乳酸菌分类_生理特性及在食品酿造工业上的应用

1、第1】期2001年11月No. 11Nov. 2001中国调味品C HI NESECO 2 EVI ENT施安辉I ,周波2(1-山东大学 微生物技术国家重点实验室山东 济南250100;2.山东农业大学生命科学学院山东泰安271018):本文扼要地介绍了乳酸菌的分类、生理特性和保藏方法.又较为详细全面地介绍了乳酸菌在乳品加工、乳酸菌制剂和饮料、酒类酿造、酱油酿造及腌制酸菜等领域的应用概况。:乳酸菌；分类；生理特性;应用:TS201.57:A:1000 9973 (2001) 11 0003 06Gassification and physiologic character of Lactob

2、acillusand application in productionSHI An hui1 ,ZH0U Bo2(1. State key laboratory of microbial technology Shandong University Jinan 250100 China ; 2 G)llege of Life Sciences ,Shandong Agricultural University ,Tai an 271018 ,Oiina) Abstract:At first vvv make brife inliDduction of lactobacillus classi

3、fication and physiologic chanicters and preserntk)n metlxxis in fn)nt of this article ,sx)n after comprehensive and detailed discussion was made on ap plication of lactokicillus in milk process lactokicillus preparation beverage vinn brewage soy breunge and Chinese sauerkraut curing and so on.Key wo

4、rds :lactobcicillus classification :physiologic chiiracter ;ipplicatk)n© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing I louse. All rights reserved, 第1】期2001年11月No. 11Nov. 2001© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing I louse. All rights reserved, 第1】期2001年11月No. 11

5、Nov. 2001.20010716施安斛1WT.男山东省莱州市人，山东大学生命科学院教授，曾出版专著8部.科普著作13部，发表学术论文140余篇.译文16篇获省部级科技进步奖12项主要从事工业微生物的应用基础研究周波(1970T男.山东省奈安 市人.山东农业大学生命科学院讲师.发表学术论文5篇。人类对于乳酸菌的应用其历史是非常久 远的在远古人类就在酿造和食品方面不自 觉地利用了乳酸菌。但是，人类能动地去研 究和掌握乳酸菌的生活规律.并加以应用，还 是近百年的事。近几年来，国内随着人民生 活水平的提高和国民经济发展的需要在乳 制品、酱油、白酒和饮料等酿造工业中开始了 对乳酸菌的研究和利用，并取

6、得了可喜的成 果。为了使乳酸菌在酿造行业中更深入地研 究和应用，特写此文，以起抛砖引玉的作用。1乳酸菌的分类概况乳酸菌属于真细菌纲(Eubcictericic)真细 菌目中(Eitbacteriales)的乳酸细茵科(厶Mtr bacillciceae)。乳酸细菌科根据细胞呈球状或 呈杆状，又分成乳酸杆菌族和链球菌族。乳 酸杆菌族(Lactobacilleae Winsl(Av et al.)只包 括杆状的乳酸菌。直或微弯的杆菌单个或成 链，有时成长丝并不能产生假分枝。革兰氏 染色阳性。专性厌氧菌种液化明胶。发酵碳 © 1994-2010 China Academic Journal

7、 Electronic Publishing I louse. All rights reserved, 第11期专论与综述 乳酸菌分类、生理特性及在食品酿造工业上的应用5水化合物产生乳酸,有的菌种可产生甲酸、乙 酸、丙酸、丁酸、戊酸、乙醇和8“接触酶阴 性。微好氧到厌氧。共包括五个属乳酸杆菌属 (Lactobacillus)，真细苗属(Eiihacterium);链条 杆菌属(Catenabacterium丿，假枝杆菌属 (Rami bacterium)，运动杆菌属(Gllobacterium) o 其中,以乳酸杆菌属最重要多是食品工业的 发酵菌种.如德氏乳杆菌(Lactobcicilhis

8、 de卜 btvcki J、植质乳酸杆菌(Lactobaill us pl antanun) 和双叉乳酸杆菌(Lactobacillus bifid ns)等。链球菌族(Stivptococceae Iivx'isan)的菌种为 球状或稍长一些的椭圆球状.只在一个平面分 裂通常成对或成链很少有液化明胶者。微好 氧的菌种以同型发酵或异型发酵方式发酵碳水 化合物。专性厌氧的菌种利用分解的蛋白质、 有机酸及碳水化合物并产生0和等产物o 微好氧到厌氧。接触酶阴性。腐生菌或致病 菌。链球菌族分以下五厲双球菌厲(Diplococ- ciis) .链球菌属(S血piococcus) .足球菌属(Pe

9、dio - coLViis)，明串珠菌属(Leucoiiiastoc):消化链球菌 属(Peptcstivococciis) o其中,对于食品酿造工 业来说以链球菌属为最重要.特别是链球菌属 中的乳球菌群(根据生长温度链球菌属可分为 化脓群、绿色群、肠球苗群和乳球茵群丿.是乳制 品、植物原料发酵食品中常见的菌常在食品工 业中使用。例如乳链球菌(Stfvptococciis Lac- 血丿就是乳制品工业和传统食品工业中常应用 的菌种。肠球菌群的粪链球菌(Stnococcus faecalis)常常在酱油制曲的前期大量繁殖.由于 产乳酸可抑制有害菌枯草杆茵的繁殖.但若产 酸过多又会影响米曲霉的生长

10、。另外.足球菌属中的少数种类.又是酱油 酿造过程中的有益菌。例如.酱油足球菌 (Pediococciis Soyae)可把葡萄糖分解成乳酸， 并耐盐(能在20%的食盐中生长几它与酵 母形成的醇类酯化形成酯类等呈味特定物 质提高酱油的风味。最后.应提及一点的是.乳酸杆菌族乳酸 杆菌属中的双叉乳酸杆(Lactobaeli- his br沏，细胞可呈棒状或“Y”形短小分枝状。 该菌在分类上长期处于混乱状态。现在，部 分学者主张建立双叉杆菌属(Brfidobacteii- uni)，并归于放线菌亚纲内。2乳酸菌部分生理特性2. 1乳酸菌都能发酵糖类产生乳酸。凡发酵 产物中只有乳酸者称为同型发酵凡发酵产

11、 物中除乳酸外还有乙酸、乙醇、8?和香味成 分者称为异型发酵。乳酸菌与其他细菌相比，对营养的要求 比较严格比较复杂。在培养的过程中除了要 供给适量的水分、碳源、氮源和无机盐类外, 还需要加入维生素、氨基酸和肽等。大多数 维生素是辅酶的组成结构如烟酸经氧化生 成烟酰胺，烟酰胺是NAD(辅酶I)和NADP (辅酶U)的组成成分,通过烟酰胺的氧化还 原催化生物氧化作用。氨基酸是许多乳酸菌 所需要的生长因素，这与它们缺乏合成这些 氨基酸的酶有关。在有些情况下，细胞可以 利用肽而不能利用氨基酸这是由于细胞对 单个氨基酸的不渗透性造成的。小分子肽很 容易进入细胞并随之被肽酶水解成氨基酸o 某些乳酸菌对生长

12、因素的要求如表1所示。霰量nl功 能(Lildinllus asti)驱醐酸的生胎(JB般佣.0.Q5 哩(Lai心lie artibinamlas0.1 ug的斛烈吨原反应中的 电卅0.02i?删乙瞇濮他的瞇 谜物的活化作用10 IK，臊删钢®(Lfiiwaoc "wort曲切0.025 qgsmffg(LatmtUlu iFMnSfwrds)5堆ms(SfKjMtaiB faiculii)叶s 晴翩300 ug50 ugF代沐甲肺移色as8 Mg(L uUhntHil鯛昔42哩在实验室培养乳酸菌时，要在培养基中 加入一定量的酵母膏、蛋白腺、牛奶或肝脏 提取物等营养物质。

13、由于这一特殊要求，所 以给利用乳酸菌进行工业化生产带来不便。 对此，国内外的有关科技人员在探讨廉价的 生长因素方面做了大量的工作。例如，日本 长沢太郎等就专门对乳酸菌的廉价培养基进 行了详细的研究。他们把玉米浆和鱼的下脚 料以3: 11: 3的比例加到糖蜜里作培养 乳酸菌用。鱼下脚料是鱼类加工的废物，玉 米浆是玉米淀粉生产的副产物，糖蜜是蔗糖 生产的副产物，这些都是廉价的原料。国内的科技工作者，在研究利用西红柿 汁、油酸、吐温(lcen)80等促进乳酸菌的生 长方面做了大量的工作，故在培养乳酸菌时, 要适量加入以上物质。2.2由于乳酸菌种类繁多，因此不同的菌种 对氧气的需求也不尽相同。但总的情

14、况是从 微好氧到厌氧，所以多以厌氧法培养，特别 是在95 %氮气+5%8?气的容器内培养为 宜。氧气与培养液中的pH值的高低，对于 乳酸的产量有一定的影响。在嫌气的条件 下，连续培养保加利亚乳杆菌(L -bulgari - cits),当培养液的pH由酸性变为碱性时, 则会由同型乳酸发酵转化为异型乳酸发酵， 使乳酸的产量减少。在碱性条件下，乳酸盐 脱氢酶的生物合成能力下降，而在酸性条件 下则会增加，在酿造和发酵食品的生产过程 中，对这个问题应引起注意。2.3实验室和生产上常用的几种乳酸菌的生 化性能可归纳见表2。3乳酸菌的保藏方法乳酸菌不仅培养较困难,而且菌种保藏 成活率也较低。在实验室多采用

15、液态或湿润IL(I 3岫覘mW11 畑ttbi)话孔価fL 'caeil瀬ffg(LL La1is)mffiIL曲血)硼輔®彌碗(Lew 狗轉踴®(Mauw喘瞬(P 吋 Ui)aw(S戚帧R/mO魏荊I Simooms /iiwfc 丿(S lalisl同型发專4552+ + + - + + - 同a®377无+ + + - + 士士士同型鱷45-62+ + + - + -28、32掀+357无+ + +37、45牍+ + + + *同型赌28、32a+ + + + +同2832无+ + + + + + +2H25-7-战+ + + + + + +异理鸠2

16、5、37a+ + 25-45无+ + + 25、37无+ + + + + + -叭45+ + + + ± +(M0+ + + +状态下的固态保藏。由于乳酸菌在液态或固 态保藏过程中仍能继续生长、代谢，产生的乳 酸可使培养基pH下降造成乳酸菌死亡，所 以，在乳酸菌的液态或固态保藏过程中应不 断地进行移种。乳酸菌的培养基主要有以下几种：(1) Lactic bacteria medium(培养乳酸杆菌 和球菌)胰腺10 g醋酸钠12 g© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House All right

17、s reserved, 第11期专论与综述 乳酸菌分类、生理特性及在食品酿造工业上的应用7© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved, 第11期专论与综述 乳酸菌分类、生理特性及在食品酿造工业上的应用#溶液甲5 irL酵母膏5 g葡萄糖10 g溶液乙5 irL加蒸他水至lOOOmL ,调pH至5. 15. 3。琼脂心加蒸憎水至lOOOmL,自然pH。(5)Leuconostoc medium(培养明串珠菌)K>HPO410%,KH2PO410%oMgSO4

18、7H2O 40 % ,NaG 0.2%, FeSO4蛋白腺酵母膏吐温80KH2PO420gInL2g葡萄糖10g(2)Lactobacillus medium(培养乳酸杆菌)胰腺15gNad4g葡萄糖5.5g抗坏血酸2g蒸帼水1 OOOirL蛋白腺lOgNa2&40.2g胱氨酸0.7g琼脂15g最终pH7.0(3) Lactobacillus medium(培养乳酸杆菌)胰腺20g酵母膏5g肝浸膏堆葡萄糖琼脂15g蛋白腺5g西红柿汁200n£吐温800.05g乳糖2g加蒸惚水至lOOOirL .调pH至6. 5。(4) Lactobacillus medium(培养乳酸杆菌和

19、链球菌）腺化牛奶15g葡萄糖lOg吐温80lOgKH2PO42g酵母膏5g西红柿汁lOOirL0.2%,MnSO40.2%o蒸憎水100()nL调pH6.26. 6 .制固体培养基时加2 %的琼脂。（6）蕃茄汁培养基（培养乳杆菌和链球菌）蕃茄汁 腺化牛奶 蒸憎水 蛋白腺PH400n£10g lOOOirL lOg6.2（7） 口二廿培养基（培养乳酸杆菌和链球菌）胰阮酶10g葡萄糖20g(NHt)2HC6H3O72gNaC2H2O2 3H2O2.5g蒸憎水80hrL酵母膏5gKH2PO42gFeSO4 7H2O0.034gMgSO4 -H2O0. 12g目前，日本把培养的乳酸菌制成悬浮

20、液 密封在包装材料里（包装材料可用合成树脂 薄膜制或用铝箔制），其装量可根据具体情况 而定最少可为5 irL .最多可为1000 nLo封 好的乳酸菌悬液,一定要保存在30 °C以下, 最好在010 9保存。乳酸菌的长期保藏方法,多采用冷冻干 燥法或喷雾干燥法，将乳酸菌制成片剂或粉 剂密封在安甑内保藏。© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved, 第11期专论与综述 乳酸菌分类、生理特性及在食品酿造工业上的应用11和厶acidophilus 0有些公司还

21、以蜜、砂糖和4乳酸菌在食品和酿造工业上的应用乳酸菌在食品和酿造工业中应用的范围 很广。4. 1若发酵原料为葡萄糖、蔗糖等，一般选用 戴化乳杆菌。此菌为G+ ,接触酶阴性发酵 温度以50 °C为好，产生的乳酸为右旋。若以牛乳和乳清为原料时，则用乳酸球 菌,如乳酪链球菌(Streptococcus crvmoris丿、嗜 热链球菌(Strep thennophilus)和乳链球菌 (StnT -lactis)进行异型发酵。同型发酵则利 用保加利亚乳杆菌、嗜酸乳杆菌和干酪乳杆 菌等菌种,产生的乳酸为左旋。4.2乳酸菌存在于动物和人的肠道内防止 异常发酵，有调整肠的作用所用的菌种主要 是粪链

22、球菌。例如，乳酶生片每克含活粪链 球菌1000万个以上，口服后在肠道内生长繁 殖，可起到整肠、助消化的作用。4.3利用乳酸菌发酵牛奶等乳制品其历史 是非常久远的。但是，近几年国外(原苏联、 波兰、南斯拉夫和日本等)利用双叉乳杆菌生 产乳制品甚为活跃。利用双叉乳杆菌发酵乳 制品优点为:具有醇美的酸味无苦味含有 生理价值的左旋乳酸，使食用者肠道具有有 益菌。其缺点是:有一定的醋酸味，牛乳中酸 生成缓慢低pH下双叉乳杆菌易死亡。因 此，在牛乳发酵中不单独应用双叉乳杆菌、而 与嗜酸乳杆菌(L acidophiiiis)和嗜热链球菌 (S -thennophilus)混合发酵。把三种乳酸菌分 别培养后，

23、各1/3混合，于42 °C培养4 h .再以 6 %10 %的接种量接于牛乳中经42 °C、 3 h则发酵结束。饮用此种乳制品可以治消 化不良、胃肠炎、便秘等。最近国外研究表 明，认为双叉乳杆菌能使食用者产生抗体促 使淋巴细胞和巨噬细胞活化提高机体的免 疫能力。目前，国外乳品工业界利用双叉乳杆菌 生产婴儿乳制品和疗效乳制品的研究非常热 门，并受到了消费者和患者的欢迎。但是也 存在一定的问题如双叉乳杆菌测定的方法 不统一 培养基不统一 菌种的管理水平要求 较高等。4.4 4.4.1格瓦斯格瓦斯是利用乳酸菌和酵母发酵酿制而 成的是一种营养丰富、酸甜适口的低度酒精 的乳酸发酵清凉

24、饮料.男女老幼皆宜。因此, 近几年国内外都十分重视格瓦斯的研究和开 发。格瓦斯生产所用的乳酸菌一定要优良, 属于异型发酵。菌种应产乳酸速度快、产酸 量大且耐酸，并能产一定的香味物质。对此， 最好能同时应用两种乳酸菌其风味更佳。 在格瓦斯的酿制过程中，若污染同型发酵的 乳酸菌易造成格瓦斯液面上有絮状结块。 4.4.2乳制品饮料以乳制品为原料添加乳酸菌发酵而制成 的乳酸菌饮料.如日本的“森林财皿和“明 治Bifid its饮料''等。所用茵种为B - Ionium 果汁等为原料酿制使其风味各异，更利于健 康。例如，日本关西生产的“饮Yogh亦乳酸 菌饮料，就是以乳制品、蜂蜜、砂糖、

25、葡萄糖、 果糖、果胶、香料为基料,再添加苹果汁、草莓 汁和桔子汁而酿制成的。4-4.3其他乳酸菌饮料如育克尔特(Wghun)乳酸菌饮料是用保 加利亚乳杆菌发酵制成的原苏联的开菲尔 (畑乳酸菌饮料是利用高加索乳杆菌发酵 制做的。就是我国的红茶菌饮料，在酿制的 过程中也有部分乳酸菌的参与，当然乳酸菌 过多就成为红茶菌的有害菌了。4.5 4.5.1白酒在固态白酒的酿造过程中，都会或多或 少的网落部分乳酸菌(链球菌和乳杆菌都 有)o在窖中乳酸菌利用糖类生成乳酸在酶 的参与下，乳酸与乙醇酯化，形成乳酸乙酯。 乳酸乙酯对于丰富白酒的风味具有重要的作 用,被称为白酒的三大酯类之一(其他两种酯 为乙酸乙酯和己

26、酸乙酯)。在液态白酒的酿 造过程中，适当地添加(与产酯酵母和己酸菌 等产香微生物配合)乳酸菌，也有利于白酒质 量的提高。4.5.2葡萄酒在新葡萄酒的贮存过程中.由于明串珠 菌(Leuconostoc oenos)等乳酸菌的生长繁殖， 使葡萄酒中的主要酸之一苹果酸发生脱竣 基作用，生成乳酸，因而称为苹果酸乳酸发 酵。这种发酵可降低的葡萄酒的酸度特别 是在低温地区酿制葡萄酒.这种发酵更为必 要。同时，经过苹果酸乳酸发酵的葡萄酒风 味更好。在苹果酒中，也存在苹果酸乳酸发 酵。当然，苹果酸乳酸发酵也要因地制宜地 控制.恰如其分地掌握,否则也会影响葡萄酒 的酸度。近来日本的科技工作者利用乳酸 菌 Leuconosioe inesenteroides IAM1233 和酵母 Schizosacchavomyces pomlc 077 ,采用包埋法使 之固定化(以琼脂或藻航酸钠为基剂丿取得 了分解葡萄酒中苹果酸的理想效果。4.6乳酸是酱油重要理化指标之一和呈味物 质，所以在酱油的酿造过程中适当地人工接 种乳酸菌，对于提髙酱油的风味具有一定的 作用。例如，日本的坂口和山里等人,研究酱 醪中的细菌主要是乳酸菌。这些乳酸菌不仅 能在曲子中生长繁殖，而且还能影响酱醪的 成熟。该菌在下池后一个月左右，菌数达到 最高峰，每克酱醪含有10*个菌体。此菌属 于足球菌属可把葡萄糖分解成乳酸,可以