乳酸菌功能作用及其在生产中的应用

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乳酸菌是能利用可发酵糖产生大量乳酸的革兰氏阳性杆菌或球菌，不形成芽孢、不运动、厌氧或兼性厌氧，不能还原硝酸盐的一类细菌的总称[1]。早在5000年前人类就已经开始利用乳酸菌制作食品。比如，我们日常食用的酸菜、酸奶、干酪、泡菜等，在最初的时候都是利用自然界中的乳酸菌天然发酵而成。乳酸菌能提高食品的营养价值，改善食品风味，提高食品的保藏性和附加值。随着对乳酸菌研究的进一步深入，乳酸菌特殊的生理活性和营养功能不断地被人们开发出来，大量研究资料表明，乳酸菌能促进动物生长，调节胃肠道正常菌群、维持微生态平衡，从而改善胃肠道功能;提高食物消化率和生物效价;降低血清胆固醇，控制内毒素;抑制肠道内腐败菌生长;提高机体免疫力等。近年来，人们逐渐认识到乳酸菌的生理功能及其对人体健康的作用，乳酸菌在医药、食品、生物技术等领域均得到了广泛的应用。截至2010年，我国乳酸菌产业规模已经超过200亿元，产量突破160万吨，预计今后3年仍将以每年20%左右的速度增长[2]。

1 乳酸菌的分类

乳酸菌从形态上主要分为球状和杆状两大类。按照Bersy细菌学手册中的生化分类法，乳酸菌可分为乳杆菌属、链球菌属、明串珠菌属、双歧杆菌属和片球菌属5个属[3]。

1.1乳杆菌属

乳杆菌个体形态为细长的杆状，常呈链状排列。目前已实际应用的主要有：德氏乳杆菌、保加利亚乳杆菌、瑞士乳杆菌、嗜酸乳杆菌和干酪乳杆菌及其亚种等，短乳杆菌和发酵乳杆菌。

1.2链球菌属

乳酸链球菌呈球形或卵圆形，多数呈链状排列，短者4～8个细菌组成，长者有20～30个细菌组成。有些是发酵乳制品生产上常用的菌种，如乳酸链球菌、丁二酮乳酸链球菌、乳酪链球菌和嗜热乳链球菌等。有些属于人或动物的病原菌，如能引起牛炎的无乳链球菌和人咽喉炎的溶血链球菌;有些能引起食物变质而常用于特种干酪（罗马诺干酪）制造上，如粪链球菌和液化链球菌。

1.3明串珠菌属

明串珠菌呈圆形或卵圆形，菌体排列成链状。经常存在于水果、蔬菜中，能在高浓度的含糖食品中生长。该属乳酸菌可利用葡萄糖产生CO2、乙酸和乳酸。依据此特性可将明串珠菌从链球菌中区别开（链球菌不产生CO2，而且生成L-乳酸）。常见的菌种有肠膜明串珠菌及其乳脂亚种和葡聚糖亚种、蚀橙明串珠菌、乳酸明串珠茵等。它们均可用在发酵乳制品生产上。其中，肠膜明串珠菌乳脂亚种（又称乳脂明串珠菌）最为常见，它能发酵柠檬酸产生特殊风味物质，故又称风味菌、香气菌或产香菌。

1.4双歧杆菌

双歧杆菌因菌体尖端呈分支枝状（如Y或V字形）而得名，是无芽孢G（+）菌，专性厌氧，不运动。双歧杆菌能利用葡萄糖发酵产生醋酸和乳酸（3：2），但不产生CO2。目前已知的双歧杆菌有24种，其中9种存在于人的肠道中。它们是两歧双歧杆菌、长双歧杆菌、短双歧杆菌、婴儿双歧杆菌、青春双歧杆菌、角双歧杆菌、链状双歧杆菌、假链状双歧杆菌和牙双歧杆菌。在发酵乳制品生产中应用的仅前面5种。

1.5片球菌属

细胞排列呈四联状。常见的有小片球菌、乳酸片球菌、戊糖片球菌和嗜盐片球菌等，但只有乳酸片球菌和戊糖片球茵用于生产乳酸制品。

2 乳酸菌的功能与作用

2.1提供营养物质

活体乳酸菌在体内正常发挥代谢活性，乳酸菌能分解食物中的蛋白质、糖类、合成维生素，对脂肪也有一定的分解能力。在乳酸菌蛋白酶的作用下，将食物中的大分子蛋白质，部分降解为宿主可以直接利用的小分子肽和必需氨基酸，显著提高了食物的消化率和生物价，促进了胃肠吸收。同时乳酸菌菌体蛋白质还能增加发酵产品的蛋白质含量，从而提高其营养价值。牛奶中所含的糖分大部分是乳糖，但由于部分人群的消化液中缺乏β-半乳糖苷酶造成乳糖消化不充分，进入大肠的乳糖被细菌降解，导致肠管内气体增多，造成这些人喝牛奶后胃部不适甚至腹泻，称为“乳糖不耐受症”。但牛奶经乳酸菌发酵后其中的乳糖可被乳酸杆菌发酵转化成葡萄糖和半乳糖，葡萄糖经发酵作用转变为乳酸等小分子化合物乳酸，乳糖不耐受者饮用酸奶不会再出现腹泻症状，解决了这一部分人喝牛奶可能产生的问题。乳酸菌发酵可以使部分脂肪少量降解，易于消化并能增加乳中游离脂肪酸、挥发性脂肪酸含量。乳酸菌在代谢过程中消耗部分维生素，同时也合成叶酸等B族维生素和维生素K等。还可提高矿物元素的生物活性，进而达到为宿主提供必需营养物质、增强动物的营养代谢、直接促其生长的作用。此外，乳酸菌产生的酸性代谢产物使肠道环境偏酸性，而一般消化酶的最适PH值为偏酸性（淀粉酶6.5、糖化酶4.4），这样就有利于营养素的消化吸收。

2.2乳酸菌对肠道功能影响

1899年，法国巴黎儿童医院的蒂赛（Henry Tissier）从健康母乳喂养的婴儿粪便中分离了第一株菌种双歧杆菌（当时称为分叉杆菌），他发现双岐杆菌与婴儿患腹泻的频率及营养都有关系。

朱翠、师子彪等在“乳酸杆菌在调节肠道屏障功能中的作用”一文中曾指出肠黏膜屏障、肠道免疫系统构成的免疫屏障及肠道菌群构成的生物屏障是肠道屏障的3大重要组成部分。乳酸菌可以改善肠道通透性，维持细胞完整性，抑制由内毒素引起的TNF-α释放，减轻肠炎症状;可以促进肠道黏蛋白的分泌，从兔的结肠黏膜中分离得到的黏蛋白可以抑制病原性大肠杆菌RDEC-1黏附于体外培养的结肠上皮细胞上;卷曲乳杆菌KT-11显著提高了小鼠肠道总IgA和先天免疫反应水平[4]。

腹泻和便秘是两种常见的肠道疾病，婴幼儿腹泻更是导致儿童发病率和死亡率居高不下的主要原因，而导致腹泻的主要原因之一就是肠道菌群失调。研究显示，各种腹泻和菌群失调状态下的婴幼儿肠道菌群中双歧杆菌绝大部分消失或明显减少，但当人体处于健康状态时，双歧杆菌则成为优势菌，可以占到正常菌群的82%～95%。因此，因为肠功能紊乱而导致腹泻的婴幼儿和成人如果服用双歧杆菌活菌制剂，就可以使肠道内双歧杆菌数量达到正常水平，从而恢复肠道的正常功能，发挥其抗感染作用[5]。另外，还有研究表明，嗜酸乳杆菌可以抑制有害微生物生长，与病原菌在肠道中形成竞争关系，减弱有害菌的定植与增殖，抑制细菌在小肠内过度生长，达到调节肠道菌群的目的[6-7]。

近年来由于广谱、强力抗菌素的广泛应用，使人体肠道内以乳酸菌为主的益生菌遭受到严重破坏，抵抗力逐步下降，导致疾病越治越多，健康受到极大的威胁。所以，有意增加人体肠道内乳酸菌的数量就显得非常重要。国际上公认的乳酸菌，被认为是最安全的菌种，也是最具代表性的肠内益生菌，人体肠道内以乳酸菌为代表的益生菌数量越多越好。

2.3改善人体免疫能力及抗肿瘤作用

乳酸杆菌和双歧杆菌一方面能明显激活巨噬细胞的吞噬作用，另一方面由于它能在肠道定植，相当于天然自动免疫。它们还能刺激腹膜巨噬细胞、诱导产生干扰素、促进细胞分裂、产生抗体及促进细胞免疫等，所以能增强机体的非特异性和特异性免疫反应，提高机体的抗病能力。当异物侵入机体时，免疫细胞被乳酸菌激活，增强了机体对异物产生抗体的作用。Chndra（1984）认为，乳酸菌之所以具有刺激机体产生抗体的作用，是由于菌体通过淋巴结、粘膜刺激淋巴细胞，接受刺激的淋巴细胞再通过肠系膜淋巴结循环到血流中，并分布全身，从而调节机体的免疫应答。

乳酸菌制剂能够增强免疫力表现在两方面：一是影响非特异性免疫应答，增强单核吞噬细胞、多形核白细胞的活力，刺激活性氧、溶酶体酶和单核因子的分泌;二是刺激特异性免疫应答，如加强粘膜表面和血清中IgA、IgM、IgG水平，加强体液免疫，促进T淋巴细胞和B淋巴细胞的增殖，加强细胞免疫[8-9]。

2.4抗菌作用

乳酸菌对一些腐败菌和低温细菌有较好的抑制作用。可用于防治腹泻、下痢、肠炎、便秘和由于肠道功能紊乱引起的多种疾病以及皮肤炎症。其抗菌机制主要表现在以下几个方面：

（1）产生的乳酸等有机酸能显著降低环境pH值和氧化还原电位值，使肠内处于酸性环境，对于致病菌如痢疾杆菌、伤寒杆菌、副伤寒杆菌、弯曲杆菌、葡萄球菌等有拮抗作用。

（2）产生类似细菌素的细小蛋白质或肽类（抗菌肽），如各种乳酸杆菌素和双歧菌素，对葡萄球菌、梭状芽孢杆菌以及沙门氏菌和志贺氏菌有拮抗作用。另外，双歧杆菌等还可将结合的胆酸分解为游离的肌酸，后者对细菌的抑制作用比前者更强。

另外，近年来一些研究表明，乳酸菌可以抑制霉菌生长并可以有效地清除霉菌毒素。乳酸菌具有清除霉菌毒素的作用主要有3种作用方式：一是抑制霉菌的生长或直接抑制霉菌毒素的生成;二是对霉菌毒素的降解作用;三是乳酸菌具有吸附霉菌毒素的能力从而起到脱毒的效果。

但乳酸菌种类繁多，各种乳酸菌对霉菌毒素的脱毒能力不同，有的乳酸菌可以对多种霉菌毒素起到脱毒作用，而有的乳酸菌还未见有脱毒能力，这就需要选择对各种霉菌毒素具有高效脱毒的乳酸菌菌株，进而详细研究其脱毒机理。这样才能将其运用到生产实际中，减少霉菌毒素对人类和动物健康的危害[10]。

2.5其他功能

大量研究显示，乳酸菌分泌的胆酸水解酶将肠内的胆盐水解后，能与食品中的胆固醇发生共沉淀作用而随粪便排出，从而减少肠道对胆固醇的吸收。另外，乳酸菌还可以通过直接吸收胆固醇以及对胆固醇合成限速酶的抑制来降低机体内胆固醇的含量[11]。乳酸菌发酵产物中有降低血浆胆固醇的物质，在降低血浆胆固醇和甘油三酚的同时，可使高密度脂蛋白胆固醇（HDL）升高从而达到改善血脂的目的[12]。

另据报道，乳酸菌还具有抗肿瘤、预防癌症、改善肝功能、预防阴道和泌尿生殖道感染等作用。乳酸菌是人体必不可少且具有重要生理功能的有益菌，它们数量的多和少，直接影响人的健康，从而影响人的寿命。

3 乳酸菌在工业生产中的应用

3.1酸奶

酸奶是以新鲜的牛奶为原料，经过巴氏杀菌后再向牛奶中添加有益菌（发酵剂），经发酵后，再冷却灌装的一种牛奶制品。目前，市场上酸奶制品多以凝固型、搅拌型和添加各种果汁果酱等辅料的果味型为多，应用于发酵乳生产的乳酸菌主要有乳杆菌属、链球菌属、双歧杆菌属、乳球菌属、明串珠菌属、片球菌属的种及其亚种。

从1988年底丹麦的汉森中心实验室生产出超浓缩的直投式酸奶发酵剂，经过上百年的发展，发酵型乳酸菌奶饮品已经风靡全球。在欧美国家，发酵型乳酸菌奶饮料在乳制品市场的比例高达80%;在我国，由于人们对乳酸菌保健功能的认识加强，市场消费量迅猛增加，目前，我国乳酸菌奶饮品的年总产量已突破100万吨。

3.2酸菜

酸菜是以白菜或甘蓝为原料的微生物发酵制品，是反映东北地域饮食文化特征的代表食品。传统的腌制酸菜是采用天然发酵方式，即利用白菜表面的微生物菌群自然发酵制得酸菜，其中起主要作用的是乳酸菌，在自然发酵中由于蔬菜表面的多种微生物共同生长繁殖、产酸、发酵周期长，易使酸菜腐烂变质，并产生大量亚硝酸盐。近年来，由于市场需求量大，酸菜加工行业随之兴起，酸菜生产由原来自作自食发展到手工作坊再到工厂化生产，采用真空包装技术延长了酸菜的保质期，使酸菜由原来只能冬季食用发展到四季都可食用。

3.3泡菜

泡菜主要分为两大类：泡渍类、调味类。两种泡菜均以蔬菜为主要原料，做法却大不相同。泡渍类泡菜是将蔬菜洗净晾干后装入密闭容器，加淡盐水及其他配料如红糖、辣椒、花椒、白酒（或黄酒）等，密封浸泡一段时间后，经乳酸菌发酵而制成。质地鲜嫩、清脆爽口，以四川泡菜最为有名。调味类泡菜是将蔬菜洗净晾干后添加辣椒、盐、蒜、姜、糖等调料调制拌匀后密封一段时间经乳酸发酵而成。其中以辣白菜最为有名。

泡菜是我国传统的乳酸菌发酵食品。在我国历史悠久，据史料记载：泡菜早已从3000年前开始在中国以“菹”为名出现，三国时代传至朝鲜，唐朝时唐高僧鉴真和尚第六次东渡日本成功，把我国的泡渍菜制作方法传入日本。

3.4微生态制剂

微生态制剂是指运用微生态学原理，利用对宿主有益无害的益生菌或益生菌的促生长物质，经特殊工艺制成的制剂，可以快速构建肠道微生态平衡，无论在婴儿、老人，还是新生畜禽均可以防止和治疗腹泻，便秘。微生态制剂已被广泛应用于饲料、农业、医药保健和食品等各领域中。在食品中广泛应用的有乳酸菌、双歧杆菌、肠球菌和酵母菌等，在饲料工业中广泛应用的有植物乳杆菌、枯草芽抱杆菌等，近几年来，家禽家畜养殖业中微生态制剂已经在逐步地取代传统的添加剂。人常用的微生态制剂有：生态活菌素、妈咪爱、整肠生、米雅等。

微生态制剂在刚兴起时被认为只有活的微生物才能起到微生态的平衡作用，但随着科学研究的深入，微生态制剂的不断发展，大量资料证明，死菌体、菌体成份、代谢产物也具有调整微生态失调的功效。

4 结语

近年来，人们对于食品安全的呼声日益高涨，作为益生菌之一的乳酸菌已成为各国学者研究的热门课题，随着研究的深入，乳酸菌的功能作用及其作用机理必将更加系统细致地呈现在我们面前，而利用乳酸菌生产的制剂和保健食品也必将更加丰富多彩。