乳酸菌研究进展摘要:本文对乳酸菌、乳酸菌的应用、乳酸菌菌剂真空冷冻干燥技术、冻干保护剂等多方面进行了阐述。

关键词: 乳酸菌；应用；发酵剂；真空冷冻干燥1. 前言早在5000年前人类就已经在使用乳酸菌。

今天，利用乳酸菌生产的健康食品已经一跃成为全世界关注的健康食品。

到目前为止，人们利用乳酸菌的乳酸发酵，制作泡菜[1]、酸菜、乳酪、酸奶等食品。

另外青贮饲料经乳酸发酵后可增加贮藏时间和提高饲料的利用率。

在工业上制取乳酸是用淀粉类物质先糖化后，再用乳酸菌进行乳酸发酵生产纯乳酸[2-3]。

发酵乳中的乳酸菌有预防肠癌、降低血液胆固醇含量、提高系统免疫功能、减轻过敏反应和防止糖尿病等功能[1-3]。

由于乳酸菌所具有的营养、健康的特殊功效，使其风靡欧、美、日、韩等市场，并被广泛应用于乳制品、饮料、肉制品、保健食品等食品及预防医学领域[4-6]。

泡菜产业是我国传统发酵食品中对国民经济具有重要贡献的产业之一。

但我国泡菜企业长期沿用自然菌发酵，企业规模小，泡菜生产周期长，产品质量不稳定，食用安全性差。

这些问题严重影响和制约了我国泡菜产业的发展。

采用现代生物技术，开发泡菜发酵专用复合菌粉生物技术产品，对改造我国传统泡菜产业具有非常重要的现实意义。

直投式泡菜发酵专用复合菌粉产品，是泡菜工业化生产的专用发酵剂，但目前市场上还没有见到该产品销售。

直投式泡菜发酵专用复合冻干菌粉产品的使用，可以保证泡菜的产品质量，极大地缩短泡菜的发酵时间，提高泡菜的产量和质量。

2. 乳酸菌2.1 乳酸菌的分类乳酸菌是指在代谢过程中能产生乳酸的细菌的总称。

其中能进行乳酸发酵的大部分是细菌，有些为球菌、有些为杆菌，一般都不会运动。

常见的球形乳酸菌主要有：链球菌属将糖类经双磷酸已糖途径分解产生右旋乳酸，属正型乳酸发酵。

多见于动物及动物性制品上；明串珠菌属将糖经单磷酸己糖途径分解产生左旋乳酸及乙醇等物质，属异型乳酸发酵。

多见于植物体及植物制品之上；片球菌属将糖类经双磷酸己糖途径分解产生混旋的乳配。

多数生活在植物及其制品上。

常见的杆形乳酸菌是乳杆菌属，约有20多种，有些种类产生右旋乳酸、也有产生左旋和混旋的乳酸，动、植物及其制品上均可找到它们。

2.2 乳酸菌特殊生活特点乳酸菌具有强抗酸能力，大部分乳酸菌还具有很强的抗盐性，都能耐5％以上的NaCl浓度。

嗜盐片球菌能在浓度为15～18％的盐水中生存。

这样在腌制品中其他不抗盐的有害菌不能生存而独有乳酸菌能正常生长，增加了食物的风味。

值得一提的是常见的乳酸菌都不具有细胞色素氧化酶，所以不大会使硝酸盐还原为亚硝酸盐，因而各种乳制品、腌制品中因乳酸菌代谢产生亚硝酸盐的可能性极小，这对于保护人体健康是很有利的。

乳酸菌也不具有氨基酸脱羧酶，不产生胺类物质，也不产生吲哚和H2S，因而乳酸菌不会使食物产生腐败及异味。

一般乳酸菌没有蛋白酶，只有肽酶，不能分解利用蛋白质而仅能利用蛋白胨、肽和氨基酸。

合成氨基酸、核酸、维生素的能力极低，因而在乳酸菌生长的环境中适量地加入这类物质，能促进乳酸菌的正常生长。

2.3 乳酸菌对人体有益的功能(1) 提高蛋白质的可消化性(2) 促进脂类的消化吸收(3) 提高钙、磷利用率，促进铁和维生素D的吸收(4) 提高肠内维生素B1、B6、B12的稳定性[7](5) 提供婴幼儿神经系统发育所必须的半乳糖[8](6) 维持肠道菌群生态平衡[9,10](7) 抑制致病菌和抗感染作用[11,12](8) 降低血液中胆固醇的含量[7](9) 抗肿瘤作用[13,14,15](10) 治疗乳糖消化不良症[16](11) 预防衰老[17]3. 乳酸菌的应用3.1 乳酸菌在泡菜产业中的应用泡菜产业是我国传统发酵食品中对国民经济具有重要贡献的产业之一。

但我国泡菜企业长期沿用自然菌发酵，企业规模小，泡菜生产周期长，产品质量不稳定，食用安全性差。

这些问题严重影响和制约了我国泡菜产业的发展。

采用现代生物技术，开发泡菜发酵专用复合菌粉生物技术产品，对改造我国传统泡菜产业具有非常重要的现实意义。

直投式泡菜发酵专用复合菌粉产品，是泡菜工业化生产的专用发酵剂，但目前市场上还没有见到该产品销售。

直投式泡菜发酵专用复合冻干菌粉产品的使用，可以保证泡菜的产品质量，极大地缩短泡菜的发酵时间，提高泡菜的产量和质量。

该产品有极大的潜在市场。

以国内市场20％的泡菜生产使用直投式泡菜发酵专用复合冻干菌粉计，每年需直投式泡菜发酵专用复合菌粉产品200吨，销售额2亿元人民币。

我国的传统泡菜生产大多采用自然菌发酵生产，易受杂菌污染，并存在食品安全隐患。

采用纯复合菌种发酵泡菜是未来泡菜产业的发展方向。

据目前国内泡菜市场调查显示，我国主要的泡菜品种为韩国（朝鲜）泡菜和川味泡菜。

泡菜的年产量2004年已超过150万吨。

按此计算，本项目直投式泡菜发酵专用复合冻干菌粉产品除满足本企业需求外，可广泛推广应用于国内泡菜生产企业，随着我国传统泡菜产业技术水平的不断提高，应用直投式泡菜发酵专用复合菌粉产品的泡菜生产企业会愈来愈多，直投式泡菜发酵专用菌粉产品的市场需求将十分巨大。

3.2 乳酸菌在酸乳制品中的应用人们在尚未认识乳酸菌之前就已巧妙地利用乳酸菌来加工和保存食品, 在我国的内蒙、新疆一带, 牧民将鲜乳在自然条件下发酵, 制得味美可口的酸奶。

目前, 随着人们对乳酸菌认识的加深, 酸奶的消费量也不断上升, 已有大量的工业化生产的酸奶在市场上迅速蔓延。

将乳酸菌纯种培养物活化后制成发酵剂, 添加于经过灭菌处理的鲜乳或复原乳中, 在40～45℃下发酵是目前酸奶生产的主要过程, 常用的发酵剂为保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌、嗜酸链球菌和双歧杆菌等。

传统方法是利用保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌的共生作用, 以1∶1 的比例接种。

当乳酸菌发酵乳糖使pH降至4.5左右时, 酪蛋白处于等电点, 即发生沉淀, 形成凝块, 此时注意不能晃动,以免影响其凝固效果。

当酸度达0.7～0.8％(乳酸度)时, 即可移入冷库, 进入后发酵期, 最终酸度可达0.8～0.9％。

也有用双歧杆菌作为发酵微生物的发酵乳, 但由于双歧杆菌对氧非常敏感, 在菌种的保藏和生产上都有困难。

并且制品活菌数低, 达不到所要求的标准, 因而双歧杆菌发酵乳的生产难度较大[18]。

3.3 乳酸菌在医药上的应用乳酸菌在医药上的应用，起源于乳酸菌的食品保健作用。

自50年代以来，抗生素药物得到了广泛应用，然而抗生素的长期应用引起肠道菌群紊乱，造成肠道功能失调，由此而来的抗生素伴联性腹泻和超感染，肠道菌易位已成为现时医院中难以解决的一大问题；尤其是抗生素的使用，使得耐药菌株增加，耐药因子的迅速扩散，更是用抗生素本身难以解决的问题[19-20]。

而乳酸菌可以重新建立肠道正常菌群平衡，调整肠道微观生态环境，保证机体正常的生理功能，达到防病、治病、保健、延年益寿的目的。

乳酸菌的产品主要以酸奶及其保健饮品的形式出现，真正作为药品的菌种种类和数量相对较少，许多临床资料直接来源于保健饮品或酸奶，实际上乳酸菌的保健、预防和治疗作用是难以截然分开的[21-23]。

3.4 乳酸菌制剂的应用口服乳酸菌制剂可对由于抗生素、化疗等原因造成的体内菌群失调疾病有疗效。

由于细菌在液体环境中因自身代谢作用而很快死亡, 所以有用喷雾干燥、微囊化技术、真空冷冻干燥等先进技术制作的含活菌较高且耐贮的乳酸菌制剂, 无论用于菌种保藏, 还是用于口服都比较方便, 并可提高其到达肠道的活菌数。

口服乳酸菌制剂还可激活免疫细胞, 被激活的免疫细胞则可提高机体免疫力。

目前研究较多的是保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌的固化产品[24]。

4. 乳酸菌菌剂真空冷冻干燥技术4.1 真空冷冻干燥的原理水有三种聚集态(又称相态)即固态、液态和气态,这3种相态之间达到平衡时必有一定的条件，这种条件称为相平衡关系，水相平衡关系是分析研究含水细胞冷冻干燥原理的基础，根据热力学中相平衡理论,水的三相点温度为0.0098℃，三相点的压力为609.3Pa 。

在水发生相变的过程中, 当压力低于三相点的压力时，固态冰可直接转化为气态的水蒸气。

真空冷冻干燥即是把含水量大的物质预先冷冻, 然后在真空条件下使物质中的冰晶升华，待冰晶升华后再除去物质中的部分吸附水，最终得到残水量很少(常为1～4％)的干制品。

真空冷冻干燥过程主要是低温低压空间环境的传热和传质过程;低温低压空间环境的传热主要发生在物料盘与隔板、物料与冻干室壁之间。

可能的换热方式是物料与环境之间通过稀薄气体对流、热辐射、隔板与物料盘之间的直接接触导热。

而低温低压空间传质则是一个很复杂的过程，它包括水蒸气在空间的扩散和水蒸气在冷阱表面的凝结和换热。

水蒸气在冷阱表面的凝结和换热是一个复杂的相变传热过程，由于冷阱的温度比较低，水蒸气源源不断地凝结在它上面[25]。

4.2 真空冷冻干燥的过程分析真空冷冻干燥过程通常分成三个阶段:预冻阶段、升华阶段和解吸阶段。

1)预冻阶段进入冻干仓预冻的物料应冷却、沥干，然后搁盘盛装，厚度以不超过20mm 为宜，太薄虽然冻干时间缩短，但因冻干仓冷凝器降温升温，循环介质降温升温所消耗热量相同，增加了单位成本而不经济。

太厚则水蒸汽升华阻力大，干燥时间延长，效率低。

所以对于不同种类的物料应综合考虑能量以及工时的消耗，选取一个最佳厚度。

预冻温度一般应低于物料的共晶点。

这是因为物料的冷冻干燥过程是在真空状态下进行的，只有物料中溶液全部冻结后才能在真空下升华，否则，若有部分液体存在，在真空条件下不仅会迅速蒸发，造成液体的浓缩，使冻干产品的体积缩小，而且溶解在溶液中的气体会在真空下迅速冒出，使冻干产品鼓泡。

物料在冻干仓的冻结应采用快速冻结，一般应在1-2h达到预冻温度。

通常的做法是在物料达到预冻温度后，还需要在此温度下停留1-2h，这样可以使物料充分冻透。

这里提到的快速冻结不完全等同于速冻食品的快速冻结，速冻是在几分钟至三十分钟，物料中心温度达-18℃，冰晶小，不破坏物质的细胞结构，解冻时营养成分流失少。

而冻干中的冻结则是慢于速冻，又快于-23℃以下的冻结，从时间上看，介于两者之间，又接近于速冻。

如果冻干中采用速冻，制冷负荷会成倍增加，同时升华时间延长，不但对产品质量不利，而且耗能大，运行费用高，很不经济。

如果实行-23℃以下的慢速冻结，整个冻结时间会加倍延长，虽然采用慢速冻结的物料冰晶颗粒大，有利于冰晶的升华；但制品的复原性较差，破坏冻结制品的结构和品质。

预冻速率直接影响干燥速率和产品的质量，通常采取的方法是如需冻结的快一些，则先将干燥室预冷到较低的温度，再将制品放入冻干仓冻结，若冻干仓不预冷而与制品一起降温，冻结速度较慢。

在产品预冻结束前30-50min(视其制冷能力决定时间长短)，使水汽凝结器(冷阱)降温，温度降至-45℃以下，启动真空泵抽真空；当冻干仓真空度达到40-80Pa，就可启动电加热(或其它形式的加热源)和介质循环泵，向产品提供升华热。