乳酸菌在食品工程中的应用探究

乳酸菌在食品工程中的应用探究

李琴    林伯权

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摘要

本研究探讨了乳酸菌在食品工程中的应用,通过文献综述和实验分析,阐述了乳酸菌在发酵食品、功能性食品和生物保鲜等领域的重要作用。研究发现,乳酸菌可以改善食品风,增强营养价值,延长保质期。同时,基因工程改造的重组乳酸菌在疫苗递送、抗病毒等医疗应用方面也展现出良好前景。未来应着重开发新型功能性乳酸菌,优化发酵工艺,拓展乳酸菌在食品工程中的应用范围。

关键词: 乳酸菌、食品工程、发酵、益生菌、保鲜

1 引言

乳酸菌是一类重要的食品工业微生物,广泛应用于食品发酵、保藏和功能性食品开发等领域。近年来,随着人们对健康和食品安全的日益重视,乳酸菌在食品工程中的应用研究得到了快速发展。乳酸菌不仅能够改善食品的风味和质地,还具有延长保质期、提高营养价值和促进人体健康等多种功能。

2 乳酸菌的基本特性

2.1 乳酸菌的定义和分类

    乳酸菌是一类能够将糖类发酵产生乳酸的细菌的总称。它们是革兰氏阳性、不形成芽胞、通常为非运动性、兼性厌氧或微需氧的细菌。乳酸菌广泛存在于自然界中,尤其是在乳制品、发酵食品和人体肠道中。从分类学角度来看,乳酸菌主要包括以下几个属:乳杆菌属(Lactobacillus)、链球菌属(Streptococcus)、明串珠菌属(Leuconostoc)、片球菌属(Pediococcus)、乳球菌属(Lactococcus)等。其中,乳杆菌属是乳酸菌中最大的一类,包含了许多重要的益生菌种。根据发酵产物的不同,乳酸菌可以分为同型发酵乳酸菌和异型发酵乳酸菌两大类。同型发酵乳酸菌主要产生乳酸,而异型发酵乳酸菌除了产生乳酸外,还会产生乙醇、二氧化碳等其他代谢产物。乳酸菌在食品工程中具有重要的应用价值。它们不仅可以改善食品的风味和质地,还能延长食品的保质期,提高食品的营养价值。此外,某些乳酸菌还具有益生作用,可以促进人体健康。因此,深入研究乳酸菌的特性和分类对于开发新型功能性食品和提高食品质量具有重要意义。

2.2 乳酸菌的主要特性

    乳酸菌是一类重要的食品工业微生物,具有独特的生理生化特性和功能特性。在生理特性方面,乳酸菌是革兰氏阳性、兼性厌氧或专性厌氧、不形成芽胞的细菌。它们能够发酵碳水化合物产生乳酸,具有较强的耐酸性,能在pH值2.5的环境中生长。部分乳酸菌还具有一定的耐渗透压能力,如在4%NaCl溶液中生长正常。在生化特性方面,乳酸菌能产生多种代谢产物。首先,它们能发酵糖类产生乳酸,这是乳酸菌最主要的代谢特征。其次,部分乳酸菌能产生抑菌物质,对其他微生物尤其是革兰氏阳性菌具有抑制作用。这些抑菌物质通常具有较强的热稳定性和耐酸性。此外,一些乳酸菌还能产生淀粉酶等酶类。

3 乳酸菌在食品工程中的应用

3.1 发酵乳制品

    发酵乳制品是乳酸菌应用最为广泛的领域之一。在酸奶生产中,乳酸菌通过发酵乳糖产生乳酸,不仅赋予酸奶独特的风味,还能抑制有害微生物的生长[1]。常用的酸奶发酵菌包括嗜热链球菌、保加利亚乳杆菌等。这些乳酸菌在发酵过程中还能产生乙醛、乙酸等风味物质,丰富酸奶的口感。除了传统发酵乳,益生菌酸奶也越来越受到消费者青睐。研究表明,添加益生菌如植物乳杆菌P-8可以有效抑制酸奶中酵母菌和霉菌的生长,延长保质期。同时,益生菌还能在酸奶中保持较高的活菌数,为消费者提供额外的健康益处。在奶酪制作中,乳酸菌同样发挥着重要作用。它们不仅参与奶酪的发酵和成熟过程,还能产生特殊的风味物质。例如,某些乳酸菌能够代谢氨基酸,产生独特的奶酪香气。此外,一些乳酸菌还能产生细菌素,如片球菌素PA-1,可以抑制奶酪中的李斯特菌等病原菌,提高食品安全性。

3.2 肉制品加工

    乳酸菌在肉制品加工中的应用已成为食品工程领域的重要研究方向。乳酸菌不仅能够改善肉制品的风味和质地,还能延长保质期,提高食品安全性。在发酵香肠生产中,乳酸菌作为主要发酵菌种,通过产生有机酸降低pH值,抑制有害微生物的生长。同时,乳酸菌的代谢产物如乳酸、乙酸等有机酸以及细菌素等抗菌物质,能够有效抑制腐败菌和病原菌的繁殖。在火腿加工过程中,添加乳酸菌可以促进蛋白质的水解,产生多种呈味肽和氨基酸,增强火腿的鲜味。此外,乳酸菌还能分解脂肪,生成挥发性风味物质,丰富火腿的香气。一些乳酸菌菌株如植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)具有较强的亚硝酸盐还原能力,可以降低肉制品中亚硝酸盐的残留量,提高食品安全性。

3.3 蔬菜发酵

    蔬菜发酵是乳酸菌在食品工程中的重要应用领域之一。乳酸菌在蔬菜发酵过程中起着关键作用,不仅能够抑制有害微生物的生长,还能产生独特的风味物质,提高产品的营养价值和保存性。以泡菜和酸菜为代表的发酵蔬菜深受消费者喜爱,其独特的口感和风味主要源于乳酸菌的代谢活动。在蔬菜发酵过程中,乳酸菌通过代谢蔬菜中的碳水化合物产生乳酸等有机酸,降低pH值,抑制腐败菌和病原菌的生长[5]。同时,乳酸菌还能分解蛋白质和氨基酸,产生各种风味物质,如乙醛、乙酸、乙醇等,赋予发酵蔬菜独特的香气。此外,某些乳酸菌还能产生细菌素等抗菌物质,进一步增强产品的保藏性。为了提高蔬菜发酵的品质和稳定性,研究人员开发了功能性发酵剂。通过筛选具有特定功能的乳酸菌菌株,如具有高产乳酸能力、耐盐性强、产生特定风味物质等特性的菌株,可以定向调控发酵过程,提高产品品质。

3.4 功能性食品

    功能性食品是指具有特定生理功能、能调节人体机能的食品,乳酸菌在其中发挥着重要作用。乳酸菌作为益生菌,可通过发酵等方式赋予食品特殊的营养和保健功能。在益生菌制品方面,乳酸菌可直接作为活菌添加到食品中。研究表明,副干酪乳杆菌L14经基因工程改造后,其抗逆性能得到显著提高,有利于提高益生菌制品的稳定性。此外,乳酸菌还可作为载体表达具有生物活性的蛋白质。例如,将人干扰素IFN-α-2b基因与IgG Fc基因融合后在乳酸乳杆菌中表达,获得了具有抗病毒活性的重组乳酸菌,这为开发新型功能性食品提供了思路。在保健食品领域,乳酸菌发酵产物具有多种生理活性。片球菌素PA-1是一种由乳酸菌产生的广谱抗菌肽,对食品中的腐败菌和致病菌有很好的抑制作用,可作为天然防腐剂应用于食品保鲜。此外,某些乳酸菌还能产生淀粉酶等酶类,可用于开发具有特殊功能的发酵食品。乳酸菌在功能性食品中的应用前景广阔。未来可通过基因工程等技术手段进一步提高乳酸菌的功能特性,开发更多具有特定保健功能的新型食品,满足消费者对健康食品的需求。同时,还需加强对乳酸菌功能机制的研究,为其在食品工程中的应用提供科学依据。

结束语

    乳酸菌在食品工程中的应用正朝着更加多元化和精细化的方向发展。未来,功能性乳酸菌的开发将成为研究热点,通过基因工程技术改造乳酸菌,使其具有更强的抗逆性和更丰富的功能。此外,乳酸菌作为生物保鲜剂的应用前景广阔,可有效延长食品保质期,提高食品安全性。总之,乳酸菌在食品工程中的应用前景广阔,但仍需要克服诸多技术和市场挑战。通过持续的科研创新和产业化探索,乳酸菌有望在食品安全、营养健康等领域发挥更大的作用。

参考文献

[1] 田康明，周丽，陈献忠，等. L-乳酸的发酵生产和聚L-乳酸的化学加工[J].2011

[2] 郭建林，高鹏飞，姚国强，等. 益生菌Lactobacillus plantarum P-8在酸乳保鲜中的应用研究[J].2013

[3] 于蕊, 左芳雷, 陈喜玲, et al. 重组粪肠球菌gshF基因对副干酪乳杆菌（Lactobacillus paracasei）L14抗逆性能的影响[J].2014:149-156