浅谈乳酸菌

徐宗良 胡冬梅 刘丽

（黑龙江省完达山乳业股份有限公司，黑龙江 哈尔滨 150078）

前言

乳酸菌不是一个分类学上的名称，乳酸菌是指一类以糖为原料的消耗葡萄糖50%以上，产生乳酸分解蛋白质，但不产生腐败产物，革蓝氏阳性，不形成芽孢，不运动或极少运动，过氧化氢阴性的细菌[1]。包括16个属223个种(截止1999年12月)，主要有乳酸球菌属;乳酸链球菌属;乳杆菌属;双歧杆菌属;芽孢杆菌属。乳酸菌在自然中种类很多，分布极广，有些生活在动物的肠、胃、口腔之中，皮肤表面以及乳、乳制品、肉类制品中；有的生存在水果、蔬菜、谷物及植物制品上，一般无致病性。它是一类重要的工业微生物，广泛应用于轻工业、医药工业、食品工业、发酵工业和饲料工业中。在食品和发酵工业中常用的乳酸菌主要包括乳球菌、片球菌、明串珠菌 、乳杆菌 ，双歧杆菌 ，肠球菌、链球菌以及肉食杆菌等属[2]。它们可在发酵过程中产生各种活性物质如有机酸、双乙酰、过氧化氢、细菌素等，不仅对食品的风味有独特的贡献，而且可抑制腐败菌及病原菌故有利于食品的保存。乳酸菌也是生物体内及环境中的一类重要微生物，栖息于生物体的特定部位，对于维持体内小环境尤其是肠道内正常的微生态平衡具有重要作用。大量事实证明:乳酸菌具有提高食品营养价值，改善食品风味，延长保存时间;对人体具有多方面的保健作用，如能调节肠道菌群，维持体内微生态平衡，抑制肠道内腐败菌生长繁殖，消除体内有毒物质的产生，改善便秘，降低胆固醇水平，改善肝功能，缓解乳糖不耐症，改善维生素代谢，增强免疫，抗肿瘤，抗突变等。在畜牧业方面，乳酸菌还有增膘作用。

1 乳酸菌的发现分离到分类体系的确立

乳酸菌的发现、分离到分类体系的确立，足足经过了一个世纪。

人们对微生物这一实体的认识，是从1677年列文虎克发明了显微镜之后。而细菌学的研究则是进入到1800年之后开始，首先是路易.巴斯德，到19世纪末，路易巴斯德和罗伯特.柯赫等人构筑了细菌学的基础。

1857年巴斯德在研究乳酸发酵过程中发现了乳酸菌，其后对于丁酸发酵、醋酸发酵等一连窜的研究，明白了发酵现象是由于特定的微生物在即使缺氧的状态下也产生的发酵。

1878年利斯特从酸败的牛乳中也分离了乳酸菌，同时汉森完成了啤酒酵母的纯培养。数年之后，又发现了从肠道而来的双歧杆菌及嗜酸乳杆菌。当时，虽然分离了一些新的乳酸菌，但都是从实用的观点来进行分类，一时呈混乱状态。在这种情况下，对乳酸菌打下全般分类的基础的是奥拉.詹森。

1919年之后，经过R.P.Tittsler、Rogosa、Sharpe及光冈等研究人员的努力，对乳酸菌的分类工作一直到60年代才趋于确立。

现在，在从形态学和生化学的诸性质中来进行分类之外加上了DNA同种异体、GC%和菌体脂及酸组成等化学分类，进入了分子水平阶段[3]。

2 乳酸菌的生物学

乳酸菌是指以糖为原料，发酵产生大量乳酸的一类细胞。有九个属：其中五个属呈球状，如乳酸球菌（Lactococcus）,迷走球菌(Vagococcus)、链球菌(Streptococcus ), 明串珠菌(Leuconostoc).和片球菌(Pediococcus)；四个属呈杆状，如肉食杆菌(Caronobacterium)、乳酸杆菌（lactobacillus）、双歧杆菌（Bifidobactrium）和孢子乳酸菌（Sporolactobacillus）.这些菌都和乳酸发酵有密切关系，其中乳酸杆菌和双歧杆菌与人畜机体保健更为密切。

乳酸杆菌有44个种，连同亚种共55个种，革兰氏阳性、无芽孢、细长、有弯曲的杆菌。有时球状或杆状，排列成栅或链状，不液化明胶，不还原硝酸盐，触酶阴性能，不产色素，但菌落除白色外，偶亦有呈黄红色者。乳酸杆菌微需氧，在5%～10%CO2环境内生长更好。生长最适温度为30～40℃，最适pH为5.5～6.2，但到pH3.5仍然生长。同型发酵由葡萄糖主要产生乳酸，异型发酵由葡萄糖产生50%的乳酸和CO2、乙酸和乙醇。DNA的G+C含量的克分子百分比在32～53克分子%。双歧杆菌有28个种，它也是革兰氏阳性菌，没有荚膜和鞭毛，多形性，有Y型或V型，有直线或弯曲的杆菌，长度为2～8um；染色不均，无芽孔、不运动，营厌氧生长。适宜生长温度为36～38℃，初代培养适宜pH6.5～7.0, 在pH4.5～5.0、或8.0～8.5时不生长。葡萄糖通过果糖－6－磷酸途径发酵，在果糖－6－磷酸激酶作用下，发酵一克分子葡萄糖生成1.5g分子醋酸和1g分子的乳酸，还产生少量甲酸、乙醇和琥珀酸，不产生丙酸和CO2。触酶阴性，在肠道内不腐败蛋白质内不腐败蛋白质，不产生吲哚类化合物及有机胺，也不将硝酸盐还原成亚硝酸盐。靛基质、明胶液化，精氨酸水解为阴性。DNA的G+C含量的克分子百分比在55～67克分子%之间【4】。

3 乳酸菌的检测方法

目前我国微生态制剂利用的益生菌近10种,其中除了乳杆菌和乳酸链球菌有国家的标准检验方法外,大部分菌种均无统一的标准方法,难于对该类产品进行质量控制,保证其安全性。故急需建立规范的标准检验方法,以便对微生态制剂进行监督管理,保障其功能、安全性及质量,以保护消费者的健康和利益。目前国内外用于乳酸菌检测的方法以下几种[5,6,7]：

3.1 表型特征鉴定方法

形态和生理生化特征鉴定法 ，形态和生理生化特征鉴定是实验室进行常规菌种鉴定中最常用和最关键的环节。其中,细菌显微形态观察指标主要有革兰氏染色、细胞形态、运动性、是否有芽孢、鞭毛等。需要注意的是,许多乳酸菌仅凭形态和生化试验不能准确鉴定。如双歧杆菌属的种间鉴别及双歧杆菌属与乳杆菌属的属间鉴别。

抗菌谱试验分类法，各种细菌对不同抗菌药物的敏感性不一,同一种细菌的不同菌株对不同抗菌药物的敏感性也常存有差异,不过后者的差异仍有一定的范围,对抗菌药物的敏感性的差异程度往往显示了不同种类细菌所具有的特征,所以这种特征可以成为细菌分类鉴定上的指征。在乳酸菌的鉴定中也是如此。

化学分类法，乳酸菌的菌体组分或代谢产物在不同种属间存在差异,通过测定这些成分的含量,可以进行菌种鉴定。如:乳酸旋光性的测定,乳酸菌含有的醌分析,细胞壁肽聚糖组分和结构分析。目前应用于厌氧菌代谢产物的分析方法有不少, 如层析法、裂解法、气相色谱法、离子色谱法。而应用最广泛的是气、液相色谱法,其中在国家标准检验方法的报批稿中,利用气相色谱法对双歧杆菌和乳酸杆菌进行属间鉴定已成为必做项目之一。

双歧杆菌的酶学鉴定法，双歧杆菌是目前较常用的益生菌之一,其特征性酶的识别对于属及种的鉴定具有重要意义。果糖-6 -磷酸盐磷酸酮酶 , 在双歧杆菌己糖代谢中起关键作用,它裂解果糖- 6 -磷酸,使双歧杆菌发酵糖类的终产物乙酸和乳酸呈3∶2的比例。因此检测出果糖-6 -磷酸可作为鉴定双歧杆菌属细菌的重要特征之一。

3.2 分子生物学及基因水平的鉴定方法

随着科学的发展和新技术的应用,细胞学、分子生物学和遗传学等学科的发展及其研究方法和技术对细菌分类学的渗入,使细菌分类学逐渐提高到了一个新的水平.包括聚合酶链式反应(PCR)方法：随机扩增多态性DNA方法：DNA的G+C含量测定法；DNA-DNA同源性(或相关性)分析法；细菌DNA限制性核酸内切酶分析法；探针杂交法。

3.3 系统发育学研究—rRNA同源性分析法

目前16srRNA序列同源性分析作为细菌的系统发育和亲缘关系研究已被普遍接受和广泛应用。它揭示了现存物种间内在的亲缘关系及其演化过程,同时也为新物种的发现提供了一个有力的工具。

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4 乳酸菌的生理功能

近年来乳酸菌的特殊生理活性和医疗保健功能，正日益引起各国学者和研究人员的浓厚兴趣。随着人们对乳酸菌生态学、生理学和分子生物学的深入研究，使人类能更有效地选择和利用这些微生物，从而增进自身的健康[8]。

4.1 抑制致病菌和抗感染作用

乳酸菌在体内发酵乳糖时，产生大量乳酸、乙酸，PH值下降，肠内处于酸性环境。对致病菌，如志贺氏菌(Shigella)、沙门氏菌(Salmone-lla)、大肠杆菌(Escherichia coli)、葡萄球菌(Stap-hylococcus)等致病菌有拮抗作用。低PH值有利于肠道蠕动，维持正常生理功能，阻止致病菌的定植。双歧杆菌和某些乳杆菌产生孢外糖苷酶，可降解肠粘膜上皮细胞的复杂多糖。由于这些糖是致病菌毒素的前在受体，所以通过酶的作用，阻止致病菌毒素对上皮细胞的粘附[9]。不少乳酸菌产生细菌素，如乳酸杆菌素(Acidophilli-n)、双歧菌素(Bifidin)等，对葡萄球菌、梭状芽孢杆菌(Clostridium)、沙门氏菌、志贺氏菌有拮抗作用[10]。此外，双歧杆菌还可将结合的胆酸分解为游离胆酸，游离胆酸对致病菌有一定作用。因此，将乳酸菌用于保健食品，以增强机体对致病菌的抵抗力，防治腹泻、下痢、便秘，以及由于肠道紊乱引起的多种疾病。

4.2 降低血液中胆固醇的含量

血液中的胆固醇含量增高可引起心血管系统疾病，这是当前引起人类重视的问题之一。牛乳中胆固醇含量经乳酸菌发酵成酸牛奶后，胆固醇含量降低。经常服乳酸菌活菌剂，使血液中胆固醇下降，这可能是由于乳酸菌能抑制羟甲基戊二酸辅酶A还原酶的活性，从而降低了胆固醇含量[11]。发酵中产生的乳清酸也能起到降低胆固醇的效果。一般认为,同化作用(assimilation)和共沉淀作用(coprecipitation )是其降低胆固醇含量的两个重要机制。Noh[12]等试验指出嗜酸乳杆菌细胞膜可吸附胆固醇并将其同化。

4.3 降低高血压的作用

通常认为，乳酸菌的降压作用来自三个方面：（一）通过其胞外蛋白酶、肽酶的水解作用，将食物蛋白如乳蛋白中具有降压活性的肽片段释放出来，如ACE抑制肽、阿片活性肽等；（二）乳酸菌的菌体成分，如来自Lactobacillus.casei YIP9018的细胞壁的一种多糖-肽聚糖成分，在高血压患者体内表现出降血压作用。（三）部分乳酸菌、尤其是以活菌形式到达肠道的乳杆菌，在肠道内促进机体对部分可以调节血压的矿物质的吸收。此外，部分乳酸菌产生的胞外多糖也可能具有一定的降压作用[12]。

4.4 增强免疫功能

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。加之它们还能刺激腹膜巨噬细胞、产生干扰素、促进细胞分裂、产生抗体及细胞免疫等[13]，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。 还有研究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、粘膜和C细胞刺激淋巴细胞，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作用。Gill和Rutherfurd【14】等人通过动物试验证明了乳酸菌能提高免疫力。

Perdigon[13]等研究证明干酪乳杆菌能促进肠道分泌免疫球蛋白IgA,增强宿主肠粘膜的肠道粘膜反应。Lessard 和Brisson 给断奶仔猪饲喂乳杆菌后,接种传染性胃肠炎病毒疫苗,试验组血清中的特异性抗体IgG水平显著高于对照组。Alvarez等报道乳酸菌能增强消化道和呼吸道粘膜系统产生SIgA,进一步研究证实,乳酸菌及其代谢产物刺激动物机体的免疫系统,其作用与免疫佐剂相似,能诱导动物一些与免疫有关的细胞产生白细胞介素、促进细胞分裂素、干扰素、肿瘤坏死因子等。

4.5 抑制肿瘤的发生,保护动物健康

自Bogdonov (1962)首次报道乳酸菌能抑制癌细胞生长以来,类似的报道很多。Golsin 等研究证明,饮用酸奶可使肠道中的葡萄糖醛酸酶、偶氮还原酶、硝基还原酶的活性降低,从而降低这些酶转变为致癌物的可能。Friend和Shahani[15]认为,乳杆菌通过提高宿主免疫力,抑制癌的增长以及使胃肠道中致癌物失活或抑制其形成来抑制癌症发生。

4.6 预防衰老

据研究，人体衰老与肠内菌群有关，人到老年以后，肠内荚膜杆菌产生毒胺、吲哚、氨、粪臭素、硫化氢、致癌物质和其它毒物，有害物质增加，因此，老年人粪便特别臭。人体衰老，使肠道内菌群出现恶化，菌群恶化会进一步加快人体衰老速度，形成恶性循环。乳酸菌能改善肠道菌群，阻止恶性循环发生，以推迟人体衰老，达到延年益寿的目的[16]。

此外，俄罗斯莫斯科大学生物系的科研人员通过实验研究发现,乳酸菌能够有效地抵制基因与染色体变异。俄科研人员在实验中发现,乳酸菌属于能够分离抗诱变物质(许多诱变物质能致癌)的细菌,它能分离出乳酸、醋酸和丁酸,这些酸性物质能够消灭病原性和腐烂性细菌。实验还证明,乳酸菌能用不同的方法消灭诱变物质。首先,它能分离出蛋白酶;其次,它能很好地抑制诱变物质的流行性。有时,乳酸菌的细胞像抗氧化剂一样,能够消灭自由基。科研人员还发现,乳酸菌和双歧菌不仅能抑制基因突变,还具有防癌、消灭致癌物质、抑制肿瘤继续生长的功能[17]。

5 乳酸菌应用研究

5.1 乳酸菌发酵胡萝卜脯的研究

乳酸菌发酵胡萝卜脯不仅保留了胡萝卜的营养成分,而且增添了乳酸菌具有的有益作用。胡萝卜经乳酸菌发酵后制成了果脯,果脯中含有的乳酸可以提高钙、磷、铁的利用率,促进了VD的吸收。而且产生的乳酸可使消化道的pH值下降而使肠道处于酸性环境[18]。

5.2 乳酸菌发酵香肠中的应用研究

乳酸菌在发酵香肠加工过程中始终处于优势菌并保持着较高水平的。较高水平的乳酸菌有效地抑制了杂菌的生长,改善了产品的品质,提高了产品的保藏性。同时发酵所营造的酸性环境和乳酸菌的促酶活性,促进了亚硝酸盐的分解,大大降低了亚硝酸盐的残留量,在保持产品品质的同时,使产品的安全性进一步提高[19]。

5.3 乳酸菌在泡菜中的应用

泡菜生产是利用食盐的高渗透作用,以乳酸发酵为主的微生物发酵过程,因此除了原料中的食盐作为纯物理化学的非生命活动外，乳酸发酵则是微生物极复杂的生命代谢活动的结果。乳酸菌对于提高泡菜的营养价值极为重要原料的综合利用有着积极意义。乳酸发酵的冷加工方式对蔬菜营养成分，色香味体的保持极为有利，产品既有良好的感官品质，又节约能源。具有设备简单,操作容易，成本低廉,原料丰富,食用方便等许多优点[20]。

6 未来展望

关于乳酸菌的营养、保健和在疾病预防中的作用，已引起食品科学、微生物学、预防医学和微生态学等许多学科的广泛重视。我国是最早利用乳酸菌发酵食品的国家之一，有着丰富的传统发酵食品资源。在我国传统的发酵食品中，隐藏着大量未知微生物，是探索有用微生物菌株的绝好宝库。因此，今后在继承和开发我国传统发酵食品的同时，应积极开展这些食品中乳酸菌的生态分布、理化特性、生理活性物质和特殊医疗保健功能方面的研究，从中选育出既有优良发酵特性，又有特殊医疗保健功能的优良乳酸菌，以造福人类。

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