出牙晚乳酸菌研究进展

2020年12月18日发(作者：23周胎儿在肚子里图片是什么样子的呢?)

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< br>[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

1

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H
2
S，因而乳酸菌不会使食物产生腐败及异味。 < br>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2 00吨，销售额2
亿元人民币。

2

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
[1 9-20]
。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

3

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

4

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。
2)升华阶段
升华阶 段产品温度应低于其共融点温度，所谓共融点温度就是指冻结物料在
升温升华过程中，当达到某一温度时 ，固体中开始出现液态的温度。产品温度低
于共融点温度太多，升华速率低，升华时间加长；高于共融点 温度，产品融化，
影响产品质量和干燥过程。另外在升华阶段，加热温度对冻干制品的质量也起着
重要作用，具体地说就是在升华阶段应保证产品温度低于其共融点温度;在解吸
阶段，物料的温度应低 于最高允许温度。否则会出现物料中心温度超过物料的最
高温度，会使物料表面烧焦或变形。
在升华过程中，不仅搁板温度需要控制，干燥室内压力也是需要控制。干燥
室压力大小影响升华干燥过程 的传热传质。压力高，传热效果好，但不利于水蒸
汽的逸出。压力低，传热效果差，有利于水蒸汽的逸出 ，整个升华过程就是一个
传热传质过程，只有压力适当，才能有一个经济干燥速率。当升华温度恒定，在
仓内压力低于一定值时，压力降低升华速度也不再增加。而且升华压力低时，换
热效果差，为提 供相同的热量就需要高的搁板温度。升华时间与物料的前处理工
艺、物料的形状、厚度、制品的允许最高 温度、向制品的供热量和排除升华水蒸
汽的速度有关。对于液态物料，正常的升华速度大约每小时lmm ；而对于固态物
料与其本身结构、形状和尺寸相关，需通过实验确定。
3)解吸阶段
解吸阶段因物料内不存在冻结冰，产品温度可迅速上升到最高许可温度，并
在该温度下保持一段时间， 使结合水和吸附于干燥层中的水获得足够的能量，从
分子吸附中解析出来，产品温度一般为30℃-40 ℃之间，而搁板温度高于产品温度。
解吸阶段水汽凝结器的温度会因水蒸汽负荷小而下降，使干燥室压力 下降到
3OPa附近，有利于水蒸汽从产品中逸出。但此时，产品需迅速升温，所需热量

5

较多，而压力太低，不利于传热，所以这时又需要采用调压升华法加速解吸。当
干燥室压力下降到某一个固定值时，搁板温度和产品温度相差固定不变，再保持
这种状态lh左 右，以确保食品含水量低于5％，这是因为含水量低于5％时，在贮
存中微生物不易生长、繁殖。
4.3 真空冷冻干燥的特点分析
真空冷冻干燥技术是真空技术与冷冻技术相结合的技术。它有如下特性:
(1)真空冷冻干燥 在低温(-40℃～-60℃)下进行，且处于高真空状态(小于
610Pa)。因此，特别适用于热敏 性高和极易氧化食品的干燥，可以保留食品的色、
香、味及营养成分。
(2)干燥后物料具有 多孔结构，具有很理想的速溶性和快速复水性;而且冻干
食品复水后的外形和口感接近于新鲜食品。 < br>(3)脱水彻底，冻干制品的含水率低(0.5％-5％)，若采用真空包装又可降低微
生物的生 长活度和酶的活性，在常温下可保存3-5年。
(4)冻干过程中营养素，尤其是维生素损失少，对食 品中的蛋白质基本无损
害；食品贮存不需加防腐剂，适合作为绿色食品和有机食品加工贮存。
(5)冻干食品价格在国际市场是热风干燥食品的4-6倍。
(6)冷冻干燥设备投资大，成本高，生产率低。
5. 冻干保护剂的研究进展
冻 干是一个多步骤过程，会产生多种应力使细菌变性，如低温应力、冻结应
力和干燥应力。有关冷冻干燥过 程中保护剂对细胞的影响己有相当多的研究，冻
干保护剂大体上可分为两类：一类为低分子化合物(如糖 类、醇类和氨基酸等)，
另一类为高分子物质(如蛋白质、可溶性淀粉等)。一般来说前者直接发挥保护 作
用，后者促进前者的保护作用。低分子化合物的保护剂又可分为：酸性物质、中
性物质、碱性 物质。原则上低分子化合物有效配合高分子物质就能获得良好效果，
但并非每种保护剂对所有的微生物都 有保护作用；由于细胞结构和大小的差异，
对于不同微生物，即使采用相同的保护剂所取得的效果也是不 同的，这就要通过
实验来确定。


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