[科普中國]-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)酵過程中,微生物利用1 mol葡萄糖可以生成2 mol乳酸,理論轉化率為100%。但由于發(fā)酵過程中微生物有其他生理活動存在,實際轉化率不可能達100%,一般認為轉化率在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。

過程葡萄糖轉化成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)作用轉化為5-磷酸核酮糖(ribulose-5-phosphate)，經5-磷酸核酮糖-3-差向異構酶(ribulose-5-phosphate-3-epimerase)的差向異構作用生成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。前者經磷酸轉乙酰酶(phosphotransacetylase)作用轉化為乙酰CoA，再經乙醛脫氫酶(acetaldehyde dehydrogenase)和乙醇脫氫酶(aclhoi dehydrogenase)作用最終生成乙醇；后者經EMP途徑生成丙酮酸，在乳酸脫氫酶的催化作用下轉化為乳酸。通過EMP途徑，1分子葡萄糖最終可轉化為2分子乳酸，從而得出乳酸對糖的理論轉化率為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亞種，被廣泛的應用在酸奶制作的過程當中。酸奶甜酸適宜與其含有的有機酸和無機酸有關。高品質酸奶的生產脫不了優(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、乳糖進行同型乳酸發(fā)酵產生D-型乳酸,最高產酸量可達2%4。

酸奶味美適口與其特殊的風味密不可分,酸奶的風味是由以下幾個部分構成：(1)原料奶本身所含有的風味物質；(2)原料乳中的某些物質經過微生物的分解代謝形成的風味物質；(3)發(fā)酵時產生的風味物質前體，中產生了新的風味物質。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;分解氨基酸產生乙酸、丙酸、丁酸和戊酸.等有機酸,這些有機無機酸不僅具有特殊的味道還可以賦予酸奶爽口感,除此之外,還能和醇類物質反應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,代謝產物以乙酸為主屬酵香型發(fā)酵乳;單獨或結合使用丁二酮乳鏈球菌和梓檬明串珠菌作發(fā)酵劑的代謝風味物質主要為丁二酮,屬酮香型發(fā)酵乳。在我國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），革蘭氏陽性，不產芽抱，無鞭毛，不運動，同型發(fā)酵乳酸，不液化明膠，接觸酶陰性，最適生長溫度為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(人和動物)腸道內的主要微生物種之一,當存在一定數(shù)量時,能夠調整和改善腸道內的有益微生物和有害微生物之間的平衡，進而促進宿主的健康，起到增進健康的效果，是目前極為重視研究開發(fā)的益生菌。

長期以來,國外對嗜酸乳桿菌的健康促進作用作了較多的研究，而國內在這方面的研究報道非常有限。體外和宿主(人和動物)體內實驗以及長期的實踐觀察表明，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，能夠促進乳糖的消化吸收，緩解乳糖不忍耐癥，提高蛋白質、維生素等的吸收，具有降低血清膽固醇、提高機體免疫力和抑制腫瘤發(fā)生的能力。同時，嗜酸乳桿菌具有加工和貯藏中的穩(wěn)定性，其生長繁殖沒有嚴格的限制。目前，含有嗜酸乳桿菌的產品種類很多，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注,開發(fā)含有嗜酸乳桿菌的益生菌制品正成為當前研究的熱點之一6。

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

片球菌屬的形態(tài)特征：細胞呈球形，通常以雙球菌或四疊球菌形式出現(xiàn)，細胞不延長，不形成鏈狀，很少以單個細胞；革蘭氏染色陽性（+），不形成芽孢，不能運動，固體培養(yǎng)時該菌落直徑 1.0~2.5mm，不能合成細胞色素。片球菌屬的生理生化特點：營養(yǎng)類型是化能異養(yǎng)；兼性厭氧；最適的生長的 pH 值為 6.2，生長溫度范圍 25~40℃；生長繁殖需要多種生長因子如：煙酸，泛酸，生物素和氨基酸，對硫胺素、對-氨基苯甲酸、鈷胺素等無要求；大部分菌株可以發(fā)酵葡萄糖、核糖、木糖、果糖，進而產生 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，不產生蛋白酶，不能使硝酸鹽被還原，不能產生吲哚等；接觸酶反應呈陰性；常存活于蔬菜等食品中，對動植物無致病性。在釀造醬油時，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，耐 NaCl 濃度為 13%~20%。

片球菌屬的某些菌株可以產生具有抑菌活性的片球菌素，到 2011 年為止，共有 25 株產片球菌素的片球菌被報道出來。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生片球菌素。片球菌素的本質是蛋白質，可以被多種蛋白酶水解。片球菌素的耐高溫性較好，121℃時仍然具有活性，且適應的 pH 值范圍較廣，在酸性和堿性范圍內都能保持活性。片球菌素的抑菌機理是，它首先結合到細菌細胞的表面，然后在細胞表面形成孔洞，導致細胞內物質向外泄漏，進而導致細胞無法進行能量代謝，從而起到殺滅細菌的作用。尤其可以明顯抑制單核細胞增多癥李氏桿菌的生長7。