保加利亞乳杆菌:德式乳杆菌的亞種-中文百科頻道

簡介

保加利亞乳杆菌（Lactobacillus bulgaricus）是一種被冠以國名的細菌，屬于乳杆菌屬熱乳酸杆菌亞屬，是典型的來自乳的乳酸菌。保加利亞乳杆菌繁衍至今已經遍布世界。其效能優異，助人健康長壽，作為發酵劑在食品工業中被廣泛應用在酸奶的生産中，由于保加利亞乳杆菌具有調節胃腸道健康、促進消化吸收、增加免疫功能、抗癌抗腫瘤等重要的生理功能，因此被規定為可用于保健食品的益生菌菌種之一，在食品發酵、工業乳酸發酵、飼料行業和醫療保健領域均有比較廣泛的應用。

生長特性

保加利亞乳杆菌屬于革蘭氏陽性，厭氧性菌。菌體長2~9μm，寬0.5~0.8μm，單個體呈長杆狀或成鍊，兩端鈍圓，不具運動性，也不會産生孢子。在牛奶上培養，菌落為無色到淡白色，通常呈不光棉花狀，直徑1mm~3mm。

保加利亞乳杆菌屬于化能異養型微生物，營養要求苛刻。一般來說，脫脂乳和乳清是乳酸菌的最佳培養基，實驗表明，單從菌落總數來說，以乳清加6％脫脂奶粉作為培養基最好，生長繁殖過程中需要多種微生素等生長因子，尤其是B族維生素，如吡哆酸、钴胺酸、葉酸等。最适生長溫度一般為37~45℃。溫度高于50℃或低于20℃則不能生長。

在培養中，保加利亞乳杆菌對碳源、氮源也是有要求的，酵母膏是實驗室常用的一種化學試劑，其中尼克酸、葉酸、钴胺酸含量較高，在中性及微酸性環境中對熱穩定，故酵母膏作為碳源、氮源對保加利亞乳杆菌有較顯著的促進作用。另外，培養中緩沖鹽也很重要，如CaCO3可以中和保加利亞乳杆菌代謝過程中産生的大量乳酸，解除代謝産物乳酸對菌體生長的抑制作用。

一般來說，保加利亞乳杆菌耐受乳酸的最大量為2％，理論上乳酸菌經同型發酵途徑每消耗1mol葡萄糖會轉化生成2mol乳酸和2mol ATP，若産生2％乳酸需要消耗約2％葡萄糖，而總糖消耗量應為3％~4％或略高才能滿足保加利亞乳杆菌的營養要求。

該菌是乳酸菌中産酸能力最強的菌種，最高産酸量2％，能利用葡萄糖、果糖、乳糖進行同型乳酸發酵産生D型乳酸（有酸澀味，适口性差），發酵可産生香味物質。對熱的耐受性差，但個别菌株在75℃條件下能耐受20min。在乳中，該菌顯示溫和的蛋白分解性和較弱地脂肪松懈性，對碳酸鹽比較敏感。能産生稱做保加利亞菌素（bul-garican)的抗生素。

産胞外多糖特性

按伯傑氏系統細菌學手冊中的生化及形态分類法，乳酸菌可分為18個屬，其中乳杆菌、鍊球菌、明串珠菌和乳酸乳球菌等屬的菌株産胞外多糖的報道比較多。這些乳酸菌分泌多糖于細胞外，形成莢膜多糖粘附于細胞表面或以粘質多糖形式存在于細胞周邊培養基中，其形成有利于改善産品的黏度和質地。目前報道的産胞外多糖的主要的乳杆菌菌株有德式保加利亞乳杆菌、瑞士乳杆菌、幹酪乳杆菌幹酪亞種、開菲爾乳杆菌、嗜酸乳杆菌、鼠李糖乳杆菌和清酒乳杆菌等。一般來說，乳杆菌胞外多糖的産量不高，德氏保加利亞乳杆菌NCFFB2772約為25mg/L。

産生胞外多糖的條件不一定是菌株的最佳生長條件。一些研究表明。在低于乳杆菌最适生長溫度的條件下接種，可以促進胞外多糖産量增加。GASSEM M A等認為，較低的接種溫度将導緻活菌數量緩慢增加有利于延長對數期和穩定期，從而有利于胞外多糖的形成。德低保加利亞乳杆菌RR在30℃（低于最适生長溫度）的條件下能夠形成較高産量的胞外多糖聚合物。

胞外多糖的重要作用之一在于其是一種天然的增稠劑。可以改善發酵乳制品的流變學特性。鮮牛乳的黏度為7.71mPa's，發酵後黏度明顯增高，黏度增高有二個原因：一是酪蛋白沉澱增加了發酵乳的黏稠度；二是保加利亞乳杆菌産生的胞外多糖增加了發酵的黏度。同時胞外多糖也是一種物理穩定劑，能夠結合水并限制物料脫水收縮。賦于産品吸引人的外觀和令人滿意的口感。

産香特性

保加利亞乳杆菌能産生特殊的香氣，使酸奶等獨具風味。據研究，這種特有的風味是其在發酵過程中産生的乙醛、雙乙酰（丁二酮）、丙酮、3-羟基丁酮和揮發性酸形成的。其中，雙乙酰、乙醛這二種風味物質在4℃冷藏後含量有較大變化，一般在12h和2h達到最高，實驗發現組合菌的産香能力普遍高于單菌株的平均水平，雖然個别風味物質含量可能小于單菌株的水平，但總體的感官性能還是高于單菌株。

産酸特性

保加利亞乳杆菌經同型乳酸發酵将乳糖轉化為乳酸，首先乳糖被β-半乳糖苷酶分解為葡萄糖和半乳糖，接着葡萄糖通過糖酵解途徑被轉換成二分子丙酮酸，再經乳酸脫氫酶催化，還原生成乳酸。半乳糖以轉化依次生成半乳糖-1-磷酸、葡萄糖-1-磷酸、葡萄糖-6-磷酸，最後進入糖酵解途徑，也被轉換成二分子丙酮酸，然後被還原為乳酸。大量的實驗已證實，菌體發酵乳糖，生成的乳酸使乳的pH值下降，當pH值下降至4.5時，酪蛋白沉澱，乳凝固。酸奶也正是利用這一原理來生産的。

酸奶是含活菌的乳制品，正常發酵結束後，在産品貯存、運輸、銷售、食用前這一過程中，菌體仍要生長繁殖。發生後酸化，即酸奶的pH值繼續下降，這不僅嚴重影響了消費者對酸奶制品的接受性，而且抑制了酸奶制品的普及與發展。研究表明，保加利亞乳杆菌是酸奶及發酵乳飲料在貯藏期間發生後酸化的主要發酵劑菌株。保加利亞乳杆菌具有非常強的産酸能力和耐酸性，當外界環境中pH值降低時，其質膜H—ATPase（F1F0-ATPase）能通過水解ATP提供的能量将細胞内的質子泵出胞外，形成的膜pH值梯度差，使細胞内pH值維持在中性附近，代謝酶的活力不受影響，直至環境中pH值為3.5時，跨膜pH值梯度差才不存在，細胞内呈酸性，新陳代謝活動開始受到抑制。

應用

一、在食品發酵方面的應用

随着我國人發生活水平的提高和人們健康意識的逐步增強，乳制品特别是發酵乳制品在人們膳食結構中所占比例越來越大，這對于提高全民健康素質十分重要。牛乳是一種營養全面的食品，乳酸菌發酵不僅為乳制品提供了特殊的質地、風味和營養特征，而且賦予了乳制品特殊的食療功效。保加利亞乳杆菌因其特殊的生理功能和營養功效，與其他乳酸菌一起被廣泛應用在傳統的發酵的乳制品中，提高了食品的功能性特點和附加值。發酵乳制品包括酸奶、幹酪、奶油。

1、酸奶的生産酸奶是以鮮牛奶或奶粉為主要原料，經乳酸菌發酵而制得的産品。原料乳經加熱殺菌和均質後，降低到适宜的溫度，添加糖和稱定劑攪拌均勻，接種乳酸菌發酵劑在适宜的溫度發酵。發酵完畢後，置于4℃左右的冷庫内冷卻成熟，即得成品酸乳。市面上一些大品牌的酸奶都是以保加利亞乳杆菌加其它乳酸菌發酵而成的。

2、奶油的生産奶油又稱黃油，是以乳經離心分離後所得的稀奶油為主要原料，經殺菌、冷卻、成熟、乳酸菌發酵、攪拌、壓練而制成的乳制品。奶油按發酵方法不同，分為天然發酵奶油和人工發酵奶油二類。天然發酵奶油以乳中原有的微生物為發酵劑，讓其自然發酵而成。人工發酵奶油是将稀奶油殺菌後，再添加純培養的發酵劑，使其發酵而制成。

3、幹酪的生産幹酪是指原料乳經殺菌、冷卻後，加入适量的乳酸菌發酵劑發酵，使蛋白質（主要是酪蛋白）凝固後，排除乳清、将凝塊壓成快狀而制成的産品。

二、在飼料行業的應用

1、作為飼料用微生物制劑發展綠色無公害飼料添加劑是21世紀飼料工業的重要研究方向，飼用微生物制劑是實現這一目标的主要途徑。微生物制劑是指在微生态學理論的指導下，調整生态失調、保持微生态平衡、提高宿主（人、動植物）健康水平或增進健康狀态的生理活性制品及其代謝産物以及促進這些生理菌群生長繁殖的生物制品。

國内外均有大量飼養和臨床實驗證明，乳酸菌作為飼料添加劑具有增質量、提高飼料轉化率、預防疾病及降低病死率等效果。BAIRD用乳杆菌飼喂斷奶仔豬和生長育肥豬，實驗證明均能增加日增重和提高飼料轉化率；LID-BECK等證實乳酸杆菌能預防放療引起的腹瀉。乳酸菌在飼料行業的應用是極其廣泛的，而且非常有發展前景。

2、發酵生産飼料奶油香精随着飼料工業的發展，配合飼料中化學添加劑（礦物質、微量元素、維生素、抗生素等）的使用量不斷增加，農副産品、輕工業、食品行業的下腳料大量使用，對原有飼料的天然風味産生了很大影響。由此産生的不良氣味，大大影響了配合飼料适口性，降低了飼料的采食量。乳豬、仔豬喜歡牛奶、奶酪、巧克力等近似母乳香味的飼料，有幾種化合物（物别是乙酰）是乳中重要的香味成分，而乳酸菌可經一系列生化反應合成此類化合物。由于奶類香精成分極其複雜，即便是優秀的調香師也難調制出仿真度高的奶香型飼料香味劑，而通過生物發酵，加以适當修飾、調整便可制成奶類香精。

三、在醫療保健領域的應用

近年來乳酸菌的生理活性正日益引起人們的重視。大量研究表明，乳酸菌對人體具有多方面的保健作用，如調節機體胃腸道正常菌群、保持體内微生态平衡、提高食物消化率和生物價、改善便秘、降低膽固醇水平、改善肝功能、緩解乳糖不耐症、控制内毒素、抑制腸道内腐敗菌生長繁殖和腐敗産物的産生、制造營養物質、刺激組織發育等。保加利亞乳杆菌作為乳杆菌屬乳酸菌的典型代表，具有乳酸菌普遍生理功能，主要包括以下幾人方面：

1、維持微生态平衡和腸管機能功能微生物生态系統是人體最大、最複雜的微生态系統，其中存在着大量不同類型、含量不一的各種細菌，其數量約10倍于人體細胞。在正常生理狀況下，腸道含有400~500種不同類型的細菌，其重量約為1~2kg，其中包括有害菌和有益菌，有害菌能通過代謝産生酚、吲哚、亞硝酸、亞硝胺和偶氮化合物等有毒物質，加速人體衰老和誘發癌症發生。

乳酸菌是腸道清道夫，能在腸内定居，使腸道菌的構成發生有益變化，促進體内消化酶的分泌和腸道蠕動，清除腸道垃圾，抑制腐敗菌的繁殖和作用。乳酸菌發酵産生的乳酸、醋酸等有機酸刺激胃分泌，抑制有害菌生長，清理腸道可以防便泌，乳酸又能促進腸道蠕動，避免體内毒素堆積，防止細胞老化，使肌膚更加白皙健美。對小兒下痢、成人潰瘍性腸炎、細菌性下痢有顯著治療效果，并可有效緩解老年人和孕産婦便秘等症狀。

2、産生特殊酶系，促進機體健康乳酸菌可利用本身所特有的某些酶類補充宿主在消化酶上的不足，幫助分解上消化道未被充分水解吸收的營養物質，有利于宿主進一步吸收利用，包括增加人體必需的維生素、氨基酸、無機鹽類（如鈣、磷、鐵、钴等）的吸收和利用。同時，通過産生某些酶修飾毒素受體，減少毒素與腸道粘膜受體的結合，促進機體健康。

3、抗腫瘤，增加免疫功能乳酸菌對使人緻癌的腸中亞硝胺有98％的高吸收率，可減少腸癌的發生。乳酸菌菌體抗原及代謝物還通過刺激腸粘膜淋巴結，激發免疫活性細胞，産生異性抗體和緻敏淋巴細胞，調節機體的免疫應答，防止病原菌侵入和繁殖，為緻病細菌的侵入和繁殖設置一道屏障。

4、提高營養利用率、促進營養吸收乳酸菌的菌體蛋白可增加蛋白質含量。它能将食物中的大分子蛋白質都分降解為小分子肽和遊離氨基酸，利于胃腸消化吸收。

乳酸菌可分解乳糖成為葡萄糖和半乳糖，進而進一步分解為小分子化合物，有助于兒童腦及神經系統的發育。乳酸菌在代謝過程中消耗部分維生素，有利于增加腸内維生素的穩定性。乳酸菌産生有機酸使鈣、磷、鐵等元素處于易吸收的離子狀态，提高利用率。

5、降低膽固醇乳酸菌菌體成分或菌體外代謝有抗膽固醇因子。其代謝能顯著減少腸管對膽固醇的吸收，同時，乳酸菌吸收部分膽固醇并将其轉變為膽酸鹽排出體外。

四、基因工程方面應用

盡管保加利亞乳杆菌對酸性環境有一定的耐受性，但是在經過胃酸和膽汁酸的消化後，能進入小腸定植的保加利亞乳杆菌的數量是有限，因此提高其耐受性是很重要的。

生物體對氧的耐受性與其所含超氧化物歧化酶（SOD）濃度呈正相關，增加細菌SOD表達可增強其對氧的耐受性。保加利亞乳杆菌不含SOD，在有氧條件下生長較厭氧及微氧條件差。而已有學者指出，乳杆菌中SOD活性越高越有利于該菌在有氧條件下的存活。許多研究已證實SOD具有抗腫瘤、抗衰老以及對抗細胞調亡等功能。如果将SOD與益生菌相結合制備發酵奶，會出現功能更強大的保健食品。

五、微量元素的富集

用微生物作為載體富集人及動物所必需的微量元素，制備有機形态，成本低廉的微量元素添加劑，在國内外已形成研究熱點。可食用的、對人體有益的微生物吸收轉化無機微量元素是一條極有價值的途徑。國外自20世紀70年代以來相繼研制出硒酵母、鉻酵母等。在美國、法國、芬蘭、德國等國均有硒酵母作為食品添加劑及補充藥物出售。

保加利亞乳杆菌的生物轉化作用将無機态微量元素鉻富集轉化為有機态微量元素鉻，可以集微量元素、乳酸菌、乳酸菌素的功能于一身，對人體的營養和保健功能将大大提高。