乳酸菌分類_生理特性及在食品釀造工業(yè)上的應(yīng)用

1、第1】期2001年11月No. 11Nov. 2001中國調(diào)味品C HI NESECO 2 EVI ENT施安輝I ,周波2(1-山東大學(xué) 微生物技術(shù)國家重點實驗室山東 濟南250100;2.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院山東泰安271018):本文扼要地介紹了乳酸菌的分類、生理特性和保藏方法.又較為詳細(xì)全面地介紹了乳酸菌在乳品加工、乳酸菌制劑和飲料、酒類釀造、醬油釀造及腌制酸菜等領(lǐng)域的應(yīng)用概況。:乳酸菌；分類；生理特性;應(yīng)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.男山東省萊州市人，山東大學(xué)生命科學(xué)院教授，曾出版專著8部.科普著作13部，發(fā)表學(xué)術(shù)論文140余篇.譯文16篇獲省部級科技進步獎12項主要從事工業(yè)微生物的應(yīng)用基礎(chǔ)研究周波(1970T男.山東省奈安 市人.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)院講師.發(fā)表學(xué)術(shù)論文5篇。人類對于乳酸菌的應(yīng)用其歷史是非常久 遠(yuǎn)的在遠(yuǎn)古人類就在釀造和食品方面不自 覺地利用了乳酸菌。但是，人類能動地去研 究和掌握乳酸菌的生活規(guī)律.并加以應(yīng)用，還 是近百年的事。近幾年來，國內(nèi)隨著人民生 活水平的提高和國民經(jīng)濟發(fā)展的需要在乳 制品、醬油、白酒和飲料等釀造工業(yè)中開始了 對乳酸菌的研究和利用，并取

6、得了可喜的成 果。為了使乳酸菌在釀造行業(yè)中更深入地研 究和應(yīng)用，特寫此文，以起拋磚引玉的作用。1乳酸菌的分類概況乳酸菌屬于真細(xì)菌綱(Eubcictericic)真細(xì) 菌目中(Eitbacteriales)的乳酸細(xì)茵科(厶Mtr bacillciceae)。乳酸細(xì)菌科根據(jù)細(xì)胞呈球狀或 呈桿狀，又分成乳酸桿菌族和鏈球菌族。乳 酸桿菌族(Lactobacilleae Winsl(Av et al.)只包 括桿狀的乳酸菌。直或微彎的桿菌單個或成 鏈，有時成長絲并不能產(chǎn)生假分枝。革蘭氏 染色陽性。專性厭氧菌種液化明膠。發(fā)酵碳 © 1994-2010 China Academic Journal

7、 Electronic Publishing I louse. All rights reserved, 第11期專論與綜述 乳酸菌分類、生理特性及在食品釀造工業(yè)上的應(yīng)用5水化合物產(chǎn)生乳酸,有的菌種可產(chǎn)生甲酸、乙 酸、丙酸、丁酸、戊酸、乙醇和8“接觸酶陰 性。微好氧到厭氧。共包括五個屬乳酸桿菌屬 (Lactobacillus)，真細(xì)苗屬(Eiihacterium);鏈條 桿菌屬(Catenabacterium丿，假枝桿菌屬 (Rami bacterium)，運動桿菌屬(Gllobacterium) o 其中,以乳酸桿菌屬最重要多是食品工業(yè)的 發(fā)酵菌種.如德氏乳桿菌(Lactobcicilhis

8、 de卜 btvcki J、植質(zhì)乳酸桿菌(Lactobaill us pl antanun) 和雙叉乳酸桿菌(Lactobacillus bifid ns)等。鏈球菌族(Stivptococceae Iivx'isan)的菌種為 球狀或稍長一些的橢圓球狀.只在一個平面分 裂通常成對或成鏈很少有液化明膠者。微好 氧的菌種以同型發(fā)酵或異型發(fā)酵方式發(fā)酵碳水 化合物。專性厭氧的菌種利用分解的蛋白質(zhì)、 有機酸及碳水化合物并產(chǎn)生0和等產(chǎn)物o 微好氧到厭氧。接觸酶陰性。腐生菌或致病 菌。鏈球菌族分以下五厲雙球菌厲(Diplococ- ciis) .鏈球菌屬(S血piococcus) .足球菌屬(Pe

9、dio - coLViis)，明串珠菌屬(Leucoiiiastoc):消化鏈球菌 屬(Peptcstivococciis) o其中,對于食品釀造工 業(yè)來說以鏈球菌屬為最重要.特別是鏈球菌屬 中的乳球菌群(根據(jù)生長溫度鏈球菌屬可分為 化膿群、綠色群、腸球苗群和乳球茵群丿.是乳制 品、植物原料發(fā)酵食品中常見的菌常在食品工 業(yè)中使用。例如乳鏈球菌(Stfvptococciis Lac- 血丿就是乳制品工業(yè)和傳統(tǒng)食品工業(yè)中常應(yīng)用 的菌種。腸球菌群的糞鏈球菌(Stnococcus faecalis)常常在醬油制曲的前期大量繁殖.由于 產(chǎn)乳酸可抑制有害菌枯草桿茵的繁殖.但若產(chǎn) 酸過多又會影響米曲霉的生長

10、。另外.足球菌屬中的少數(shù)種類.又是醬油 釀造過程中的有益菌。例如.醬油足球菌 (Pediococciis Soyae)可把葡萄糖分解成乳酸， 并耐鹽(能在20%的食鹽中生長幾它與酵 母形成的醇類酯化形成酯類等呈味特定物 質(zhì)提高醬油的風(fēng)味。最后.應(yīng)提及一點的是.乳酸桿菌族乳酸 桿菌屬中的雙叉乳酸桿(Lactobaeli- his br沏，細(xì)胞可呈棒狀或“Y”形短小分枝狀。 該菌在分類上長期處于混亂狀態(tài)?，F(xiàn)在，部 分學(xué)者主張建立雙叉桿菌屬(Brfidobacteii- uni)，并歸于放線菌亞綱內(nèi)。2乳酸菌部分生理特性2. 1乳酸菌都能發(fā)酵糖類產(chǎn)生乳酸。凡發(fā)酵 產(chǎn)物中只有乳酸者稱為同型發(fā)酵凡發(fā)酵產(chǎn)

11、 物中除乳酸外還有乙酸、乙醇、8?和香味成 分者稱為異型發(fā)酵。乳酸菌與其他細(xì)菌相比，對營養(yǎng)的要求 比較嚴(yán)格比較復(fù)雜。在培養(yǎng)的過程中除了要 供給適量的水分、碳源、氮源和無機鹽類外, 還需要加入維生素、氨基酸和肽等。大多數(shù) 維生素是輔酶的組成結(jié)構(gòu)如煙酸經(jīng)氧化生 成煙酰胺，煙酰胺是NAD(輔酶I)和NADP (輔酶U)的組成成分,通過煙酰胺的氧化還 原催化生物氧化作用。氨基酸是許多乳酸菌 所需要的生長因素，這與它們?nèi)狈铣蛇@些 氨基酸的酶有關(guān)。在有些情況下，細(xì)胞可以 利用肽而不能利用氨基酸這是由于細(xì)胞對 單個氨基酸的不滲透性造成的。小分子肽很 容易進入細(xì)胞并隨之被肽酶水解成氨基酸o 某些乳酸菌對生長

12、因素的要求如表1所示。霰量nl功 能(Lildinllus asti)驅(qū)醐酸的生胎(JB般傭.0.Q5 哩(Lai心lie artibinamlas0.1 ug的斛烈噸原反應(yīng)中的 電卅0.02i?刪乙瞇濮他的瞇 謎物的活化作用10 IK，臊刪鋼®(Lfiiwaoc "wort曲切0.025 qgsmffg(LatmtUlu iFMnSfwrds)5堆ms(SfKjMtaiB faiculii)葉s 晴翩300 ug50 ugF代沐甲肺移色as8 Mg(L uUhntHil鯛昔42哩在實驗室培養(yǎng)乳酸菌時，要在培養(yǎng)基中 加入一定量的酵母膏、蛋白腺、牛奶或肝臟 提取物等營養(yǎng)物質(zhì)。

13、由于這一特殊要求，所 以給利用乳酸菌進行工業(yè)化生產(chǎn)帶來不便。 對此，國內(nèi)外的有關(guān)科技人員在探討廉價的 生長因素方面做了大量的工作。例如，日本 長沢太郎等就專門對乳酸菌的廉價培養(yǎng)基進 行了詳細(xì)的研究。他們把玉米漿和魚的下腳 料以3: 11: 3的比例加到糖蜜里作培養(yǎng) 乳酸菌用。魚下腳料是魚類加工的廢物，玉 米漿是玉米淀粉生產(chǎn)的副產(chǎn)物，糖蜜是蔗糖 生產(chǎn)的副產(chǎn)物，這些都是廉價的原料。國內(nèi)的科技工作者，在研究利用西紅柿 汁、油酸、吐溫(lcen)80等促進乳酸菌的生 長方面做了大量的工作，故在培養(yǎng)乳酸菌時, 要適量加入以上物質(zhì)。2.2由于乳酸菌種類繁多，因此不同的菌種 對氧氣的需求也不盡相同。但總的情

14、況是從 微好氧到厭氧，所以多以厭氧法培養(yǎng)，特別 是在95 %氮氣+5%8?氣的容器內(nèi)培養(yǎng)為 宜。氧氣與培養(yǎng)液中的pH值的高低，對于 乳酸的產(chǎn)量有一定的影響。在嫌氣的條件 下，連續(xù)培養(yǎng)保加利亞乳桿菌(L -bulgari - cits),當(dāng)培養(yǎng)液的pH由酸性變?yōu)閴A性時, 則會由同型乳酸發(fā)酵轉(zhuǎn)化為異型乳酸發(fā)酵， 使乳酸的產(chǎn)量減少。在堿性條件下，乳酸鹽 脫氫酶的生物合成能力下降，而在酸性條件 下則會增加，在釀造和發(fā)酵食品的生產(chǎn)過程 中，對這個問題應(yīng)引起注意。2.3實驗室和生產(chǎn)上常用的幾種乳酸菌的生 化性能可歸納見表2。3乳酸菌的保藏方法乳酸菌不僅培養(yǎng)較困難,而且菌種保藏 成活率也較低。在實驗室多采用

15、液態(tài)或濕潤IL(I 3岫覘mW11 畑ttbi)話孔価fL 'caeil瀬ffg(LL La1is)mffiIL曲血)硼輔®彌碗(Lew 狗轉(zhuǎn)踴®(Mauw喘瞬(P 吋 Ui)aw(S戚幀R/mO魏荊I Simooms /iiwfc 丿(S lalisl同型發(fā)專4552+ + + - + + - 同a®377無+ + + - + 士士士同型鱷45-62+ + + - + -28、32掀+357無+ + +37、45牘+ + + + *同型賭28、32a+ + + + +同2832無+ + + + + + +2H25-7-戰(zhàn)+ + + + + + +異理鳩2

16、5、37a+ + 25-45無+ + + 25、37無+ + + + + + -叭45+ + + + ± +(M0+ + + +狀態(tài)下的固態(tài)保藏。由于乳酸菌在液態(tài)或固 態(tài)保藏過程中仍能繼續(xù)生長、代謝，產(chǎn)生的乳 酸可使培養(yǎng)基pH下降造成乳酸菌死亡，所 以，在乳酸菌的液態(tài)或固態(tài)保藏過程中應(yīng)不 斷地進行移種。乳酸菌的培養(yǎng)基主要有以下幾種：(1) Lactic bacteria medium(培養(yǎng)乳酸桿菌 和球菌)胰腺10 g醋酸鈉12 g© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House All right

17、s reserved, 第11期專論與綜述 乳酸菌分類、生理特性及在食品釀造工業(yè)上的應(yīng)用7© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved, 第11期專論與綜述 乳酸菌分類、生理特性及在食品釀造工業(yè)上的應(yīng)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 ,調(diào)pH至5. 15. 3。瓊脂心加蒸憎水至lOOOmL,自然pH。(5)Leuconostoc medium(培養(yǎng)明串珠菌)K>HPO410%,KH2PO410%oMgSO4

18、7H2O 40 % ,NaG 0.2%, FeSO4蛋白腺酵母膏吐溫80KH2PO420gInL2g葡萄糖10g(2)Lactobacillus medium(培養(yǎng)乳酸桿菌)胰腺15gNad4g葡萄糖5.5g抗壞血酸2g蒸幗水1 OOOirL蛋白腺lOgNa2&40.2g胱氨酸0.7g瓊脂15g最終pH7.0(3) Lactobacillus medium(培養(yǎng)乳酸桿菌)胰腺20g酵母膏5g肝浸膏堆葡萄糖瓊脂15g蛋白腺5g西紅柿汁200n£吐溫800.05g乳糖2g加蒸惚水至lOOOirL .調(diào)pH至6. 5。(4) Lactobacillus medium(培養(yǎng)乳酸桿菌和

19、鏈球菌）腺化牛奶15g葡萄糖lOg吐溫80lOgKH2PO42g酵母膏5g西紅柿汁lOOirL0.2%,MnSO40.2%o蒸憎水100()nL調(diào)pH6.26. 6 .制固體培養(yǎng)基時加2 %的瓊脂。（6）蕃茄汁培養(yǎng)基（培養(yǎng)乳桿菌和鏈球菌）蕃茄汁 腺化牛奶 蒸憎水 蛋白腺PH400n£10g lOOOirL lOg6.2（7） 口二廿培養(yǎng)基（培養(yǎng)乳酸桿菌和鏈球菌）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，日本把培養(yǎng)的乳酸菌制成懸浮

20、液 密封在包裝材料里（包裝材料可用合成樹脂 薄膜制或用鋁箔制），其裝量可根據(jù)具體情況 而定最少可為5 irL .最多可為1000 nLo封 好的乳酸菌懸液,一定要保存在30 °C以下, 最好在010 9保存。乳酸菌的長期保藏方法,多采用冷凍干 燥法或噴霧干燥法，將乳酸菌制成片劑或粉 劑密封在安甑內(nèi)保藏。© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved, 第11期專論與綜述 乳酸菌分類、生理特性及在食品釀造工業(yè)上的應(yīng)用11和厶acidophilus 0有些公司還

21、以蜜、砂糖和4乳酸菌在食品和釀造工業(yè)上的應(yīng)用乳酸菌在食品和釀造工業(yè)中應(yīng)用的范圍 很廣。4. 1若發(fā)酵原料為葡萄糖、蔗糖等，一般選用 戴化乳桿菌。此菌為G+ ,接觸酶陰性發(fā)酵 溫度以50 °C為好，產(chǎn)生的乳酸為右旋。若以牛乳和乳清為原料時，則用乳酸球 菌,如乳酪鏈球菌(Streptococcus crvmoris丿、嗜 熱鏈球菌(Strep thennophilus)和乳鏈球菌 (StnT -lactis)進行異型發(fā)酵。同型發(fā)酵則利 用保加利亞乳桿菌、嗜酸乳桿菌和干酪乳桿 菌等菌種,產(chǎn)生的乳酸為左旋。4.2乳酸菌存在于動物和人的腸道內(nèi)防止 異常發(fā)酵，有調(diào)整腸的作用所用的菌種主要 是糞鏈

22、球菌。例如，乳酶生片每克含活糞鏈 球菌1000萬個以上，口服后在腸道內(nèi)生長繁 殖，可起到整腸、助消化的作用。4.3利用乳酸菌發(fā)酵牛奶等乳制品其歷史 是非常久遠(yuǎn)的。但是，近幾年國外(原蘇聯(lián)、 波蘭、南斯拉夫和日本等)利用雙叉乳桿菌生 產(chǎn)乳制品甚為活躍。利用雙叉乳桿菌發(fā)酵乳 制品優(yōu)點為:具有醇美的酸味無苦味含有 生理價值的左旋乳酸，使食用者腸道具有有 益菌。其缺點是:有一定的醋酸味，牛乳中酸 生成緩慢低pH下雙叉乳桿菌易死亡。因 此，在牛乳發(fā)酵中不單獨應(yīng)用雙叉乳桿菌、而 與嗜酸乳桿菌(L acidophiiiis)和嗜熱鏈球菌 (S -thennophilus)混合發(fā)酵。把三種乳酸菌分 別培養(yǎng)后，

23、各1/3混合，于42 °C培養(yǎng)4 h .再以 6 %10 %的接種量接于牛乳中經(jīng)42 °C、 3 h則發(fā)酵結(jié)束。飲用此種乳制品可以治消 化不良、胃腸炎、便秘等。最近國外研究表 明，認(rèn)為雙叉乳桿菌能使食用者產(chǎn)生抗體促 使淋巴細(xì)胞和巨噬細(xì)胞活化提高機體的免 疫能力。目前，國外乳品工業(yè)界利用雙叉乳桿菌 生產(chǎn)嬰兒乳制品和療效乳制品的研究非常熱 門，并受到了消費者和患者的歡迎。但是也 存在一定的問題如雙叉乳桿菌測定的方法 不統(tǒng)一 培養(yǎng)基不統(tǒng)一 菌種的管理水平要求 較高等。4.4 4.4.1格瓦斯格瓦斯是利用乳酸菌和酵母發(fā)酵釀制而 成的是一種營養(yǎng)豐富、酸甜適口的低度酒精 的乳酸發(fā)酵清涼

24、飲料.男女老幼皆宜。因此, 近幾年國內(nèi)外都十分重視格瓦斯的研究和開 發(fā)。格瓦斯生產(chǎn)所用的乳酸菌一定要優(yōu)良, 屬于異型發(fā)酵。菌種應(yīng)產(chǎn)乳酸速度快、產(chǎn)酸 量大且耐酸，并能產(chǎn)一定的香味物質(zhì)。對此， 最好能同時應(yīng)用兩種乳酸菌其風(fēng)味更佳。 在格瓦斯的釀制過程中，若污染同型發(fā)酵的 乳酸菌易造成格瓦斯液面上有絮狀結(jié)塊。 4.4.2乳制品飲料以乳制品為原料添加乳酸菌發(fā)酵而制成 的乳酸菌飲料.如日本的“森林財皿和“明 治Bifid its飲料''等。所用茵種為B - Ionium 果汁等為原料釀制使其風(fēng)味各異，更利于健 康。例如，日本關(guān)西生產(chǎn)的“飲Yogh亦乳酸 菌飲料，就是以乳制品、蜂蜜、砂糖、

25、葡萄糖、 果糖、果膠、香料為基料,再添加蘋果汁、草莓 汁和桔子汁而釀制成的。4-4.3其他乳酸菌飲料如育克爾特(Wghun)乳酸菌飲料是用保 加利亞乳桿菌發(fā)酵制成的原蘇聯(lián)的開菲爾 (畑乳酸菌飲料是利用高加索乳桿菌發(fā)酵 制做的。就是我國的紅茶菌飲料，在釀制的 過程中也有部分乳酸菌的參與，當(dāng)然乳酸菌 過多就成為紅茶菌的有害菌了。4.5 4.5.1白酒在固態(tài)白酒的釀造過程中，都會或多或 少的網(wǎng)落部分乳酸菌(鏈球菌和乳桿菌都 有)o在窖中乳酸菌利用糖類生成乳酸在酶 的參與下，乳酸與乙醇酯化，形成乳酸乙酯。 乳酸乙酯對于豐富白酒的風(fēng)味具有重要的作 用,被稱為白酒的三大酯類之一(其他兩種酯 為乙酸乙酯和己

26、酸乙酯)。在液態(tài)白酒的釀 造過程中，適當(dāng)?shù)靥砑?與產(chǎn)酯酵母和己酸菌 等產(chǎn)香微生物配合)乳酸菌，也有利于白酒質(zhì) 量的提高。4.5.2葡萄酒在新葡萄酒的貯存過程中.由于明串珠 菌(Leuconostoc oenos)等乳酸菌的生長繁殖， 使葡萄酒中的主要酸之一蘋果酸發(fā)生脫竣 基作用，生成乳酸，因而稱為蘋果酸乳酸發(fā) 酵。這種發(fā)酵可降低的葡萄酒的酸度特別 是在低溫地區(qū)釀制葡萄酒.這種發(fā)酵更為必 要。同時，經(jīng)過蘋果酸乳酸發(fā)酵的葡萄酒風(fēng) 味更好。在蘋果酒中，也存在蘋果酸乳酸發(fā) 酵。當(dāng)然，蘋果酸乳酸發(fā)酵也要因地制宜地 控制.恰如其分地掌握,否則也會影響葡萄酒 的酸度。近來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(以瓊脂或藻航酸鈉為基劑丿取得 了分解葡萄酒中蘋果酸的理想效果。4.6乳酸是醬油重要理化指標(biāo)之一和呈味物 質(zhì)，所以在醬油的釀造過程中適當(dāng)?shù)厝斯そ?種乳酸菌，對于提髙醬油的風(fēng)味具有一定的 作用。例如，日本的坂口和山里等人,研究醬 醪中的細(xì)菌主要是乳酸菌。這些乳酸菌不僅 能在曲子中生長繁殖，而且還能影響醬醪的 成熟。該菌在下池后一個月左右，菌數(shù)達到 最高峰，每克醬醪含有10*個菌體。此菌屬 于足球菌屬可把葡萄糖分解成乳酸,可以