發酵食品中乳酸菌的作用研究

◎ 龍飛躍

（江西工業職業技術學院，江西 南昌 330095）

1 概述

1.1 發酵概述

發酵是世界上最古老的食物保存形式之一。發酵是指人們借助微生物在有氧或無氧條件下的生命活動來制備微生物菌體本身，或者直接代謝產物或次級代謝產物的過程。酵母菌、乳酸菌等微生物的無氧呼吸也叫發酵。

發酵食品包括的食品原料較多，如谷物、大豆、水果和蔬菜，以及魚類和其他海洋產品。發酵食品及其配料市場規模近年來一直在穩步增長，預計到2023年將從2016年的636.89 億美元會增長到888.76 美元[1]。發酵乳制品（如酸奶）成為有益（益生菌）菌株的潛在來源，并作為提供此類功能性菌株的標準模式。亞洲許多非乳制品發酵蔬菜、水果和植物原料，特別是谷物，成為新的潛在有益菌株的來源[2]。其中含有的植物乳桿菌是一種潛在的益生菌。

發酵食品主要分為發酵大豆產品、發酵魚肉產品、發酵蔬菜產品、發酵面包和面食以及酒精飲料共5 類。乳酸菌在不同程度上參與了所有發酵，并且影響產品的最終結果。

酸性食品發酵能使食物對微生物變質和食物毒素產生抵抗力；使食品傳播病原微生物的可能性降低；將食品原材料加工后供人們消費使用；改變食品原來的味道，并提高營養價值。常見的乳酸發酵食品見表1。

表1 乳酸菌發酵食品表

1.2 乳酸菌概述

乳酸菌（Lactic Acid Bacteria，LAB）是一類能利用可發酵碳水化合物產生大量乳酸的細菌的統稱，是人類營養和食品微生物學中的主要微生物。在蔬菜、水果、魚、肉和牛奶的發酵中使用乳酸菌，可以改善食品質地和風味，抑制微生物生長產生變質，延長保質期。

乳酸菌在食品發酵中具有悠久的歷史，圍繞乳酸菌的食品開發已經形成了一個新興的研究領域。其中，植物乳酸桿菌（Lactobacillus plantarum）是食品工業中應用最廣泛的益生菌和微生物發酵劑的菌種之一。研究發現，具有益生菌特性的乳酸菌可對有害的微生物群（食源性病原體）產生抑制作用，提高發酵食品的安全性和保質期[3]。乳酸桿菌被廣泛應用于工業發酵和食品加工中，被認為具有“公認安全”，并且具有合格的安全認定地位[4]，乳酸桿菌必須具有在胃腸道中生存的能力，并能粘附于其上皮細胞。“發酵”或“正在發酵的食物”是基質（主要是有機化合物）在酶或微生物作用下的非吸附性代謝，產生理想的生化變化導致食物顯著細化的過程[4]。發酵可以改善食品的口感和風味，并影響食品的質量和功能，同時消費者也越來越意識到發酵食品與健康之間的關系。預計功能性食品中，發酵食品占市場總數的60%～70%。

2 發酵食品

2.1 米酒/啤酒

米酒是由谷物（主要是大米）制造的酒精飲料。傳統的酒精飲料包括從晶瑩剔透的產品到渾濁的液體或濃稠的糊狀物。含有約15%的酒精可以被認定為米酒。傳統谷類酒精發酵過程包括兩步發酵。①固態發酵。霉菌在生或熟的谷物上生長，待霉菌繁殖數量足夠后加入粉碎的谷物，通過酵母發酵。②液態發酵。將干燥的粉狀物與水混合，并在陰涼的地方儲存發酵數天再進行釀造提純。在此期間，產生微生物淀粉酶和蛋白酶將谷物原料中的淀粉轉化為糖。這個過程中酸性細菌產生有機酸，將pH 值降低至4.5 以下，有利于酵母在酒精發酵后期的生長。然后通過向母酒中加入約2 ～3 倍體積煮熟的谷物和水制備第一個發酵醪，再加入新的熟糧和水后持續發酵。不僅提高產量，同時提高最終產品的酒精濃度和質量。

20 世紀初，日本釀酒商首先工業化釀造黃酒，他們采用了純發酵劑，即米曲，并結合歐洲開發的制造技術。黃酒的工業化生產包括精米蒸煮、接種霉菌、米曲霉或川曲霉，并在25 ～30 ℃下培養2 ～3 d。母釀是將發酵劑、曲、酵母籽泥和水混合，在20 ℃下培養3 ～4 d。主要釀制方法是在母釀中加入約10 倍體積的熟米飯和水，發酵2 ～3 周。再過濾發酵的糖漿以獲得澄清的液體，并在涼爽的地方陳釀1 ～2 周，之后再次過濾、裝瓶和巴氏殺菌[5]。傳統米酒釀造過程中微生物群的變化不同于工業過程，在受控發酵過程中采用純培養接種[4]。酸性細菌在傳統釀造中的貢獻較大，而在工業過程中的貢獻相對較小。

2.2 酸性發酵蔬菜

我國發酵蔬菜歷史悠久，自公元前3 世紀就有發酵蔬菜的生產。各種白菜、卷心菜、蘿卜等都可用于生產發酵蔬菜。酸性發酵蔬菜是維生素和礦物質的重要來源。在已知的發酵蔬菜品種中，植物乳酸桿菌在發酵蔬菜中占主要作用，它能夠調節發酵蔬菜中的高鹽堿性和酸度。在蔬菜的起始發酵和主發酵階段，占優勢的細菌有腸膜狀明串珠菌、短乳桿菌、啤酒片球菌、植物乳桿菌、保加利亞乳桿菌以及糞鏈球菌等，其中乳酸菌是發酵的主體。

在泡菜發酵過程中，當pH 值和酸度分別達到4.0 ～4.5 和0.5 ～0.6 時，可獲得最佳口感，此時維生素C 的含量最高[6]。在較高的發酵溫度下，成熟時間會縮短。成熟前，腸膜明串珠球菌是泡菜中主要的微生物，而乳酸菌菌種是過度成熟的泡菜中的主要微生物。泡菜發酵后期的乳酸菌品種受發酵溫度的影響，植物乳酸桿菌和短乳桿菌在20 ～30 ℃進行發酵，麥芽乳桿菌和巴維酸乳桿菌在5 ～7 ℃發酵。植物乳酸桿菌是該類菌群中產酸量最高的品種，其DL-乳酸含量比明串珠菌高3 ～4 倍[4]。因此，低溫發酵可防止泡菜產生大量的乳酸和過熟，并延長最佳口感期。

近年來，基因組探測DNA 芯片被應用于發酵過程中微生物行為的識別和監測。泡菜發酵過程中發現了100 多種微生物。其中，魏氏菌、檸檬明串珠菌、彎曲乳桿菌、酒井乳桿菌和發酵乳酸菌是重要的微生物。研究發現，一種對細菌素敏感的菌株Lb. plantarum的存在被證明是一種環境刺激物，能夠激活檸檬黃菌素GJ7 的產生。此外，使用誘導產生細菌素的菌株作為發酵劑可顯著提高泡菜的質量和保質期[7]。研究發現泡菜中獲得的菌株可生成一種新型抗真菌化合物3,6-雙（2-甲基丙基）-2,5-哌嗪二酮（分子量226 kDa）[8]，說明泡菜發酵過程中產生的抗菌活性物質和有機酸能夠有效調節泡菜中的微生物群，控制致病微生物的生長。

3 結語

乳酸菌對發酵食品的風味和質地有顯著影響。植物乳酸桿菌（Lb. plantarum）菌株能使發酵食品的質量穩定性、口感得到增強，這些菌株能抑制各種致病菌生長，包括革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽性菌。有機酸、酶系統、生物活性肽、維生素和EPS 的生物合成是發揮益生菌抗菌、抗氧化活性的主要機制。植物乳酸桿菌菌株的拮抗特性和益生菌特性，可以對食品加工和儲存過程中有害微生物起到抑制作用，并可提高發酵食品的保質期和安全性。

發酵食品系統中的益生菌菌株能夠減少化合物的使用，促進健康，并降低消費者的風險。因此，選擇合適的發酵食品的益生菌菌株至關重要，也是以淀粉、非乳制品為基礎的發酵食品開發的重點研究項目。