乳酸菌及其乳酸菌发酵食品

 
    发酵是一种古老、传统的食品储存与加工的方法，凡利用微生物的作用而制得的食品都可以称为发酵食品。发酵食品是人类巧妙地利用有益微生物加工制造的一类食品，具有独特的风味和营养价值，丰富了我们的饮食生活。发酵食品因在食品加工过程中有微生物参与作用，进而可以形成一些特异性风味物质和营养因子，如乳酸菌参与牛乳发酵，产生乙醛、丁二酮、丙酮、3-羟基丁酮、挥发性酸等芳香物质，以及胞外多糖、乳酸菌素、γ-氨基丁酸等营养因子。

    乳酸菌是发酵食品最主要的有益微生物之一，人类对于乳酸菌的应用历史非常久远，在远古人类就在酿造食品方面不自觉地利用了乳酸菌。但是，人类能主动地去研究和掌握乳酸菌的生活规律，并加以应用，还是近百年的事。

1 乳酸菌

1.1 乳酸菌的分类

    乳酸菌是一类以糖为原料产乳酸为主的细菌的总称，乳酸菌不是分类学上的名词，属于真细菌纲(Eubacteriac)真细菌目(Eabacteriales)中的乳酸细菌科(lactobacillaceae)。在伯杰氏系统细菌分类学上，目前已发现的乳酸菌，至少分布于乳杆菌属(Lactobacillus)、链球菌属(Strptococcus)、明串珠菌属(Leuconostoc)，乳球菌属(Lactococcus)等19个属的微生物中。其中，在食品、医药等领域应用较多的乳酸菌主要分布在乳杆菌属、双歧杆菌属、链球菌属、肠球菌属、乳球菌属、片球菌属和明串珠菌属等七个属种。

1.2 乳酸菌的基本特性

    乳酸菌是革兰氏阳性，不形成芽孢(个别属除外)，不运动或少运动，不耐高温，但耐酸的球菌或杆菌，乳酸菌是一种兼性厌氧菌，适合于在氧含量低或无氧的环境中生长。与其它细菌相比，乳酸菌对营养的要求比较严格，除了要供给适量的水分、充足的碳源、氮源和无机盐类外，还需要加入维生素、氨基酸等生长因子。乳酸菌都能发酵一定的糖类产生乳酸，但分解蛋白质和脂肪能力微弱，过氧化氢酶反应呈阴性，适宜在偏酸的环境中生长，可使培养基pH值降到5.0以下，产酸及耐酸能力都较强。

1.3 乳酸菌的发酵类型

    乳酸菌的发酵根据产物的不同，分为三种类型：同型乳酸发酵、异型乳酸发酵和双歧发酵。同型乳酸发酵是指发酵终产物中90%以上为乳酸的乳酸发酵过程，以乳酸链球菌和多数乳酸杆菌为主。异型乳酸发酵是指发酵终产物中除乳酸外,还有乙醇、二氧化碳等成分的乳酸发酵过程，以明串珠菌属的乳酸菌以及某些乳酸杆菌,如肠膜明串珠菌、短乳杆菌、甘露醇乳杆菌等。双歧发酵是双歧杆菌的产能模式，双歧杆菌是一类特殊的严格厌氧菌,对营养要求较高,它们对葡萄糖的代谢也可归入异型乳酸发酵,但与其他乳酸菌的异型发酵不同。

1.4 乳酸菌的代谢产物

    乳酸菌发酵的代谢产物主要有有机酸类、细菌素类、乙醛等芳香物质、胞外多糖、γ-氨基丁酸等。有机酸类主要有乳酸、乙酸，及少量的甲酸、丙酸等，具有抗菌防腐的作用，并带给食品酸性的口感；细菌素又称乳酸菌素，具有固定抗菌谱，对病原菌和腐败菌具有很强的抑制能力；乙醛等芳香物质给乳酸菌发酵食品带来独特的发酵风味；胞外多糖作为生命物质的重要组成部分，广泛参与细胞的各种生命现象及生理过程的调节；γ-氨基丁酸是神经系统中重要的抑制性神经递质，具有改善脑机能，调节情绪抗焦虑，降低血压等方面具有重要作用。

2 乳酸菌发酵食品

    乳酸菌的应用历史非常悠久，但真正科学的研究和利用是始于19世纪中叶。近年来食品级乳酸菌的优良特性已引起食品微生物界的关注，它在食品方面的应用也越来越广泛。目前乳酸菌广泛应用于乳制品、肉制品、酱腌菜制品、酱类制品等各类发酵食品中。随着现代生物技术的发展，乳酸菌与人们的生活与健康越来越密切。

2.1 乳酸菌发酵乳制品

    乳制品是乳酸菌发酵应用最多，也是最为成熟的领域。主要产品有发酵乳、乳酸菌饮料、奶油、干酪等。

2.1.1 发酵乳

    发酵乳是以鲜奶或奶粉为主要原料，经乳酸菌发酵而制得的产品。原料乳添加或不添加白砂糖、稳定剂等配料，溶解搅拌均匀,经均质和加热杀菌(一般采用95℃，5min)后，降低到适宜的发酵温度，接种乳酸菌种，在适宜的温度下发酵，发酵完毕后，置于2-6℃左右的冷库内冷却后熟即可制得。

    应用于发酵乳生产的乳酸菌主要属于乳杆菌属、链球菌属,此外还有双歧杆菌属等。生产中常用的有保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌、乳酸乳球菌、嗜酸乳杆菌、双歧杆菌、干酪乳杆菌、植物乳杆菌等。可单菌种发酵，但一般两种或两种以上菌种搭配使用。其中发酵菌种仅含有嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌两种菌的产品称为酸奶，含有更多种菌或仅有一种菌的产品称为发酵乳。

2.1.2 乳酸菌饮料

    乳酸菌饮料是以鲜牛奶或奶粉为主要原料，经乳酸菌发酵，并辅以水、白砂糖、稳定剂、乳酸等配料，调配而成的产品。原料乳按照发酵乳工艺进行发酵，水、白砂糖、稳定剂等配料溶解均匀（一般化料温度70-80℃），然后进行混合、调酸、调香、杀菌等工艺制成。

    应用于乳酸菌饮料发酵的菌种主要有干酪乳杆菌、副干酪乳杆菌、嗜热链球菌、保加利亚乳杆菌、乳酸乳球菌、植物乳杆菌、双歧杆菌等。产品根据原料乳杀菌工艺分为褐变产品和非褐变产品，根据发酵后是否进行灭菌分为活菌型产品和灭菌型（非活菌型）产品。

2.1.3 酸奶油

    酸奶油是以乳经离心分离后所得的稀奶油为主要原料，经杀菌、乳酸菌发酵等工艺而制成的乳制品。酸奶油按发酵方法不同，分为天然发酵酸奶油和人工发酵酸奶油两类。天然发酵酸奶油以乳中原有的微生物为发酵剂，让其自然发酵而成。人工发酵酸奶油，系将稀奶油杀菌后，再添加纯培养的乳酸菌种，使其发酵而制成。应用于酸奶油生产的乳酸菌主要有以下几种：乳酸乳球菌（乳脂亚种、乳酸亚种、双乙酰亚种）、肠膜明串珠菌、发酵乳杆菌等。

2.1.4 干酪

    干酪是指原料乳经杀菌、冷却后，加入适量的乳酸菌种和凝乳酶，使蛋白质(主要是酪蛋白)在菌种发酵和凝乳酶的作用下凝固，排除乳清，将凝块压成块状而制成的产品。用于生产干酪的乳酸菌种，随干酪种类而异。常用的菌种有乳酸乳球菌（乳脂亚种、乳酸亚种、双乙酰亚种）、干酪乳杆菌、瑞士乳杆菌、嗜酸乳杆菌、保加利亚乳杆菌以及肠膜明串珠菌等。生产中通常选取其中两种以上的乳酸菌搭配使用。个别具有地方特色的干酪还会用到青霉、白霉等霉菌，如蓝纹干酪、白霉干酪等。

2.1.5 其它

    在历史的发展中，不同的地区，不同的生活方式，还形成了具有不同地方特色的发酵乳制品，如高加索地区的开菲尔，采用含有数十种菌的开菲尔粒发酵而成；蒙古地区的奶酒，通过自然发酵，分离乳脂制得；大理地区的乳扇，通过酸水凝固，在经发酵制得；俄罗斯地区的格瓦斯，利用乳酸菌和酵母发酵酿制而成。

    随着科技的进步和技术人员的研究，还有不同类型的发酵乳制品不断被开发出来，如酸奶粉是通过喷雾干燥等方法，去除了酸奶中的水分，再经调配等工艺而制成的一种便于运输和保存，与水按适当的比例进行还原即可食用的酸奶制品，能保持原有的营养成分及酸奶风味。

2.2 乳酸菌发酵植物蛋白制品

    乳酸菌在植物蛋白加工中的应用主要是生产酸豆奶和花生发酵酸奶。酸豆奶和花生发酵酸奶可以作为酸奶的替代品为人们提供大量的优质蛋白。用于酸豆奶和花生发酵酸奶生产的乳酸菌主要有乳杆菌属、链球菌属、明串株菌属等。生产中常用保加利亚乳杆菌、植物乳杆菌、嗜酸乳杆菌、嗜热链球菌、乳酸乳球菌、肠膜明串株菌等,常用两种或两种以上菌株搭配发酵。乳酸菌在豆乳发酵过程中,不仅可以将蛋白质分解为小分子物质,而且可以脱除豆腥味,分解棉籽糖、水苏糖等胀气因子,使产品具有良好的风味和营养价值。

2.3 乳酸菌发酵果蔬制品

    发酵果蔬是利用有益微生物的活动及控制其一定的生长条件对果蔬进行深加工的一种方式。

2.3.1 乳酸菌发酵果蔬饮料

    乳酸菌发酵果蔬饮料是利用微生物来发酵单一或复合果蔬汁，发酵后调味而成，提高了营养价值去除了生涩味增加了发酵香味口感怡人。用于乳酸菌发酵的果蔬主要有苹果、梨、芒果、葡萄、胡萝卜、番茄、芹菜、红薯、马铃薯、南瓜、山芋等，大多用保加利亚乳杆菌、植物乳杆菌、嗜热链球菌、干酪乳杆菌、鼠李糖乳杆菌等中的几种进行搭配发酵。乳酸菌发酵果蔬饮料改善了产品口味，提高了营养价值，开辟了果蔬深加工的新途径。

2.3.2 泡菜（酸菜）

    自然发酵泡菜是利用低浓度食盐水溶液进行腌制，通过附生在植物表面上乳酸菌的发酵作用而得到的蔬菜加工品。发酵前期除乳酸菌外的其他微生物还有一定的活动能力，微生物种类多且有少量空气存在以异型乳酸菌的发酵为主。这类异型乳酸发酵菌一般不耐酸，随乳酸量的增加，到发酵中后期，以耐酸的同型发酵乳酸菌进行活动，将单糖和双糖发酵生成乳酸而不产生气体。泡菜中常见的乳酸菌主要有植物乳杆菌、短乳杆菌、肠膜明串珠菌、双歧杆菌等。

2.3.3 酵素

    酵素的叫法源于日本，又称为酶，然后从日本传入我国台湾地区，再传至大陆，现在已泛指发酵果蔬制品。酵素是通过微生物对水果蔬菜进行深层发酵（一般1个月以上），然后提取的一种含生物活性成分的产品。上述生物活性成分包括酶、来自发酵参与菌和用于发酵的食材。酵素中含有的生物活性成分，可影响服用者体内的活性酶，从细胞层面调节机体的生命活动。

2.4 乳酸菌发酵肉制品

    发酵肉制品是指采用生物发酵技术，在自然或人工控制的条件下将原料肉进行微生物发酵而产生酸或醇，使肉的pH值降低而得到的具有特殊风味、色泽和质地的肉制品。肉的发酵本身是一种原始的贮藏手段，随着人们对其独特风味和良好贮藏性能的认识，逐步演化为一种肉制品的加工方法，在国内外都具有悠久的历史。发酵肉制品的种类较多，传统的中式肉制品中的腊肠、腊肉和火腿都伴随着自身微生物的自然发酵，这些产品通常被称为腌腊制品，具有悠久的生产历史。

2.5 乳酸菌发酵酒精制品

    乳酸菌广泛应用在白酒、黄酒、葡糖酒、啤酒的酿造中，发挥不同的作用，乳酸菌的存在，为发酵微生物提供生长繁殖可利用的必需氨基酸和各种维生素，促进酿酒微生物的生长与繁殖，乳酸菌本身所产生的酸性代谢产物，维持了酿酒发酵环境的偏酸性，能促进酿酒酶系的糖化与发酵能力；乳酸菌产生的乳酸使酒酷酸度大幅快速上升，有效地抑制了其他部分杂菌的代谢活动，其产生的一些抗菌物质也有利于保持、改善酿酒生产的微生态环境；乳酸菌的代谢产物乳酸、乙酸可以在发酵过程中与乙醇形成乙酸乙酯、乳酸乙酯等多种重要的特征香味物质，同时乳酸和双乙酰本身也是酒中的特征香味物质。

2.6 乳酸菌发酵调味品

    在酱油的制作过程中，加入乳酸菌，有很好的抑制杂菌作用，并为酱油提供特殊的风味，主要有四联球菌、嗜盐片球菌及植物乳杆菌等。在食醋的制作过程中，乳酸菌代谢产生的有机酸、双乙酰及其衍生物是食醋中主要的风味物质。

2.7 乳酸菌发酵豆制品

    乳酸菌发酵豆制品种类繁多，主要有豆瓣酱、豆豉、纳豆、腐乳等。发酵大豆食品一般含质量分数6%～18%的NaCl，其中的乳酸菌分嗜盐(halophilic)和耐盐(halotolerant)两大类群：嗜盐乳酸菌可以在含15g/100mL NaCl的培养液中生长，一定的NaCl是其生长的必要条件；而耐盐类群也称非嗜盐类群(non-halophilic)，不能在含15g/100mL NaCl的培养液中生长，NaCl不是其生长的必要条件。在嗜盐类群中嗜盐四联球菌(Tetragenococcushalophilus)是日本、韩国、中国及东南亚各国传统发酵豆制品中的优势种；而非嗜盐类群中肠球菌属(Enterococcus sp.)、乳杆菌属(Lactobacillus sp.)和片球菌属(Pediococcus sp.)的某些种分布较为广泛。

2.8其它乳酸菌发酵制品

2.8.1 乳酸菌发酵面包

    以面包专用粉为主要原料，添加乳酸菌、酵母等辅料。采用二次发酵工艺生产面包。面包内部组织柔软、细腻，纹理结构好，发酵香味浓郁且有柔和的乳酸味，且具有良好的抗老化的特性，其品质优于普通面包具有较大的开发前景。

2.8.2 红茶菌饮料

    红茶菌又名“海宝”、“胃宝”，是一种生物薄膜，是用糖、茶、水加菌种经发酵后生成的对人体有益的物质，其菌体根据分析，是酵母菌、乳酸菌和醋酸菌的共生物，其本身的酸度又抑制了有害细菌的生长，尤其对萎缩性胃炎、胃溃疡疑难病有很好的治疗作用，而且还有调节血压、改善睡眠、预防治疗各种疾病的效果。

3 乳酸菌的应用前景

    乳酸菌是最早为人类所认识的微生物之一，经乳酸菌发酵的食品集营养与保健于一身，越来越受到国内外人们的重视。乳酸菌的生物学特性和保健功能，决定了它不仅在食品工业中有广泛的用途，在今后的保健食品中也将占有重要地位。近年来的研究表明，乳酸菌有很多特殊医疗保健作用，国内外对乳酸菌的研究也越来越深入。

    未来，如何利用微生物技术，检测、分析技术，分子生物技术等先进技术，在新的优秀菌株筛选，菌株代谢产物分析，菌株特异功效研究，菌株在人体内的作用机制，菌株安全性研究，及菌株活力保护等方面，将成为今后乳酸菌菌株研究领域的主攻方向。同时新型乳酸菌发酵食品，乳酸菌保健食品，及乳酸菌医药制品的开发，将成为相关企业、院校、及研究机构的开发重点。

作者单位：江苏微康生物科技有限公司