乳酸菌的功能及其在食品工業中的應用

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）是發酵碳水化合物的一類無芽孢、革蘭氏染色陽性細菌的總稱。凡是能從葡萄糖或乳糖的發酵過程中產生乳酸的細菌統稱為乳酸菌[1]。是一種存在于人類體內的益生菌，不僅可以增加免疫能力還可以起到改善機能延緩衰老等保健作用。利用乳酸菌進行食品發酵的歷史比較長，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利用，人們將乳酸菌用于制造酸奶、奶酪、泡菜、酸菜、與其他發酵食品以及一些保健品。同時乳酸菌具有調節人體機能，延緩衰老，預防疾病等作用。

1 乳酸菌的生理功能

1.1 改善人體機能

乳酸菌發酵產生的有機酸以及一些特殊酶系與乳酸在體內的代謝能改善人體的血脂。活性乳酸菌在腸道中的代謝物可以調節腸道中的菌群平衡，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到腸道的乳桿菌，可以在腸道內形成促進機體吸收，可以調節血壓的礦物質，部分乳酸菌產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膽固醇的吸收，同時，乳酸菌可以吸收部分膽固醇，將其轉化成為膽酸鹽排出體外。

1.2 增強免疫功能

人體的免疫細胞分為兩種：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刺激后獲得的抵抗能力。乳酸菌增強免疫主要表現在兩個方面：一是影響非特異性免疫答應，增強吞噬細胞，刺激單核因子分泌。二是刺激特異性免疫答應，將強細胞免疫，提高機體的抗病能力。

1.3 延緩人體衰老

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

1.4 其他功能

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

2 乳酸菌在食品中的應用

2.1 在乳制品加工中的應用

發酵乳產品已經成為世界公認的保健型飲品，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，經乳酸菌加工的發酵制成。乳酸菌在乳品加工中的主要作用除了提高營養價值外，還有以下幾個方面：產生乳酸、分解蛋白質機體吸收、形成具有特殊風味物質；提高機體的抗病能力、產生抑菌物質具有殺菌作用等[2]。

2.1.1 酸奶

隨著酸奶越來越受到消費者的喜愛，酸奶的生產企業也在增加，產量也在不斷地提高，這就對酸奶的工業生產提出了更嚴格的標準[3]。酸奶是以鮮牛奶或奶粉為主要原料，大多數是經過巴氏滅菌處理后，利用乳酸菌在奶中分解產生乳酸，是乳酪蛋白發生凝集，形成口味純正的酸奶。

2.1.2 發酵奶油

發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酵劑，與奶油進行發酵，形成發酵奶油。

2.1.3 干酪

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

2.1.4 乳酸菌發酵復合型酸奶

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

2.2 在果蔬發酵中的應用

乳酸菌在果蔬發酵中的應用最普遍的就是乳酸菌生產酸菜、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良菌種進行的一系列微生物發酵，最后得到成品泡菜的過程。泡菜中含有的乳酸菌能促進人體腸胃蠕動，還有降脂、增強機體免疫力的作用。可用于果蔬發酵的菌種大致包括：嗜酸乳桿菌、植物乳桿菌、腸膜明珠球菌、糞鏈球菌等。

2.2.1 發酵泡菜

泡菜以其獨特的爽脆口感深受人們歡迎，泡菜作為一種大眾發酵食品已經有了上千年的歷史。傳統的發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進行的自然發酵。但是，傳統工藝的泡菜存在儲存周期短、生產周期長、產品質量不穩定、亞硝酸鹽含量高不利于人體將康等問題。與泡菜傳統生產方法自然發酵相比，現代工業化的生產就是要先選取優良的乳酸菌菌種，同時將蔬菜表面進行一次滅菌處理，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，產酸性溫和，產香性優良，抗逆性好。生產前要先選擇好最佳的反應溫度、最適宜的pH 值，生產時要控制好厭氧條件從而達到最終適宜的酸度、口感，同時解決了傳統工藝存在的一些弊端[9]。

2.2.2 發酵果蔬汁飲料

新鮮的果蔬汁能夠為人體提供多種的微量元素，補充維生素，調整人體機能。但是，現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]。所以發酵果蔬汁是近年發展起來的新興飲料。乳酸菌在果蔬發酵時產生的糖類轉變成為乳酸，利用乳酸菌發酵果蔬汁可提高果蔬汁的營養價值、改善風味、延長保存期，并增加其保健作用。

2.3 在釀酒及調味品領域的應用

2.3.1 在釀酒工業中的應用

乳酸菌在葡萄酒釀造中的應用主要是蘋果酸-乳酸發酵。由于明串球菌均有在較低pH 值環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，使葡萄酒產生特殊風味，形成了柔和的口感。

乳酸菌在啤酒釀造中的應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基經過發酵得到乳酸，然后通過生物酸化技術提高酶活性，抑制有害菌生長，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定性。乳酸菌能夠產生各種抑菌物質，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，通過乳酸菌的發酵得到醋酸和乳酸，可以起到調節pH 值，抑制雜菌生長，調節黃酒口味的作用。

2.3.2 在調味品中的應用

乳酸是醬油的重要呈味物質和理化指標，釀造醬油過程中，適當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，反應產生乙酸乙酯，從而形成了醬油的獨特風味。醋作為重要的調味品在中國的歷史上有很長時間了，食用醋中含有大量營養物質，而乳酸作為食醋中的第二大有機酸，起到了改良風味、平衡醋酸、提升食醋品質的作用。腐乳作為一種常見的餐桌調味品，既可以單獨食用，也可以用來烹調菜肴。乳酸菌在其中起到了巨大的作用，一方面對腐乳風味物質的產生有決定作用，另一方面還可以加快腐乳的成熟速度[14-16]。

2.4 在肉制品中的應用

乳酸菌作為腌制劑或添加劑應用到肉制品中，乳酸菌作為腌制劑主要應用在香腸火腿、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，提高蛋白質含量，以達到提高產品質量的目的。利用乳酸菌生產的肉制品具備如下優點：良好的感官性、豐富的營性可靠的安全性、較長的耐貯性以及突出的時效性、有利于消化吸收、抑制腐敗菌生長、延長保質期、提高產品的質量。隨著電視專題片《舌尖上的中國》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酸對魚制品蛋白質的影響。隨著發酵時間延長，pH 值不斷下降，使蛋白質發生變性聚集，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鍵。乳酸菌促進魚肉中蛋白質的水解，提高魚中可溶性蛋白、氨基態氮和總酸含量，產生大量游離氨基酸，形成其特有的揮發物質[17-18]。

2.5 在谷物制品中的應用

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

2.6 發酵蛋制品中的應用

發酵蛋制品是指以蛋類作為主要的原料，在乳酸菌的協同作用下，形成的一種產品。因為雞蛋自身營養價值已經很高了，輔以其他營養物質作為輔料，經過乳酸菌的發酵作用，使得這類產品的營養更易被吸收，同時乳酸菌發酵產生的脂肪酶可以起到雞蛋對人類制敏性有一定的影響。

3 乳酸菌的研發動態

近年來國際上對乳酸菌等益生菌的研究顯得非常活躍，增長指數在逐年增長，呈上升發展態勢。國內外有關乳酸菌食品的研發熱點及動態主要體現在以下幾方面。

3.1 活性直投式乳酸發酵劑的研制

在食品向天然型、功能型發展的今天，乳酸菌制品正越來越受人們重視。這就對乳酸菌發酵劑的品種、種類提出新的要求。目前，傳統的乳酸菌發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酵劑。此類發酵劑不僅可以直接用于生產發酵乳制品，也可以作為食品添加劑使用或者直接食用，簡化產品生產工藝，有利于保證產品質量，防止菌種污染。高效直投式酸奶發酵劑是一類新型的商品化生產菌種，在國外其制備技術已經較為成熟，但在國內尚處于起步階段，市場被國外企業壟斷，因此開發具有自主產權的直投發酵劑產品及制備技術顯得尤為重要[21-24]。

3.2 濃縮乳酸發酵劑的研究

濃縮型乳酸發酵劑起源于20 世紀初期，發展至今已經具有一定的商業價值與應用規模。濃縮型乳酸發酵劑是一種高密度純培養物，具有活力較強、遺傳性好、便于儲藏攜帶、可以安全使用等特點，可直接作為發酵劑使用，與一般人工接種的相比，接種量大大降低，這就達到了減少菌種車間的投資，防止菌種的污染與退化，提高產品質量與生產率，縮短生產周期[25-27]。

3.3 乳酸菌篩選標記的研究

傳統乳酸菌載體會帶有1 個或多個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中會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的載體篩選標記。常用的篩選標記法有：nisin 抗性標記、免疫性標記、互補型篩選標記等[28-30]。

4 展望

乳酸菌作為最早被人類所認知的微生物之一，備受國內外人們的重視。隨著人們生活水平與健康意識不斷提高，同時也對食品安全要求提出更高要求。食品經過發酵，不僅口味有所改變，還增加了食品的營養價值，對機體有保健作用[31-32]。雖然乳酸菌目前的應用已經比較廣泛和全面，但是仍存在有待改善的地方，如利用乳酸菌發酵產品的優勢，研發更多的新型品種，拓展乳酸菌來源，將發酵性能優良并具有特殊保健功能的乳酸菌種應用到食品中[33]。隨著科學技術的提高發展，乳酸菌在食品安全性還有待進一步研究。今后乳酸菌在食品以及保健品領域都會有更加廣闊的空間，乳酸菌的應用將成為一大重要的研究方向。