乳酸菌

乳酸菌

乳酸菌指發酵糖類主要產物為乳酸的一類無芽孢、革蘭氏染色陽性細菌的總稱。乳酸菌可以說是巨噬細胞、nk細胞這些人體免疫細胞的“興奮劑”,乳酸菌可以激活這些細胞以消滅體內的有害菌和癌細胞。 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通稱。這類細菌在自然界分布極為廣泛,具有豐富的物種多樣性。它們不僅是研究分類、生化、遺傳、分子生物學和基因工程的理想材料,在理論上具有重要的學術價值,而且在工業、農牧業、食品和醫藥等與人類生活密切相關的重要領域套用價值也極高。此外,這類菌中有些細菌又是人畜的致病菌,因此受到人們極大的關注和重視。 凡是能從葡萄糖或乳糖的發酵過程中產生乳酸的細菌統稱為乳酸菌。這是一群相當龐雜的細菌,目前至少可分為18個屬,共有200多種。除極少數外,其中絕大部分都是人體內必不可少的且具有重要生理功能的菌群,其廣泛存在於人體的腸道中。目前已被國內外生物學家所證實,腸內乳酸菌與健康長壽有著非常密切的關係。

基本信息

存在分布

乳酸菌也廣泛存在於畜、禽腸道、許多食品、物料及少數臨床樣品中。乳酸菌不僅可以提高食品的營養價值,改善食品風味,提高食品保藏性和附加值,而且乳酸菌的特殊生理活性和營養功能,正日益引起人們的重視。大量研究表明,乳酸菌能夠調節機體胃腸道正常菌群、保持微生態平衡,提高食物消化率和生物價,降低血清膽固醇,控制內毒素,抑制腸道內腐敗菌生長繁殖和腐敗產物的產生,製造營養物質,刺激組織發育,從而對機體的營養狀態、生理功能、細胞感染、藥物效應、毒性反應、免疫反應、腫瘤發生、衰老過程和突然的應急反應等產生作用。由此可見,乳酸菌的生理功能與機體的生命活動息息相關。可以說,如果乳酸菌停止生長,人和動物就很難健康生存。也正因為如此,乳酸菌被廣泛用於輕工業、食品、醫藥及飼料工業等許多行業上 。

乳酸菌是一種存在於人類體內的益生菌。乳酸菌能夠將碳水化合物發酵成乳酸,因而得名。益生菌能夠幫助消化,有助人體腸臟的健康,因此常被視為健康食品,添加在優酪乳之內。

乳酸菌 乳酸菌

在人體腸道內棲息著數百種的細菌,其數量超過 百萬億個。其中對人體健康有益的叫益生菌,以 雙歧桿菌 、屎腸球菌等為代表,對人體健康有害的叫有害菌,以大腸桿菌、產氣莢膜梭狀芽胞桿菌等為代表。益生菌是一個龐大的菌群,有害菌也是一個不小的菌群, 當益生菌占優勢時(占總數的80%以上),人體則保持健康狀態,否則處於亞健康或非健康狀態。長期科學研究結果表明,以乳酸菌為代表的益生菌是人體必不可少的且具有重要生理功能的有益菌,它們數量的多和少,直接影響到人的健康與否,直接影響到人的壽命長短,科學家長期研究的結果證明,乳酸菌對人的健康與長壽非常重要。

而人體腸道內乳酸菌擁有的數量,隨著人的年齡增長會逐漸減少,當人到老年或生病時,乳酸菌數量可能下降100至1000倍,直到老年人臨終完全消失。在平時,健康人比病人多50倍,長壽老人比普通老人多60倍。因此,人體內乳酸菌數量的實際狀況,已經成為檢驗人們是否健康長壽的重要指標。由於廣譜和強力的抗菌素的廣泛套用,使人體腸道內以乳酸菌為主的益生菌遭受到嚴重破壞,抵抗力逐步下降,導致疾病越治越多,健康受到極大的威脅。所以,有意增加人體腸道內乳酸菌的數量就顯得非常重要。國際上公認的乳酸菌,被認為是最安全的菌種,也是最具代表性的腸內益生菌,人體腸道內以乳酸菌為代表的益生菌數量越多越好。也完全符合諾貝爾得獎者生物學家梅契尼柯夫“長壽學說”里所得出的結論, 乳酸菌 = 益生菌 = 長壽菌

人類面對抗生素的日漸無能為力的現狀,正在不斷尋求新的更加有效的生物抗菌產品,世界已開發國家首先認識並開創了以使用乳酸菌為代表的免疫療法革命。瑞典科學家研究發布的結果是,治療胃和大腸炎症時直接喝乳酸菌比用抗生素更好,危險性幾乎為零。而在日本,乳酸菌製品已占日本乳製品市場的85%以上,二十年來日本青年平均身高增加15厘米,人口平均壽命達85歲,居世界第一位。這都是乳酸菌製品所帶來的直接健康功效。

生理功能

1.防治有些人種普遍患有的乳糖不耐症(喝鮮奶時出現的腹脹、腹瀉等症狀)。

2. 促進 蛋白質 單糖 等營養物質的吸收,產生 維生素B族 等大量有益物質

3.增加腸道有益菌群,改善人體胃腸道功能,恢復人體腸道內菌群平衡,形成抗菌生物屏障,維護人體健康。

4、抑制腐敗菌的繁殖, 消解腐敗菌產生的毒素,清除腸道垃圾。

5.抑制膽固醇吸收,降血脂、降血壓作用。

6.免疫調節作用,增強人體免疫力和抵抗力。

7.抗腫瘤、預防癌症作用。

8.提高SOD酶活力,消除人體自由基,具抗衰老、延年益壽作用。

9. 有效預防女性 泌尿生殖系統 細菌感染

10.控制人體內毒素水平, 保護肝臟並增強肝臟的解毒、排毒功能。少數為異型發酵,如腸膜狀明串珠菌(Leuconostocmesenteroides)是製藥工業上生產右鏇糖酐(即代血漿)的重要菌種,但也是製糖工業的一種害菌,常使糖汁發粘稠而無法加工。乳酸桿菌族,菌體桿狀,單個或成鏈,有時成絲狀、產生假分枝。根據其利用葡萄糖後的產物不同,分為同型發酵群和異型發酵群。多數種可發酵乳糖,而不利用乳酸,發酵後可將pH下降至6.0以下。

本族中以乳酸桿菌屬(Lactobacillus)最為重要,大多是工業上尤其是食品工業上的常用菌種。存在於乳製品,發酵植物食品如泡菜、酸菜,青貯飼料,及人的腸道、尤其是乳兒腸道中。工業生產乳酸常用高溫發酵菌。例如德氏乳酸桿菌(L.delbrueckii),最適生長溫度為45℃,此菌在乳酸製造和乳酸鈣製造工業上廣泛套用。

類型

乳酸菌大體上可分為兩大類。 一類是 動物源乳酸菌 ,一類是 植物源乳酸菌。因為動物源取自動物,因菌種常處於相對不穩定狀態,其生物功效也較不穩定,且在大量食用時,很容易導致人體動物蛋白過敏,即排斥反應。而植物源乳酸菌,因為取自植物易被人體認可,不論攝取多大的量,人體不會產生異體蛋白排斥反應,且 植物源乳酸菌比動物源者更具有活力,能比動物源多8倍的數量到達人體小腸內定植,從而發揮其強大而穩定的生物功效。

其實普通的乳酸菌,活力極弱,它們只能在相對受限制的環境中存活,一但脫離這些環境,其自身也會遭到滅亡。只有經過特殊工藝處理的乳酸菌才能到達腸道。進入腸內的乳酸菌,必須具備數量多、活力強,才能發揮其生物功效。如何研製出高濃度且活力強的乳酸菌,成為了當今微生學家們追求的夢想。

研究歷史

乳酸菌的套用歷史非常悠久,遠在古代,人類就在食品釀造與加工上不自覺地套用了乳酸菌。大唐貞觀15年(641)唐朝文成公主進藏時就有“優酪乳”的記載。但人類能夠科學地研究並利用乳酸菌卻始於19世紀中葉,法國巴斯德在研究酒變酸的原因時首先發現了它。在這之後,英國Lister、俄國kem和法國Tissier分別於1857年、1882年和1899年先後發現了乳鏈球菌、乳桿菌和雙歧桿菌。近些年來,由於確認了乳酸菌尤其是雙歧桿菌、嗜酸乳桿菌等腸道有益菌的許多重要生理功能,各種乳酸菌發酵製品由此風靡全世界。傳統的乳酸菌發酵製品有保加利亞優酪乳、累本(Leben)、達喜(Dahi)、開菲爾(Kefir)奶酒和馬奶酒等。隨著現代食品科學技術的發展,利用天然的或經篩選的乳酸菌來發酵生產,已經有多種不同類型的發酵乳製品如酸牛奶、發酵優酪乳油、酸性酪乳、乾酪、酸性稀奶油、雙歧桿菌乳、嗜酸菌乳、酸牛奶酒和活性乳酸菌飲料等等。

早在20世紀初,俄國著名的生物學家,諾貝爾獎獲得者梅契尼柯夫(Mechnikoff,1845-1916),在他的“長壽學說”里已明確指出,保加利亞的巴爾幹島地區居民,日常生活中經常飲用的優酪乳中含有大量的乳酸菌,這些乳酸菌能夠定植在人體內,有效地抑制有害菌的生長,減少由於腸道內有害菌產生的毒素對整個機體的毒害,這是保加利亞地區居民長壽的重要原因。這個具有劃時代意義的“長壽學說”,為人類利用乳酸菌生產健康食品開創了新紀元。今天,利用乳酸菌生產的健康食品已經一躍成為全世界關注的健康食品。

早在5000年前人類就已經在使用乳酸菌。到目前為止,人類日常食用的泡菜、優酪乳、醬油、豆豉( 納豆菌)等,都是套用乳酸菌這種原始而簡單的隨機天然發酵的代謝產物。

有益菌已經開始逐漸流行,大多數家長都會為兒童補充有益菌。例如在寶寶每天要衝飲的奶粉(牛奶)中添加一些益生菌,不僅能夠扼制腸內有害菌群的產生,還能為腸內有益菌提供良好的生長環境,造就健康腸道。含有Bacillus subtilis(枯草芽孢桿菌)的,對乳糖分解有很好的效果,能夠幫助孩子對牛奶或奶粉的消化,吸收。有益菌能夠促進奶粉,牛奶中含有的蛋白質等營養成分的吸收。它含有必需營養素代謝以及生長發育所必要的維他命B1, B2, B6,能夠幫助孩子良好的成長發育。

在發酵型乳酸菌奶飲品已有上百年歷史的歐美國家,發酵型乳酸菌奶飲料在乳製品市場的比例高達80%。隨著消費者健康意識的提高,中國乳酸菌市場發展迅猛,產業規模已經超過200億元人民幣,中國的乳酸菌產業正處於快速發展期,正以每年25%的速度遞增。中國乳酸菌奶飲品的年總產量已突破100萬噸。隨著消費者的需求增長,國內乳品企業也開始發力乳酸菌產品市場。未來五年將是中國乳酸菌行業快速發展的黃金時期。

繁殖

在固體培養基上菌落較小,生長緩慢。在液體發酵培養基內可以很快的生長,離心洗滌可以獲得純度較高的菌體且 兼具需氧和厭氧的性能

低聚糖能夠促進乳酸菌增殖。低聚糖促進乳酸菌等有益菌增殖和對病原微生物的抑制有多種途徑,其中一是屏障作用,描述為對腸道黏膜上皮的競爭性抑制。二是代謝產物對病原菌和抑制作用。Stewart等(1993),Tomilka等(1992)證實異麥芽低聚糖(IMO)能促進雙岐桿菌、乳酸菌增殖,這些菌代謝產生低能脂肪酸降低pH值,大腸桿菌、沙門氏菌等都對酸性條件敏感,低PH值抑制其生長。腸道的乳酸菌如雙岐桿菌本身的凝集素活性明顯高於致病菌如大腸桿菌和沙門氏菌,這可能是腸道正常菌群在競爭性排斥作用中具有明顯競爭優勢的原因之一。

運動

大多數不運動,少數以周毛運動。

有的也連消化驅動。

形態

菌體常排列成鏈。乳酸鏈球菌族,菌體球狀,通常成對或成鏈。乳酸桿菌族,菌體桿狀,單個或成鏈,有時成絲狀、產生假分枝。

作用機理

乳酸菌在動物體內能發揮許多的生理功能。大量研究資料表明, 乳酸菌能促進動物生長,調節胃腸道正常菌群、維持微生態平衡,從而改善胃腸道功能;提高食物消化率和生物效價;降低血清膽固醇,控制內毒素;抑制腸道內腐敗菌生長:提高機體免疫力等。

乳酸菌通過發酵產生的有機酸、特殊酶系、酸菌素等物質具有特殊生理功能(鄭堅,2002),可刺激組織發育,對機體的營養狀態、生理功能、免疫反應和應激反應等產生作用。

1.提供營養物質,促進機體生長乳酸菌如果能在體內正常發揮代謝活性,就能直接為宿主提供可利用的必需胺基酸和各種維生素(維生素B族和K等),還可提高礦物元素的生物活性,進而達到為宿主提供必需營養物質、增強動物的營養代謝、直接促其生長的作用。Dalmin等(2001)研究報導乳酸菌可以改良水質,提高斑節對蝦的存活率、生長速率和健康狀況。Hamad(1979)試驗證明,小麥、稻米等穀物用乳酸菌發酵後,營養價值大大提高。此外,乳酸菌產生的酸性代謝產物使腸道環境偏酸性,而一般消化酶的最適PH值為偏酸性(澱粉酶6.5、糖化酶4.4),這樣就有利於營養素的消化吸收。何機峻的產生還可加強腸道的蠕動和分泌,也可促進消化吸收養分(張力等,2000)。

2.改善胃腸道功能,維持腸道菌群平衡動物的整個消化道在正常情況下都寄生有大量微生物。就其作用而言,可分乃三類:

①共生性類型,主要是兼性厭氧菌,在生態平衡時,它們的維生素和蛋白質合成、消化吸收、生物拮抗和免疫等功能對宿主有利。

②致病性類型,正常情況下數量少,寄生於正常部位,不至於使宿主發病。若失控,則會導致宿主的不良反應。

③中間性類型,即同時具有生理和致病兩種作用。微生物群的平衡,對機體的健康十分重要,而乳酸菌就能夠調節這種微生態平衡,保障宿主正常生理狀態。乳酸菌是腸道常在菌( 常生菌),畜禽服用乳酸菌後,可以改變腸道內環境,抑制有害菌繁殖,調整胃腸道菌群平衡。乳酸菌通過粘附素與腸黏膜細胞緊密結合,在腸黏膜表面定植占位,成為生理屏障的主要組成部分,從而達到恢復宿主抵抗力,修復腸道菌群屏障、治癒腸道疾病的作用。如果這個屏障遭到抗生素或其他因素的破壞,宿土喪失了對外來菌抵抗力,會使具有耐藥性的腸內菌異常增殖而取代優勢菌的位置,造成腸道內微生態平衡的失調。( 占位及屏障作用

3.改善免疫能力。乳酸桿菌和雙歧桿菌一方面能明顯激活巨噬細胞的吞噬作用,另一方面由於它能在腸道定植,相當於 天然自動免疫。它們還能刺激腹膜巨噬細胞、誘導產生干擾素、促進細胞分裂、產生抗體及促進細胞免疫等,所以能增強機體的非特異性和特異性免疫反應,提高機體的抗病能力。Pergidon等(1988)報導,口服乳酸菌後,對巨璇細胞的半乳糖甙酶活性、巨噬細胞的吞噬活性等具有顯著的激活和促進作用。當異物侵入機體時,免疫細胞被乳酸菌激活,增強了機體對異物產生抗體的作用。Chndra(1984)認為,乳酸菌之所以具有有激機體產生抗體的作用,是由於菌體通過淋巴結、黏膜刺激淋巴細胞接受刺激的淋巴細胞再通過腸系膜淋巴結(MIN)循環到血流中,並分布全身,從而調節機體的免疫應笞。

乳酸菌 乳酸菌

4.抗菌作用研究資料表明:乳酸菌對一些腐敗菌和低溫細菌有較好的抑制作用。可用於防治腹瀉、下痢、腸炎、 便秘和由於腸道功能紊亂引起的多種疾病以及 皮膚炎症(趙紅霞,2003)。其抗菌機制主要表現在以下幾個方面:①產生的乳酸等有機酸能顯著降低環境pH值和Eh(氧化還原電位)值,使腸內處於 性環境,對於致病菌如痢疾桿菌、傷寒桿菌、副傷寒桿菌、彎曲桿菌、葡萄球菌等有拮抗作用;②產生的 氧化氫能夠激活牛乳中的“過氧化氫酶-硫氰酸”系統,抑制和殺滅革蘭氏陰性菌、過氧化氫酶陽性細菌如假單胞菌屬、大腸桿菌類和沙門氏菌屬等;③產生類似細菌素的細小蛋白質或肽類( 抗菌肽),如各種乳酸桿菌素和雙歧菌素,對葡萄球菌、梭狀芽孢桿闊以及沙門氏菌和志賀氏菌有拮抗作用。另外,雙歧桿菌等還可將結合的膽酸分解為游離的肌酸,後者對細菌的抑制作用比前者更強。

乳酸菌類微生態製劑為飼料和畜牧水產養殖業提供了一條高效、無害、無污染的新選擇。隨著越來越多的新菌種和特異性菌株在生產中使用,我們要充分考慮動物菌群自身特點以及寄生與環境之間的關係,科學合理地使用,使其達到最大的生態效應和經濟效益。

工業用途

常用於製造優酪乳、乳酪、德國酸菜、啤酒、葡萄酒、泡菜、醃漬食品和其他發酵食品。在牛奶中加入乳酸菌可提高牛奶保健作用。

經乳酸菌發酵的乳酸菌乳酪蛋白及乳脂被轉化為短肽、胺基酸和小分子的游離脂類等更易被人體吸收的小分子。奶中豐富的乳糖已被分解成乳酸,乳酸與鈣結合形成乳酸鈣,極易被人體吸收,也可被乳糖不耐症人群選用。乳酸菌奶能促進胃液分泌,促進消化,對胃具有保養功能,並能抑制腸道內腐敗菌的生長,其生物保健價值遠遠高於牛奶。

澱粉類食品含有較多的天冬醯胺(一種胺基酸)以及還原性糖,在高溫(120℃)油炸下容易產生致癌物質丙烯醯胺。挪威研究人員發現,利用乳酸菌來清除油炸馬鈴薯產品原料表面的還原糖成分,從而可以阻止丙烯醯胺的形成。

不同的研究或者接種不同類型的乳酸菌有不同的結果。一般接種同型乳酸菌(如乳酸片球菌;植物胚芽乳桿菌;酪蛋白乳桿菌;糞鏈球菌;戊糖片球菌)可降低青貯飼料pH值,增加乳酸含量,降低丁酸含量;接種異型乳酸菌(如布氏乳桿菌;發酵乳桿菌)則提高青貯飼料pH,增加乙酸的生成。

飼料中添加乳酸菌,能提高蛋雛雞成活率和日增重,可使斷乳後仔犬體重顯著增加,因此顯著提高飼料利用率。

乳酸菌常用於生物防腐,研究表明,用乳酸菌發酵液保鮮肉品,可以抑制肉品中的致病菌和腐敗菌的生長,保存風味物質,不改變食品組織狀態,而且在正常冷卻儲存條件下,也不影響食品的感官特性。

多數為同型發酵,如鏈球菌屬(Streptococcus),是與人類關係密切的重要菌群,有些菌是人和溫血動物的致病菌;有些是人體的正常菌群存在於口腔和腸道;有些是乳製品及植物發酵食品中的常用菌,常在食品工業中使用,如乳鏈球菌(S.lactis)。

乳酸菌發酵原理是在酶的催化作用下將葡萄糖轉化為乳酸,同時放出能量提供給其自身生命活動。

工業生產乳酸常用高溫發酵菌。例如德氏乳酸桿(L.delbrueckii),最適生長溫度為45℃,此菌在乳酸製造(如:製造陳醋,優酪乳等)和乳酸鈣製造工業上廣泛套用。

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