保加利亚乳杆菌在酸奶制品中的应用及其研究进展

符 恒，袁 爽，陈 杰，赵 宁，刘永峰

(陕西师范大学食品工程与营养科学学院，陕西西安710062)

近年来，随着人民生活水平的提高，越来越多的乳制品进入人民的生活，其中由新鲜牛奶发酵成的酸奶由于其丰富的营养、特殊的风味和口感以及消除了部分人群由于原奶中乳糖引起的“乳糖不耐症”等诸多优点而备受人们的青睐。酸奶发酵剂是为制作酸奶和乳酸菌饮料而调制的特定微生物的培养物［1］，主要由保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌组成，其种类和质量对酸奶的品质产生很大的影响。

1 保加利亚乳杆菌概况

保加利亚乳杆菌(Lactobacillus bulgaricus)是一种被冠以国名的细菌。该亚种最初是由保加利亚微生物学家赛德蒙·格里戈罗夫(Stamen Grigorov)在1905年确定并命名，1984年时韦斯等人又将其确认为德式乳杆菌的亚种。

1.1 保加利亚乳杆菌的形态和生长特征

保加利亚乳杆菌个体形态为细杆状，宽0.1～0.8μm，长4～6μm，呈现单杆状或成链，兼性厌氧，生长适宜温度为44～43℃，最低生长温度22℃，最高生长温度52.5℃［2］。能发酵葡萄糖、甘露糖、果糖、乳糖等。在牛奶上培养，菌落为无色到淡白色，通常呈不光滑棉花状，直径1～3mm［3］。

1.2 保加利亚乳杆菌的保健功能

作为益生菌中的一员，保加利亚乳杆菌对人体有非常重要的保健作用。主要具有促进有益菌的生长定殖、清肠、抗腹泻，维持胃肠道健康［4－6］，促进消化吸收的作用［7］，增加免疫［8］及抗癌、抗肿瘤［9－10］等重要的生理功能。在食品发酵、工业乳酸发酵、饲料行业和医疗保健领域均有比较广泛的应用。

2 保加利亚乳杆菌的研究进展

保加利亚乳杆菌是酸奶发酵剂中应用较早的菌种，近年来，许多学者对其抗冻性、抗氧化性和微量元素富集等方面进行研究并取得了新的进展。

2.1 保加利亚乳杆菌抗冻性研究

保加利亚乳杆菌是酸奶发酵常用菌种，对低温非常敏感。真空冷冻干燥法是制备乳酸菌菌粉的常用方法，但菌种在冻干过程中会造成细胞损伤或死亡以及酶蛋白分子钝化，从而降低活菌数及菌活力［11］。为了提高其发酵后冷却及冷冻保藏过程中的存活率，国内很多学者从保护剂方面和乳酸菌自身抵抗环境变化的保护机制方面进行了研究。蒲丽丽等［12］研究比较了多种保护剂的保护作用，其中海藻糖的保护效果最好。关海滨等［13］通过正交实验优化4种常用冻干保护剂:乳糖、谷氨酸钠、抗坏血酸、脱脂奶粉的添加量，为保加利亚乳杆菌的冻干工艺提供了基础。余华［14］等筛选出来冻干保加利亚乳杆菌增菌培养基，并确定出了最适发酵收获期，为保加利亚乳杆菌增殖培养提供了基础。雷雨婷等［15］研究了保加利亚乳杆菌的冷适应性和冷应激蛋白的抗冻保护作用，研究发现在冷冻前进行20℃预处理可以使保加利亚乳杆菌的存活率增加100倍，低温预处理可以增强菌体抗冻能力，初步推测低温诱导冷应激蛋白的表达抵御了冷冻对保加利亚乳杆菌的伤害，为利用乳酸菌自身的抗冻机制来加以遗传改造，提高乳酸菌冻干存活率以及工业应用提供一定的理论基础。

2.2 保加利亚乳杆菌抗氧化性研究

乳杆菌属的一些菌株具有抗氧化作用，如瑞士乳杆菌、鼠李糖乳杆菌等，为了搞清楚保加利亚乳杆菌发酵乳清的抗氧化活性，刘晶等［16］研究发现保加利亚乳杆菌在pH6.0，温度为39℃发酵乳清可以提高乳清清除羟基自由基和DPPH自由基的能力。在发酵20h时达到最大，均高于未发酵乳清和保加利亚乳杆菌菌体。该研究对综合利用乳清、开发新的功能性乳饮料具有重要的理论和实践意义。

2.3 保加利亚乳杆菌在微量元素富集方面的研究

微量元素在人体内含量少但作用巨大。微量元素的缺乏会导致一系列疾病，缺铁会导致缺铁性贫血，缺铬会导致胰岛素功能障碍，诱发高血糖、高血脂等疾病。为了解决微量元素富集的难题，刘文群等［17］研究了保加利亚乳杆菌通过生物转化作用将无机态微量元素铬富集转化为细胞内的有机态微量元素铬的影响因素。保加利亚乳杆菌的这一生物转化过程，有利于微量元素的吸收，同时提高了营养和保健作用。

3 保加利亚乳杆菌在酸奶加工中的影响

传统的酸奶发酵剂主要是保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌的混合菌株，两菌株虽然都可以发酵乳糖产生乳酸，但其在酸奶中的作用有较大区别，在不同发酵阶段具有不同的影响。乳酸菌发酵生成的乳酸使乳的pH下降，当pH下降至4.5时，酪蛋白沉淀，乳凝固。酸奶也正是利用这一原理来生产的［18］。

3.1 保加利亚乳杆菌与嗜热链球菌的协同和拮抗作用

保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌存在着互利共生的关系。混合培养后，两菌迅速生长繁殖，大大提高了产酸速度及产酸量，减弱了后酸化程度，并有利于风味物质(挥发性物质和肽类)的形成［19］。1950年，Pette［20］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。进一步的研究指出，保加利亚乳杆菌对蛋白水解力较强，能将酪蛋白水解成氨基酸和小分子多肽供嗜热链球菌利用。在无氧或氧含量很低的情况下，嗜热链球菌能代谢产生一些促进保加利亚乳杆菌生长的化合物，如甲酸、丙酮酸等，从而提高保加利亚乳杆菌的酸化能力［21］。

然而近年来的研究表明，并非所有的嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌菌株之间都是共生关系，部分菌株存在拮抗作用，即使表现为共生的菌株，在某些机制上也同样存在着竞争现象。Vinderola和Mochivilt［22］的研究表明，当培养液中含有嗜热链球菌无细胞发酵液时，保加利亚乳杆菌部分菌株的生长受到明显的抑制，主要由于无细胞发酵液中具有杀菌作用的蛋白类物质，能杀死与该细菌亲缘关系相近的敏感细菌。Van de Guchte和Ehrlich［23］的研究表明，保加利亚乳杆菌可以产生除乳酸外的多种抑菌物质，包括过氧化氢和细菌素等生长抑制因素，破坏了球菌和杆菌之间稳定的平衡关系。

研究嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌之间的协同和拮抗作用，可以为筛选适合工业化生产的优良菌株以及制备稳定高效的酸奶发酵剂提供重要的科学依据，从而保证酸奶制品的品质。

3.2 保加利亚乳杆菌在酸奶产酸和酸奶后酸化过程中的影响

保加利亚乳杆菌是乳酸菌中产酸能力最强的菌种，最高产酸量2%，能利用葡萄糖、果糖、乳糖进行同型乳酸发酵产生D型乳酸。秦南冰［24］等研究发现，接种时嗜热链球菌占优势的酸奶发酵速度整体上快于保加利亚乳杆菌占优势的酸奶，但当杆菌和球菌接种体积比为1∶1时，其产酸速度最快。产酸过程为β－半乳糖苷酶分解乳糖为葡萄糖和半乳糖。葡萄糖通过糖酵解途径生成2分子丙酮酸，再经乳酸脱氢酶催化生成乳酸。半乳糖通过各种酶催化依次生成半乳糖－1－磷酸、葡萄糖－1－磷酸、葡萄糖－6－磷酸，最后进入糖酵解途径，也被转换成2分子丙酮酸，然后被还原为乳酸。乳酸使奶的pH降低至酪蛋白沉淀产生酸奶。

酸奶在完成正常的发酵过程后，在产品贮藏、运输、销售、食用前乳酸菌仍能继续发酵乳糖产生乳酸，使酸奶的pH继续下降，称作酸奶后酸化过程。后酸化会导致酸奶过酸，感官品质降低甚至达到消费者难以接受的程度，严重影响酸奶正常的销售情况。郭清泉［25］等研究发现后酸化过程中，保加利亚乳杆菌将继续发酵乳糖产酸，当酸奶的pH下降到3.5时，保加利亚乳杆菌细胞壁或细胞膜丧失了调节作用，细胞内外pH趋于一致，从而使乳糖酶活性受到抑制，所以增加发酵剂中嗜热链球菌的比例，可有效减弱酸奶的后发酵。

防止后酸化的方法多种多样，孙懿琳等［26］通过实验筛选出了天然弱后酸化菌株，可保证乳制品口感良好，酸度适中，具有广阔的市场应用前景。然而在乳酸菌中，控制后酸化最好的方法是控制保加利亚乳杆菌的生长和能量代谢［27］。庞启亮等［28］利用新霉素筛选保加利亚乳杆菌H+－ATPase是原有亲本活性的60%，通过高密度发酵，对筛选菌株后酸化活性检测，并筛选出适宜增殖培养基，为保加利亚乳杆菌H+－ATPase酶缺陷型菌株延缓后酸化发酵剂的开发奠定了基础。

3.3 保加利亚乳杆菌对酸奶风味的影响

酸奶的典型香气和风味来源于乳酸和羰基化合物。乳酸赋予酸奶一定的酸度和爽滑的口感，而羰基化合物则构成酸奶独特的风味。酸奶中存在的羰基化合物主要有乙醛和丁二酮。保加利亚乳杆菌单独发酵乳糖产生D型乳酸，有酸涩味，适口性差，研究发现保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌在共生条件下，嗜热链球菌中与苏氨酸生物合成途径相关的thrB基因产生了超表达现象，这说明很可能改变了参与酸乳中重要风味物质乙醛生成的苏氨酸的合成［29］，所以混合发酵提高了氨基酸以及短肽的产量，改善了酸奶的产品风味。实际上，许多氨基酸和短肽都是酸乳中的风味物质或是风味物质的前体。

3.4 保加利亚乳杆菌对酸奶粘度的影响

选购酸奶时，人们一般都偏爱黏稠质地、口感柔和的酸奶，所以企业中普遍添加了稳定剂，但人为添加稳定剂可能会对酸奶的风味和品质造成不利影响，进而降低了酸奶的营养价值。牛乳发酵后黏度增加有两个原因:一是蛋白增加了发酵乳的黏稠度;二是保加利亚乳杆菌产生的胞外多糖多聚物作为增稠剂、胶凝剂增加了发酵乳的黏稠度［30］。胞外多糖(EPS)是酸奶发酵过程中天然产生的黏性物质，将有助于改善酸乳的组织状态和黏度，特别是对固形物含量低的酸乳尤为重要。一般来说，乳杆菌产胞外多糖量不高，而嗜热链球菌可以大量的产生胞外多糖(EPS)。同时胞外多糖也是一种物理稳定剂，能够结合水并限制物料脱水收缩［31］，赋予产品吸引人的外观和令人满意的口感。

4 保加利亚乳杆菌在酸奶制品中的应用

酸奶是以鲜牛奶为原料，由保加利亚乳杆菌与嗜热链球菌共同发酵的产品。保加利亚乳杆菌是发酵酸乳必须菌株。2005年，内蒙古蒙牛集团股份有限公司与益生菌研究机构丹麦科汉森公司携手合作，研制最适合中国人的、高品质的LABS益生菌群，其中L指保加利亚乳杆菌，A指嗜酸乳杆菌，B指双歧杆菌，S指嗜热链球菌，四种菌共同作用，发挥更优越的营养保健功能。在蒙牛酸奶、酸酸乳等一系列低温产品中均有添加。蒙牛不仅带给消费者优质的酸奶，更把益生菌的知识传递给了消费者。目前市面上的乳品品牌如蒙牛、伊利、光明等的酸奶制品都是由保加利亚乳杆菌混合其他乳酸菌发酵制成的。由此可见，作为酸奶发酵剂中的重要组成部分，保加利亚乳杆菌在酸奶制品中应用广泛。

选育出发酵性能优良，抗冷冻干燥性强，后酸化弱的保加利亚乳杆菌是乳品厂生产优质酸奶制品的前提，也是发展制备高效浓缩型酸奶发酵剂的基础。杨莹［32］等通过从国内知名酸奶产品及国外直投式发酵剂中分离选育出发酵性能优良、抗冷冻干燥性强、后酸化力弱的5株杆菌(ADR、S－1、SY、TX－B、MS2)，并将其与优良的球菌进行优化搭配，组成发酵剂，通过鲜奶发酵实验，选育出可生产优质酸奶的乳酸菌种(株)，制得的产品香气浓郁，酸甜适宜。程艳宇［33］通过牛奶发酵实验筛选出具有优良发酵特性的3株保加利亚乳杆菌L3、LB、M28。此3株菌在对发酵的牛乳产酸、产粘及发酵乳组织状态、风味口感和后酸化方面各有优势，都具有较强蛋白分解能力，实际生产过程中可根据需求选择单独或搭配使用。

5 展望

保加利亚乳杆菌在食品发酵领域应用日趋广泛，并且乳酸菌的生理保健功能也日益被大家接受。随着科技的进步，在分子生物和基因工程领域，保加利亚乳杆菌的应用还将更加广泛，前景更加美好。

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