同型乳酸发酵指的是葡萄糖经过糖酵解途径(EMP)发酵,只生成乳酸这一种代谢产物,从能量守恒上来看就是1 mol葡萄糖可以在理论转化率(100%)下生成2 mol乳酸。但是在微生物发酵过程中势必存在着其它生理活动,所以通常默认为乳酸的转化率达到80%以上即可以算作同型乳酸发酵。
基本介绍
乳酸菌按发酵类型可以分为三大类,分别为同型乳酸发酵、异 型 乳 酸 发 酵和 兼 性 异 型 乳 酸 发 酵。同型乳酸发酵是微生物以葡萄糖为底物通过糖酵解途径(Embden-Meyerhof-Parnas pathway,EMP 途径)降解为丙酮酸,丙酮酸在乳酸脱氢酶的催化下还原为乳酸,在同型乳酸发酵过程中,微生物利用1 mol葡萄糖可以生成2 mol乳酸,理论转化率为100%。但由于发酵过程中微生物有其他生理活动存在,实际转化率不可能达100%,一般认为转化率在80%以上者,即视为同型发酵。这类乳酸菌主要包括
德氏乳杆菌、嗜酸乳杆菌和片球菌等。
过程
葡萄糖转化成6-磷酸
葡萄糖酸(6-phosphoglu-conate)后,在6-磷酸葡萄糖酸脱氢酶(6-phosphogluconate dehydrogenase)作用转化为5-磷酸核酮糖(ribulose-5-phosphate),经5-磷酸核酮糖-3-差向异构酶(ribulose-5-phosphate-3-epimerase)的差向异构作用生成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为乙酰磷酸(acetyl phosphate) 和3-磷酸甘油醛。前者经磷酸转乙酰酶(phosphotransacetylase)作用转化为乙酰CoA,再经
乙醛脱氢酶(acetaldehyde dehydrogenase)和乙醇脱氢酶(aclhoi dehydrogenase)作用最终生成乙醇;后者经EMP途径生成丙酮酸,在
乳酸脱氢酶的催化作用下转化为乳酸。通过EMP途径,1分子葡萄糖最终可转化为2分子乳酸,从而得出乳酸对糖的理论转化率为100%。
常用菌株
保加利亚乳杆菌
保加利亚乳杆菌(Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus)是德式乳杆菌的一个亚种,被广泛的应用在酸奶制作的过程当中。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%。
酸奶味美适口与其特殊的风味密不可分,酸奶的风味是由以下几个部分构成:(1)原料奶本身所含有的风味物质;(2)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;(3)发酵时产生的风味物质前体,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酯类。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。在我国酵香型酸奶居多。
嗜酸乳杆菌
嗜酸乳杆菌(Lactobacillus acidophilus)属于
乳杆菌属(Lactobacillus),
革兰氏阳性,不产芽抱,无鞭毛,不运动,同型发酵乳酸,不液化明胶,接触酶阴性,最适生长温度为35~38℃,最适pH值为5.5~6.0,G+C含量为36.0%~37.4%,是一类厌氧或兼性厌氧的微生物。嗜酸乳杆菌是宿主(人和动物)肠道内的主要微生物种之一,当存在一定数量时,能够调整和改善肠道内的有益微生物和有害微生物之间的平衡,进而促进宿主的健康,起到增进健康的效果,是极为重视研究开发的益生菌。
长期以来,国外对
嗜酸乳杆菌的健康促进作用作了较多的研究,而国内在这方面的研究报道非常有限。体外和宿主(人和动物)体内实验以及长期的实践观察表明,服用含有嗜酸乳杆菌的制品具有众多的生理作用。嗜酸乳杆菌具有抵御高酸、高胆盐的极端条件的能力,能够促进乳糖的消化吸收,缓解乳糖不忍耐症,提高蛋白质、维生素等的吸收,具有降低血清胆固醇、提高机体免疫力和抑制肿瘤发生的能力。同时,嗜酸乳杆菌具有加工和贮藏中的稳定性,其生长繁殖没有严格的限制。含有嗜酸乳杆菌的产品种类很多,如嗜酸乳杆菌发酵乳、嗜酸乳杆菌与普通酸奶发酵剂混合发酵的乳制品、甜性嗜酸乳杆菌乳、嗜酸乳杆菌胶囊、片剂等。因此,嗜酸乳杆菌受到众多研究者们的广泛关注,开发含有嗜酸乳杆菌的益生菌制品正成为当前研究的热点之一。
乳酸片球菌
乳酸片球菌(Pediococcus acidilactici)属于片球菌属,其特点是:
片球菌属的形态特征:细胞呈球形,通常以双球菌或四叠球菌形式出现,细胞不延长,不形成链状,很少以单个细胞;
革兰氏染色阳性(+),不形成芽孢,不能运动,固体培养时该菌落直径 1.0~2.5mm,不能合成
细胞色素。片球菌属的生理生化特点:营养类型是化能异养;兼性厌氧;最适的生长的 pH 值为 6.2,生长温度范围 25~40℃;生长繁殖需要多种生长因子如:烟酸,泛酸,生物素和氨基酸,对硫胺素、对-氨基苯甲酸、钴胺素等无要求;大部分菌株可以发酵葡萄糖、核糖、木糖、果糖,进而产生
DL-乳酸,为同型乳酸发酵,一些菌株能发酵乳糖、蔗糖和麦芽糖;通常不能使牛奶酸化、也不能分泌凝乳酶,不产生蛋白酶,不能使硝酸盐被还原,不能产生吲哚等;接触酶反应呈阴性;常存活于蔬菜等食品中,对动植物无致病性。在酿造酱油时,该属中嗜盐片球菌和嗜盐
四联球菌是重要的发酵菌种,耐 NaCl 浓度为18%~20%;
乳酸片球菌、嗜盐片球菌、啤酒片球菌等可用于泡菜发酵,在 NaCl浓度 6%~8%的环境中生长,耐 NaCl 浓度为 13%~20%。
片球菌属的某些菌株可以产生具有抑菌活性的片球菌素,到 2011 年为止,共有 25 株产片球菌素的片球菌被报道出来。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产生片球菌素。片球菌素的本质是蛋白质,可以被多种蛋白酶水解。片球菌素的耐高温性较好,121℃时仍然具有活性,且适应的 pH 值范围较广,在酸性和碱性范围内都能保持活性。片球菌素的抑菌机理是,它首先结合到细菌细胞的表面,然后在
细胞表面形成孔洞,导致细胞内物质向外泄漏,进而导致细胞无法进行能量代谢,从而起到杀灭细菌的作用。尤其可以明显抑制
单核细胞增多症李氏杆菌的生长。