长能力的试验中，各菌株在pH值为4.5和5.5时生长情况较好。在杨英歌等人[11]研究耐酸乳酸菌初始pH值对其生长的影响试验中，菌株在pH值为5.5时生长最好。在徐建等人[16]研究培养条件与乳酸菌生长试验中，初始pH值在6.5时最适乳酸菌生长。在杨静等人[8]研究乳酸菌生长试验中，植物乳杆菌在pH值为5.5～7.0时生长较好，粪肠球菌的最适pH值为6.0～7.0。在付永岩等人[14]研究不同pH值对菌体密度影响试验中，pH值在6.2时乳酸菌活菌数最高。在邓鹏超[15]不同pH值对乳酸菌生长影响的试验中，试验乳杆菌在pH值为5.5时生长情况最好，而试验链球菌在pH值为6.0时生长最好。由此发现，乳酸菌最适生长pH值集中在4.5～7.0，因菌株种类的不同会有较小的差异变化。

2.2 耐受性

乳酸菌作为对人体有益的益生菌，其在人体中存活的耐受力也至关重要，在作为益生菌筛选时也需经过耐人工胃液、耐胆盐等试验[17]。通过试验了解乳酸菌于胃液、肠液、胆盐中的耐受力，模拟乳酸菌进入人体肠道后的状态，观察其是否能存活，能够为乳酸菌相关产品的研究开发提供前期的理论基础。

2.2.1 人工胃液耐受性

乳酸菌从口腔进入人体，首先抵达胃部，最先会被胃内的胃液所作用，因此胃液耐受性是筛选益生乳酸菌的基本指标之一。胃液的pH值通常为2.0～3.0[18]，在李尧等人[19]的耐人工胃酸试验中，乳酸菌在人工胃液中耐受力比在调节pH值的培养基中耐受力好，但在人工胃液中存活力仍有所下降，而不同的乳酸菌种在胃液中耐受力也不同。想要筛选益生特性好的乳酸菌进入人体并发挥作用，必须通过人工胃液耐受性的试验，研究和筛选出较好胃液耐受性的乳酸菌，这也对益生乳酸菌的研究和发展有着至关重要的影响。

2.2.2 胆盐耐受性

能够耐受胃液的乳酸菌便会进入人体小肠，肠道内胆盐质量分数为0.03%～0.30%，乳酸菌进人体胃肠道后会受到胆盐的影响[19]，而乳酸菌想要在胃肠道中存活，则必须能够耐受质量分数0.3%的胆盐[8]。因此，筛选益生乳酸菌的另一基本指标即为测定其胆盐耐受性。而种类不相同的菌株在相同质量分数胆盐中，其表现的耐受性也有所差异。乳酸菌若能于小肠中胆盐环境下存活，则能进行黏附定植，发挥益生作用[17]。

3 乳酸菌的功能性质

乳酸菌是一种以糖类为原料发酵产生乳酸的无芽孢、革兰氏染色阳性细菌的总称[20]，具有改善人的机能、增强免疫力、延缓衰老等功能。除此之外，乳酸菌还具有改善肠道菌群、促进肠胃蠕动、提高消化率、抑制腐败菌等诸多生理功效。经研究发现，乳酸菌还能使胆固醇下降、调节血脂[21]。

3.1 改善肠道防御功能

乳酸菌是一种常见肠道益生菌，在调节宿主肠道防御方面发挥着相当重要的作用。乳酸菌产生的抑菌物质乳酸和过氧化氢能够改变肠道内的pH值和激活肠道内过氧化酶-硫氰酸盐反应系统，从而使肠道内的病原菌生长受到抑制[22]。Gong Zheng等人[23]发现，乳酸杆菌所产生的乳酸可以改变细胞膜通透性，调节小肠内pH值，使致病菌沙眼衣原体丧失生命活力。在人体的肠道内，有数百种菌的存在，各类菌群的种类和数量维持在相对稳定的状态下，构成均衡的微生态系统。当人体内致病菌大量繁殖时就会损坏该系统的菌群均衡，使其存在不正常的状态。而当机体摄入一定量的乳酸菌后，乳酸菌黏附在肠道中，通过分泌双乙酰和细菌素等抑菌物质加速致病菌的死亡[24]。相关研究表明，乳酸菌分泌的乳酸、过氧化氢与细菌素等有广泛的抗菌效果，此外乳酸菌还可定植在肠道的上皮细胞当中，通过与病原菌竞争其细胞上的附着位点，竞争性排斥肠道内外潜在的病原菌对肠上皮细胞的附着与定植，从而起到改善肠道防御功能的作用[25]。

3.2 乳酸菌的降血脂作用

早在1870年就有人提出，在酸奶爱好者的群体中发现，其体内的胆固醇含量处于较低水平，由此认为乳酸菌对降低人体血脂水平起到一定作用，此后人们便开始对降血脂乳酸菌进行相关研究[26]。

目前，有大量人体和动物试验研究证实，乳酸菌可以使人体内胆固醇含量下降，改善机体内血清血脂的平衡。陈大卫等人[27]建立了带有高血脂症的大鼠模型，通过研究乳酸杆菌对高血脂大鼠血清中胆固醇、甘油三酯的调节作用，发现乳酸杆菌f5对高血脂症大鼠血清血脂有显著的下降作用，即乳酸菌在肠道内与胆固醇、胆汁酸等直接接触促进肠腔中的菌群将胆汁酸分解为游离胆汁酸，游离的胆汁酸通过排泄使大鼠体内胆固醇含量下降从而使其体内血脂处于较低水平。付永岩等人[28]通过模拟人体胃液、胰液对乳酸菌的耐酸耐胆盐进行测定，考查了具有降胆固醇乳酸菌的益生特性。结果显示，乳酸菌通过胆固醇、胆盐共沉定作用及菌体细胞接收2种方式来降低胆固醇水平。

3.3 增强机体免疫力功能

乳酸菌通过激活多形核白细胞、单核吞噬细胞和自然杀伤细胞，刺激单核因子等效应分子产生，促进免疫系统的活性。此外，乳酸菌及其代谢产物通过激活淋巴细胞、T细胞、T细胞亚群和NK细胞等相关免疫细胞的信号传导，促进B淋巴细胞活化或产生抗体，诱导机体发生免疫应答并参与调节机体对有害抗原的免疫应答，从而达到增强机体免疫力的目的[25]。

4 乳酸菌的应用现状

目前，乳酸菌普遍应用于食品生产中，如肉制品、乳制品、果蔬制品、功能食品、食物保鲜等[29]。

4.1 乳酸菌在乳制品中的应用

乳酸菌在乳制品中的应用，主要有酸奶、乳酪、干酪、酸奶油、马奶酒或者婴儿乳品等产品。干酪是利用牛乳等食品原料经高温处理后，添加乳酸菌令牛乳发酵，可以使一些蛋白质凝集成固体后，去掉乳清并压块而成。其发酵剂种类繁多，因而干酪种类也略有不同。常用的发酵剂菌种有嗜热链球菌、植物乳杆菌、双歧杆菌等[30-31]，制作干酪就利用2种或者2种的菌种混合使用，能更好发酵完全。干酪的年产量占据世界各种发酵产品的1/4，仅次于酒类。发酵蛋奶是以鸡蛋和牛奶为材料，就是加入乳酸菌可以促进发酵而制成的。它是一种集牛奶和鸡蛋能功的营养佳品。乳酸菌发酵蛋奶口感细腻丝滑、酸甜可口、香味适宜[32]。

4.2 乳酸菌在植物蛋白饮料中的应用

乳酸菌在植物蛋白饮品中的使用主要包括以豆奶或花生为原材料，利用2种或2种以上菌株混合发酵制作的酸奶饮料[33]。现代营养界认为以鲜豆奶为主要原料，采用混合菌种发酵，可研发出更美味的新产品，现如今该品种饮料已用于生产，并且在市场上也占有份额。

4.3 乳酸菌在肉制品中的应用

利用乳酸菌发酵处理的肉制品更是具有独特风味，食用方便，并且增加其贮藏时间的特点。在焙烤食品的配料中添加乳酸菌，在减少致癌物质的积累、增加香肠等肉制品风味的同时，减少对人体健康产生的危害。乳酸菌还常应用于香肠等肉制品中，如能进一步研究创新其发酵生产工艺，可进一步扩大规模，提高其生产效率。

4.4 乳酸菌在酿酒中的应用

乳酸菌在酿造工业中的应用也十分广泛，比如在酱油的酿造过程就扮演着重要的角色，赋予酱油醇厚的香味和浓郁的酸味。食醋中一些风味物质正是乳酸菌的中间代谢产物，包括有机酸、双乙酰及其衍生物、低级脂肪酸，羟基化合物等。烧酒是利用高粱、苞米等食品原料通过发酵、蒸馏而成。无论是什么状态下的烧酒在酿造过程中，乳酸菌都具有重要作用。乳酸菌可大大提高烧酒的品质和产量（出酒率）。乳酸菌还可以保持酒的新鲜度，它产生多种抑制有害菌群的物质，除此之外，还可消除高温杀菌处理的一些老化味等不好的气味。

4.5 乳酸菌在其他食物中的应用

乳酸菌应用在饮品行业中，如功能性发酵果蔬饮品、红茶菌饮品或者养身保健饮品等。蔬菜水果具有充足而丰富的维生素和矿物质，乳糖可以被乳酸菌利用并发酵制成美味的蔬果饮料。泡菜主要是靠乳酸菌的发酵生成大量能够抑制腐败微生物生长的有机酸而制成的一种酸味食品。泡菜使用低浓度的盐水（并不是依靠盐的渗透压抑菌），经乳酸菌发酵，隔绝空气制成，口感独特，保存期长，深受大众喜爱[34]。