乳酸菌發(fā)酵制品的研究現(xiàn)狀與發(fā)展

乳酸菌發(fā)酵制品的研究現(xiàn)狀與發(fā)展

蘑菇是一個常見的細菌，可以用糖作為原料，產(chǎn)生大量的硫酸。這不是微生物學(xué)的標準名稱。乳酸菌是正常人畜腸道中極為重要的生理菌群,擔(dān)負著人畜機體多種重要的生理功能,具有維持人體中微生態(tài)平衡的作用,與機體健康息息相關(guān)。隨著厭氧菌培養(yǎng)技術(shù)的日益發(fā)展,越來越引起了微生物學(xué)家、微生態(tài)學(xué)家、營養(yǎng)學(xué)家、病理學(xué)家和免疫學(xué)家對乳酸菌及其發(fā)酵制品應(yīng)用研究的關(guān)注和重視。1乳酸桿菌屬乳酸菌都是革蘭氏陽性菌,共有九個屬:乳酸球菌屬、鏈球菌屬、明串珠菌屬、迷走球菌屬、片球菌屬、乳酸桿菌屬、雙歧桿菌屬、肉食桿菌屬和孢子乳酸菌屬。前五個屬呈球狀,后四個屬呈桿狀。在上述這些乳酸菌屬中,以乳酸桿菌屬和雙歧桿菌屬與人畜機體保健最為密切,尤其是雙歧桿菌屬。乳酸桿菌屬連同亞種共有51個種,為細長、有彎曲的無芽孢桿菌。DNA的G+C含量為32~53克分子%之間。微需氧,但在厭氧環(huán)境下生長更好。最適生長溫度為30~40℃,最適生長pH為5.5~6.2,但在pH3.5仍然生長。同型發(fā)酵由葡萄糖主要產(chǎn)生乳酸,異型發(fā)酵由葡萄糖產(chǎn)生乳酸、CO2、乙酸和乙醇。雙歧桿菌共有28個種,為直或彎曲的無芽孢桿菌,呈多形性,有Y型或Ⅴ型。DNA的G+C含量為55~67克分子%。營厭氧生長,最適生長溫度為36~38℃。最適生長pH為6.5~7.0,在pH4.5~5.0或8.0~8.5時不生長。發(fā)酵1克分子葡萄糖生成1.5克分子醋酸和l克分子乳酸,還產(chǎn)生少量其它有機酸和CO2。在腸道內(nèi)不腐敗蛋白質(zhì),不產(chǎn)生吲哚類化合物及有機胺,也不能將硝酸鹽還原成亞硝酸鹽。2主要腸道疾病的生理效果2.1乳酸菌抑制物質(zhì)在健康人畜的腸道中,各種細菌的種類、數(shù)量和定居部位是相對穩(wěn)定的,它們相互協(xié)調(diào),互相制約,共同形成一個微生態(tài)系統(tǒng)。如果由于抗生素、放療、化療、應(yīng)力、年齡和飲食等原因,引起體內(nèi)腸道菌群失調(diào)紊亂,即破壞了微生態(tài)的這種平衡,就可能導(dǎo)致這樣或那樣疾病的發(fā)生。乳酸菌除具有粘附作用外,還能產(chǎn)生非常重耍的抑制物質(zhì),以調(diào)整菌群之間的關(guān)系,維持和保證菌群最佳優(yōu)勢組合及這種組合的穩(wěn)定性。乳酸菌產(chǎn)生的主要抑制物質(zhì)有:醋酸和乳酸:使腸道內(nèi)pH和Eh降低,促進腸蠕動,防止病原性細菌的定植。過氧化氫:抑制葡萄球菌等致病菌的生長繁殖。胞外糖苷酶:降解腸粘膜上皮細胞的復(fù)雜多糖,阻止毒素的粘附和侵入。細菌素:對多種病原微生物有拮抗作用,如乳鏈球菌肽(Nisin)。乳酸菌(主要是雙歧桿菌和乳酸桿菌)通過以上機制,呈優(yōu)勢生長,抑制病原性細菌的過度繁殖,使腸道菌群的微生態(tài)系統(tǒng)達到正常的平衡。2.2提高機體抗病力雙歧桿菌和乳酸桿菌能明顯促進細胞分裂、促進抗體產(chǎn)生,還能活化吞噬細胞、刺激腹膜巨噬細胞、誘導(dǎo)產(chǎn)生干擾素,從而增強機體的特異性和非特異性免疫反應(yīng),提高機體的抗病能力。2.3改善腸道菌群由于雙歧桿菌等乳酸菌在腸粘膜表面形成一個屏障,阻止了致病菌的入侵和定植,使腸道菌群得到改善,從而抑制了致癌物質(zhì)的產(chǎn)生。此外,雙歧桿菌和乳酸桿菌還能分泌某些降解致癌物質(zhì)(如N一亞硝胺)的酶,預(yù)防化學(xué)致癌物引起的腫瘤發(fā)生。另一方面,由于乳酸菌及其代謝產(chǎn)物活化了免疫功能,從而抑制了癌細胞的生長增殖。2.4發(fā)酵乳的營養(yǎng)乳酸菌的營養(yǎng)作用表現(xiàn)為:(1)發(fā)酵后產(chǎn)生的乳酸,可提高鈣、磷、鐵的利用率,促進鐵和維生素D的吸收;(2)乳酸菌中乳糖酶活力高,乳糖分解后的發(fā)酵乳更適合各種人群食用,所產(chǎn)生的半乳搪,是構(gòu)成腦神經(jīng)系統(tǒng)中腦苷脂的成分,可促進嬰兒腦的迅速成長;(3)乳酸菌具有磷酸蛋白酶,能分解乳中的α-酪蛋白成為微細的奶酪脂肪肽和氨基酸等,提高了蛋白的消化吸收率;(4)發(fā)酵乳的脂肪呈微細的脂肪球,易于消化,還因分解了脂質(zhì),使非脂化的脂肪酸大大增加;(5)雙歧桿菌能高水平合成多種維生素(B1、B2、B6、B12、煙酸、葉酸等),而且能分泌到胞外培養(yǎng)液中。2.5降低血液中內(nèi)毒素和氨雙歧桿菌可抑制腸道中腐敗細菌的繁殖,從而減少腸道中內(nèi)毒素及尿素酶的含量,使血液中內(nèi)毒素和氨的含量下降。乳酸菌能抑制羥甲基戊二酸輔酶A還原酶,從而能降低牛奶和體內(nèi)的膽固醇含量。很多研究也已證明乳酸菌確具有降低血清膽固醇和甘油三酯的作用。2.6抑制微生物生長雙歧桿菌和乳酸桿菌等腸道有益菌產(chǎn)生的乳酸和醋酸,抑制了腸內(nèi)腐敗細菌的生長,從而減少了這些腐敗細菌產(chǎn)生的毒胺、靛基質(zhì)、吲哚、氨、硫化氫等致癌物質(zhì)和其他毒性物質(zhì),使機體衰老過程變得緩慢。3乳酸菌發(fā)酵食品的應(yīng)用經(jīng)乳酸菌的發(fā)酵作用而制成的產(chǎn)品稱為乳酸菌發(fā)酵食品。隨著乳酸菌對人體健康有益作用機理的不斷深入研究和揭示,乳酸菌發(fā)酵食品更加受到人們的重視。近年來,國內(nèi)外都加強了有關(guān)乳酸菌發(fā)酵食品的研究和開發(fā)。3.1.3營養(yǎng)功效成分以雙歧桿菌為首的活性乳酸菌菌體,及其在發(fā)酵過程中產(chǎn)生的某些生理活性物質(zhì),能提高人體免疫力,增強機體內(nèi)巨噬細胞的吞噬力,提高人體對病原菌的抵抗力,從而增強了食品的保健功效。3.1.4重要性作用乳酸菌發(fā)酵的主要代謝產(chǎn)物乳酸,在防止食品腐敗變質(zhì)中有重要作用。此外,在發(fā)酵過程中還產(chǎn)生一些抑菌物質(zhì)(如乳鏈球菌肽、乳桿菌素、嗜酸菌素等),可抑制引起食品腐敗的微生物的生長,因而提高了產(chǎn)品的保存性,延長了貨架期。3.2蘑菇發(fā)酵食品的主要類型3.2.1乳酸菌發(fā)酵飲料以牛乳為原料,添加適量蔗糖,經(jīng)巴氏殺菌后冷卻,接種純?nèi)樗峋l(fā)酵劑,經(jīng)保溫發(fā)酵而制成的產(chǎn)品。主要品種有:傳統(tǒng)的凝固型酸牛乳、攪拌型酸牛乳、果味型酸牛乳、濃縮或干燥型酸牛乳、發(fā)酵酸羊乳等。3.2.2凝乳、壓成產(chǎn)品在乳中加入適量的乳酸菌發(fā)酵劑和凝乳酶,使酪蛋白質(zhì)凝固,排除乳清,將凝乳壓成塊狀而制成的產(chǎn)品。發(fā)酵干酪品種繁多,可分別按原料乳、脂肪含量、凝乳劑、成品處理和硬度等的不同進行分類。3.2.3酸乳汁的制備(1)酸乳飲料原料乳經(jīng)乳酸菌發(fā)酵后所制成的飲料,有濃縮型、稀釋型、活菌型、殺菌型等品種。(2)酸奶油把牛乳中的稀奶油分離出來,通過添加乳酸菌發(fā)酵劑而制成的酸性奶油。(3)酒精性發(fā)酵乳飲料乳飲料的發(fā)酵劑中除以乳酸菌為主外,還有酵母菌,產(chǎn)品中有少量酒精存在,如克菲爾(kefir)。3.2.4酸甜發(fā)酵產(chǎn)品肉制品經(jīng)乳酸菌發(fā)酵后,使基質(zhì)酸化,對改善其風(fēng)味,延長保存期,提高衛(wèi)生穩(wěn)定性,提高質(zhì)量等都有良好的作用。如乳酸發(fā)酵香腸、乳酸肉等。3.2.5乳酸發(fā)酵飲料(1)乳酸發(fā)酵蔬菜:將蔬菜(如甘藍、芥菜、黃瓜、油橄欖等)放于容器中并加入配料,使乳酸菌利用蔬菜中的可溶性養(yǎng)分進行乳酸發(fā)酵,既起防腐作用,又可提高蔬菜營養(yǎng)價值和改善風(fēng)味。(2)果蔬汁乳酸飲料:以果汁(如蘋果汁、西瓜汁等)和蔬菜汁(如番茄汁、胡蘿卜汁等)為原料,經(jīng)乳酸菌發(fā)酵并調(diào)制而成的新型飲料。該類飲料綜合了乳酸發(fā)酵和果蔬汁的優(yōu)點,使發(fā)酵風(fēng)味與原料風(fēng)味渾然一體,而且營養(yǎng)豐富。3.2.6配方的設(shè)計思想綜合了乳酸菌對人體的有益作用和豆類營養(yǎng)合理的優(yōu)點,是較理想的保健食品。(1)大豆乳酸發(fā)酵制品如大豆乳酸發(fā)酵飲料、豆乳牛乳發(fā)酵飲料、果味乳酸發(fā)酵豆乳、豆芽酸乳等。(2)綠豆乳酸發(fā)酵制品主要有乳酸發(fā)酵綠豆乳、綠豆乳酸發(fā)酵飲料等。3.2.7氨基酸色氨酸、行業(yè)基經(jīng)乳酸發(fā)酵的谷物(小麥、大麥、稻米、小米、玉米等),賴氨酸、色氨酸、硫胺素、核黃素、鈣和鐵等的含量增加,營養(yǎng)價值和消化率大大提高。主要制品有酸面包、谷物乳酸發(fā)酵飲料、乳酸發(fā)酵糕點等。3.3有利于調(diào)節(jié)人體生理功能乳酸菌發(fā)酵食品屬于營養(yǎng)保健食品,不僅具有一般食品所具有的營養(yǎng)和色、香、味,而且還具有調(diào)節(jié)人體生理功能的作用。因此,發(fā)展乳酸發(fā)酵食品符合時代的要求,具有強大的生命力和廣闊的前景。3.3.1發(fā)酵乳的加工我國目前生產(chǎn)的乳酸菌發(fā)酵食品,無論在質(zhì)量上,還是在品種和產(chǎn)量上,與一些發(fā)達國家相比還有較大的差距。在國外,酸奶的品種與日俱增,數(shù)量也成倍增加。如強化酸奶、低鈉酸奶、易消化酸奶、蜜酒酸奶、蒲公英酸奶、蔬菜酸奶等。近年來,由于微生態(tài)學(xué)的發(fā)展,對雙歧桿菌等有益腸道菌的培養(yǎng)技術(shù)、在消化道中的分布、內(nèi)在關(guān)系以及對人體健康作用等的深入研究,在生產(chǎn)上已使用直接由人體腸道分離的雙歧桿菌、嗜酸乳桿菌和腸球菌等,再配合從自然界分離的風(fēng)味好的傳統(tǒng)菌種進行發(fā)酵生產(chǎn),產(chǎn)品被稱為“21世紀發(fā)酵奶”。我國幅員遼闊,可用于制作乳酸菌發(fā)酵食品原料資源和乳酸菌資源非常豐富,而且又有傳統(tǒng)食品制作的豐富經(jīng)驗。隨著消費者對乳酸菌有益生理功能的認識和生活質(zhì)量的進一步提高,乳酸菌發(fā)酵食品的銷售市場將會進一步擴大。所以,研究開發(fā)多種新型乳酸發(fā)酵食品的潛力很大。3.3.2雙歧桿菌在其他食品中的應(yīng)用醫(yī)學(xué)界普遍認為,通過雙歧桿菌發(fā)酵乳制品來調(diào)節(jié)人體消化道的功能,是發(fā)展功能性食品中最重要最有前景的部分。隨著對雙歧桿菌有益于人體健康研究的不斷積累,隨著現(xiàn)代人追求健康飲食需求的不斷擴大,各種利用活性雙歧桿菌的食品相繼推出并日漸普及。目前國外已有70種以上的產(chǎn)品問世,其中大多數(shù)為乳制品。在日本,雙歧桿菌制品占總酸乳量的三分之-。日本健康食品協(xié)會將含雙歧桿菌的功能食品列為健康食品,并指明雙歧桿菌可用于產(chǎn)婦食品及幼兒特殊營養(yǎng)食品中。在歐洲,雙歧桿菌制品也已成為發(fā)酵乳制品中發(fā)展最快的部分。3.3.3功能食品的食品要符合第三代在發(fā)達國家,對這類新型乳酸菌發(fā)酵食品的功能評價十分重視,不僅要求必須經(jīng)過嚴格的動物和人體實驗,證明該產(chǎn)品具有某項生理調(diào)節(jié)功能,還要明確其功能因子的化學(xué)結(jié)構(gòu)及其含量,這種高水準的產(chǎn)品被稱為第三代功能食品。我國的營養(yǎng)保健食品多數(shù)屬于第一代或第二代產(chǎn)品,其功能大多未經(jīng)實驗驗證,僅根據(jù)產(chǎn)品中的某些成分來推測其功能。4利用微生態(tài)理論研究的益生素近年來的研究發(fā)現(xiàn),長期使用抗生素作飼料添加劑,給畜牧業(yè)生產(chǎn)、人類健康和環(huán)境等都帶來許多嚴重的問題:(1)破壞畜禽腸道的微生態(tài)平衡;(2)導(dǎo)致某些細菌產(chǎn)生抗藥性,危害人畜;(3)抗生素的化學(xué)殘留,威脅著人類健康。利用微生態(tài)理論研制的益生素,即畜禽用微生態(tài)制劑,是-種含活性微生物的飼料添加劑。它既無毒、無副作用、無殘留、無抗藥性,同時也不會污染環(huán)境,具有廣闊的應(yīng)用前景。目前,研究較多,應(yīng)用較廣的是乳酸菌類益生素,產(chǎn)品劑型有口服糊狀劑、水溶性粉劑、液劑等。畜禽用微生態(tài)制劑的功效己被公認,它通過抑制畜禽腸道內(nèi)有害菌群,促進有益菌群的增殖,消除腸內(nèi)毒素和增強免疫系統(tǒng)來預(yù)防腸道疾病,從而改善腸道內(nèi)微生態(tài)的平衡,達到提高畜禽生產(chǎn)性能的目的。4.1菌種單一、活性低目前,畜禽用微生態(tài)制劑存在一些急待解決的問題:(1)菌種單一,活性低;(2)多數(shù)活性菌難以通過動物胃酸環(huán)境;(3)活菌制劑易失活,常溫下保存期短。這些問題是限制這類產(chǎn)品大量生產(chǎn)和廣泛應(yīng)用的主要原因。4.2動物與家禽微生態(tài)制劑的研究與發(fā)展趨勢目前國內(nèi)外對畜禽用微生態(tài)制劑的研究和發(fā)展趨勢可歸納為以下幾方面:4.2.1選擇優(yōu)良有益菌由于不同菌種的特性和功能各異,對宿主腸道的粘附作用也有種屬特異性,故應(yīng)從不同畜禽中篩選各種優(yōu)良有益菌(主要是乳酸菌類),并組成以乳酸菌為主的多菌種混合制劑,從而增強制劑的有效性,擴大條件范圍和應(yīng)用范圍,這是微生態(tài)制劑發(fā)展方向之一。4.2.2微生物的保護判定微生態(tài)制劑的效果是看它在消化道內(nèi)是否能存活并發(fā)揮作用。消化道內(nèi)低pH值、膽汁酸、消化酶、抗生素等均對活性菌產(chǎn)生很大的影響。尤其是在胃的低pH值環(huán)境中,除少數(shù)乳酸桿菌和芽孢桿菌外,大部分微生物如不經(jīng)保護處理,都會被殺死,僅剩少量活菌進入腸道,難以形成優(yōu)勢菌群。此外,微生態(tài)制劑產(chǎn)品-般都要求冷藏,尤其是非孢子態(tài)微生物,因為活性菌在常溫下穩(wěn)定性差,保存期短。因此,人們正努力尋求防止制劑中微生物失活的技術(shù)措施,如穩(wěn)定化技術(shù)和微囊化技術(shù)。目前,華南理工大學(xué)食品與生物工程學(xué)院正在與省農(nóng)科院畜牧研究所合作,采用微型包囊技術(shù)研制含多種畜禽腸道有益菌、多種促生因子、活菌數(shù)高、保存期長的安全高效畜禽用微生態(tài)制劑。4.2.3益生菌與其它添加劑的聯(lián)用如何更好地發(fā)揮微生態(tài)制劑的作用,這也是目前重要研究課題之一,更多的是從益生菌與其它添加劑合理配合使用的角度去研究。如益生菌與肽類、酶制劑、有機酸、光合細菌及促生長因子等聯(lián)用。從己有的研究結(jié)果看,聯(lián)合使用對畜禽產(chǎn)生的正效應(yīng),比單獨使用的正效應(yīng)有不同程度的提高。5毒副反應(yīng)的防治方法由于各種抗生素廣泛長期的應(yīng)用,一方面使耐藥菌株增加,耐藥因子迅速擴散,另一方面引起腸道菌群紊亂,造成腸道功能失調(diào)。對于那些由抗生素引起的頑癥和毒副作用,臨床醫(yī)學(xué)界主張采用生物防治方法,即以菌治菌,調(diào)整腸道微生態(tài)環(huán)境,重新建立起腸道正常菌群的平衡,保證機體正常的生理功能,達到防病、治病、保健、延年益壽的目的。因此,乳酸菌活菌制劑的應(yīng)用受到人們的高度重視。很多國家早就有各種產(chǎn)品投放市場,如日本至今雙歧桿菌活菌制劑就有70余種。藥用乳酸菌活菌制劑在臨床上的應(yīng)用,目前主要用于防治腹瀉、腸炎、痢疾、肝炎、肝硬化、陰道炎、便秘、消化道功能紊亂、降血脂、皮膚病和泌尿系統(tǒng)疾病等。5.1雙歧桿菌的用藥雙歧桿菌是兒童和青少年腸道內(nèi)數(shù)量最多的細菌,對整個胃腸道的微生態(tài)平衡起著舉足輕重的作用。因此,雙歧桿菌是應(yīng)用最廣泛的藥用乳酸菌。雙歧桿菌是兒童和青少年腸道內(nèi)數(shù)量最多的細菌,對整個胃腸道的微生態(tài)平衡起著舉足輕重的作用。因此,雙歧桿菌是應(yīng)用最廣泛的藥用乳酸菌。能作為藥用的雙歧桿菌主要有:短雙歧桿菌、長雙歧桿菌、兩歧雙歧桿菌、嬰兒雙歧桿菌和青春雙歧桿菌等。乳酸桿菌是成年人腸道內(nèi)的優(yōu)勢菌之一,具有耐氧性好、療效較佳、生產(chǎn)工藝較簡單等特點?？扇胨幍娜樗釛U菌主要有:嗜酸乳桿菌、干酪乳桿菌、短乳桿菌、植物乳桿菌等。可作藥用的腸球菌主要有:糞腸球菌、屎腸球菌。5.2雙歧桿菌活菌制劑雙歧桿菌是人體腸道的主要有益菌群。這些有益菌不僅在防治腸道菌群失調(diào)癥和其它老年病上有獨特作用,而且在抑制致病菌的生長與入侵、改善消化功能、提供營養(yǎng)、降低血清膽固醇、增強機體免疫力、抗腫瘤等作用都是公認的。雙歧桿菌制劑,正是利用雙歧桿菌這種人體自身優(yōu)勢生理細菌制成活菌制劑,再經(jīng)口服回歸人體原來的生境(腸道)中,達到調(diào)節(jié)或維持機體正常生理功能的制劑,又稱為微生態(tài)制劑。目前國內(nèi)外雙歧桿菌制劑的研究開發(fā)趨勢主要集中在以下幾個方面:(1)選育產(chǎn)酸高、耐氧耐酸、存活力強的優(yōu)良菌株。產(chǎn)酸力高有利于抑制致病菌;耐氧性能好有利于對菌的操作和生產(chǎn);耐酸力強有利于活性菌本身通過胃酸和膽酸而不致死亡;存活力越強,有效保存時間就越長,應(yīng)用價值也就越大。例如雙歧桿菌,可采用濃度梯度法進行較長時間的耐酸耐氧馴化,最終選育獲得比出發(fā)菌株對低pH和氧敏感性較低的優(yōu)良菌株作為生產(chǎn)用菌。(2)選用雙歧桿菌屬中的各個成員組成聯(lián)菌株。雙歧桿菌制劑根據(jù)其所使用菌種數(shù)的不同,可分為單菌株制劑和聯(lián)菌株制劑。聯(lián)菌株制劑更適應(yīng)于不同年齡段的人食用,因為嬰兒雙歧桿菌和短雙歧桿菌,只在嬰幼兒和兒童的腸道內(nèi)存在并占優(yōu)勢,而成年人的腸道內(nèi)則以青春雙歧桿菌和兩歧雙歧桿菌為主。采用混合菌種或復(fù)合菌種的制劑,較單一菌種更具優(yōu)勢,在人體環(huán)境中具有更大緩沖能力和適應(yīng)能力,能保持相對穩(wěn)定并更好發(fā)揮生理作用。(3)延長活菌存活期,使活菌安全通過胃酸。由于雙歧桿菌不耐受強酸性環(huán)境,在經(jīng)口服通過人體消化道時,絕大部分受胃酸、膽汁和消化酶的作用而失活,僅剩下極少量活性菌到達腸道。因此,雖持續(xù)超量服用活菌制劑,也難以對人體起到理想的療效和保健作用。另一方面,現(xiàn)有的微生態(tài)制劑,一般均要求在低溫下保存和銷售,常溫下貨架期太短,極大地影響該類產(chǎn)品的生產(chǎn)、銷售和應(yīng)用。針對雙歧桿菌活菌制劑在應(yīng)用時存在的上述問題,國外早巳將微囊化技術(shù)應(yīng)用于微生態(tài)制劑中。日本是最早應(yīng)用該技術(shù)的國家,如日本森下仁丹公司采用疏水微膠囊技術(shù)研制的Bifina10號,一次性可把十億個活菌安全通過胃酸第一關(guān),直接送進腸道。在國內(nèi),最早(1996年初)開展此項研究工作的是華南理工大學(xué)食品與生物工程學(xué)院,該學(xué)院生物工程系以多種雙歧桿菌凍干活菌粉微粒為囊心物,以復(fù)合配方的腸溶性材料為囊衣液,采用微型包囊技術(shù),