乳酸菌(Lactic acid bacteria,LAB)是一類可以發(fā)酵糖類產(chǎn)生大量乳酸的細菌的總稱,這只是一種歷史習慣叫法,并不是分類學上的名稱,但乳酸菌的習慣叫法已被廣泛接受。乳酸菌為兼性厭氧菌或?qū)P詤捬蹙瑸闂U狀或球狀、革蘭氏染色陽性、不產(chǎn)生過氧化氫酶、不形成芽孢、無運動性或僅少數(shù)有運動性。乳酸菌以二分裂的方式增殖,生長繁殖需要碳源、氮源、無機鹽、營養(yǎng)因子等營養(yǎng)物質(zhì),并且生長過程中需要不斷與外界進行物質(zhì)、能量交換,受到外界環(huán)境(溫度、pH等)影響。
根據(jù)生化機制,乳酸菌的發(fā)酵類型可分為正型乳酸發(fā)酵和。據(jù)2018年資料數(shù)據(jù)顯示,國際公認的分類系統(tǒng)——伯杰氏系統(tǒng),已發(fā)現(xiàn)的乳酸菌達到43個屬,分屬于細菌界中五個門:熱孢菌門(Thermotogac)、厚壁菌門(Firmicutes)、放線菌門(放線菌)、擬桿菌門(Bactero)、梭桿菌門(Fusoacteria),包含乳桿菌屬(Lactobacillus)、乳球菌屬(Lactococcus)、鏈球菌(Streptococcus)、片球菌屬(Pediococcus)等。
乳酸菌廣泛分布于自然界中,是生物界中的重要一員,對植物、動物和人類的生存具有重要的作用。近年來乳酸菌的應用領域在不斷擴大,如食品領域用于食物保鮮及發(fā)酵,其中已被中國列入《可用于食品的菌種名單》有:乳桿菌屬(Lactobacillus)、乳球菌屬(Lactococcus)、鏈球菌(Streptococcus)、片球菌屬(Pediococcus)、明串球菌屬(Leuconostoc)及雙歧桿菌屬(Bifidobacterium)等,代表類群有德氏乳桿菌、嗜酸乳桿菌、乳酸片球菌、長雙歧桿菌等。畜牧、水產(chǎn)領域用于動物腸道健康保健、調(diào)節(jié)免疫、提高飼料轉(zhuǎn)換率等;青貯領域用于促進牧草發(fā)酵;農(nóng)業(yè)領域做為無污染的新型微生物肥料使用;醫(yī)學領域可在許多方面為機體提供保護。
法國化學家與微生物學家路易斯·巴斯德(Louis Pasteur)對乳酸菌發(fā)展做出了巨大貢獻,其關于“活微生物進行乳酸發(fā)酵”的科學發(fā)現(xiàn),標志著現(xiàn)代微生物科學的誕生和開始,成為了微生物學發(fā)展史上的一個里程碑。
應用歷史
公元前200多年,古印度、古埃及和古希臘人就已經(jīng)掌握了發(fā)酵乳手工制作方法。1500多年前,我國南北朝時期杰出的農(nóng)業(yè)科學家賈思勰在古代“四大農(nóng)書”之一的《齊民要術》中,記載了制造酸奶的方法。1750年,瑞典化學家Scheele在酸奶中發(fā)現(xiàn)一種不純凈的棕色漿狀物,把它稱為DL-乳酸(acid of milk)。1857年,法國化學家與微生物學家路易斯·巴斯德(Louis Pasteur)在研究乳酸發(fā)酵過程中首次發(fā)現(xiàn)乳酸菌,從而闡明了乳酸發(fā)酵的原理,進而拉開了EM菌研究的帷幕。1878年,李斯特(Lister)首次從酸敗的牛奶中分離出乳酸菌的純培養(yǎng)菌株乳鏈球菌(鏈球菌 lactis)。1884年,胡普(Hueppe)把使牛奶發(fā)酸的細菌以Bacterium acidi lactici命名,首次把“酸奶細菌”命名成“乳酸菌”。
1915年,美國Daviel Newmam首次利用乳酸菌治療膀胱感染,為乳酸菌在臨床方面的應用奠定了基礎。1919年,Isaac Carasso在巴塞羅那工業(yè)化生產(chǎn)并銷售酸奶,最初的目的是幫助治療腹瀉,因此主要在藥房銷售。1928年,美國首次報道了由乳酸乳桿菌L.lactics產(chǎn)生抗菌肽,即乳酸菌素。2000年以來,已經(jīng)發(fā)布了乳桿菌的30個新種和雙歧桿菌3個新種。
分類
根據(jù)伯杰氏系統(tǒng)分類
據(jù)2018年資料數(shù)據(jù)顯示,根據(jù)國際公認的分類系統(tǒng)——伯杰氏系統(tǒng),已發(fā)現(xiàn)的乳酸菌達到43個屬,分屬于細菌界中五個門:熱孢菌門(Thermotogac),包括2個屬;厚壁菌門(Firmicutes),包括30個屬;放線菌門(放線菌),包括7個屬;擬桿菌門(Bactero),包括2個屬;梭桿菌門(Fusoacteria),包括2個屬。其中已被列入《可用于食品的菌種名單》有:乳桿菌屬(Lactobacillus)、乳球菌屬(Lactococcus)、鏈球菌(Streptococcus)、片球菌屬(Pediococcus)、明串球菌屬(Leuconostoc)及雙歧桿菌屬(Bifidobacterium)等。
根據(jù)代謝途經(jīng)及產(chǎn)物分類
同型發(fā)酵乳酸菌(HoLAB)
同型發(fā)酵乳酸菌包括片球菌屬(Pediococcus)、乳球菌屬(Lactococcus)、腸球菌(Enterococcus)、鏈球菌屬(Streptococcus)和一些乳桿菌屬(如:德氏乳桿菌、嗜酸乳桿菌、彎曲乳桿菌等)。同型乳酸菌發(fā)酵只有一種發(fā)酵產(chǎn)物-羥基丙酸,起始底物為葡萄糖,它經(jīng)過磷酸化后形成二磷酸果糖(FDP或F-1,6-P),再經(jīng)FDP醛縮酶分解成磷酸二羥丙酮(DHAP)和3-磷酸甘油醛(GAP或GA-3-P),然后這兩種中間代謝物再經(jīng)多步反應形成丙酮酸,丙酸在乳酸脫氫酶的催化下,被NADH+H+還原為乳酸,其總反應為:C6H12O6+ADP+Pi→2CH3CHOHCOOH+ATP。
異型發(fā)酵乳酸菌(HeLAB)
異型發(fā)酵乳酸菌包括魏斯氏菌屬(Weissella)、明串球菌屬(Leuconostoc)、酒球菌屬(Oenococcus) 和部分乳桿菌屬(如: 短乳桿菌L. brevis、發(fā)酵乳桿菌L. fermentum等)。在異型乳酸菌發(fā)酵中,葡萄糖的分解產(chǎn)物除乳酸外,還有乙醇、冰醋和CO2等多種產(chǎn)物,產(chǎn)生的能量(ATP)也僅為同型乳酸發(fā)酵的一半。
代表類群及特征
厚壁菌門乳桿菌目
乳桿菌屬代表菌種
乳桿菌屬歸屬于厚壁菌門、芽孢桿菌綱、乳桿菌目、乳桿菌科,作為乳酸菌重要的組成部分,乳桿菌屬含200多個物種,占乳酸菌總數(shù)的1/3以上。乳桿菌屬不能產(chǎn)生芽孢,革蘭氏染色呈現(xiàn)陽性,菌體中不存在過氧化氫酶和細胞色素,聯(lián)苯胺反應呈現(xiàn)陰性。乳桿菌屬于兼性厭氧菌、耐酸、對營養(yǎng)條件要求嚴苛。
德氏乳桿菌
德氏乳桿菌為乳桿菌屬的模式種,其細胞為桿狀,兩端圓滑,大小為(0.5-0.8)微米x(2-9)微米單個或者成短鏈存在。無運動能力,細胞內(nèi)部常有肉芽,可以通過亞甲基藍染色觀察。德氏乳桿菌為專性同型發(fā)酵,不能產(chǎn)生吲哚。德氏乳桿菌有4個亞種,分別為德氏乳桿菌保加利亞亞種、德氏乳桿菌德氏亞種、德氏乳桿菌蜻蜓亞種和德氏乳桿菌乳酸亞種。
嗜酸乳桿菌
嗜酸乳桿菌的細胞大小為(0.6-0.9)微米x(1.5-6)微米,圓頭桿菌,成對或者以短鏈的形式存在。在胰蛋白胨葡萄糖-瓊脂培養(yǎng)基上菌落呈現(xiàn)粗糙、毛絨的邊緣,專性同型發(fā)酵。嗜酸乳桿菌可以利用大多數(shù)糖,包括維生素B17、纖維二糖、乳糖、麥芽糖等,不能利用甘露醇,少數(shù)菌株可以利用蜜二糖、水楊苷及海藻糖。
明串珠菌屬代表菌種
明串珠菌屬歸屬于厚壁菌門、芽孢桿菌綱、乳桿菌目、明串珠菌科,細胞呈橢圓形至圓形,比較細長,多成對或者以短鏈、中長鏈的形式存在,為革蘭氏陽性乳酸菌,無運動能力,并且不會產(chǎn)生芽孢。菌體細胞內(nèi)沒有細胞色素,不含過氧化氫酶。
腸膜明串珠菌
腸膜明串珠菌為明串珠菌屬的模式種,該種包括三個亞種,分別是黃油亞種、葡聚糖亞種及腸膜亞種。乳脂亞種的細胞易形成長鏈,在液體培養(yǎng)基上生長時會有聚集,可以發(fā)酵葡萄糖和乳糖。葡聚糖亞種可以利用蔗糖并生成右旋糖苷,所有的菌株都可以發(fā)酵葡萄糖、果糖、乳糖、麥芽糖和海藻糖,但不能發(fā)酵阿拉伯糖和熊果苷。腸膜亞種同葡聚糖亞種一樣可以利用蔗糖生成右旋糖,可以發(fā)酵阿拉伯糖、果糖、半乳糖等,但對于維生素B17、熊果苷、纖維二糖等,存在菌株差異。
片球菌屬代表菌種
片球菌屬歸屬于厚壁菌門、芽孢桿菌綱、乳桿菌目、乳桿菌科,呈球形,偶爾呈現(xiàn)卵球形,分裂后一般成對出現(xiàn),或者是在兩個垂直方向形成四分體,不會以鏈狀的形式存在。單個細胞的直徑為0.5-1.0微米。片球菌細胞往往呈現(xiàn)完美的圓形,極少數(shù)的情況下呈現(xiàn)卵球形。這些細胞形態(tài)上的特點可以將它與明串珠菌、乳球菌及腸球菌區(qū)分開。片球菌屬是革蘭氏陽性菌,不產(chǎn)芽孢,沒有生成氧化酶的能力,典型的片球菌細胞沒有運動能力。
乳酸片球菌
乳酸片球菌的細胞有一定的耐熱性,但其在70°C加熱10min后也會死亡。具有較高的耐鹽特性,可以在NaCl濃度為9%-10%時生長。對于乳酸片球菌來說,其與戊糖片球菌不能以細胞形態(tài)、培養(yǎng)特征和生理特性來區(qū)分,但可以在基因水平加以區(qū)分。
戊糖片球菌
戊糖片球菌可以在有氧環(huán)境中生長,戊糖片球菌具有較強的耐鹽特性,在NaCl濃度為9%-10%時也可以生長,戊糖片球菌沒有乳酸片球菌耐熱,65°C處理8min后就會死亡,許多戊糖片球菌菌株可以產(chǎn)生細菌素。
鏈球菌屬代表菌種
鏈球菌屬歸屬于厚壁菌門、芽孢桿菌綱、乳桿菌目、鏈球菌科,是革蘭氏陽性菌,不產(chǎn)芽孢,兼性厭氧,鏈球菌的細胞一般呈球形或者卵球形,單個細胞往往直徑小于2微米,無運動能力,在液體培養(yǎng)基中常常以鏈狀或者成對出現(xiàn)。
嗜熱鏈球菌
嗜熱鏈球菌細胞呈球形或者卵圓形,直徑為0.7-1.0微米,成對或者以長鏈形式存在,具有較高的耐熱性,大多數(shù)菌株65℃處理30min仍能存活。嗜熱鏈球菌是一種同型發(fā)酵乳桿菌,發(fā)酵果糖、葡萄糖、乳糖等,不能發(fā)酵纖維二糖、麥芽糖、菊粉等,是一種重要的工業(yè)用乳酸菌。
乳球菌屬代表菌種
乳球菌屬歸屬于厚壁菌門、芽孢桿菌綱、乳桿菌目、鏈球菌科,細胞為圓球形或者卵形,單個、成對或者呈鏈狀存在。乳球菌為革蘭氏陽性菌,不產(chǎn)芽孢,無運動能力,兼性厭氧菌,多數(shù)為微需氧,過氧化氫酶試驗呈陰性。
乳酸乳球菌乳酸亞種
乳酸乳球菌乳酸亞種在血液瓊脂或者營養(yǎng)瓊脂上的菌落為圓形、光滑的,無色素產(chǎn)生,沒有溶血性,所有菌株均可以發(fā)酵半乳糖、葡萄糖、果糖等生產(chǎn)酸,大多數(shù)菌株可以利用熊果苷、纖維二糖、β-龍膽和水楊苷產(chǎn)酸,可以水解七葉苷和馬尿酸鹽,精氨酸脫水酶和亮氨酸芳基酰胺酶陽性。堿性磷酸酶、α-半乳糖苷酶、β-半乳糖苷酶和β-葡糖苷酸酶陰性。
放線菌門雙歧桿菌目
雙歧桿菌屬代表菌種
雙歧桿菌屬歸屬于放線菌門、放線菌綱、雙歧桿菌目、雙歧桿菌科,細胞呈桿狀,形態(tài)多樣,有短的、規(guī)則的、瘦長的,又或者是長細胞,帶有弧度、凸起或者分叉,單生或者呈鏈狀的形式出現(xiàn),可能聚集成星狀、“V”字形或者柵欄狀的排列。雙歧桿菌為革蘭氏陽性菌,不產(chǎn)芽孢,無運動性,不耐酸。
長雙歧桿菌
長雙歧桿菌是可以在微氧環(huán)境中生長的雙歧桿菌,被認為是從嬰兒腸道中最早分離出來的菌種之一。在厭氧培養(yǎng)基上生長時,長雙歧桿菌的菌落呈現(xiàn)白色光滑凸起狀。長雙歧桿菌可以發(fā)酵葡萄糖、半乳糖、乳糖、麥芽糖、蜜二糖、棉子糖和蔗糖,不能發(fā)酵葡萄糖酸、甘露醇、水楊苷、山梨糖醇和海藻糖。
其它菌門
熱袍菌門熱袍菌目
閃爍桿菌屬歸屬于熱袍菌門、熱袍菌綱、熱袍菌目、熱袍菌科中,大多數(shù)細胞為直桿,單生、成對或短鏈。許多細胞在末端形成膨脹(橢圓體),也有含幾個細胞質(zhì)單體的圓體,不產(chǎn)生芽孢,發(fā)酵各種糖產(chǎn)生乙酸、DL-乳酸、CO2、H2和乙醇。
梭桿菌門梭桿菌目
纖毛菌屬歸屬于梭桿菌屬門、梭桿菌綱、梭桿菌目、梭桿菌科,細胞呈直桿或微彎桿,幼齡的培養(yǎng)物可能革蘭氏染色陽性,成熟菌體通常革蘭氏陰性,但具有非典型的革蘭氏陰性細胞壁結(jié)構。不產(chǎn)芽孢,不運動,發(fā)酵碳水化合物,發(fā)酵葡萄糖的主要終產(chǎn)物是乳酸。
擬桿菌門擬桿菌目
擬桿菌屬歸屬于擬桿菌門、擬桿菌綱、擬桿菌目、擬桿菌科,細胞為大小不同的桿菌。許多種具有多形性,末端或中間膨大、空泡或絲狀。一般不運動。厭氧,代謝糖類、蛋白胨或代謝中間物。對于糖降解能力強的種,其發(fā)酵產(chǎn)物包括乙酸、琥珀酸、DL-乳酸、甲酸或丙酸。
分布
乳酸菌廣泛分布于自然界中,乳酸菌廣布于植物的果實、根莖葉和腐爛植物體,堆肥、土壤、污水,發(fā)酵動植物食品和飲料,人體和動物的消化系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)、口腔系統(tǒng)、皮膚系統(tǒng)和糞便,乳汁和乳制品等。它們是生物界中的重要一員,對植物、動物和人類的生存具有重要的作用。
植物及其制品
乳酸菌在植物中廣泛存在。乳酸菌在植物微生態(tài)系統(tǒng)中占有重要地位,具有保護植物生態(tài)平衡的作用。當植物受到機械損傷,或者在腌制過程中,就會產(chǎn)生許多乳酸菌。從新鮮枝葉上、植物根際都可以分離到乳酸菌。
動物及其產(chǎn)品
乳酸菌主要分布于動物消化道中。從豬胃、大腸,雞嗦囊、小腸、大腸中,檢出乳桿菌屬109個/mL、鏈球菌104-107個/mL。從動物消化道中分離得到的乳桿菌有乳酸乳桿菌(L.lactis).發(fā)酵乳桿菌(L.fementum)、嗜酸乳桿菌(L.acidophilus)、唾液乳桿菌(L.salivarium)、德氏乳桿菌(L.delbrueckii)等。生牛乳中的乳酸菌主要是鏈球菌屬和乳桿菌屬。
人體
乳酸菌在人體消化道和生殖道中大量存在,嬰幼兒出生后數(shù)小時,就在消化道系統(tǒng)中建立起正常益生菌群系統(tǒng),其中乳酸菌占50%以上。口腔中的乳酸菌有唾液鏈球菌(S.salivarius)、緩癥鏈球菌(S.mitts)、血液鏈球菌(S.sanguis)、變形鏈球菌(S.mutans)、腸球菌(Enterococcus)等。食道中乳酸菌較少,多為過路菌。胃中的乳酸菌也僅有103個/mL,多為耐酸的乳桿菌屬和鏈球菌。而腸道中的乳酸菌主要是乳桿菌和腸球菌,多達105個/g。糞便中也可分離得到乳酸菌,為104-109個/g。婦女陰道中也存在著乳酸菌,主要為乳桿菌屬。
自然環(huán)境
土壤是微生物存在的大本營,也是乳酸菌良好的生長環(huán)境。在營養(yǎng)豐富的土壤中乳酸菌含量高,但乳酸菌并不是土壤中原籍菌,它主要來自污水、肥料、植物及根際微生物區(qū)系。污水中的乳酸菌數(shù)量可達104-105個/mL,在人畜糞便和堆肥等有機肥料中,乳酸菌的種類和數(shù)量與污水中相近。
生長繁殖
乳酸菌以分裂繁殖的方式增殖,即經(jīng)過n次分裂增殖后細菌數(shù)為2n個。乳酸菌生長繁殖需要碳源、氮源、無機鹽、營養(yǎng)因子等營養(yǎng)物質(zhì),并且生長過程中需要不斷與外界進行物質(zhì)、能量交換,受到外界環(huán)境(溫度、pH等)影響。乳酸菌最常用的碳源是單糖中的己糖;由于乳酸菌蛋白質(zhì)分解能力和氨基酸合成能力弱,故在人工培養(yǎng)時,需要添加含有多種肽類氨基酸的有機氮源,如牛肉膏、酵母膏、蛋白胨或番茄汁等;乳酸菌對生長因子尤其是維生素依賴性很強,此外許多乳酸菌還需要嘌呤、嘧啶或其相應的核苷或核背酸作為生長因子。乳酸菌的最適溫度在37℃左右,耐熱性較差,一般的發(fā)酵溫度控制在35-42℃之間;生長發(fā)酵最適pH值介于5.5-6.5之間,DL-乳酸菌發(fā)酵期間,羥基丙酸的生成導致pH值的下降,在pH值降為4.0左右時,就抑制乳酸菌的再次分裂,這時的對數(shù)增長繁殖被破壞,如果pH值繼續(xù)下降,則進入衰亡期,菌數(shù)減少,活力減弱,甚至會出現(xiàn)部分死亡的現(xiàn)象。
生理特性和生物學功能
生理特性
乳酸菌細菌形態(tài)上差異頗大,既有長桿狀或短桿狀的,又有圓形的;所有種類都是革蘭陽性菌,不形成芽孢,大多不會運動,都屬于專性發(fā)酵菌。乳酸菌能夠在空氣或氧氣下生長,雖然它們是厭氧菌,但具有一定的耐氧能力。此外乳酸菌具有強抗酸能力,大部分乳酸菌具有很強的抗鹽性,能夠在5%以上NaCl濃度的環(huán)境中生存。常見的乳酸菌都不具有細胞色素氧化酶,所以不大會使硝酸鹽還原為亞硝酸鹽。
生物學功能
促進營養(yǎng)物質(zhì)消化吸收
乳酸菌可以代謝產(chǎn)生乳酸、短鏈脂肪酸、γ-氨基丁酸、細菌素、有機酸、維生素、胞外多糖等多種效應分子,還能夠產(chǎn)蛋白酶、轉(zhuǎn)氨酶、脂肪酶、乳酸脫氫酶、酶、谷氨酸脫羧酶等多種酶,參與糖、蛋白質(zhì)和氨基酸等物質(zhì)的分解代謝,促進消化,有利于營養(yǎng)物質(zhì)的攝取。
調(diào)節(jié)腸道微生態(tài)平衡
乳酸菌是調(diào)節(jié)人體腸道平衡的重要微生物,發(fā)酵不斷產(chǎn)生乳酸,導致pH值下降,為乳酸菌的生長提供了適宜的環(huán)境條件,抑制了雜菌生長,同時乳酸菌代謝過程能夠產(chǎn)生細菌素、過氧化氫等抑菌活性物質(zhì),均能單獨或共同抑制致病菌生長,對多種病原菌都具有抑制作用。乳酸菌還能夠抑制大腸桿菌、傷寒沙門氏菌、腸炎沙門氏菌以及李姓桿菌等在腸道定植,動態(tài)調(diào)整腸道菌群平衡。
降低膽固醇
過高的膽固醇會導致家族性高膽固醇血癥,動脈粥樣硬化、膽石癥以及靜脈血栓的形成均與高膽固醇血癥有很大關系。乳酸菌菌體細胞可與膽固醇、膽鹽通過共沉淀作用去除體外膽固醇的主要方式發(fā)揮降血脂功能,乳酸菌還能夠降低膽固醇合成的關鍵限速酶(3-羥基甲基戊二-輔酶A)的活性,阻礙膽固醇合成,從而降低人體血脂含量。
增強免疫力
乳酸菌在特異性免疫方面,能夠促進機體免疫細胞的增殖和成熟,增強細胞免疫功能;可以提高血清中免疫球蛋白的含量,加強體液免疫;乳酸菌在非特異性免疫方面,能夠有效提高單核巨噬細胞的吞噬活性,促進機體非特異性免疫。乳酸菌還能夠刺激免疫因子的釋放,影響神經(jīng)-內(nèi)分泌-免疫系統(tǒng)網(wǎng)絡,加速有利基因的形成及表達,從而增強機體免疫調(diào)節(jié)作用。
抗氧化作用
乳酸菌通過清除自由基、合金屬離子、抑制脂質(zhì)過氧化、耐H2O2、提高抗氧化酶活力等多種機制發(fā)揮抗氧化作用,是安全的抗氧化制劑,同時乳酸菌還可以通過適應性機制來發(fā)揮抗氧化作用,如在一定的環(huán)境脅迫下,會產(chǎn)生大量的氧自由基誘導乳酸菌的抗氧化反應。
應用領域
食品領域
食品保鮮方法主要有輻照、冷藏、冷凍、超高壓,但是這些方法通常會存在安全問題并且有些成本太高,乳酸菌通過生物保護功能及產(chǎn)抑菌物質(zhì),可應用于食品儲存,是一種無毒無害、成本低的防腐方法。同時乳酸菌發(fā)酵能賦予食品柔和的酸味和香氣,發(fā)酵過程中還能分解食物中的蛋白質(zhì)?糖類?合成維生素等,已經(jīng)在乳品工業(yè)、肉品發(fā)酵等行業(yè)中得到了很好的應用。
畜牧領域
當乳酸菌在腸道中達到一定數(shù)量,能夠拮抗病原菌,調(diào)節(jié)消化道微生物區(qū)系平衡,增強牲畜免疫力。因此乳酸菌常用作畜禽養(yǎng)殖的飼料添加劑,起到促進動物腸道健康、調(diào)節(jié)免疫、提高飼料轉(zhuǎn)換率等功效,畜牧業(yè)常用的乳酸菌有嗜酸乳桿菌、植物乳桿菌、乳酸片球菌等。
青貯領域
秸稈、青草是一種重要的粗飼料來源,但直接飼喂存在適口性差、消化吸收利用率低等問題;通過青貯加工后,可使硬稈軟化,部分粗纖維降解,并且在青貯過程所產(chǎn)生的酸和醇具有香味可提高適口性,增加采食量。通常青飼草的附生乳酸菌并不能有效啟動青貯發(fā)酵過程,因此外源乳酸菌發(fā)酵劑被廣泛應用于青貯飼料的生產(chǎn),以促進發(fā)酵過程。添加乳酸菌可以明顯降低青貯pH,明顯增加DL-乳酸含量,抑制霉菌的生長。
水產(chǎn)領域
乳酸菌被廣泛用于水產(chǎn)病害的防治,它們能黏附并定殖于腸道,調(diào)節(jié)免疫,增強水產(chǎn)動物抗感染的能力。乳酸菌對莫桑比克羅非魚、對蝦屬的水產(chǎn)動物養(yǎng)殖具有很好的幫助,可以刺激宿主免疫、維護腸道健康,而且不會干擾腸道菌群結(jié)構。
農(nóng)業(yè)領域
乳酸菌復合制劑作為無污染的新型微生物肥料,已被廣泛用于成為農(nóng)業(yè)種植與土壤培肥、植物病害的生物防治等,有效促進蔬菜生長,減少化肥、農(nóng)藥的使用。乳酸菌復合制劑及其代謝產(chǎn)物對草莓、水稻、小麥等作物具有較好的促生長及防治疾病功效。
醫(yī)學領域
乳酸菌作為藥品,可以提高和改善人的健康狀況,如:將活腸鏈球菌制成乳酸菌陰道膠囊,可用于治療由菌群紊亂而引起的陰道病;將腸球菌與酪酸梭菌制成三聯(lián)活菌片,用于改善腸內(nèi)菌群失調(diào)引起的各種癥狀;將人體固有正常生理菌株與滅菌粉混合而成乳酸菌素制劑,對腸蠕動具有雙向調(diào)節(jié)作用,既能止瀉,也有治療便秘的作用等。但是要注意口服活菌制劑應該與抗生素隔2小時左右,以免被殺滅,影響療效。
危害
有害代謝產(chǎn)物
有報道食品中產(chǎn)生物胺的菌包括分離自奶酪的酪胺產(chǎn)生菌,歸屬于腸球菌屬和乳球菌屬。這些乳酸菌能夠增加食品中生物胺的含量,從而威脅食品安全和消費者的健康。生物胺(biogenicamine,BA)是一類由氨基酸脫羧或醛、酮氨基化形成的具有生物活性的小分子含氮化合物的總稱。它普遍存在于食品尤其是發(fā)酵食品中,人體中的生物胺通過機體不斷地生物合成及代謝分解,在組織和細胞中維持在人體所需的正常濃度內(nèi),但當人體從外源攝入過量生物胺時會打破這種平衡,并造成人體心血管和神經(jīng)系統(tǒng)的損傷,可導致血壓升高、心跳加快、血糖含量增加、腎上腺素過量分泌和頭痛等,有時主要是腸胃功能紊亂,如嘔吐、腹瀉和腹部痙攣等。
黏蛋白降解活性
由于黏蛋白對防止細菌入侵腸道起著重要的作用,確認食品中使用的益生菌是否具有黏蛋白降解活性(也就是對黏蛋白層的損傷能力)是很重要的。當細菌的黏蛋白降解活性升高會導致其更易于浸透腸壁,從而進一步產(chǎn)生細菌易位效應。研究發(fā)現(xiàn)一些雙歧桿菌如兩歧雙歧桿菌、短雙歧桿菌的幾個菌株和長雙歧桿菌具有黏蛋白降解活性,也含有黏蛋白分解酶的基因編碼。
乳酸菌的“毒性”
在千百年來的悠久歷史進程中,有關乳酸菌的食品安全問題很少,且涉及相關的人類疾病發(fā)病率極低,乳酸菌安全性評價也與人類科學進步和技術發(fā)展密切相關。近幾年在腸球菌安全性評價方面取得了相當大的進展,Eaton等報道了從食物中分離出的腸球菌具有單個或多個毒力因子,雖然由益生腸球菌毒力因子引起的發(fā)病率要顯著低于食品菌株(如肉毒桿菌、金黃色葡萄球菌、單核細胞增生李斯特氏菌和蠟樣芽孢桿菌等),但這表明腸球菌會攜帶毒力因子(聚合物、細胞溶素、明膠酶、腸球菌表面蛋白、糞腸球菌或腸球菌膠原蛋白黏附素、透明質(zhì)酸酶)存在于食物中,從而構成安全風險,尤其是對于患有基礎疾病的人群。
抗生素耐藥基因
乳酸菌作為安全性較高的益生菌,一般不會引起過敏反應和不良反應,但是部分乳酸菌含有抗生素耐藥基因,這就需要得到重視。《食品益生菌評價指南》中提出:應用于食品中的益生菌菌株不應該含有任何可轉(zhuǎn)移的抗生素抗性基因。科學家們已從部分乳酸菌中分離出攜帶四環(huán)素、紅霉素、氯霉素、慶大霉素等抗性基因,這些抗生素耐藥基因大多位于可移動遺傳元件上,如質(zhì)粒、轉(zhuǎn)座子、結(jié)合轉(zhuǎn)化子和整合子等,當乳酸菌隨食物進入人體腸道后,位于可移動元件上的耐藥基因可通過水平基因轉(zhuǎn)移傳遞給腸道其它細菌,包括肺炎雷伯菌、肺炎鏈球菌、綠膿桿菌、金黃色葡萄球菌等腸道致病菌,威脅人體健康。
相關研究
胞外多糖
胞外多糖是由植物乳桿菌、乳酸桿菌、鼠李糖乳桿菌、干酪乳桿菌等乳酸菌分泌到細胞外的大分子,具有多種對健康有益的功效,如調(diào)節(jié)機體免疫功能、抗氧化效應等,且其獨特的物理化學和生物活性使其成為許多工業(yè)應用的候選物,例如食品工業(yè)中的穩(wěn)定劑、增黏劑、乳化劑或增稠劑。乳酸菌產(chǎn)生胞外多糖的方式主要為天然菌種發(fā)酵,分離純化過程繁瑣,乳酸菌胞外多糖產(chǎn)量低,制約其工業(yè)化擴大生產(chǎn)和應用,因此篩選和誘變出高產(chǎn)菌株、優(yōu)化發(fā)酵和提取工藝成為乳酸菌胞外多糖研究的關鍵問題。
γ-氨基丁酸
乳酸菌作為一種食品安全級(GRAS)的微生物在食品工業(yè)中的應用非常廣泛且歷史悠久,國外方面,日本有專門的γ-氨基丁酸研究機構(GABA壓力研究中心)。日本Pharma Foods International(PFI)以特殊乳酸菌株(乳桿菌屬 hilgardii K-3株),用谷氨酸發(fā)酵法制得高濃度的GABA,獲得日本特許廳發(fā)給獨家專利特許(番號:2003-70462A)。中國研究起步較晚,江南大學的江波等對生物發(fā)酵生產(chǎn)γ-氨基丁酸進行了研究,用乳酸菌或乳酸菌和酵母菌混用作為菌種,以谷氨酸鈉為轉(zhuǎn)化底物,添加碳源、氮源及無機鹽組成發(fā)酵培養(yǎng)基,利用發(fā)酵法生物轉(zhuǎn)化制備γ-氨基丁酸。
細菌素
細菌素是乳酸菌產(chǎn)生的具有抑菌活性的主要物質(zhì),能夠很好的抑制革蘭氏陽性菌,對部分革蘭氏陰性菌也有抑制作用。
目前應用最廣泛的乳酸菌細菌素是乳酸鏈球菌產(chǎn)生的乳酸鏈球菌素(nisin),由于其無毒、無害、無副作用且具有一定的防腐效果被廣泛應用于各類食品和藥品當中,但是產(chǎn)量低、分離純化成本高是制約細菌素應用的重要因素。
相關人物
巴斯德
對乳酸菌發(fā)展及微生物學發(fā)展做出巨大貢獻的、近代微生物學的奠基人是法國化學家與微生物學家巴斯德(Louis Pasteur,1822-1895)。對于DL-乳酸菌,巴斯德的貢獻在于首次將乳酸形成與微生物聯(lián)系起來。1854-1856年,乙醇發(fā)酵與釀酒是巴斯德所居住的里爾地區(qū)的主要工業(yè),巴斯德的一名學生的父親M.Bigo就從事釀酒業(yè),他發(fā)現(xiàn),在用根甜菜制取酒精飲料時容易出現(xiàn)形成酸性液體而不是形成乙醇的酸敗問題,巴斯德經(jīng)實地抽樣并用顯微鏡觀察技術對正常樣品進行了分析和比較,發(fā)現(xiàn)了兩種形態(tài)的微生物,一種是存在于正常發(fā)酵樣品中的酵母菌,能使甜菜汁進行正常的乙醇發(fā)酵;另外一種是存在于酸性發(fā)酵樣品中的桿狀“DL-乳酸酵母”(lactic 酵母浸膏),正是“乳酸酵母”的存在和活動,才使得甜菜根中糖的發(fā)酵向生成乳酸的方向進行。正是路易斯·巴斯德這一源于生產(chǎn)實踐的問題研究,才使得形成乳酸的微生物首次進入了人類的視野。在基礎理論方面,根據(jù)這一研究,巴斯德向里爾的科學學會提交了標題為《關于乳酸發(fā)酵的紀錄》的論文,發(fā)表在了法國《化學進展》雜志上。“活微生物進行乳酸發(fā)酵”的科學發(fā)現(xiàn),標志著現(xiàn)代微生物科學的誕生和開始,成為了微生物學發(fā)展史上的一個里程碑。
參考資料 >
關于《可用于食品的菌種名單》和《可用于嬰幼兒食品的菌種名單》更新的公告.中華人民共和國國家衛(wèi)生健康委員會.2023-07-01
西安正浩生物制藥有限公司 乳酸菌陰道膠囊藥品說明書.臨床診療知識庫.2023-07-13
酪酸梭菌腸球菌三聯(lián)活菌片 藥品說明書.臨床診療知識庫.2023-07-13
乳酸菌素.臨床診療知識庫.2023-07-13