乳酸菌的功能及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用

杜蘭威，單蕊，趙蕾，張弘

（天津市食品研究所有限公司，天津301609）

乳酸菌（lactic acid bacteria，LAB）是發(fā)酵碳水化合物的一類無芽孢、革蘭氏染色陽(yáng)性細(xì)菌的總稱。凡是能從葡萄糖或乳糖的發(fā)酵過程中產(chǎn)生乳酸的細(xì)菌統(tǒng)稱為乳酸菌[1]。是一種存在于人類體內(nèi)的益生菌，不僅可以增加免疫能力還可以起到改善機(jī)能延緩衰老等保健作用。利用乳酸菌進(jìn)行食品發(fā)酵的歷史比較長(zhǎng)，而且也都是比較的重視。乳酸菌的用途也在不斷的被人們所開發(fā)利用，人們將乳酸菌用于制造酸奶、奶酪、泡菜、酸菜、與其他發(fā)酵食品以及一些保健品。同時(shí)乳酸菌具有調(diào)節(jié)人體機(jī)能，延緩衰老，預(yù)防疾病等作用。

1 乳酸菌的生理功能

1.1 改善人體機(jī)能

乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)生的有機(jī)酸以及一些特殊酶系與乳酸在體內(nèi)的代謝能改善人體的血脂?；钚匀樗峋谀c道中的代謝物可以調(diào)節(jié)腸道中的菌群平衡，改善腸道功能，此外，乳酸菌能夠抑制腐敗菌的繁殖，減少腐敗菌產(chǎn)生的毒素，清除腸道垃圾，從而減輕了肝臟的解毒重荷，改善肝功能。部分乳酸菌，尤其是以活菌形式達(dá)到腸道的乳桿菌，可以在腸道內(nèi)形成促進(jìn)機(jī)體吸收，可以調(diào)節(jié)血壓的礦物質(zhì)，部分乳酸菌產(chǎn)生的胞外多糖可能也具有一定的降壓作用。乳酸菌代謝可以顯著減少腸道對(duì)膽固醇的吸收，同時(shí)，乳酸菌可以吸收部分膽固醇，將其轉(zhuǎn)化成為膽酸鹽排出體外。

1.2 增強(qiáng)免疫功能

人體的免疫細(xì)胞分為兩種：特異性免疫與非特異性免疫。非特異性免疫是指人體與生俱來的，通過粘膜機(jī)械阻擋以及分泌物殺菌。特異性免疫是指人體受到抗原物質(zhì)刺激后獲得的抵抗能力。乳酸菌增強(qiáng)免疫主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是影響非特異性免疫答應(yīng)，增強(qiáng)吞噬細(xì)胞，刺激單核因子分泌。二是刺激特異性免疫答應(yīng)，將強(qiáng)細(xì)胞免疫，提高機(jī)體的抗病能力。

1.3 延緩人體衰老

乳酸菌可能產(chǎn)生超氧化物氣化酶，清除體內(nèi)代謝過程中過盛的超氧陰離子自由基，同時(shí)乳酸菌產(chǎn)生的乳酸，抑制腸道腐敗細(xì)菌生長(zhǎng)，延緩人體衰老。

1.4 其他功能

乳酸菌可以產(chǎn)生一些特殊酶類，這些酶可以加速乳酸菌生長(zhǎng)，維持腸道平衡，促進(jìn)機(jī)體健康。另外，乳酸菌還能產(chǎn)生有機(jī)酸，使鈣、磷等元素處于易吸收的離子狀態(tài)，利于骨骼生長(zhǎng)，可以預(yù)防貧血和軟骨病等。

2 乳酸菌在食品中的應(yīng)用

2.1 在乳制品加工中的應(yīng)用

發(fā)酵乳產(chǎn)品已經(jīng)成為世界公認(rèn)的保健型飲品，目前乳制品已成為人類食品的重要組成部分，主要是以乳或者乳制品為主要原料，經(jīng)乳酸菌加工的發(fā)酵制成。乳酸菌在乳品加工中的主要作用除了提高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值外，還有以下幾個(gè)方面：產(chǎn)生乳酸、分解蛋白質(zhì)機(jī)體吸收、形成具有特殊風(fēng)味物質(zhì)；提高機(jī)體的抗病能力、產(chǎn)生抑菌物質(zhì)具有殺菌作用等[2]。

2.1.1 酸奶

隨著酸奶越來越受到消費(fèi)者的喜愛，酸奶的生產(chǎn)企業(yè)也在增加，產(chǎn)量也在不斷地提高，這就對(duì)酸奶的工業(yè)生產(chǎn)提出了更嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)[3]。酸奶是以鮮牛奶或奶粉為主要原料，大多數(shù)是經(jīng)過巴氏滅菌處理后，利用乳酸菌在奶中分解產(chǎn)生乳酸，是乳酪蛋白發(fā)生凝集，形成口味純正的酸奶。

2.1.2 發(fā)酵奶油

發(fā)酵奶油是一種以奶油作為原料，利用乳酸菌中的乳鏈球菌、乳脂鏈球菌、丁二酮鏈球菌混合制成的發(fā)酵劑，與奶油進(jìn)行發(fā)酵，形成發(fā)酵奶油。

2.1.3 干酪

干酪是在經(jīng)過滅菌冷卻后的原料乳中加入適量的乳酸菌發(fā)酵劑和凝乳酶，使蛋白質(zhì)凝固，分離出乳清壓制塊狀而制成的發(fā)酵乳制品[4]。通常選用兩種或兩種混合乳酸菌作為發(fā)酵劑，使干酪既可以達(dá)到成熟，形成獨(dú)特的風(fēng)味，還可以節(jié)約成本，提高生產(chǎn)效率。

2.1.4 乳酸菌發(fā)酵復(fù)合型酸奶

乳酸菌發(fā)酵復(fù)合型酸奶是利用乳酸菌分解奶中的乳糖，從而產(chǎn)生乳酸，使酸奶的pH 值下降，從而使發(fā)酵的酸奶具有更好的凝固性，增加口感[5-8]。

2.2 在果蔬發(fā)酵中的應(yīng)用

乳酸菌在果蔬發(fā)酵中的應(yīng)用最普遍的就是乳酸菌生產(chǎn)酸菜、泡菜、橄欖菜等。其原理為利用蔬菜中附著的乳酸菌以及一些人工選育的優(yōu)良菌種進(jìn)行的一系列微生物發(fā)酵，最后得到成品泡菜的過程。泡菜中含有的乳酸菌能促進(jìn)人體腸胃蠕動(dòng)，還有降脂、增強(qiáng)機(jī)體免疫力的作用?？捎糜诠甙l(fā)酵的菌種大致包括：嗜酸乳桿菌、植物乳桿菌、腸膜明珠球菌、糞鏈球菌等。

2.2.1 發(fā)酵泡菜

泡菜以其獨(dú)特的爽脆口感深受人們歡迎，泡菜作為一種大眾發(fā)酵食品已經(jīng)有了上千年的歷史。傳統(tǒng)的發(fā)酵泡菜工藝就是利用附著在蔬菜表面的乳酸菌在一定濃度的鹽水溶液內(nèi)進(jìn)行的自然發(fā)酵。但是，傳統(tǒng)工藝的泡菜存在儲(chǔ)存周期短、生產(chǎn)周期長(zhǎng)、產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定、亞硝酸鹽含量高不利于人體將康等問題。與泡菜傳統(tǒng)生產(chǎn)方法自然發(fā)酵相比，現(xiàn)代工業(yè)化的生產(chǎn)就是要先選取優(yōu)良的乳酸菌菌種，同時(shí)將蔬菜表面進(jìn)行一次滅菌處理，這樣不僅可以去除蔬菜表面的微生物保留蔬菜自身的口味，而且還能提高乳酸菌的酶活性，產(chǎn)酸性溫和，產(chǎn)香性優(yōu)良，抗逆性好。生產(chǎn)前要先選擇好最佳的反應(yīng)溫度、最適宜的pH 值，生產(chǎn)時(shí)要控制好厭氧條件從而達(dá)到最終適宜的酸度、口感，同時(shí)解決了傳統(tǒng)工藝存在的一些弊端[9]。

2.2.2 發(fā)酵果蔬汁飲料

新鮮的果蔬汁能夠?yàn)槿梭w提供多種的微量元素，補(bǔ)充維生素，調(diào)整人體機(jī)能。但是，現(xiàn)榨果蔬汁存在有些果蔬所特有的異味，以及保存周期短的問題[10]。所以發(fā)酵果蔬汁是近年發(fā)展起來的新興飲料。乳酸菌在果蔬發(fā)酵時(shí)產(chǎn)生的糖類轉(zhuǎn)變成為乳酸，利用乳酸菌發(fā)酵果蔬汁可提高果蔬汁的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、改善風(fēng)味、延長(zhǎng)保存期，并增加其保健作用。

2.3 在釀酒及調(diào)味品領(lǐng)域的應(yīng)用

2.3.1 在釀酒工業(yè)中的應(yīng)用

乳酸菌在葡萄酒釀造中的應(yīng)用主要是蘋果酸-乳酸發(fā)酵。由于明串球菌均有在較低pH 值環(huán)境下可以有較高的蘋果酸分解率，所以在明珠串球菌乳酸菌的作用下，降低了葡萄酒的酸度，增加了酒的果香和酒香，使葡萄酒產(chǎn)生特殊風(fēng)味，形成了柔和的口感。

乳酸菌在啤酒釀造中的應(yīng)用主要是利用乳酸菌以及乳酸桿菌為菌種，以頭道麥芽汁為培養(yǎng)基經(jīng)過發(fā)酵得到乳酸，然后通過生物酸化技術(shù)提高酶活性，抑制有害菌生長(zhǎng)，提高麥芽醪的通透性，使啤酒具有較淺的色度、較多的含氮物質(zhì)和適宜的多酚，還可以通過乳酸來改變釀造用水的酸度，從而提高啤酒的生物穩(wěn)定性。乳酸菌能夠產(chǎn)生各種抑菌物質(zhì)，從而保持啤酒的新鮮度，提高口感度。

乳酸菌在白酒的釀造工程中，利用酒曲中的糖類產(chǎn)生乳酸，從而與乙醇形成乳酸乙酯，使白酒口味豐富，口感更佳。

乳酸菌在黃酒的釀造過程中，也起到了一定的作用，通過乳酸菌的發(fā)酵得到醋酸和乳酸，可以起到調(diào)節(jié)pH 值，抑制雜菌生長(zhǎng)，調(diào)節(jié)黃酒口味的作用。

2.3.2 在調(diào)味品中的應(yīng)用

乳酸是醬油的重要呈味物質(zhì)和理化指標(biāo)，釀造醬油過程中，適當(dāng)接種人工乳酸菌可以使醬油增加香味，改善口味[11-13]。利用乳酸菌將葡萄糖分解為乳酸，與醬油中的酵母生成乙酸醇，反應(yīng)產(chǎn)生乙酸乙酯，從而形成了醬油的獨(dú)特風(fēng)味。醋作為重要的調(diào)味品在中國(guó)的歷史上有很長(zhǎng)時(shí)間了，食用醋中含有大量營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，而乳酸作為食醋中的第二大有機(jī)酸，起到了改良風(fēng)味、平衡醋酸、提升食醋品質(zhì)的作用。腐乳作為一種常見的餐桌調(diào)味品，既可以單獨(dú)食用，也可以用來烹調(diào)菜肴。乳酸菌在其中起到了巨大的作用，一方面對(duì)腐乳風(fēng)味物質(zhì)的產(chǎn)生有決定作用，另一方面還可以加快腐乳的成熟速度[14-16]。

2.4 在肉制品中的應(yīng)用

乳酸菌作為腌制劑或添加劑應(yīng)用到肉制品中，乳酸菌作為腌制劑主要應(yīng)用在香腸火腿、臘腸等，需要腌制工序的肉制品主要是利用乳酸菌產(chǎn)生的乳酸通過大量高效的繁殖，起到抑制有害微生物的生長(zhǎng)，提高蛋白質(zhì)含量，以達(dá)到提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的。利用乳酸菌生產(chǎn)的肉制品具備如下優(yōu)點(diǎn)：良好的感官性、豐富的營(yíng)性可靠的安全性、較長(zhǎng)的耐貯性以及突出的時(shí)效性、有利于消化吸收、抑制腐敗菌生長(zhǎng)、延長(zhǎng)保質(zhì)期、提高產(chǎn)品的質(zhì)量。隨著電視專題片《舌尖上的中國(guó)》的熱映，越來越多的各地各民族的美食被大家熟知，其中“雷州魚醬”的制作便是利用了乳酸菌產(chǎn)酸對(duì)魚制品蛋白質(zhì)的影響。隨著發(fā)酵時(shí)間延長(zhǎng)，pH 值不斷下降，使蛋白質(zhì)發(fā)生變性聚集，使水溶性蛋白和鹽溶性蛋白不斷下降，不溶性蛋白逐漸增加，是魚肉形成凝膠的關(guān)鍵。乳酸菌促進(jìn)魚肉中蛋白質(zhì)的水解，提高魚中可溶性蛋白、氨基態(tài)氮和總酸含量，產(chǎn)生大量游離氨基酸，形成其特有的揮發(fā)物質(zhì)[17-18]。

2.5 在谷物制品中的應(yīng)用

以乳酸菌與酵母菌作為混合發(fā)酵劑，小麥、大米、等谷物為原料經(jīng)乳酸發(fā)酵后，所得各種微量元素和氨基酸含量增加，營(yíng)養(yǎng)更豐富。經(jīng)乳酸菌發(fā)酵的谷物制品目前主要有酸面包、乳酸發(fā)酵糕點(diǎn)、谷物乳酸發(fā)酵飲料等。這種面包具有營(yíng)養(yǎng)健康、調(diào)節(jié)人體生理功能等特點(diǎn)，從感官和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值方面都優(yōu)于傳統(tǒng)工藝的面包。還有就是將豆類玉米等作為主要原料，通過乳酸發(fā)酵可以有效地較少豆類中特有的異味，調(diào)節(jié)腸道功能，提高機(jī)體吸收，增加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)攝入[19]。黑米含有豐富的蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)以及多種維生素等，將黑米研磨打碎，液化成為黑米汁，再接種乳酸菌進(jìn)行發(fā)酵，這樣制得的谷物飲料營(yíng)養(yǎng)豐富、可以調(diào)節(jié)人體機(jī)能[20]。

2.6 發(fā)酵蛋制品中的應(yīng)用

發(fā)酵蛋制品是指以蛋類作為主要的原料，在乳酸菌的協(xié)同作用下，形成的一種產(chǎn)品。因?yàn)殡u蛋自身營(yíng)養(yǎng)價(jià)值已經(jīng)很高了，輔以其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)作為輔料，經(jīng)過乳酸菌的發(fā)酵作用，使得這類產(chǎn)品的營(yíng)養(yǎng)更易被吸收，同時(shí)乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)生的脂肪酶可以起到雞蛋對(duì)人類制敏性有一定的影響。

3 乳酸菌的研發(fā)動(dòng)態(tài)

近年來國(guó)際上對(duì)乳酸菌等益生菌的研究顯得非常活躍，增長(zhǎng)指數(shù)在逐年增長(zhǎng)，呈上升發(fā)展態(tài)勢(shì)。國(guó)內(nèi)外有關(guān)乳酸菌食品的研發(fā)熱點(diǎn)及動(dòng)態(tài)主要體現(xiàn)在以下幾方面。

3.1 活性直投式乳酸發(fā)酵劑的研制

在食品向天然型、功能型發(fā)展的今天，乳酸菌制品正越來越受人們重視。這就對(duì)乳酸菌發(fā)酵劑的品種、種類提出新的要求。目前，傳統(tǒng)的乳酸菌發(fā)酵劑由于存在種種弊端，取而代之的是一具有活性的直投式粉末發(fā)酵劑。此類發(fā)酵劑不僅可以直接用于生產(chǎn)發(fā)酵乳制品，也可以作為食品添加劑使用或者直接食用，簡(jiǎn)化產(chǎn)品生產(chǎn)工藝，有利于保證產(chǎn)品質(zhì)量，防止菌種污染。高效直投式酸奶發(fā)酵劑是一類新型的商品化生產(chǎn)菌種，在國(guó)外其制備技術(shù)已經(jīng)較為成熟，但在國(guó)內(nèi)尚處于起步階段，市場(chǎng)被國(guó)外企業(yè)壟斷，因此開發(fā)具有自主產(chǎn)權(quán)的直投發(fā)酵劑產(chǎn)品及制備技術(shù)顯得尤為重要[21-24]。

3.2 濃縮乳酸發(fā)酵劑的研究

濃縮型乳酸發(fā)酵劑起源于20 世紀(jì)初期，發(fā)展至今已經(jīng)具有一定的商業(yè)價(jià)值與應(yīng)用規(guī)模。濃縮型乳酸發(fā)酵劑是一種高密度純培養(yǎng)物，具有活力較強(qiáng)、遺傳性好、便于儲(chǔ)藏?cái)y帶、可以安全使用等特點(diǎn)，可直接作為發(fā)酵劑使用，與一般人工接種的相比，接種量大大降低，這就達(dá)到了減少菌種車間的投資，防止菌種的污染與退化，提高產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)率，縮短生產(chǎn)周期[25-27]。

3.3 乳酸菌篩選標(biāo)記的研究

傳統(tǒng)乳酸菌載體會(huì)帶有1 個(gè)或多個(gè)特定編碼的異源抗性基因，如果將這些抗性基因投入到生產(chǎn)中會(huì)帶來生物安全性的隱患，所以為了防止引起的的危害，最有效的方法就是采用食品級(jí)的載體篩選標(biāo)記。常用的篩選標(biāo)記法有：nisin 抗性標(biāo)記、免疫性標(biāo)記、互補(bǔ)型篩選標(biāo)記等[28-30]。

4 展望

乳酸菌作為最早被人類所認(rèn)知的微生物之一，備受國(guó)內(nèi)外人們的重視。隨著人們生活水平與健康意識(shí)不斷提高，同時(shí)也對(duì)食品安全要求提出更高要求。食品經(jīng)過發(fā)酵，不僅口味有所改變，還增加了食品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，對(duì)機(jī)體有保健作用[31-32]。雖然乳酸菌目前的應(yīng)用已經(jīng)比較廣泛和全面，但是仍存在有待改善的地方，如利用乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)，研發(fā)更多的新型品種，拓展乳酸菌來源，將發(fā)酵性能優(yōu)良并具有特殊保健功能的乳酸菌種應(yīng)用到食品中[33]。隨著科學(xué)技術(shù)的提高發(fā)展，乳酸菌在食品安全性還有待進(jìn)一步研究。今后乳酸菌在食品以及保健品領(lǐng)域都會(huì)有更加廣闊的空間，乳酸菌的應(yīng)用將成為一大重要的研究方向。