乳酸菌在乳品发酵乳中应用广泛，为乳品、饮品等食品行业做出了巨大贡献，本篇食品工业论文阐述乳酸菌的生理功能，对增加肠道内的乳酸菌具有明显作用，具有改善人体抵抗力增强体质的功效，又因其在乳饮品中使用口感极佳而受到人们的欢迎，本篇论文还对乳酸菌在乳品中的发酵原理和优缺点、制作工艺进行了阐述，具有借鉴意义。
推荐期刊：《食品研究与开发》由天津市食品研究所、天津市食品工业生产力促进中心主办的《食品研究与开发》杂志系中文核心期刊是国内外公开发行食品技术研究开发的专业杂志，双月刊。国内统一刊号CN12-1231/TS;国际刊号ISSN1005-6521。
关键词：乳酸菌 发酵 乳品 应用 问题 发展
1 前言
乳酸菌是指发酵糖类主要产物为乳酸的一类无芽孢、革兰氏染色阳性细菌的总称。根据其发酵产物中产生的物质不同可分为同型乳酸发酵和异型乳酸发酵[1]。乳酸菌是一种存在于人类体内的益生菌。乳酸菌能够将碳水化合物进行发酵后产生乳酸，因而得名。乳酸菌属于益生菌，此类益生菌能够帮助消化，有助人体肠脏的健康，因此，添加了此类益生菌的食品被大众视为健康食品，同时此类益生菌在应用到发酵技术的食品生产中被广泛应用。基于这些优秀的生理功能，乳酸菌引起了各业界研究人员的深入研究和开发，从而促进了食品工业的发展。
1.1 研究历史
早在20世纪初，俄国著名的生物学家，诺贝尔奖获得者梅契尼柯夫(Mechnikoff，1845-1916)，在他的“长寿学说”里已明确指出，保加利亚的巴尔干岛地区居民，日常生活饮用的酸奶中含有大量的乳酸菌，这些乳酸菌能够定植在人体内，有效地抑制有害菌的生长，减少肠道内由于有害菌产生的毒素对整个机体的毒害，这是保加利亚地区居民长寿的重要原因。这个具有划时代意义的“长寿学说”，为人类利用乳酸菌生产健康食品开创了新纪元。早在 5000年前人类就已经在使用乳酸菌。到目前为止，人类日常食用的泡菜、酸奶、酱油、豆豉(纳豆菌)等，都是应用乳酸菌这种原始而简单的随机天然发酵的代谢产物。 经过长期的科学研究证明，以乳酸菌为代表的益生菌是人体内必不可少且具有重要生理功能的有益菌，他们的数量的多和少，直接影响到人的健康与否，直接影响到人的寿命长短，科学家长期研究的结果证明，乳酸菌对人的健康与长寿非常重要。
1.2 乳酸菌的生理功能
现在由于广谱抗生素的广泛应用，使人体肠道内以乳酸菌为主的益生菌遭到破坏，导致抵抗力逐步下降，健康受到威胁。因此，增加肠道内的乳酸菌显得越来越重要，也充分体现了乳酸菌的生理功能的优越性和重要性。
乳酸菌的主要生理功能[2]有：
(1)防止有色人种的乳糖不耐症，主要表现为喝鲜牛奶容易腹胀，拉肚子等。
(2)促进蛋白质、单糖及钙、镁等营养物质的吸收，产生维生素B族等大量有益物质。
(3)使肠道菌群的构成发生有益的变化，改善人体胃肠道功能，恢复人体肠道内菌群平衡，形成抗菌生物屏障，维持人体健康。
(4)抑制腐败菌的繁殖，消解腐败菌产生的毒素，清除肠道垃圾。
(5)抑制胆固醇吸收，降血脂、降血压的作用。
(6)免疫调节作用，增强人体免疫力和抵抗力。
(7)抗肿瘤、预防癌症作用等。
1.3 乳酸菌的类型
乳酸菌可分为微好氧菌和专性厌氧菌。根据细胞为球状或杆状，可分为两大类，即乳酸链球菌族和乳酸杆菌族。另外，从现有研究结果来看，大体上分为两大类，一类是动物源乳酸菌，一类是植物源乳酸菌[1]。
2 乳酸菌在乳品中的应用状况
2.1 在发酵乳中的应用
风味发酵乳是以80%以上生牛(羊)乳或乳粉为原料，添加其它原料，经杀菌、发酵后pH 值降低，发酵前或后添加或不添加食品添加剂、营养强化剂、果蔬、谷物等制成的产品(GB 19302-2010)。发酵乳的生产菌种以乳酸菌为主，有些地区自然发酵还有酵母菌等微生物参与，是富含益生菌的健康食品之一。而且，发酵乳自身带来的愉快风味和丰富的营养价值，使发酵乳越来越受到消费者的青睐。乳酸菌能促进机体自身有益菌的数量和活力的提升，改善肠内菌群的平衡状态，充分发挥了发酵乳的保健效果。
目前，我国在发酵乳生产上有自然发酵及用乳酸菌发酵剂发酵两种形式，用自然发酵的方式生产发酵乳，对菌种的要求低，造成了产品质量不稳定，工艺难于控制等问题，食品的营养价值不能提高。而采用乳酸菌直接生产发酵乳，不仅可以解决以上的问题，而且还可以在产品口感风味上更有大的突破。随着对乳酸菌的研究不断深入，菌株的种类和可选择范围更加多样化，在生产工艺上的使用也更加稳定和方便，促进了产品的先进性和多样性。
2.2 酸奶发酵过程中乳酸菌的相互作用和不足
传统酸奶的发酵由保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌共同完成。而近几年为了提高发酵乳功能性的概念，往往会加入嗜酸乳杆菌、双歧杆菌等新乳酸菌。
2.2.1 嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌的协同作用
大量试验表明二者在乳中共同培养时在菌体数量和产酸速度上都高于单独培养，表明二者存在协同的作用。1950年，Pette等人首次证实保加利亚乳杆菌发酵乳中的无菌过滤物可以促进嗜热链球菌的生长，并确定刺激嗜热链球菌生长的这种过滤物中富含氨基酸[3]。Veringa等研究发现，嗜热链球菌促进保加利亚乳杆菌生长的促进物质是甲酸[4]。大量实验证实，在酸奶菌种混合培养的过程中，甲酸并不是促进保加利亚乳杆菌生长的唯一物质，二氧化碳也能一定程度上刺激保加利亚乳杆菌的生长[5]。
2.2.2 保加利亚乳杆菌的缺陷
酸奶的后酸化是指酸奶在正常发酵结束后到食用前这一过程中由于乳酸菌分解乳糖产生乳酸使酸奶的PH值下降，从而产生过酸味降低感官质量影响消费者的正常食用。酸奶的最适宜食用PH一般在4.2—4.3，由于含有大量存活的乳酸菌，在冷藏条件稳定的情况下(6℃以下)存放7天或者到15天PH可下降到3.5。研究证明，后酸化主要是保加利亚乳杆菌导致。作为酸奶发酵的主要微生物，嗜热链球菌一般在PH(4.0—4.3)范围内停止代谢乳糖，而保加利亚乳杆菌一般在PH 3.5，正是对PH有较强的耐受力，导致酸奶在正常发酵结束后持续产生乳酸，使酸奶品质劣变。为了防止后酸化过强，国内外在两者比例上做一些调整降低保加利亚乳杆菌，但却造成产品中乙醛浓度降低，风味较弱。也有通过添加乳酸链球菌素等物质来降低后酸化，但同时试验证明会同时降低酸奶中的乳酸菌活菌数。
2.3发酵乳中的活性乳酸菌检测
经研究发现，乳酸菌的活菌数越多，对人体越有益。由于一些物质的添加可能抑制乳酸菌的生长，导致其发酵乳产品达不到发酵乳的产品标准 GB19302-2010对发酵乳中乳酸菌的活菌数最低限量的要求，因此，食品安全监管部门和乳品工业企业自身都会对发酵乳产品的乳酸菌活菌数进行检测。尤其是对乳品企业而言，检测的准确性直接关系到产品质量、风味和成本的控制。掌握好现行有效的乳酸菌检测的国家标准(GB 4789.35-2010)，并对实验涉及的步骤和培养基的优缺点进行评估分析对乳品企业而言至关重要。
2.3.1 实验材料
(1)培养基及主要化学试剂。1)MRS培养基(生产商：北京陆桥技术有限责任公司生产，批号：120524，该批次培养基的合格证书在北京陆桥官网上能够查证);2)MRS培养基(生产商：美国BD公司，批号：2163024，该批次培养基的合格证书由采购的代理商提供);3)NaCl试剂，分析纯;4)无水乙醇，分析纯。
(2)菌种。1)YC-380(生产商：丹麦科汉森有限公司，批号：3161214，菌种规格：50U/包，该批次菌种合格证书由采购代理商提供);2)YF-L822(生产商：丹麦科汉森有限公司，批号：3174751，菌种规格：200U/包，该批次菌种合格证书由采购代理商提供)。
(3)设备及工具。1)电子天平(生产商：上海民桥精密科学仪器有限公司，型号：SL2002N，校准机构：宁波市计量测试研究院，校准时间：2014年2月24日);2)隔水式恒温培养箱(生产商：上海一恒科技有限公司，型号：9160，校准机构：宁波市计量测试研究院，校准时间：2014年2月4日);3)水银温度计(校准机构：宁波市计量测试研究院，校准时间截止：2016年1月17日);4)10mL刻度移液管(0.1mL刻度)，1mL刻度移液管(0.01mL刻度)(校准机构：宁波市计量测试研究院，校准时间截止：2016年1月17日);5)厌氧产气袋/ 安宁包(生产商：三菱化学有限公司，型号：3286LJ-3);6)厌氧罐(生产商：三菱化学有限公司，型号：C-31);7)玻璃培养皿;8)玻璃涂布棒。
2.3.2 实验方案设计
(1)原始菌种活性验证。将鲜奶运输车上取下的新鲜原料奶约1kg，用天平准确称取2份500g(精确到0.01g)牛奶样品分装入两个干净烧杯中，按发酵乳的杀菌工艺95℃，保温杀菌5min，在两个烧杯中分别接入保加利亚乳杆菌占比高的YC-380菌种(以下简称380)0.1U和嗜热链球菌占比高的YFL-822(以下简称822)直投粉末菌种0.1U。接种后在43℃的隔水式恒温培养箱中发酵5h。发酵结束后立即取出，按照GB 4789.35-2010的检测方法进行乳酸菌活菌总数的测定。结果如表2-1所示，单位 cfu/g：
表2-1 380粉末菌种和822粉末菌种直投效果对比结果
稀释倍数菌种名称 105 106 108 109
822 >300 6/203 0/0 0/0
380 多不可计 多不可计 30/49 0/0
由上表结果可知，380粉末菌种活性要好于822，在培养基上生长占优势，同时也证明保加利亚乳杆菌在培养基上的生长优势好。在日常的产品检测过程中也发现，用380菌种发酵的发酵乳中活性乳酸菌的检出数明显高于用822菌种发酵的发酵乳。
(2)牛奶中添加剂对乳酸菌活性的影响。考虑到822菌种在MRS上的长势能够在低稀释度中呈现出梯度关系，因此后续试验均有822菌种进行。
精确称取12份500g(精确到0.01g)牛奶样品分为3组，将各组样品分别编号为1#、2#和3#。首先在1#组样品中不添加任何添加剂，在2#组样品中分别加入30.0g白砂糖，在3#组样品中分别加入30.0g白砂糖和2.5g的增稠剂。按发酵乳的杀菌工艺95℃，保温杀菌 5min。之后在3组样品中分别接入0.1U的822菌种，搅拌均匀。接种后在43℃的隔水式恒温培养箱中发酵5h。发酵结束后立即取出，各组样品中的4 份样品分别在发酵完成的第1天，第5天，第9天和第15天按照GB 4789.35-2010的检测方法进行乳酸菌活菌总数的测定。检测结果如表2-2所示，单位 cfu/g：
表2-2 牛奶中添加剂和成品存放时间对822菌种活性的影响结果
第1天 103 104 105 106
1# 多不可计 246/235 46/35 3/3
2# 多不可计 198/257 37/57 5/5
3# 多不可计 187/192 25/19 4/2
第5天 103 104 105 106
1# 多不可计 125/154 9/5 0/2
2# 多不可计 110/176 18/17 8/2
3# 多不可计 97/110 40/19 5/0
第9天 103 104 105 106
1# 多不可计 多不可计 93/53 12/9
2# 多不可计 96/293 20/28 0/1
3# 多不可计 268/278 38/29 6/2
第15天 103 104 105 106
1# 多不可计 189/158 20/46 18/20
2# 多不可计 171/192 18/20 5/2
3# 多不可计 268/249 36/59 5/8
由上表结果得到，牛奶中添加辅料对于乳酸菌活性影响不大，三个样品测得的乳酸菌数基本维持在106 cfu/mL这个数量级，无添加的样品在发酵成品保存后期，乳酸菌数略有上升。一段保存时间后可以看出没有添加剂的环境更有利于乳酸菌的生长。
(3)不同品牌MRS培养基对乳酸菌检测的结果影响。准确称取500g(精确到0.01g)牛奶样品，按发酵乳的杀菌工艺95℃，保温杀菌 5min，接种822菌种0.1U，接种后在43℃的隔水式恒温培养箱中发酵5h。发酵结束后立即取出，分别采用美国BD公司的MRS培养基和北京陆桥公司的MRS培养基，参照按照GB 4789.35-2010的检测方法进行乳酸菌活菌总数的测定。实验结果如表2-3所示，单位 cfu/g：
表2-3 不同品牌培养基对乳酸菌检测的影响结果
稀释倍数
培养基品牌 105 106
BD公司 多不可计 171/156
陆桥公司 71/45 5/8
由上表中实验结果可以看出，使用BD公司的MRS培养基使乳酸菌活性由106 cfu/g的数量级上升到108 cfu/g的数量级。
2.3.3 实验结论
(1)以嗜热链球菌为主的原始粉末菌种乳酸菌活性较其他保加利亚乳杆菌为主的原始粉末菌种偏低;
(2)牛奶中添加糖、增稠剂等物质对于乳酸菌活性影响不明显;
(3)酸奶成品保存时间对于乳酸菌活性影响不显著，保存后期乳酸菌数量略微上升，可能是由后期杆菌数量上升造成;
(4)乳酸菌在国外BD公司生产的MRS培养基上的长势明显好于国产路桥公司生产的MRS培养基。
2.4 乳酸菌在发酵乳中的培养特征
乳酸菌的细菌形态差异很大，有长、短杆状的，也有圆形的，都是革兰氏阳性菌，不形成芽孢，也不运动。根据国标的方法，在改良MC培养基上，36℃培养72小时，乳酸菌形成红色、圆形的菌落，菌落直径较小。在改良TJA(番茄汁琼脂培养基)中，番茄汁提供乳酸菌生长的碳源和氮源，酵母提取液、牛肉膏提供微量元素、维生素等。葡糖糖、乳糖作为可发酵的碳源。磷酸盐作为缓冲剂，吐温80具有缓解细胞毒性的作用。在相同培养条件下，乳酸菌形成微白色菌落，菌落较小。在MRSA培养基上，乳酸菌形成白色菌落，菌落直径(2—4)mm[1]。
3 乳酸菌今后的研究方向和应用发展
随着人们对乳酸菌的认识越来越多，尤其是在食品中的应用有其生物学特性和保健的功能，乳酸菌对胃肠道菌群的变化规律在近几年的研究越来越深入，在日本、瑞典等已开展用乳酸菌来治疗胃溃疡和胃肠炎的研究。但是乳酸菌在酸奶产品应用上仍存在许多问题，如发酵乳在低温条件下其存货率相对较高，同时也会引起后酸化等问题，直接导致产品的风味受到影响。因此开发适宜常温生存的乳酸菌也是今后的一种研发方向。
乳酸菌作为益生菌的研究已经很久，对其进行体外试验也很多，但在体内的作用机制还不是很清楚。利用现代微生物技术和分子生物学技术来改造乳酸菌，使其大量表达我们所需的目的产物，或利用此手段来了解乳酸菌的代谢途径并加以改造，达到提高乳酸菌目的产物在国外已经取得一些的成绩，但仍面临着食品安全和质量的问题。
我们坚信在不久将来，一定攻克这些困难，研发出更多、更美味、更健康的食品。
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