微生物发酵菌种有哪些(酸奶中常用的发酵菌种和混合发酵【学术解读系列之一】)

酸奶是人们非常喜欢吃的健康食品，酸奶具有较高营养价值和特殊风味的奶制品，因其风味独特及具有保健作用而发展很快，该产品蛋白质易被消化，是适合儿童和病人的食物，尤其是其中的钙质最易被吸收。

长期食用酸奶可使肠道形成酸性环境，抑制有害微生物的生长，从而增进人体健康，同时酸奶还可以增强食欲，促进肠道蠕动和机体的物质代谢。

市场上酸奶多种多样，琳琅满目，风味各异，种类繁多。

酸乳是以生牛（羊）乳或乳粉为原料，经杀菌、接种嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌（德氏乳杆菌保加利亚亚种）发酵制成的产品。

酸奶的制作需要发酵剂，也就是菌种，酸奶中常见的益生菌菌种主要有：嗜热链球菌（Streptococcus thermophilus），保加利亚乳杆菌(Lactobacillus bulgaricus)，嗜酸乳杆菌乳（Lactobacillus acidophilus），乳酸乳球菌( Lactococcus lactis，L. lactis)，双歧杆菌（Bifidobacterium）,干酪乳杆菌（Lactobacillus casei），植物乳杆菌（lactobacillus plantarum）等。

常见酸奶发酵用益生菌种类和特性如下:

嗜热链球菌的特性

嗜热链球菌：是制作酸奶的最常用的、必需的益生菌。

嗜热链球菌是一种需氧的革兰氏阳性菌，在液体培养基里成链条状生长；在固体选择性培养基上，嗜热链球菌会长成米色的菌落。

嗜热链球菌是同型发酵的细菌，在生长发酵过程中，它产生L-乳酸和叶酸。嗜热链球菌也可在含有下列任一种糖类的培养基上生长。这些糖类包括半乳糖、葡萄糖、果糖、乳糖、蔗糖。

乳糖的降解需要一种特殊的酶，叫β-半乳糖苷酶。乳糖不耐受的人身体内就是缺乏了这一种酶。

嗜热链球菌个体中多有2球体连接、3、4球体连接、5、6球体连接的，8球体以上连接的和单球体的少见。所以个体大小差距较大。多在0.4-0.7*1.0-6um范围内。

嗜热链球菌有益作用：嗜热链球菌被广泛用于生产酸奶和奶酪（如瑞士、林堡干酪）。嗜热链球菌也具有一些功能活性，比如生产胞外多糖、细菌素和维生素。另外，嗜热链球菌也可以作为潜在有益菌，实验证明了其具有健康效果、转运活性和一定的胃肠道粘附性。

改善肠道微环境降低肠道pH值，促进肠蠕动防止病原菌定植，分泌细菌素抑制病原菌的生长。

调节血压，抑制胆固醇合成酶活性，降低血清中胆固醇含量，其菌发酵产物可以调节控制血压。

抗癌作用生成的多糖、细菌素、乳酸等具有抗肿瘤活性的作用，通过激活机体免疫系统，抑制细胞的突变来抵抗肿瘤的发生。

延缓衰老产生超氧化物歧化酶(SOD)可以清除体内代谢过程中产生的过量超氧阴离子自由基，延缓衰老。

产乳酸乳糖的降解需要一种特殊的酶，叫β-半乳糖苷酶。乳糖不耐症的人身体内就是缺乏了这一种酶。嗜热链球菌是一种能产生β-半乳糖苷酶的细菌，所以可以帮助乳糖的消化。

对胃酸、胆盐的耐受性嗜热链球菌在PH=6.8的酸性溶液中的存活率是100%，在PH=4的酸性溶液中的存活率约是75%，在PH=3的酸性溶液中的存活率约是70%。

嗜热链球菌能够在较高浓度的胆汁中生存，所以应该可以在体内免受胆汁的损害而到达小肠的远端。

嗜热链球菌应用于发酵酸奶中可以大大缩短酸奶的凝乳时间。非嗜热链球菌的发酵酸奶的凝乳时间为6h～8h，添加了嗜热链球菌的发酵酸奶凝乳时间可以控制为5h之内，有利于工业化生产。

增加酸奶黏度嗜热链球菌在发酵过程中可以大量的产生胞外多糖，胞外多糖多聚物作为增稠剂、胶凝剂增加了发酵乳的黏度并改善了酸奶的品质。

保加利亚乳杆菌特性

保加利亚乳杆菌(Lactobacillus bulgaricus)是用于酸奶生产的主要乳酸菌菌种之一。在其它天然发酵的产品中也会出现。1905年保加利亚Stamen Grigorov博士第一次将其分离鉴定。

保加利亚乳杆菌是厌氧性、举兰氏阳性菌。菌体长约2 μm-9 μm，宽约0.5 μm-0.8 μm，单个菌体里长杆状或成链,两端钝圆,不具有运动性,也不产生孢子在乳基质培养基上生长,菌落呈无色或淡白色,菌落表面为不光滑絮状,直径在1mm-3mm之间。

保加利亚乳杆菌是一种革兰氏阳性，长杆，无鞭毛，无芽孢，菌落圆形，乳白色，边缘整齐，化能异养性，兼性厌氧，不液化明胶，可利用纤维二糖，果糖，葡萄糖，蔗糖，海藻糖。接触酶阴性，氧化酶阴性，耐酸，喜温，生长温度30-40℃ 。

为德氏乳杆菌作为一种D-乳酸发酵菌种，该菌株可以产较高光学纯度的D-乳酸，但其最佳的发酵温度为37 °C。当培养温度达到40 °C左右时，D-乳酸的产率显著降低。

保加利亚乳杆菌属于化能异养型微生物,对营养需求较为苟刻。

通常情况下,脱脂乳和乳清是乳酸菌的最佳培养基。

实验表明:以乳清加6%脱脂乳作为培养基菌落数相对较多。在代谢其过程中,需要多种生长因子特别是B族维生素,如：吡哆酸(VB6)、钴胺酸(VB12)、叶酸等。最佳生长温度范围是37°C-45°C:,当温度高于50°C或者低于20°C时菌体不能生长。

在培养保加利亚乳杆菌的过程中,碳源、氮源也有一定的要求,酵母粉是常用的培养基成分,其中尼克酸、叶酸、钴胺酸含量相对较高。研究证实:酵母粉的添加有较显著地促进了保加利亚乳杆菌的生长。

保加利亚乳杆菌糖代谢会产生大量乳酸,乳酸对菌株的生长具有抑制作用,添加缓冲盐或中和剂可以增进菌株的生长 。

保加利亚乳杆菌也具有产酸特性，产香特性，产粘特性三种重要特性。

产酸特性：酸奶甜酸适宜与其含有的有机酸和无机酸有关。高品质酸奶的生产脱离不了优良发酵剂的作用。作为酸奶发酵剂的主要菌种之一,保加利亚乳杆菌产酸能力不容忽视。保加利亚乳杆菌能利用葡萄糖、果糖、乳糖进行同型乳酸发酵产生D-型乳酸,最高产酸量可达2%。

产香特性：酸奶味美适口与其特殊的风味密不可分，酸奶的风味是由原料奶本身所含有的风味物质，原料乳中的某些物质经过微生物的分解代谢形成的风味物质，发酵时产生的风味物质前体，在贮藏过程中产生了新的风味物质。

例如:发酵剂代谢碳水化合物生成乳酸、两酮酸、丙酸、乙酸、甲酸；分解氨基酸产生乙酸、丙酸、丁酸和戊酸等有机酸，这些有机无机酸不仅具有特殊的味道还可以赋予酸奶爽口感，除此之外，还能和醇类物质反应生成具有香气的脂类，例如：乙酸与乙醇生成乙酸乙脂等。按照酸奶的香味可以将酸奶分为：醛香型和酮香型。

保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌混合菌种发酵,代谢产物以乙酸为主属酵香型发酵乳；单独或结合使用丁二酮乳链球菌和梓檬明串珠菌作发酵剂的代谢风味物质主要为丁二酮，属酮香型发酵乳。在我国酵香型酸奶目前居多。

研究进一步证实：作为影响酸奶风味的乙酸、双乙烯、挥发酸以及酸性物质等关键挥发性物质，两者之间的相关性显著。

产黏特性：高品质酸奶的生产与发酵剂菌种的代谢密不可分，菌种对碳水化合物、脂肪、蛋白质的分解代谢是生产高品质酸奶的关键。其中碳水化合物的分解代谢产生了大量的无机酸、有机酸、醇、醒等物质，这些物质与脂肪分解代谢产生的脂肪酸、短链脂肪酸共同赋予了酸奶特殊的风味；当然，蛋白质水解生成的多肽、短肽、氨基酸，对提高酸奶营养价值的作用更加不容忽视。

菌种合成代谢在高品质酸奶的生产中同样不可小觑，因为合成代谢途径形成了有利于改善酸奶点度、质地和促进人体健康的胞外多糖。

胞外多糖是乳酸菌合成代谢过程中分泌到细胞外，渗于培养基中的一类多糖化合物。这些多糖有的依附于菌体细胞壁形成荚膜，称为荚膜多糖；有的进入培养基形成粘液，称为粘液多糖。它们都是乳酸菌代谢的次级产物。

胞外多糖不仅具有增稠、稳定、乳化、胶凝及持水作用,同时还具有提高免疫活性、抗肿瘤、抗溃疡等活性。

保加利亚乳杆菌提高了酸奶营养价值，也可以提高食品、酸奶的营养价值，改善食品风味，提高食品的保藏性和附加值。

保加利亚乳杆菌特殊的生理功能：能够改善肠道微生态平衡，抑制有害物质的产生；提高蛋白质和微量元素的利用率；降低血清胆固醇降血压；抗肿瘤，提高机体免疫力等。

由于德氏乳杆菌具有以上特殊的营养功效和生理功能,其与人类的生产生活密切相关,在食品、养殖、医疗保健、化工等行业均有广泛的应用前景 。

保加利亚乳杆菌提供特殊的风味：保加利亚乳杆菌提供发酵乳制品提供了特殊的风味、质地和营养功效，而且赋予了发酵乳制品特殊的食疗功效。因此, 保加利亚乳杆菌作为益生菌发酵剂是乳制品工业中生产中运用最广泛的菌种之一具有极高的经济价值。

乳酸乳球菌特性

乳酸乳球菌( Lactococcus lactis，L. lactis)是一种原核微生物，归属于硬壁菌门，杆菌纲，乳杆菌目，链球菌科，乳球菌属，同时是乳酸菌属中的一种重要模式菌。L.lactis 细胞呈球形或卵圆形，革兰氏阳性，兼性厌氧，不产荚膜和芽孢，营养要求复杂，最适宜生长温度为30℃。

L.lactis 广泛存在于乳制品和植物产品中，在食品工业中应用广泛，对人和动物无致病性，是被公认安全的食品级微生物( generally regards as safe，GRAS)。

乳酸乳球菌是发酵工业中常用的的发酵剂之一，特别是在发酵乳制品中。

另外，乳酸乳球菌是常用的诱导表达型宿主菌之一，具有重要的研究和应用价值。乳酸乳球菌归属于硬壁菌门、杆菌纲、乳杆菌目、链球菌科、乳球菌属。

一般认为乳酸乳球菌包括三个亚种，其中乳源的有乳酸乳球菌乳酸亚种和乳酸乳球菌乳脂亚种，还有分离自叶蝉的乳酸乳球菌霍氏亚种。

乳酸乳球菌的生产特点：乳酸乳球菌可以用于奶酪的生产，也可以做特色的酸奶。

乳酸乳球菌是干酪生产的灵魂。乳酸乳球菌是乳球菌最重要和最典型的一个种，包含两个亚种，即乳酸乳球菌乳脂亚种和乳酸乳球菌乳酸亚种。

一直以来，这两个亚种被人们用来作为乳制品发酵剂，前者可用于生产软干酪，后者可用于生产质地较硬的干酪。

在乳制品发酵工业中乳酸乳球菌的主要作用，除了将牛奶中的乳糖通过发酵转变成乳酸，产生风味物质双乙酰和乙醛外，在于酪成熟过程中，它胞内的肽酶和胞外的蛋白酶可以促进干酪中的蛋白质水解，从而对成熟干酪风味物质的形成具有重要作用。

乳酸乳球菌的有益作用：乳酸乳球菌生长快速、代谢相对简单，分解与合成代谢分开；基因组小但包含足够的生物信息，胞内外蛋白易于分离、纯化，这些优势使乳酸乳球菌在代谢调控方面具有的重大研究价值。

目前乳酸乳球菌在乳制品中已经得到广泛的应用，它可作为发酵剂用于酸奶油、酸奶、大豆酸奶、乳饮料等乳制品的生产。它也是制备干酪常用的发酵剂，例如切达干酪、农家干酪、夸克等，乳酸乳球菌对于干酪等发酵乳制品的风味有重要影响。

全世界范围内每年有超过一千万吨的乳酸乳球菌细胞，应用于干酪、黄油和酪乳的发酵工业中。

双歧杆菌特性

双歧杆菌是一个细菌属名。早在1899年，法国巴斯德研究所的儿科医生Henry Tissier，首次从母乳喂养的健康婴儿的粪便中分离出的一种厌氧的革兰氏阳性杆菌，当时命名为Bacillus bifidus。

随后，Tissier就发现补充这种分叉状的杆菌能治疗肠道感染方面的疾病。在Tissier发现双歧杆菌以后，人们发现了更多的双歧杆菌属的成员，人们对双歧杆菌的生理功能进行了深入的发掘与研究。

经过一个世纪的发展，特别是近年肠道微生物组学研究的发展，人们越来越认识到双歧杆菌的重要性。双歧杆菌在医药、食品等方面也得到了广泛的应用。

双歧杆菌的特性：双歧杆菌属（Bifidobacterium）是一种革兰氏阳性、不运动、细胞呈杆状、一端有时呈分叉状、严格厌氧的细菌属，广泛存在于人和动物的消化道、阴道和口腔等生境中。

双歧杆菌属的细菌是人和动物肠道菌群的重要组成成员之一。一些双歧杆菌的菌株可以作为益生菌而用在食品、医药和饲料方面。

双歧杆菌革兰氏染色阳性，细胞形态多样，包括短杆状、近球状、长弯杆状、分叉杆状、棍棒状或匙状。

细胞单个或排列成V形、栅栏状、星状。不抗酸、不形成芽孢，不运动。专性厌氧。菌落较小、光滑、凸圆、边缘完整，呈乳脂色至白色。最适生长温度为37-41℃，最低生长温度为25-28℃，最高为43-45℃。初始生长最适pH为6.5-7.0，生长pH范围一般为 4.5-8.5。

糖代谢经独特异型乳酸发酵的双歧杆菌途径进行，特点是利用葡萄糖产乙酸和乳酸，不产生二氧化碳。

用于酸奶的双歧杆菌的种类目前为止，已经发现的双歧杆菌有30多种，用于酸奶和医疗的主要有：两歧双歧杆菌、青春双歧杆菌（B. adolescentis）、婴儿双歧杆菌（B. infantis）、长双歧杆菌（B. longum）和短双歧杆菌（B. breve），这些都是人体肠道中常见的双歧杆菌。

双歧杆菌的有益作用：双歧杆菌是一种重要的肠道有益微生物。双歧杆菌作为一种生理性有益菌，对人体健康具有生物屏障、营养作用、抗肿瘤作用、免疫增强作用、改善胃肠道功能、抗衰老等多种重要的生理功能 。

人体肠道中定植着大量的微生物。肠道微生物与人体健康与疾病之间存在着十分密切的关系。

根据目前所知道的肠道微生物对人体健康的影响，肠道微生物可分为有益、无害和有害3大类。在正常情况下，人体内的肠道微生物形成了一个相对平衡的状态。一旦平衡受到破坏，如服用抗生素、放疗、化疗、情绪压抑、身体衰弱、缺乏免疫力等，就会导致肠道菌群失去平衡。

某些肠道微生物如产气荚膜梭菌等在肠道中过度增殖并产生氨、胺类、硫化氢、粪臭素、吲哚、亚硝酸盐、细菌毒素等有害物质，从而进一步影响机体的健康。

双歧杆菌和乳酸菌等有益细菌则能抑制人体有害细菌的生长，抵抗病原菌的感染，合成人体需要的维生素，促进人体对矿物质的吸收，产生醋酸、丙酸、丁酸和乳酸等有机酸刺激肠道蠕动，促进排便，防止便秘以及抑制肠道腐败作用、净化肠道环境、分解致癌物质、刺激人体免疫系统，从而提高抗病能力等方面有着重要作用。

双歧杆菌的有益作用:治疗慢性腹泻与抗生素相关性腹泻双歧杆菌具有调节肠道菌群的作用。

通过用双歧杆菌对慢性腹泻患者临床观察研究表明，在服药两周以后，患者大便次数、形状异常，临床症状消失，对总有效率为90.3%，复发率低。

许多国内医院已将双歧杆菌制剂作为治疗慢性腹泻的首选药物。此外，双歧杆菌还可以治疗因过量使用抗生素而导致的抗生素相关性腹泻疾病。

有人采用双歧杆菌制剂治疗伪膜性肠炎380例，临床总治愈率无明显差异，但临床副作用和复发率均明显降低。双歧杆菌对儿童急慢性腹泻具有很好的治疗作用 。

有效缓解便秘双歧杆菌可以通过调整肠道菌群，并通过产生乙酸、乳酸等短链脂肪酸来抑制肠道腐败菌的生长和有毒代谢产物的形成，刺激肠蠕动，从而减少水分的过度吸收而缓解便秘症状。

抑制癌症的发生和发展双歧杆菌细胞能够吸附食物中的致癌和致突变物质，从而保护机体细胞免受这些致癌物质的损害。双歧杆菌可通过调整肠道正常菌群，抑制肠道许多腐败菌生长，从而减少一些肠源性致癌物的产生。

此外，有研究还发现双歧杆菌具有激活机体巨噬细胞的吞噬活性，而有助于抑制肿瘤细胞；双歧杆菌还可通过诱导肿瘤细胞的凋亡而达到抑制肿瘤生长的作用。

保护肝脏作用,人体肠道的有害菌产生并释放内毒素进入血液到中，对肝脏会造成损伤。双歧杆菌制剂可以抑制产生内毒素的有害菌数量，从而对肝脏患者起到良好的治疗作用。

促进人体对乳糖的消化,牛奶含有丰富的营养物质。但中国人中有相当一部分缺乏乳糖酶，不能分解牛奶中的乳糖，这些人在饮用牛奶后常常会出现胃肠道紊乱，导致胃肠痉挛、胀气或腹泻，即为乳糖不耐症。通过利用保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌和双歧杆菌等乳酸菌对牛乳进行发酵而制备成发酵酸乳，可以有效缓解乳糖不耐症。

双歧杆菌在人体肠内发酵后可产生乳酸和醋酸，能提高机体对矿质元素如钙、铁的利用率，促进铁和维生素D的吸收。

双歧杆菌发酵乳糖产生半乳糖，是构成脑神经系统中脑苷脂的成分，与婴儿出生后大脑的迅速生长有密切关系。双歧杆菌可以产生维生素B1、B2、B6、B12及丙氨酸、缬氨酸、天冬氨酸和苏氨酸等人体必需的营养物质，对于人体具有重要的营养作用。

植物乳杆菌菌种特性

植物乳杆菌圆端直杆菌，通常为0．9～1．2vtm×3．0～8.0μm，单个、成对或短链状。通常缺乏鞭毛，但能运动。革兰氏阳性，不生芽孢。

兼性厌氧，表面菌落直径约3mm，凸起，呈圆形，表面光滑，细密，色白，偶尔呈浅黄或深黄色。属化能异养菌，生长需要营养丰富的培养基，需要泛酸钙和烟酸，但不需要硫胺素、吡哆醛或吡哆胺、叶酸、维生素B12。

能发酵戊糖或葡萄糖酸盐，终产物中85%以上是乳酸。通常不还原硝酸盐，不液化明胶，接触酶和氧化酶皆阴性。能产生DL一乳酸，有1，6～二磷酸果糖醛缩酶和单磷酸己糖途径的活性，能在葡萄酸盐中生长，并产C02。

发酵1分子的核糖或其他的戊糖生成1分子的乳酸和1分子的乙酸。15℃能生长，通常最适生长温度为30～35℃。

植物乳杆菌的生长特性:植物乳杆菌是乳酸菌的一种，最适生长温度为30~35,厌氧或兼性厌氧,菌种为直或弯的杆状，单个、有时成对或成链状，最适pH 6. 5左右，属于同型发酵乳酸菌。

此菌与其他乳酸菌的区别在于此菌的活菌数比较高，能大量的产酸，而且其产出的酸性物质能降解重金属；由于此菌是厌氧细菌（兼性好氧），在繁殖过程中能产出特有的乳酸杆菌素，乳酸杆菌素是一种生物型的防腐剂。

植物乳杆菌有益作用：有一定的免疫调节作用；对致病菌有抑制作用；降低血清胆固醇含量和预防心血管疾病；维持肠道内菌群平衡；促进营养物质吸收；缓解乳糖不耐症；抑制肿瘤细胞的形成等。

干酪乳杆菌特性

干酪乳杆菌（Lactobacillus casei）属于乳杆菌属（Lactobacillus），革兰氏染色阳性，无鞭毛，不运动，无芽孢、细长有弯曲的杆菌，有时成球杆状或杆状，排列成栅状或链状，无动力，有些有双极染色。兼性异型发酵乳糖，不液化明胶。

最适生长温度为37℃，G+C含量为45.6%~47.2%；菌体长短不一，两端呈方形，常成链；菌落粗糙，灰白色，有时呈微黄色，能发酵多种糖。在LC、LBS平板上培养48～72h形成直径0．5～2mm，白色，圆形，表面光滑湿润，边缘整齐、凸起的菌落。

能发酵果糖、半乳糖和葡萄糖，不能利用蜜二糖、棉籽糖和木糖，不能分解精氨酸产氨，所产乳酸旋光性为L型。干酪乳杆菌存在于人的口腔、肠道内含物和大便及阴道中，也常常出现在牛奶和干酪、乳制品、饲料、面团和垃圾中。

干酪乳杆菌的有益作用：干酪乳杆菌作为益生菌的一种，能够耐受有机体的防御机制，其中包括口腔中的酶、胃液中低PH值和小肠的胆汁酸等。由于干酪乳杆菌对其宿主营养、免疫、防病等具有显著的益生功效，越来越成为人们研究、开发、生产的焦点。随着高血压人群的增加，对干酪乳杆菌的研究以及用其开发功能性乳制品具有重要意义。

干酪乳杆菌进入人体后可以在肠道内大量存活，起到调节肠内菌群平衡、促进人体消化吸收等作用。

干酪乳杆菌具有良好的耐酸及胆汁抗性，可以降血压、降胆固醇，促进细胞分裂，产生抗体免疫，增强人体免疫及预防癌症和抑制肿瘤生长等功能；干酪乳杆菌还具有缓解乳糖不耐症、过敏等益生保健作用。

干酪乳杆菌能够产生乳酸菌素，抑制和杀死食品中的许多腐败菌及致病菌，并且不影响食物性状，甚至能够改善食品特性，因此将其作为发酵剂添加到食品中能使产品更加优质，且对食品储藏过程中的防腐保鲜也起到积极作用。

干酪乳杆菌生产应用：干酪乳杆菌作为益生菌之一被用作牛奶、酸乳、豆奶、奶油和干酪等乳制品的发酵剂及辅助发酵剂，尤其在干酪中的应用较多，适应干酪中的高含量盐及低PH值，通过一些重要氨基酸的代谢以增加风味并促进干酪的成熟。

无糖酸奶醇和益生菌结合生产得到的功能性酸奶，其特殊之处在于：一方面，原料中未添加蔗糖和单糖，而是选用作为功能性甜味剂的木糖醇，这样可以避免血糖水平升高；另一方面，有独特保健功能的益生菌存在，可帮助消化、防止便秘及细胞老化，抗肿瘤和调节人体机能。

因此，在食品向天然型和功能型发展的今天，生产这种产品是益生菌制品乃至干酪乳杆菌制品的发展方向之一。

由于能够在人体肠道内稳定存活并具有众多的医疗保健功能，干酪乳杆菌作为益生菌被广泛应用于功能性食品，特别是乳制品的开发中，并逐渐为研究者所关注。