[科普中國(guó)]-同型乳酸發(fā)酵

概述

乳酸菌按發(fā)酵類型可以分為三大類，分別為同型乳酸發(fā)酵、異 型 乳 酸 發(fā) 酵和 兼 性 異 型 乳 酸 發(fā) 酵。同型乳酸發(fā)酵是微生物以葡萄糖為底物通過(guò)糖酵解途徑（Embden-Meyerhof-Parnas pathway，EMP 途徑）降解為丙酮酸，丙酮酸在乳酸脫氫酶的催化下還原為乳酸，在同型乳酸發(fā)酵過(guò)程中,微生物利用1 mol葡萄糖可以生成2 mol乳酸,理論轉(zhuǎn)化率為100%。但由于發(fā)酵過(guò)程中微生物有其他生理活動(dòng)存在,實(shí)際轉(zhuǎn)化率不可能達(dá)100%,一般認(rèn)為轉(zhuǎn)化率在80%以上者,即視為同型發(fā)酵1。這類乳酸菌主要包括德氏乳桿菌、嗜酸乳桿菌和片球菌等2。

過(guò)程葡萄糖轉(zhuǎn)化成6-磷酸葡萄糖酸(6-phosphoglu-conate)后，在6-磷酸葡萄糖酸脫氫酶(6-phosphogluconate dehydrogenase)作用轉(zhuǎn)化為5-磷酸核酮糖(ribulose-5-phosphate)，經(jīng)5-磷酸核酮糖-3-差向異構(gòu)酶(ribulose-5-phosphate-3-epimerase)的差向異構(gòu)作用生成5-磷酸木酮糖(xylulose-5-phosphate)，5-磷酸木酮糖在磷酸酮解酶(phosphor01ysis ketonase)的催化作用下可分解為乙酰磷酸(acetyl phosphate) 和3-磷酸甘油醛。前者經(jīng)磷酸轉(zhuǎn)乙酰酶(phosphotransacetylase)作用轉(zhuǎn)化為乙酰CoA，再經(jīng)乙醛脫氫酶(acetaldehyde dehydrogenase)和乙醇脫氫酶(aclhoi dehydrogenase)作用最終生成乙醇；后者經(jīng)EMP途徑生成丙酮酸，在乳酸脫氫酶的催化作用下轉(zhuǎn)化為乳酸。通過(guò)EMP途徑，1分子葡萄糖最終可轉(zhuǎn)化為2分子乳酸，從而得出乳酸對(duì)糖的理論轉(zhuǎn)化率為100%3。

常用菌株保加利亞乳桿菌保加利亞乳桿菌(Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus)是德式乳桿菌的一個(gè)亞種，被廣泛的應(yīng)用在酸奶制作的過(guò)程當(dāng)中。酸奶甜酸適宜與其含有的有機(jī)酸和無(wú)機(jī)酸有關(guān)。高品質(zhì)酸奶的生產(chǎn)脫不了優(yōu)良發(fā)酵劑的作用。作為酸奶發(fā)酵劑的主要菌種之一,保加利亞乳桿菌產(chǎn)酸能力不容忽視。保加利亞乳桿菌能利用葡萄糖、果糖、乳糖進(jìn)行同型乳酸發(fā)酵產(chǎn)生D-型乳酸,最高產(chǎn)酸量可達(dá)2%4。

酸奶味美適口與其特殊的風(fēng)味密不可分,酸奶的風(fēng)味是由以下幾個(gè)部分構(gòu)成：(1)原料奶本身所含有的風(fēng)味物質(zhì)；(2)原料乳中的某些物質(zhì)經(jīng)過(guò)微生物的分解代謝形成的風(fēng)味物質(zhì)；(3)發(fā)酵時(shí)產(chǎn)生的風(fēng)味物質(zhì)前體，中產(chǎn)生了新的風(fēng)味物質(zhì)。例如:發(fā)酵劑代謝碳水化合物生成乳酸、兩酮酸、丙酸、乙酸、甲酸;分解氨基酸產(chǎn)生乙酸、丙酸、丁酸和戊酸.等有機(jī)酸,這些有機(jī)無(wú)機(jī)酸不僅具有特殊的味道還可以賦予酸奶爽口感,除此之外,還能和醇類物質(zhì)反應(yīng)生成具有香氣的酯類4。按照酸奶的香味可以將酸奶分為:醛香型和酮香型。保加利亞乳桿菌和嗜熱鏈球菌混合菌種發(fā)酵,代謝產(chǎn)物以乙酸為主屬酵香型發(fā)酵乳;單獨(dú)或結(jié)合使用丁二酮乳鏈球菌和梓檬明串珠菌作發(fā)酵劑的代謝風(fēng)味物質(zhì)主要為丁二酮,屬酮香型發(fā)酵乳。在我國(guó)酵香型酸奶目前居多5。

嗜酸乳桿菌嗜酸乳桿菌（Lactobacillus acidophilus）屬于乳桿菌屬（Lactobacillus），革蘭氏陽(yáng)性，不產(chǎn)芽抱，無(wú)鞭毛，不運(yùn)動(dòng)，同型發(fā)酵乳酸，不液化明膠，接觸酶陰性，最適生長(zhǎng)溫度為35~38℃，最適pH值為5.5~6.0，G+C含量為36.0%~37.4%，是一類厭氧或兼性厭氧的微生物。嗜酸乳桿菌是宿主(人和動(dòng)物)腸道內(nèi)的主要微生物種之一,當(dāng)存在一定數(shù)量時(shí),能夠調(diào)整和改善腸道內(nèi)的有益微生物和有害微生物之間的平衡，進(jìn)而促進(jìn)宿主的健康，起到增進(jìn)健康的效果，是目前極為重視研究開(kāi)發(fā)的益生菌。

長(zhǎng)期以來(lái),國(guó)外對(duì)嗜酸乳桿菌的健康促進(jìn)作用作了較多的研究，而國(guó)內(nèi)在這方面的研究報(bào)道非常有限。體外和宿主(人和動(dòng)物)體內(nèi)實(shí)驗(yàn)以及長(zhǎng)期的實(shí)踐觀察表明，服用含有嗜酸乳桿菌的制品具有眾多的生理作用。嗜酸乳桿菌具有抵御高酸、高膽鹽的極端條件的能力，能夠促進(jìn)乳糖的消化吸收，緩解乳糖不忍耐癥，提高蛋白質(zhì)、維生素等的吸收，具有降低血清膽固醇、提高機(jī)體免疫力和抑制腫瘤發(fā)生的能力。同時(shí)，嗜酸乳桿菌具有加工和貯藏中的穩(wěn)定性，其生長(zhǎng)繁殖沒(méi)有嚴(yán)格的限制。目前，含有嗜酸乳桿菌的產(chǎn)品種類很多，如嗜酸乳桿菌發(fā)酵乳、嗜酸乳桿菌與普通酸奶發(fā)酵劑混合發(fā)酵的乳制品、甜性嗜酸乳桿菌乳、嗜酸乳桿菌膠囊、片劑等。因此,嗜酸乳桿菌受到眾多研究者們的廣泛關(guān)注,開(kāi)發(fā)含有嗜酸乳桿菌的益生菌制品正成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一6。

乳酸片球菌乳酸片球菌（Pediococcus acidilactici）屬于片球菌屬，其特點(diǎn)是：

片球菌屬的形態(tài)特征：細(xì)胞呈球形，通常以雙球菌或四疊球菌形式出現(xiàn)，細(xì)胞不延長(zhǎng)，不形成鏈狀，很少以單個(gè)細(xì)胞；革蘭氏染色陽(yáng)性（+），不形成芽孢，不能運(yùn)動(dòng)，固體培養(yǎng)時(shí)該菌落直徑 1.0~2.5mm，不能合成細(xì)胞色素。片球菌屬的生理生化特點(diǎn)：營(yíng)養(yǎng)類型是化能異養(yǎng)；兼性厭氧；最適的生長(zhǎng)的 pH 值為 6.2，生長(zhǎng)溫度范圍 25~40℃；生長(zhǎng)繁殖需要多種生長(zhǎng)因子如：煙酸，泛酸，生物素和氨基酸，對(duì)硫胺素、對(duì)-氨基苯甲酸、鈷胺素等無(wú)要求；大部分菌株可以發(fā)酵葡萄糖、核糖、木糖、果糖，進(jìn)而產(chǎn)生 DL-乳酸，為同型乳酸發(fā)酵，一些菌株能發(fā)酵乳糖、蔗糖和麥芽糖；通常不能使牛奶酸化、也不能分泌凝乳酶，不產(chǎn)生蛋白酶，不能使硝酸鹽被還原，不能產(chǎn)生吲哚等；接觸酶反應(yīng)呈陰性；常存活于蔬菜等食品中，對(duì)動(dòng)植物無(wú)致病性。在釀造醬油時(shí)，該屬中嗜鹽片球菌和嗜鹽四聯(lián)球菌是重要的發(fā)酵菌種，耐 NaCl 濃度為18%~20%；乳酸片球菌、嗜鹽片球菌、啤酒片球菌等可用于泡菜發(fā)酵，在 NaCl濃度 6%~8%的環(huán)境中生長(zhǎng)，耐 NaCl 濃度為 13%~20%。

片球菌屬的某些菌株可以產(chǎn)生具有抑菌活性的片球菌素，到 2011 年為止，共有 25 株產(chǎn)片球菌素的片球菌被報(bào)道出來(lái)。除了已知的戊糖片球菌和有害片球菌以外，主要是由乳酸片球菌產(chǎn)生片球菌素。片球菌素的本質(zhì)是蛋白質(zhì)，可以被多種蛋白酶水解。片球菌素的耐高溫性較好，121℃時(shí)仍然具有活性，且適應(yīng)的 pH 值范圍較廣，在酸性和堿性范圍內(nèi)都能保持活性。片球菌素的抑菌機(jī)理是，它首先結(jié)合到細(xì)菌細(xì)胞的表面，然后在細(xì)胞表面形成孔洞，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)向外泄漏，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞無(wú)法進(jìn)行能量代謝，從而起到殺滅細(xì)菌的作用。尤其可以明顯抑制單核細(xì)胞增多癥李氏桿菌的生長(zhǎng)7。