乳酸菌

乳酸菌（乳酸 酸 細菌,實驗室）是一種可以利用可發酵碳水化合物產生大量乳酸的細菌。這類細菌在自然界分布廣泛，物種多樣性豐富，至少有18個屬，200多個種。除了少數，大部分都是人體必不可少的、并且具有重要的生理功能，廣泛存在于人體腸道中。

乳酸菌

乳酸菌不僅僅是一個研究分類、生化、遺傳、分子生物學和基因工程的理想材料（這在理論上具有重要的學術價值），而且在工業、農牧業、食品醫藥等與人類生活密切相關的重要領域具有很高的應用價值。

乳酸菌是一種益生菌，能將碳水化合物發酵成乳酸因而得名。乳酸菌分布廣泛，通常存在于肉類中、牛奶蔬菜等食品及其制品。此外，乳酸菌在家畜中也廣泛存在、在家禽腸道和一些臨床樣本中，其中，在人類和其他哺乳動物的口腔中、腸道等環境中的乳酸菌是特定區域正常微生物菌群的重要成員。

乳酸菌是一種無芽孢的細菌，其主要產物是乳酸、革蘭氏陽性菌，包含許多種和屬。大多數乳酸菌不t運動，少數靠頭發運動，而細菌往往呈鏈狀排列。乳鏈球菌屬，細菌呈球形，通常成對或成鏈。乳桿菌科，桿狀，單鏈或鏈狀，有時絲狀，產生假分枝。普通乳酸菌生命力極其微弱，只能在相對受限的環境中生存一旦他們離開這些環境，他們就會自我毀滅。

從分類學上來說，乳酸菌作為真細菌綱中的乳酸菌科，在形態學上可以分為球菌、桿菌。其中，球形乳酸菌包括鏈球菌、明串珠菌屬、片球菌；棒狀桿菌包括乳球菌、乳桿菌、雙歧桿菌等；從生長溫度來說，可分為高溫型、中溫型；就發酵類型而言，可分為同型發酵、異型發酵；從來源上，大致可以分為動物源性乳酸菌和植物源性乳酸菌。

根據Berry 美國細菌學手冊，乳酸菌可分為乳桿菌、鏈球菌屬、明串珠菌屬、雙歧桿菌和片球菌，共5個屬。

乳桿菌屬

乳酸桿菌細胞在形態上是多樣的，（5~1.2）μm×（1.0~10.μm。長的或細長的桿狀彎曲的短桿狀和桿狀的棍棒，通常是短鏈。革蘭氏陽性，無孢子。細胞很少隨周鞭毛運動。營養瓊脂上的菌落隆起、全緣無色，直徑2mm~5mm。

片球菌屬

片球菌的細胞呈球形，不伸長，直徑12微米~ 20 μ m。在適當的條件下，分裂在兩個直的方向上形成四重體，盡管有時可以成對排列，單細胞之間不形成鏈。沒有運動，就沒有孢子產生。

鏈球菌屬

鏈球菌的細胞球呈卵圓形，直徑小于2μm，呈鏈狀排列。沒有孢子，大多數鞭毛，年輕的細菌（23小時培養）常有莢膜。在液體培養基中，常生長在沉淀中，但有的生長在均勻混濁中（如肺炎鏈球菌）在固體培養基上形成的精細表面是光滑的、圓形灰白色、半透明或不透明菌落。在血平板上生長的菌落周圍會出現具有不同性質的溶血圈。

雙歧桿菌屬

雙歧桿菌是一種形態非常不同的細菌（5~1.3）μm×（1.5~8）μm，常呈彎、棒狀和分支狀。單生、成對、ⅴ形排列，有時呈鏈狀，細胞平行于柵欄，或蓮座狀。偶爾俱樂部式的擴張。

陰串珠菌屬

明串珠菌細胞呈球形或豆形，成對或成鏈排列。明串珠菌細胞在自然生長環境中成對或短鏈排列；在一些競爭性生長環境中，細胞排列成長鏈。

乳酸桿菌菌落小，在固體培養基上生長緩慢。它能在液體發酵培養基中快速生長，經離心洗滌后，可獲得具有好氧和厭氧特性的高純度細菌。

研究表明，低聚糖能促進乳酸菌和有益菌的增殖、抑制病原微生物功能的方法有很多：一種是屏障效應，被描述為對腸粘膜上皮的競爭性抑制；二是代謝產物對病原菌的抑制作用。斯圖亞特王室的等（1993）托米卡等（1992）確認的異麥芽低聚糖（IMO）能促進雙岐桿菌、乳酸菌增殖，這些細菌產生的低能脂肪酸可以降低pH值，所以大腸桿菌、對酸性條件敏感的細菌如沙門氏菌的生長受到低pH值的抑制。而腸道的乳酸菌（如雙岐桿菌）凝集素的活性明顯高于病原菌（如大腸桿菌和沙門氏菌）這可能是正常腸道菌群在競爭性排斥中具有明顯競爭優勢的原因之一。

乳酸菌發酵產生的有機酸、特殊酶系、酸中毒等物質具有特殊的生理功能。大量研究資料表明，乳酸菌可以促進動物生長，調節胃腸道正常菌群、維持微生態平衡，從而改善胃腸功能、提高食物消化率和生物效能、降低血清膽固醇、控制內毒素、抑制腸道中腐敗菌的生長、提高免疫力等。

促進機體生長

乳酸菌可以正常發揮其在體內的代謝活性，分解食物中的蛋白質、糖類、合成維生素及其對脂肪的影響。在乳酸菌蛋白酶的作用下，食物中的大分子蛋白質被部分降解為可被宿主直接利用的小肽和必需氨基酸，顯著提高食物的消化率和生物學價值，促進胃腸吸收。食物中的乳糖經發酵后可被乳酸菌轉化為葡萄糖和半乳糖，再轉化為乳酸等小分子化合物，易于消化。乳酸菌發酵可降解部分脂肪，易于消化，增加其中的游離脂肪酸、揮發性脂肪酸含量。乳酸菌在代謝過程中會消耗一些維生素，同時合成葉酸等B族維生素，提高礦物質元素的生物活性，從而為宿主提供必需的營養、增強營養代謝、促進其生長的功能。另外，乳酸菌產生的酸性代謝產物能使腸道環境呈微酸性，符合一般消化酶的最適pH(淀粉酶6.5、糖化酶4.4)有利于營養的消化和吸收。

維持腸道菌群平衡

正常情況下，動物的整個消化道都寄生著大量的微生物，按其功能可分為三類：①共生型，以兼性厭氧菌為主。在生態平衡中，它們的生理功能有利于它們的宿主。2致病型，正常情況下數量較少，寄生在正常部位，不會導致宿主患病；當失去控制時，會導致宿主的不良反應。③中間型，兼具生理和致病功能。

腸道菌群的平衡對身體的健康非常重要，而乳酸菌可以調節這種微生態平衡，保證宿主正常的生理狀態。乳酸菌是腸道中常見的細菌（常生菌）能改變腸道環境，抑制有害細菌繁殖，調節和維持胃腸菌群平衡。乳酸菌可通過粘附素與腸黏膜細胞緊密結合，在腸黏膜表面定殖并占據空間，成為生理屏障的主要成分，從而恢復宿主抵抗力，修復腸道菌群屏障、治療腸道疾病的功能。如果這種屏障被抗生素或其他因素破壞，宿主土壤就會失去對外來細菌的抵抗力，使耐藥的腸道細菌異常增殖，取代優勢菌，導致腸道微生態平衡失調（占位及屏障作用）

改善免疫能力

乳酸菌制劑可以從兩個方面增強免疫力：首先，它影響非特異性免疫反應，增強單核吞噬細胞、多形核白細胞的活性刺激活性氧、溶酶體酶和單核因子的分泌；二是激發特異性免疫反應，如加強黏膜表面和血清的IgA、IgM、IgG等免疫球蛋白水平，強化體液免疫，促進T淋巴細胞和B淋巴細胞的增殖，強化細胞免疫。

乳桿菌和雙歧桿菌一方面可以明顯激活巨噬細胞的吞噬作用，另一方面因為可以在腸道定植，相當于天然的主動免疫。它們也能刺激腹腔巨噬細胞、誘導產生干擾素、促進細胞分裂、能產生抗體，促進細胞免疫，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。當異物入侵身體時，免疫細胞被乳酸菌激活，從而增強體質產生抗異物抗體的能力。Chndra（1984）人們認為乳酸菌可以刺激身體產生抗體，因為該細菌通過淋巴結、粘膜刺激淋巴細胞和刺激淋巴細胞通過腸系膜淋巴結（MIN）循環進入血流，分布全身，從而調節機體的免疫反應。

抑制有害菌群的生長

乳酸菌對一些腐敗菌和低溫菌有很好的抑制作用，可用于預防和治療腹瀉、下痢、腸炎、便秘，腸道功能紊亂和皮膚炎癥引起的各種疾病。其抗菌機制主要體現在以下幾個方面：

①乳酸等有機酸能顯著降低環境pH和Eh（氧化還原電位）值，使腸道處于酸性環境，對于痢疾桿菌等致病菌、傷寒桿菌、副傷寒桿菌、彎曲桿菌、葡萄球菌等有拮抗作用；

2產生的過氧化氫可以活化“過氧化氫酶-硫氰酸”系統，抑制和殺死革蘭氏陰性菌、過氧化氫酶陽性細菌，如假單胞菌、大腸桿菌和沙門氏菌等；

③產生類似細菌素的微小蛋白質或多肽（抗菌肽）如各種乳桿菌素和雙歧桿菌，對葡萄球菌屬、梭菌沙門氏菌和志賀氏菌有拮抗作用。此外，雙歧桿菌還能將結合的膽酸分解成游離肌酸，對細菌的抑制作用比前者更強。

食品工業

1、發酵乳制品加工

酸奶是由乳酸菌發酵的牛奶、由動物奶如羊奶制成的發酵乳制品全世界的歷史都很悠久。動物奶中的乳糖酪蛋白等營養成分被乳酸菌分解后容易被人體吸收，可以緩解亞洲人普遍存在的乳糖不耐受現象，因此受到歡迎。

活性乳酸菌飲料是用乳酸菌發酵牛奶制成的發酵乳飲料，口感清爽、風味獨特，營養和保健功能高，深受消費者青睞。其最大的優點是飲料中的乳酸菌以活菌的形式存在于產品中，有助于發揮乳酸菌在人體腸道中的生理功能。

奶油和干酪。乳酸發酵可以用來生產稀奶油發酵產生的乳酸可以在一定程度上抑制腐敗菌的繁殖，提高奶油的穩定性；另一個作用是產生香氣，所以發酵法生產的酸奶油比甜奶油香氣更濃。奶酪是在牛奶中加入適量的乳酸菌發酵劑，使蛋白質凝固，去除乳清，壓制凝塊而成的產品。添加的乳酸菌發酵劑可以發酵產酸，使奶酪成熟并產生風味。

2、水果蔬菜和谷類產品的加工

泡菜加工：在泡菜生產加工過程中，利用植物營養素發酵的乳酸菌可以提高蔬菜制品的營養價值，改善蔬菜制品的風味，防止腐敗變質。

發酵豆乳制品：大豆制成豆漿，接種嗜熱鏈球菌、保加利亞乳桿菌或植物乳桿菌等發酵物可在38 ~ 42℃培養6 ~ 10h，無豆腥味、凝固狀態良好、酸甜比例適宜的酸豆奶制品。

3、發酵肉制品加工

乳酸菌在肉制品中繁殖產生酸，可將NO還原為NO，NO與肉中肌紅蛋白結合可賦予肉制品鮮紅色。乳酸菌的產酸作用還可以抑制雜菌的生長繁殖，從而防止肉色變綠和脂肪氧化。利用乳酸菌發酵肉制品還可以延長發酵肉制品的保質期，降低發酵肉制品中亞硝酸鹽的含量，提高這類食品的食用安全性。

4、天然食品防腐劑

乳酸菌素是乳酸菌在代謝過程中合成并分泌到胞外的一種抗菌多肽或蛋白，具有溶菌作用。由于乳酸菌是國際公認的安全食品級微生物，其產生的抗菌物質可以作為天然食品防腐劑直接應用于食品工業。

5、調味品生產

在釀造發酵醬油的過程中適當人工接種乳酸菌，可使醬油香氣濃郁風味良好質地良好。在豆醬發酵中加入乳酸菌產生有機酸，可以產生多種風味物質，豆醬發酵穩定，可以防止豆醬酸敗。深層發酵制醋時，加入的乳酸菌可以代謝產生有機酸、醋中的主要呈味物質如雙乙酰及其衍生物。此外，乳酸菌也可以和酵母一起用于啤酒中、葡萄酒和奶酒的生產。

6、生產乳酸

乳酸不僅是食品工業的優良原料，也是一種重要的有機酸，廣泛應用于化學工業。通過淀粉、糧食、纖維素、工業農業和民用廢棄物等可再生資源，乳酸是通過乳酸菌等微生物發酵大規模生產的，因為其原料來源廣泛、生產成本低、產品光學純度高、安全性高，成為生產乳酸的重要方法。

禽畜牧業

1、制作高質量青貯飼料

青貯飼料的制備依賴于乳酸菌的發酵作為一種厭氧菌，乳酸菌依靠植物中的糖分生存，它們是相互依存的。乳酸菌在畜牧業中的應用，通常是接種同類型的乳酸菌，使青貯飼料中 pH 的值適當降低，增加青貯飼料中的乳酸含量，提高青貯飼料的品質。在青貯過程中，乳酸菌通過不斷的生長繁殖將植物中的糖分轉化為乳酸，大量乳酸菌的生長使得其他真菌得以繁殖，保持了植物營養成分的完整性和安全性。而且，草類植物通過乳酸菌的發酵，可以提高家畜的食欲。同時，乳酸菌發酵的青貯飼料還可以在冬季等干草季節為牲畜提供良好的口感、高營養的優質飼草深受各類家畜和種養業的歡迎。

2、提高牲畜生產性能

在畜牧生產過程中，使用乳酸菌可以提高其生產性能。比如分別加 0.50%濃度、10%濃度、05%乳酸菌的濃度，可以發現使用乳酸菌可以顯著提高雛雞的存活率；預防仔豬腹瀉是養豬的關鍵。腹瀉時，乳酸菌能將乳糖轉化為乳酸，從而降低腸道 的pH值，抑制大腸桿菌的生長。研究證實，乳酸菌制劑能明顯提高斷奶仔豬的生產性能。

乳酸菌替代抗生素在水產養殖中的應用主要體現在水質改善方面、水生動物的疾病治療和免疫。一些以飼料形式投喂的乳酸菌可以在腸道內定殖，大部分通過糞便排泄到水中，從而增加了水中乳酸菌的數量，成為優勢菌。這樣不僅可以通過競爭抑制作用明顯抑制腸道和水中的弧菌，還可以通過微生物的直接化學作用和間接反硝化作用消除水中的亞硝酸鹽，從而達到凈化水質的效果。

乳酸菌微生態制劑為飼料和畜牧業水產養殖業提供了一條高效的途徑、無害、無污染的新選擇。隨著生產中使用的新品系和特定品系越來越多，應充分考慮動物區系的特點和寄生與環境的關系，科學合理地加以利用，以取得最大的生態效益和經濟效益。