乳酸菌

细菌

乳酸菌（lactic acid bacteria，LAB）是一类能利用可发酵碳水化合物产生大量乳酸的细菌的统称，依据生化机制，可划分为正型与异型乳酸发酵两种。这类细菌在自然界分布极为广泛，具有丰富的物种多样性，根据2018年的数据资料显示，伯杰氏系统这一国际公认的分类系统中，已经发现了43个属的乳酸菌，它们分属于细菌界的五个门，包括热孢菌门、厚壁菌门、放线菌门、拟杆菌门以及梭杆菌门。除极少数外，其绝大部分都是人体内必不可少，且具有重要生理功能的菌群，广泛存在于人体的肠道中。

存在分布

乳酸菌是一种益生菌，其能够将碳水化合物发酵成乳酸，因而得名。乳酸菌分布广泛，通常存在于肉、乳和蔬菜等食品及其制品中。此外，乳酸菌也广泛存在于畜、禽肠道及少数临床样品中，其中，在人类和其他哺乳动物的口腔、肠道等环境中的乳酸菌，是构成特定区域正常微生物菌群的重要成员。

形态分类

乳酸菌是发酵糖类主要产物为乳酸的一类无芽孢、革兰氏染色阳性细菌，其包含许多种属。大多数乳酸菌不运动，少数以周毛运动，菌体常排列成链。乳酸链球菌族，菌体球状，通常成对或成链。乳酸杆菌族，菌体杆状，单个或成链，有时成丝状，产生假分枝。普通的乳酸菌，活力极弱，它们只能在相对受限制的环境中存活，一但脱离这些环境，其自身就会遭到灭亡。

从分类上而言，乳酸菌作为真细菌纲目中的乳酸细菌科，形态上可分成球菌、杆菌。其中，球形乳酸菌包括链球菌、明串珠菌属、片球菌；杆状菌包括乳球菌、乳杆菌、双歧杆菌等；从生长温度上而言，可分成高温型、中温型；从发酵类型而言，可分成同型发酵、异型发酵；从来源上分，大体上可分为动物源乳酸菌和植物源乳酸菌。

按照Berry细菌学手册中的生化分类法，乳酸菌可分为乳杆菌属、链球菌属、明串珠菌属、双歧杆菌属和片球菌属，共5个属。

乳杆菌属

乳杆菌细胞形态多样，（0.5~1.2）μm×（1.0~10.0）μm。长或细长杆状弯曲形短杆状及棒形球杆状，通常成短链。革兰氏阳性，不生孢。细胞罕见以周生鞭毛运动。在营养琼脂上的菌落凸起、全缘无色，直径2mm~5mm。

片球菌属

片球菌的细胞呈球形，永不延长，直径12μm~20μm。在适宜条件下，分裂以直二个方向形成四联，虽有时也可出现成对排列，单个细胞见，不形成链状。不运动，不产芽孢。

链球菌属

链球菌的菌体球成卵圆形，直径不超过2μm，呈链状排列。无芽孢，大多数无鞭毛，幼龄菌（2~3小时培养物）常有荚膜。在液体培养基中常呈沉淀生长，但也有的呈均匀混浊生长（如肺炎链球菌）；在固体培养基上形成细小表面光滑、圆形灰白色、半透明或不透明的菌落。在血平板上生长的菌落周圉，可出现性质不同的溶血圈。

双歧杆菌属

双歧杆菌是形态很不一致的杆菌，（0.5~1.3）μm×（1.5~8）μm，常呈弯、棒状和分支状。单生、成对、Ⅴ字排列，有时成链，细胞平行成栅栏状，或玫瑰花结状。偶尔呈膨大的球杆状。

明串珠菌属

明串珠菌细胞呈球形或豆状，成对或成链排列。在自然生长环境中，明串珠菌细胞呈对或短链状排列；在某些竞争性生长的环境中，细胞排列成较长的链。

繁殖发育

乳酸菌在固体培养基上菌落较小，生长缓慢。在液体发酵培养基内可以很快的生长，离心洗涤后可以获得纯度较高的菌体，且兼具需氧和厌氧的性能。

研究表明，低聚糖能够促进乳酸菌增殖，其促进有益菌增殖、抑制病原微生物的功能有多种途径：其一是屏障作用，描述为对肠道黏膜上皮的竞争性抑制；其二是代谢产物对病原菌和抑制作用。Stewart等（1993），Tomilka等（1992）证实异麦芽低聚糖（IMO）能促进双岐杆菌、乳酸菌增殖，这些菌代谢产生的低能脂肪酸可以降低pH值，因而大肠杆菌、沙门氏菌等都对酸性条件敏感的细菌生长受到低pH的抑制。而肠道的乳酸菌（如双岐杆菌）本身凝集素的活性明显高于致病菌（如大肠杆菌和沙门氏菌），这可能是肠道正常菌群在竞争性排斥作用中具有明显竞争优势的原因之一。

生理功能

乳酸菌通过发酵产生的有机酸、特殊酶系、酸菌素等物质具有特殊生理功能。大量研究资料表明，乳酸菌能促进动物生长，调节胃肠道正常菌群、维持微生态平衡，从而改善胃肠道功能、提高食物消化率和生物效价、降低血清胆固醇、控制内毒素、抑制肠道内腐败菌生长、提高机体免疫力等。

促进机体生长

乳酸菌在体内能够正常发挥代谢活性，分解食物中的蛋白质、糖类、合成维生素以及对脂肪。在乳酸菌蛋白酶的作用下，食物中的大分子蛋白质部分降解为宿主可以直接利用的小分子肽和必需氨基酸，显著提高了食物的消化率和生物价，促进胃肠的吸收。经乳酸菌发酵后，食物中的乳糖可被乳酸菌转化成葡萄糖和半乳糖，进而转变为乳酸等小分子化合物，易于消化。部分脂肪可被乳酸菌发酵降解，易于消化并增加其中游离脂肪酸、挥发性脂肪酸的含量。乳酸菌在代谢过程中消耗部分维生素，同时合成叶酸等B族维生素，提高矿物元素的生物活性，进而达到为宿主提供必需营养物质、增强营养代谢、促进其生长的作用。此外，乳酸菌产生的酸性代谢产物可以使肠道环境呈现偏酸性，与一般消化酶的最适pH符合(淀粉酶6.5、糖化酶4.4)，有利于营养素的消化吸收。

维持肠道菌群平衡

动物的整个消化道在正常情况下都寄生有大量的微生物，按照它们的作用可分为三类：①共生性类型，主要是兼性厌氧菌。在生态平衡时，它们的各项生理功能都对宿主有利。②致病性类型，正常情况下数量较少，寄生于正常部位，不致宿主发病；失控时可导致宿主的不良反应。③中间性类型，同时具有生理和致病两种作用。

肠道内微生物群的平衡对机体健康十分重要，而乳酸菌能够调节这种微生态的平衡，保证了宿主正常的生理状态。乳酸菌是肠道常在菌（常生菌），其可改变肠道内环境，抑制有害菌繁殖，调整维持胃肠道菌群的平衡。乳酸菌可通过粘附素与肠粘膜细胞紧密结合，在肠粘膜表面定植占位，成为生理屏障的主要组成部分，从而达到恢复宿主抵抗力，修复肠道菌群屏障、治愈肠道疾病的作用。如果这个屏障遭到抗生素或其他因素的破坏，宿主丧失了对外来菌抵抗力，会使具有耐药性的肠内菌异常增殖而取代优势菌的位置，造成肠道内微生态平衡的失调（占位及屏障作用）。

改善免疫能力

乳酸菌制剂能够增强免疫力表现在两方面：一是影响非特异性免疫应答，增强单核吞噬细胞、多形核白细胞的活力，刺激活性氧、溶酶体酶和单核因子的分泌；二是刺激特异性免疫应答，如加强粘膜表面和血清中IgA、IgM、IgG等免疫球蛋白的水平，加强体液免疫，促进T淋巴细胞和B淋巴细胞的增殖，加强细胞免疫。

乳酸杆菌和双歧杆菌一方面能明显激活巨噬细胞的吞噬作用，另一方面由于它能在肠道定植，相当于天然自动免疫。它们还能刺激腹膜巨噬细胞、诱导产生干扰素、促进细胞分裂、产生抗体及促进细胞免疫等，所以能增强机体的非特异性和特异性免疫反应，提高机体的抗病能力。当异物侵入机体时，免疫细胞被乳酸菌激活，增强了机体对异物产生抗体的作用。Chndra（1984）认为，乳酸菌之所以具有刺激机体产生抗体的作用，是由于菌体通过淋巴结、粘膜刺激淋巴细胞接受刺激的淋巴细胞再通过肠系膜淋巴结（MIN）循环到血流中，并分布全身，从而调节机体的免疫应笞。

抑制有害菌群生长

乳酸菌对一些腐败菌和低温细菌有较好的抑制作用，可用于防治腹泻、下痢、肠炎、便秘和由于肠道功能紊乱引起的多种疾病以及皮肤炎症。其抗菌机制主要体现于以下几个方面：

①产生的乳酸等有机酸能显著降低环境pH值和Eh（氧化还原电位）值，使肠内处于酸性环境，对于致病菌如痢疾杆菌、伤寒杆菌、副伤寒杆菌、弯曲杆菌、葡萄球菌等有拮抗作用；

②产生的过氧化氢能够激活牛乳中的“过氧化氢酶-硫氰酸”系统，抑制和杀灭革兰氏阴性菌、过氧化氢酶阳性细菌如假单胞菌属、大肠杆菌类和沙门氏菌属等；

③产生类似细菌素的细小蛋白质或肽类（抗菌肽），如各种乳酸杆菌素和双歧菌素，对葡萄球菌、梭状芽孢杆阔以及沙门氏菌和志贺氏菌有拮抗作用。另外，双歧杆菌等还可将结合的胆酸分解为游离的肌酸，后者对细菌的抑制作用比前者更强。

主要应用

食品工业

1、发酵乳制品加工

酸奶是利用乳酸菌发酵牛乳、羊乳等动物乳类制成的发酵乳制品，在世界范围内历史都非常悠久。由于动物乳中的乳糖和酪蛋白等营养物质经乳酸菌分解后，易于人体吸收且可以缓解亚洲人种普遍存在的乳糖不耐症，因此广受欢迎。

活性乳酸菌饮料是利用乳酸菌对乳类发酵进而调配制成的发酵乳饮料，它以清爽的口感、独特的风味和较高的营养保健功能得到广大消费者的青睐。其最大优势在于饮料中的乳酸菌是以活菌形式存在于产品中，从而有助于发挥乳酸菌在人体肠道中的生理功能。

奶油和干酪。乳酸菌发酵可用于生产稀奶油，发酵中产生的乳酸在某种程度上可以抑制腐败菌繁殖，提高奶油的稳定性；而另一作用则是产香，因此发酵法生产的酸奶油比甜奶油具有更浓的芳香味。干酪是在乳中加入适量的乳酸菌发酵剂，使乳中蛋白质凝固后，排除乳清，将凝块压制而成的产品。加入的乳酸菌发酵剂发酵产酸，可使干酪成熟，产生风味。

2、果蔬及谷物制品加工

泡菜加工：在泡菜生产加工过程中，乳酸菌利用蔬菜的养料发酵，可提高蔬菜制品的营养价值，改善蔬菜制品风味，防止败坏。

发酵豆乳制品：大豆制成豆浆，接种嗜热链球菌、保加利亚乳杆菌或植物乳杆菌等发酵剂，38～42℃培养6～10h，可以制得无豆腥味、凝固状态良好、酸甜比合适的酸豆乳产品。

3、发酵肉制品加工

乳酸菌在肉制品中繁殖产酸，可将NO-2还原成NO，NO通过与肉中肌红蛋白结合可以赋予肉制品明亮的鲜红色。乳酸菌的产酸作用还可以抑制杂菌的生长繁殖，从而防止了肉色变绿和脂肪氧化。利用乳酸菌发酵肉制品，还可以延长发酵肉制品的货架期，降低发酵肉制品中亚硝酸盐含量，提高该类食品的食用安全性。

4、天然食品防腐剂

乳酸菌素是一类由乳酸菌在代谢过程中合成产生并分泌到胞外的抗菌多肽或蛋白，具有溶菌作用。因为乳酸菌被认为是世界公认安全的食品级微生物，其产生的抗菌物质可作为天然的食品防腐剂直接应用于食品工业。

5、调味品生产

酿造发酵酱油过程中适当地人工接种乳酸菌能使酱油香气浓，风味佳，质地好。在豆酱发酵中加入乳酸菌产生有机酸，能产生多种风味物质，而且豆酱发酵稳定，可以防止豆酱酸败。液体深层发酵制醋时，加入的乳酸菌可代谢产生有机酸、双乙酰及其衍生物等食醋中的主要风味物质。另外，乳酸菌还可与酵母菌一起用于啤酒、葡萄酒及奶酒的生产。

6、生产乳酸

乳酸不仅是一种优良的食品工业原料，更作为一种重要的有机酸在化工工业中有着广泛的用途。通过淀粉、粮食、纤维素、工农业及民用废物等可再生资源，利用乳酸菌等微生物发酵法大规模生产乳酸，因其原料来源广泛、生产成本低、产品光学纯度高、安全性高等优点而成为生产乳酸的重要方法。

禽畜牧业

1、制作优质青贮饲料

青贮饲料的制成是依靠乳酸菌的发酵来完成的，乳酸菌作为一种厌氧菌，依靠植物中的糖分维持生存，两者相互依存。乳酸菌在畜牧业的应用中一般是对同型乳酸菌进行接种，从而使青贮饲料中 pH 值适当降低，使其中的乳酸含量上升，从而使青贮饲料的品质得到提高。在青贮过程中，乳酸菌通过不断生长繁殖，将植物中的糖分转换成乳酸，而大量的乳酸菌的生长又制了其他菌类的繁殖，保持了植物养分的完整性和安全性。而且，青草植物通过乳酸菌的发酵，还能提高牲畜的食欲。同时，有乳酸菌发酵制成的青贮饲料在冬季等枯草季节也能为牲畜提供口感好、养分高的优质草料，受到各类家畜和养殖畜牧业的热烈欢迎。

2、提高禽畜生产性能

在禽畜的生产过程中，使用乳酸菌能够使其生产性能得到改善。例如，分别添加 0.50%浓度、0.10%浓度、0.05%浓度的乳酸菌，能够发现使用乳酸菌，可以使雏鸡的成活率得到显著提高；防止仔猪腹泻病的发生是养猪的关键。当其发生腹泻时，乳酸菌可将乳糖转化为乳酸，因而降低了肠道 pH 值，抑制了大肠杆菌的生长。研究证实，乳酸菌制剂能明显提高断奶仔猪的生产性能。

乳酸菌代替抗生素在水产养殖中的应用主要体现在水质改良、治疗疾病以及对水产动物免疫等方面。以饲料形式饲喂的乳酸菌一部分可以在肠道内定植，大部分则通过粪便排泄到水中，从而使水体中乳酸菌的数量升高成为优势菌。这样不仅可通过竞争性抑制作用明显抑制肠道和水体的弧菌，而且还可通过直接的化学作用和间接的促进微生物的反硝化作用消除水体中的亚硝酸盐，起到净化水质的效果。

乳酸菌类微生态制剂为饲料和畜牧水产养殖业提供了一条高效、无害、无污染的新选择。随着越来越多的新菌种和特异性菌株在生产中使用，我们要充分考虑动物菌群自身特点以及寄生与环境之间的关系，科学合理地使用，使其达到最大的生态效应和经济效益。

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