植物乳杆菌及其在食品工业中的应用

植物乳杆菌（lactobacillus

plantarum）是属于乳杆菌属，在自然界中分布很广，一般不会使人生病，乳杆菌在发酵食品中应用很广，发酵酸奶等乳制品、发酵香肠等肉制品、发酵果蔬汁、泡菜、发酵豆谷类产品及动物饲料，乳酸菌生一般用来生成乳酸、利用微生物技术来生产防腐剂等。乳杆菌在人们的生活中发挥着很大的作用，和人们的生产生活联系十分密切。所以，我们要对乳杆菌用正确的认识，并且对不同种类的乳杆菌进行区分，来寻找它们不同的功能。乳杆菌的分类经历了四个主要的发展时期，分别是经典分类时期、化学分类时期、数值分类时期和分子分类时期[1]。植物乳杆菌与别的乳酸菌最大的不同就是它的活菌数比较多，能够大量的产酸，产生的酸性物质还可以降解重金属，生命力比较旺盛。植物乳杆菌常在蔬菜和水果的发酵产物中存在最为广泛，一般都是从植物中经过各种方法得到的，所以被叫做植物乳杆菌。植物乳杆菌在自然界分布广泛，它属于同型发酵乳酸菌,30-35℃是其最适的生长温度,革兰氏阳性，不生芽孢,兼性厌氧，表面菌落直径约3mm，凸起，呈圆形，表面光滑，细密，色白，偶尔呈浅黄或深黄色[2]。植物乳杆菌对人体健康有重要作用，在免疫调节方面起到一定作用，可以使很多致病微生物的生长繁殖受到限制，使血清中脂肪含量降低，从而预防一些疾病，增强人体健康，维持肠道内各种菌的平衡，能够更好的食品中的营养成分，缓解乳糖不耐症，控制癌细胞的生成等。这篇文章低植物乳杆菌的生物学特性、生理功能和它在食品工业上的应用作一综述。植物乳杆菌的生物学特性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发酵成乳酸，乳酸菌大体上可分为两大类：一类是动物源乳酸菌，一类是植物源乳酸菌[3]。而植物乳杆菌就属于植物源乳酸菌。植物乳杆菌属于革兰氏阳性菌，革兰氏染色为紫色，它不产生芽孢，形态为直或弯曲杆状，大多数是一个，有时候是两个或者许多连在一起呈现链状，通常情况下，植物乳杆菌没有鞭毛，但是它是可以运动的。植物乳杆菌最适合生长的温度为30—35℃。在pH5~9.5的情况下都能生长，但最适宜它生长的pH大约为6.5。表面菌落直径约3mm，凸起，呈圆形，表面光滑，细密，色白，偶尔呈浅黄或深黄色。植物乳杆菌能够产生各种具有特殊功能的代谢产物，如有机酸、多肽植物乳杆菌素等，它能利用葡萄糖、麦芽糖、蔗糖、L－山梨糖、乳糖、纤维二糖、木糖、蜜二糖、果糖、核糖和葡萄糖酸钠等糖类物质产乳酸，但发酵葡萄糖和葡萄糖酸钠都不产生气体，属于同型发酵类型中的兼性异型发酵群[4]。通过植物乳杆菌发酵乳糖产酸来处理乳清中乳糖的转化时，别的菌种都不如植物乳杆菌用优势，一方面乳糖的转化率会得到很大的提高，另一方面能更好的利用乳清中剩下的蛋白质。在发酵过程中不会产生其他物质，只产生乳酸，是典型的兼性厌氧菌，发酵糖类的功能很占优势，而且对于盐类有很强的耐受能力，和除它之外别的乳酸菌有协同作用。植物乳杆菌的生理功能2.1免疫调节作用随着年龄的增长，人体的免疫力会变得越来越弱，同时，外界环境的变化也会引起机体免疫功能的变化，人会容易生病。植物乳杆菌的特异性免疫主要通过细胞免疫发挥作用，由细胞产生的免疫调节因子，通常以自分泌或旁分泌的形式到达靶细胞发挥作用，植物乳杆菌能够激活Th1细胞，并有效提高机体免疫调节功能和抗炎能力；植物乳杆菌具有良好的抗感染作用，并能有效抑制耐药病原菌的生长。植物乳杆菌能使细胞分裂的速度更快，也可作为一种抗原物质促进淋巴细胞分化成浆细胞产生抗体，还能活化吞噬细胞，刺激巨噬细胞，诱导产生干扰素，以此提高机体的特异性以及非特异性免疫反应，增强机体的抗病性[5]。不仅植物乳杆菌的活菌体和代谢产物能发挥免疫调节作用，其死菌体也具有免疫调节作用。一些植物乳杆菌有抑制肿瘤细胞形成的能力，不仅能防止动物肿瘤细胞增长，而且能防止人类患上癌症。有关资料证明，植物乳杆菌（HK-LP）在小鼠体内具有强诱导作用，小鼠饲喂HK-LP能够防止自然饮食引起的食物过敏，而且能防癌。在试验中，对小鼠饲喂植物乳杆菌WH13-1,试验分为三组，分别为低、中、高三种剂量，结果表明，低、中、高三种剂量对小鼠都能增强其细胞免疫功能，中、高剂量可以增强其非特异性免疫功能，而高剂量还可以增强其体液免疫功能。所以，不管何种剂量的植物乳杆菌WH13-1，对动物体都具有免疫调节作用。2.2生物屏障作用植物乳杆菌能抑制致病微生物的生长，通过与病原菌对营养素的能力竞争,来抑制病原菌的生长,调节肠道微生态的组成,形成生物学屏障[6]。同时,通过其代谢所产生的代谢产物对其它细菌的作用,调整菌群之间的关系,维持和保证菌群最佳优势组合以及这种组合的稳定,防止致病微生物的进入和繁殖,拮抗致病菌和有害微生物的生长及其毒素的粘附。有研究称，身体状况良好的儿童，摄入含植物乳杆菌的汤水，检测其在不同天数后的肠道病原体，发现肠道病原体的数量明显下降。2.3降低血清胆固醇含量和预防心血管疾病植物乳杆菌在动物机体的代谢过程中产生大量的消化酶，促进机体的营养代谢，并产生大量有机酸，提高消化酶活性，降解机体难以消化吸收的营养物质，植物乳杆菌能够适应高酸和高胆碱的环境，且具有定殖能力和黏附性，促进脂质的代谢，在低pH值的胃液和高胆碱的环境中能够充分降解胆固醇。2.4缓解乳糖不耐症的作用乳糖不耐症，意思就是肠胃对于乳糖类物质起不到很好的消化作用，主要是由于人体内缺少β-半乳糖苷酶，一般患有这种疾病的人大多数有胃部痉挛、肚子胀、泻肚和反胃作呕。植物乳杆菌发酵产物能能够使摄入的乳糖更好的进行消化吸收，避免不良症状的出现。因为植物乳杆菌含有β-半乳糖苷酶，所以发酵会补充人体的酶然后消化乳糖，除此之外，植物乳杆菌繁殖的过程中也会产生消化分解乳糖的乳糖酶，使乳糖更多的得到分解。2.4其他作用植物乳杆菌有很重要的作用，除去上文中列举的，还有维持肠道内菌群的平衡、对营养物质吸收具有促进作用、抑制肿瘤细胞形成和移植的作用。植物乳杆菌在食品工业中的应用植物乳杆菌最主要的应用就是在食品发酵方面，比如蔬菜中泡菜的发酵和肉制品中香肠的发酵还有酸奶等乳制品的发酵等。在发酵过程中，利用食品原料中糖类发酵产生乳酸，并产生有机酸、抗菌肽、胞外多糖等代谢物，使食品更加具有营养，改善酸味和风味，口感更佳。同时产生抗菌物质，抑制细菌生长，使食品的保质期得以延长。3.1植物乳杆菌发酵肉制品植物乳杆菌能够对肉制品进行发酵，例如香肠、板鸡和风干肉制品。3.1.1植物乳杆菌在香肠发酵中的应用香肠生产的工艺流程为：先将购买的新鲜猪肉和牛肉绞碎，加入香辛料、调味料、发酵剂、动物脂肪搅拌并且混合均匀，在天然或者有人照管的情况下，通过菌种发酵制成的性质稳定并且有着纯正香肠气味的发酵肉品。实验证明，植物乳杆菌代谢物质能抑制很多致使人生病的细菌的生长。所以在香肠发酵中可以抑制腐败菌的生长，延缓食品腐败变质。因为植物乳杆菌发酵产物主要是乳酸，而乳酸会使肉的酸度上升，酸度较大会使腐败变质微生物的生长被抑制，并且该pH值接近蛋白质的等电点，所以肌肉的保水性减弱，因此会使香肠干燥的更快，香肠更加紧实，口感更好，还易于切片。在色泽方面，由于pH降低，所以导致酸性增强，亚硝酸根容易被还原成一氧化氮，一氧化氮可以和肉中的肌红蛋白结合，这样就生成了一氧化氮肌红蛋白，香肠的颜色会呈现鲜红色，从而使香肠颜色鲜艳不会发暗。低pH还会促使亚硝酸盐分解，减少香肠中亚硝胺的生成，使香肠食用更具有安全性。3.1.2植物乳杆菌发酵制备风干羊肉风干羊肉制作流程：植物乳杆菌→扩大培养→接种↓羊后腿精肉→分割→腌制→风干→风干羊肉干风干羊肉历史悠久，易于保存且风味较佳，但是由于羊肉本身带有膻味，所以风干后的羊肉带有膻味，肉质较硬，食用口感不佳。而且在风干过程中由于环境、温度以及风的控制，所以肉的颜色不够鲜艳，不受消费者喜欢，不利于拓展市场。通过加入植物乳杆菌进行发酵，可以使肉中合成一氧化氮肌红蛋白，风干羊肉颜色变得更加鲜艳，并且可以减少亚硝胺的生成，使食用更加安全，既满足了视觉，又降低危害，提高营养。林建和研究表明在温度29℃，维生素添加量为0.03%，时间14分钟，植物乳杆菌接种量为0.3%的条件下，风干牛肉口感最佳。3.2植物乳杆菌在泡菜发酵中的应用泡菜作为一种广泛流行的发酵食品，在很久之前就存在了。泡菜中含有的乳酸菌主要有小片球菌、肠膜明串珠菌、植物乳杆菌等。泡菜因为含有丰富的乳酸菌，在体内正常代谢，会产生机体需要的很多营养物质，促进生长。加速肠胃蠕动，有助于消化吸收。有易于保存、保质期长、成本低、营养丰富的优点。泡菜的制作工艺：选取新鲜的大白菜，适当盐腌，然后将调料还有调味蔬菜搅拌成泥，将白菜和调料混合，然后放入罐中用塑料纸或者保鲜膜密封起来，盖上罐盖，让它进行自然发酵。泡菜发酵过程中有许多菌种的参加，如霉菌、酵母菌、细菌等，泡菜发酵过程中其中最重要的菌种就是乳酸菌。有的学者观察发现，在泡菜自然发酵的过程中，刚开始发酵的时候明串珠菌属为优势菌，通过它进行生长产酸，随着PH值的降低，这种以条件下明串珠菌属不再适合生长，并且开始死亡，与此同时乳杆菌属开始快速的生长增殖，变成发酵过程中最占优势的菌种。所以在这时候，泡菜中的乳酸菌含量达到最多，其口感和风味品质都达到最佳状态。随着发酵的继续进行，pH值进一步下降，乳酸菌开始死亡，留下的大多为耐酸性的酵母菌等杂菌，这些杂菌生长繁殖，导致泡菜风味下降开始变质，不宜食用。在发酵泡菜的过程中，植物乳杆菌的作用关键是通过利用营养物质，如蛋白质、葡萄糖等来产生泡菜特殊的气味，并且产生抑菌物质防止其腐败变质，保证泡菜品质。乳酸菌利用糖类、氨基酸、有机酸、蛋白质等营养物质，产生细菌素、过氧化氢和二氧化碳等抑菌物质，不仅可以抑制杂菌生长，而且可以形成泡菜不同的气味和口感。对糖类的利用主要是葡萄糖，利用葡萄糖通过EMP途径进行糖酵解，产生乳酸。3.3植物乳杆菌在功能性酸奶发酵中的应用发酵乳制品是用新鲜的乳或者是还原乳为原料，添加糖类等配料，通过乳酸菌发酵形成的一种乳制品饮料。由于人们生活水平的提高，酸奶已经成为人们日常生活中必不可少的饮品之一，酸乳具有很高的营养价值。功能性酸奶在传统酸奶的基础上，还具有特殊的功能，其营养价值也比传统酸奶更高。功能性酸奶的前景更加广阔。植物乳杆菌在发酵过程中会产生许多代谢物，对于酸奶口感和质地都有很大改善。但是植物乳杆菌相对于其他乳酸菌来说，在发酵时间方面比其他的菌种耗时更长，所以一般作为附属发酵剂使用。LEE等对分离自泡菜中L.plantarumLHB55酸奶研究表明，该酸奶具有较好的抑菌功效[7]。FRANCOIS等利用MY900酸奶发酵剂,并添加8%(v/v)的一株产胞外多糖L.plantarum162RM,制备益生菌酸奶，结果发现,该酸奶的pH没有发生变化，但硬度、稠度以及粘性均得到明显增加[8]。李霞等通过动物实验发现L.plantarumM1一UVs29酸奶具有降低血清胆固醇水平的功能，并兼具辅助降血脂功能[9]。刘妍妍等[10]研究表明L.plantarumST一III发酵酸奶可以使酸奶中的胆固醇降低。在发酵过程中，蛋白质分解，乳制品中氨基酸含量增加，营养价值提高，而且在发酵过程中会产生生理活性物质，有利于增强机体免疫力，增强人体对外界病菌的抵抗力，具有保护人体健康的作用。3.4植物乳杆菌在干酪发酵中的作用天然干酪是以乳、稀奶油、部分脱脂乳、酪乳或混合乳为原料，经凝固后，排除乳清而获得的新鲜或成熟的产品[11]。干酪是由牛奶经发酵制成的一种营养价值很高的食品。干酪中存在大量的益生菌，这些益生菌不仅可以发酵干酪，而且对人体健康也大有裨益。干酪的发酵，主要靠的是发酵剂和非发酵剂乳酸菌。植物乳杆菌有促进干酪成熟的作用。有研究表明，L.plantarumSP-3作为附属发酵剂时，对干酪的风味具有很大的正面影响。添加了L.plantarumMA2益生菌干酪可溶性氮和不饱和脂肪酸的含量增加，可以使干酪质量更好，而且奶味更足，使干酪的口感更佳，更符合消费者需求。3.5植物乳杆菌在功能性乳酸菌饮料中的作用功能性乳酸菌饮料是一种新兴的发酵乳饮料，近年来，功能性乳酸菌饮料越来越得到普及，因为其特殊的味道，酸酸甜甜，并且含有丰富的乳酸菌，并且营养成分很高，所以很受大众欢迎尤其是儿童。功能性乳酸菌饮料，原料通常为牛奶或者奶粉、植物蛋白乳、果蔬汁还有糖类为原料，经过杀菌、冷却等工序，菌种进行发酵后稀释而成。保质期长且益生菌含量丰富，很受消费者欢迎。3.5植物乳杆菌在发酵果蔬汁中的作用水果和蔬菜是人体维生素、纤维素、矿物质的重要来源。果蔬汁作为一种由水果和蔬菜、水分混合制成的饮料，对人体营养物质及水分补充也有很多益处。我国是农业大国，生产的水果蔬菜供大于求，所以导致一部分水果和蔬菜贮藏过久会腐败变质，因此，制成果蔬汁饮料有利于保藏。乳酸菌是一种益生菌，对人体健康有重要作用，利用乳酸菌发酵果蔬汁，使果蔬汁的风味和发酵风味结合起来，对补充人体营养发挥作用更大，功能更加全面，更有利于消化吸收，对人的身体健康有更大的益处。以西红柿、苹果和胡萝卜混合，然后粉碎取汁，利用酸奶发酵过程中使用的菌种—某些乳酸菌，将这些菌种和植物乳杆菌混合在一起，对混合后的果蔬汁进行发酵。近年来，日本已经在市场上开始售卖发酵果蔬汁。在不久的将来，对发酵果蔬汁的研究以及推广会越来越多。3.7植物乳杆菌在发酵调味品中的作用榴莲被誉为“水果之王”，在马来西亚、泰国等地区都有种植，但是不易保存，保质期较短，所以有人将其制成发酵食品以便保藏和食用。Tempoyak是用发酵榴莲水果的果实制作成的一种调味料，它具有酸味和咸味的风味，其中酸味比咸味重，常用来对蔬菜和鱼肉进行调味。在tempoyak中，植物乳杆菌的含量最高。因此，植物乳杆菌制作发酵食品的应用广泛