发酵食品中乳酸菌的作用研究

◎ 龙飞跃

（江西工业职业技术学院，江西 南昌 330095）

1 概述

1.1 发酵概述

发酵是世界上最古老的食物保存形式之一。发酵是指人们借助微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来制备微生物菌体本身，或者直接代谢产物或次级代谢产物的过程。酵母菌、乳酸菌等微生物的无氧呼吸也叫发酵。

发酵食品包括的食品原料较多，如谷物、大豆、水果和蔬菜，以及鱼类和其他海洋产品。发酵食品及其配料市场规模近年来一直在稳步增长，预计到2023年将从2016年的636.89 亿美元会增长到888.76 美元[1]。发酵乳制品（如酸奶）成为有益（益生菌）菌株的潜在来源，并作为提供此类功能性菌株的标准模式。亚洲许多非乳制品发酵蔬菜、水果和植物原料，特别是谷物，成为新的潜在有益菌株的来源[2]。其中含有的植物乳杆菌是一种潜在的益生菌。

发酵食品主要分为发酵大豆产品、发酵鱼肉产品、发酵蔬菜产品、发酵面包和面食以及酒精饮料共5 类。乳酸菌在不同程度上参与了所有发酵，并且影响产品的最终结果。

酸性食品发酵能使食物对微生物变质和食物毒素产生抵抗力；使食品传播病原微生物的可能性降低；将食品原材料加工后供人们消费使用；改变食品原来的味道，并提高营养价值。常见的乳酸发酵食品见表1。

表1 乳酸菌发酵食品表

1.2 乳酸菌概述

乳酸菌（Lactic Acid Bacteria，LAB）是一类能利用可发酵碳水化合物产生大量乳酸的细菌的统称，是人类营养和食品微生物学中的主要微生物。在蔬菜、水果、鱼、肉和牛奶的发酵中使用乳酸菌，可以改善食品质地和风味，抑制微生物生长产生变质，延长保质期。

乳酸菌在食品发酵中具有悠久的历史，围绕乳酸菌的食品开发已经形成了一个新兴的研究领域。其中，植物乳酸杆菌（Lactobacillus plantarum）是食品工业中应用最广泛的益生菌和微生物发酵剂的菌种之一。研究发现，具有益生菌特性的乳酸菌可对有害的微生物群（食源性病原体）产生抑制作用，提高发酵食品的安全性和保质期[3]。乳酸杆菌被广泛应用于工业发酵和食品加工中，被认为具有“公认安全”，并且具有合格的安全认定地位[4]，乳酸杆菌必须具有在胃肠道中生存的能力，并能粘附于其上皮细胞。“发酵”或“正在发酵的食物”是基质（主要是有机化合物）在酶或微生物作用下的非吸附性代谢，产生理想的生化变化导致食物显著细化的过程[4]。发酵可以改善食品的口感和风味，并影响食品的质量和功能，同时消费者也越来越意识到发酵食品与健康之间的关系。预计功能性食品中，发酵食品占市场总数的60%～70%。

2 发酵食品

2.1 米酒/啤酒

米酒是由谷物（主要是大米）制造的酒精饮料。传统的酒精饮料包括从晶莹剔透的产品到浑浊的液体或浓稠的糊状物。含有约15%的酒精可以被认定为米酒。传统谷类酒精发酵过程包括两步发酵。①固态发酵。霉菌在生或熟的谷物上生长，待霉菌繁殖数量足够后加入粉碎的谷物，通过酵母发酵。②液态发酵。将干燥的粉状物与水混合，并在阴凉的地方储存发酵数天再进行酿造提纯。在此期间，产生微生物淀粉酶和蛋白酶将谷物原料中的淀粉转化为糖。这个过程中酸性细菌产生有机酸，将pH 值降低至4.5 以下，有利于酵母在酒精发酵后期的生长。然后通过向母酒中加入约2 ～3 倍体积煮熟的谷物和水制备第一个发酵醪，再加入新的熟粮和水后持续发酵。不仅提高产量，同时提高最终产品的酒精浓度和质量。

20 世纪初，日本酿酒商首先工业化酿造黄酒，他们采用了纯发酵剂，即米曲，并结合欧洲开发的制造技术。黄酒的工业化生产包括精米蒸煮、接种霉菌、米曲霉或川曲霉，并在25 ～30 ℃下培养2 ～3 d。母酿是将发酵剂、曲、酵母籽泥和水混合，在20 ℃下培养3 ～4 d。主要酿制方法是在母酿中加入约10 倍体积的熟米饭和水，发酵2 ～3 周。再过滤发酵的糖浆以获得澄清的液体，并在凉爽的地方陈酿1 ～2 周，之后再次过滤、装瓶和巴氏杀菌[5]。传统米酒酿造过程中微生物群的变化不同于工业过程，在受控发酵过程中采用纯培养接种[4]。酸性细菌在传统酿造中的贡献较大，而在工业过程中的贡献相对较小。

2.2 酸性发酵蔬菜

我国发酵蔬菜历史悠久，自公元前3 世纪就有发酵蔬菜的生产。各种白菜、卷心菜、萝卜等都可用于生产发酵蔬菜。酸性发酵蔬菜是维生素和矿物质的重要来源。在已知的发酵蔬菜品种中，植物乳酸杆菌在发酵蔬菜中占主要作用，它能够调节发酵蔬菜中的高盐碱性和酸度。在蔬菜的起始发酵和主发酵阶段，占优势的细菌有肠膜状明串珠菌、短乳杆菌、啤酒片球菌、植物乳杆菌、保加利亚乳杆菌以及粪链球菌等，其中乳酸菌是发酵的主体。

在泡菜发酵过程中，当pH 值和酸度分别达到4.0 ～4.5 和0.5 ～0.6 时，可获得最佳口感，此时维生素C 的含量最高[6]。在较高的发酵温度下，成熟时间会缩短。成熟前，肠膜明串珠球菌是泡菜中主要的微生物，而乳酸菌菌种是过度成熟的泡菜中的主要微生物。泡菜发酵后期的乳酸菌品种受发酵温度的影响，植物乳酸杆菌和短乳杆菌在20 ～30 ℃进行发酵，麦芽乳杆菌和巴维酸乳杆菌在5 ～7 ℃发酵。植物乳酸杆菌是该类菌群中产酸量最高的品种，其DL-乳酸含量比明串珠菌高3 ～4 倍[4]。因此，低温发酵可防止泡菜产生大量的乳酸和过熟，并延长最佳口感期。

近年来，基因组探测DNA 芯片被应用于发酵过程中微生物行为的识别和监测。泡菜发酵过程中发现了100 多种微生物。其中，魏氏菌、柠檬明串珠菌、弯曲乳杆菌、酒井乳杆菌和发酵乳酸菌是重要的微生物。研究发现，一种对细菌素敏感的菌株Lb. plantarum的存在被证明是一种环境刺激物，能够激活柠檬黄菌素GJ7 的产生。此外，使用诱导产生细菌素的菌株作为发酵剂可显著提高泡菜的质量和保质期[7]。研究发现泡菜中获得的菌株可生成一种新型抗真菌化合物3,6-双（2-甲基丙基）-2,5-哌嗪二酮（分子量226 kDa）[8]，说明泡菜发酵过程中产生的抗菌活性物质和有机酸能够有效调节泡菜中的微生物群，控制致病微生物的生长。

3 结语

乳酸菌对发酵食品的风味和质地有显著影响。植物乳酸杆菌（Lb. plantarum）菌株能使发酵食品的质量稳定性、口感得到增强，这些菌株能抑制各种致病菌生长，包括革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌。有机酸、酶系统、生物活性肽、维生素和EPS 的生物合成是发挥益生菌抗菌、抗氧化活性的主要机制。植物乳酸杆菌菌株的拮抗特性和益生菌特性，可以对食品加工和储存过程中有害微生物起到抑制作用，并可提高发酵食品的保质期和安全性。

发酵食品系统中的益生菌菌株能够减少化合物的使用，促进健康，并降低消费者的风险。因此，选择合适的发酵食品的益生菌菌株至关重要，也是以淀粉、非乳制品为基础的发酵食品开发的重点研究项目。