乳酸菌及其生理功能研究的论文

微生物学

综述论文

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乳酸菌及其生理功能研究的论文 制药工程系 13034201 ********** *** ** 2014.11 至 2014.12

乳酸菌及其生理功能研究的论文

【摘要】：正 一、乳酸菌的生理特征顾名思义,分解糖生成乳酸的细菌叫做乳酸菌.根据细胞呈球状或杆状,乳酸菌分为乳酸杆菌族和链球菌族,两族中包括若干个属,属下面又有若干种,计有200多种,所以有人称之为“兴旺的乳酸菌家族”. 乳酸菌的繁殖方式与其它细菌一样,以裂殖的方式进行.根据分裂的方向和分裂后子细胞排列的状态不同,可形成各种形状的群体.有单生的,也有成对或成链的. 乳酸菌的形体很小,当单个或少数细胞接种到固体培养基表面后,在适宜条件下培养可迅速生长繁殖,形成较大的细胞群体,成为肉眼可见的菌落。不同种的乳酸菌所形成的菌落形态不同,有其固有的稳定性和专一性。这是掌握菌种纯度、辨认菌种的重要依据. 一些主要乳酸菌的生理特征和生态环境如下表:

【关键词】： 乳酸菌素 正常型 乳酸杆菌 乳酸链球菌 保加利亚乳杆菌 生理特征 乳制品 短乳杆菌 嗜酸乳杆菌 适宜条件

乳酸菌广泛存在于人、畜、禽的肠道，许多食品、物料，以及少数临床样品中。乳酸菌能提高食品的营养价值，改善食品风味，提高食品的保藏性和附加值。近年来乳酸菌的特殊生理活性和营养功能，正日益引起人们的重视。大量研究表明，乳酸菌能够调节机体胃肠道正常菌群、保持微生态平衡，提高食物消化率和生物价，降低血清胆固醇，控制机体内毒素，抑制肠道内腐败菌生长繁殖和腐败产物的产生，制造营养物质，刺激组织发育，从而对机体的营养状态、生理功能、细胞感染、药物效应、毒性反应、免疫反应、肿瘤发生、衰老过程和突然的应急反应等产生作用。由此可见，乳酸菌的生理功能与机体的生命活动息息相关。

1 乳酸菌及其种类

乳酸菌是指一类以糖为原料的，消耗葡萄糖50％以上，产生乳酸、革兰氏阳性菌，不形成芽孢，不运动或极少运动的过氧化氢酶阴性的细菌。乳酸菌在自然界中的种类很多，分布极广。目前自然界已发现的这类菌在细菌分类学上划分至少有18个属，共有200 多种。除极少数外，其中绝大部分都是人体内必不可少的，且具有重要生理功能的菌群，广泛存在于人体的肠道中。乳酸菌包括乳酸杆菌属、肉食杆菌属、双歧杆菌属、链球菌属、肠球菌属、乳球菌属、明串珠球菌属、片球菌属、气球菌属、奇异菌属、漫游球菌属、利斯特氏菌属、芽孢乳杆菌属、芽孢杆菌属中的少数种、环丝菌属、丹毒丝菌属、孪生菌属和糖球菌属等。乳酸菌主要归属于乳链球菌及乳酸杆菌两大家族，乳酸杆菌与人体保健有着密切的关系，有44个种，连同亚种共51个种。

2 乳酸菌的生理特性

乳酸菌均归类于乳酸菌科。这些细菌在形态上差异颇大，既有长杆状或短杆状的，又有圆形的；所有种类都是革兰氏阳性菌，不形成芽孢，也不会运动（有例外）。乳酸菌是一种兼性厌氧菌，适合在氧含量低或无氧的环境下生长。不耐高温，但耐酸，在pH 值3.0~4.5 时仍可生长，对胃中的酸性环境有一定的耐受性。乳酸菌对营养要求比较严格，培养过程中除了需要适量的水、碳源、氮源和无机盐外，还要加入维生素（极个别品种除外）、多种氨基酸和肽等。

乳酸菌是专性发酵菌，都能发酵一定的糖类，产生乳酸（分同型和异型乳酸发酵），它们分解蛋白质和脂肪的能力微弱。

3 乳酸菌的生理功能 3.1 具有营养作用

乳酸菌能分解食物中的蛋白质、糖类、合成维生素，对脂肪也有微弱的分解能力，能显著提高食物的消化率和生物价，促进消化吸收。食物中的大分子蛋白质在乳酸菌酶的作用下，部分降解为小分子肽和游离氨基酸，利于胃肠消化吸收。乳酸菌菌体蛋白质还能增加发酵乳的蛋白质含量。乳酸菌可将乳糖分解成葡萄糖和半乳糖，葡萄糖经发酵作用转变为乳酸等小分子化合物，有助于儿童脑组织和神经系统的发育。乳酸菌具有磷酸蛋白酶，能将α- 酪蛋白分解成微细的奶酪脂肪肽和氨基酸等，从而提高蛋白的消化吸收率。乳酸菌发酵可以使部分脂肪少量降解，易于消化并能增加乳中游离脂肪酸、挥发性脂肪酸含量。乳酸菌在代谢过程中消耗部分维生素，同时也合成叶酸等B 族维生素。乳酸菌发酵后产生的有机酸可提高钙、磷、铁等元素的利用率，促进铁和VD 的吸收。

3.2 降胆固醇作用

国内外大量临床实验证实，服用乳酸菌及其相关制品，具有减少人体胆固醇含量的作用。在厌氧条件下，乳酸菌在含有胆盐的高胆固醇培养基上生长时，菌体细胞可以吸收介质中的胆固醇。乳酸菌的代谢能显著减少肠管对胆固醇的吸收，同时，乳酸菌吸收部分胆固醇，并将其转变为胆酸盐而从体内排出。乳酸菌的菌体对胆固醇不仅有同化作用，还能抑制体内胆固醇生物合成酶的活性，减少体内胆固醇的合成。研究证明，乳酸菌具有降低血清胆固醇和甘油三酯的作用，已发现嗜酸乳杆菌表现出最强的降胆固醇能力，且具有最多的供选择菌株类型。

目前乳酸菌降胆固醇的作用机制主要如下： （1） 乳酸菌细胞直接吸收胆固醇。

（2）乳酸菌的胆盐水解酶的活性，使胆盐结合态转变为脱合态，与胆固醇发生共同沉淀。 （3）菌体吸收和共同沉淀联合作用，而且不同条件下的乳酸菌会表现出某一种作用方式为主的能力。

3.3 增强免疫功能

乳酸菌能够增强免疫力，表现在以下方面。

（1）影响非特异性免疫应答，增强单核吞噬细胞(单核细胞和巨噬细胞)、多形核白细胞的活力，刺激活性氧和单核因子的分泌。

（2） 刺激特异性免疫应答。如加强黏膜表面和血清中IgA，IgM，IgG 水平，促进T，B 淋巴细胞的增殖，加强机体的免疫力。乳酸菌菌体抗原及代谢物通过刺激肠黏膜淋巴结，既可激发免疫活性细胞，产生特异性抗体和致敏淋巴细胞，调节机体的免疫应答，还可以激活巨噬细胞，加强和促进其吞噬作用。乳酸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。加之它们还能刺激腹膜巨噬细胞、产生干扰素、促进细胞分裂、产生抗体及细胞免疫等，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。

3.4 抗变异原性

乳酸菌的抗变异原性，是由菌体直接作用于变异原，使变异原不能活化，从而减弱或消除其毒害作用。目前认为乳酸菌的结合致突变物质和抗突变的特性主要表现如下：

（1）许多细菌的细胞壁均具有与变异原性物质和致癌物结合的性质，而乳酸菌细胞壁的这种性质更为显著，其结合能力比其他细菌更高。

（2） 起主要作用的为乳酸菌细胞壁上的肽聚糖。

（3）死亡的乳酸菌菌体也具有这种能力，活菌和死菌对变异原性物质的结合能力没有明显差异。

（4） 细胞壁与变异原的结合是在极短的时问内发生的，且结合非常稳定。 （5） 细胞壁与变异原结合时，与十二烷基硫酸钠（SDS）具有拮抗作用。

3.5 抗肿瘤作用

乳酸菌具有抗肿瘤的作用。其作用的方式是抑制致突变酶的活性，以及对一些致癌物本身的抑制。乳酸菌在肠道中生长，会使产生致癌物的不良细菌大量减少，进而减少致癌概率。乳酸菌能抑制一些结肠中的细菌酶，特别是那些能催化致癌物前体向致癌物转化的粪便酶。致癌作用是通过具有致癌物诱导动物细胞突变开始的，一些乳酸菌可抑制动物细胞的突变。 乳酸菌细胞壁对氨基酸加热分解物等有害物质有较高的吸附率，乳酸菌对使人致癌的肠中亚硝胺有高达98％的吸收率，能减少胃癌和肠癌的发生。乳杆菌还能发酵分解致癌物N- 亚硝基胺，起到抗癌的作用；乳酸菌及其代谢产物能诱导干扰素和促细胞分裂剂的产生，活化自然杀伤细胞（NK），并产生免疫球蛋白抗体，从而活化巨噬细胞的功能，增强人体的免疫能力，提高对癌症的抵抗力。

3.6 抑制病原菌，改善胃肠道功能

乳酸菌代谢可以产生有机酸、双乙酰、过氧化氢和细菌素等多种代谢产物，可以抑制食品中的腐败菌和病原菌。乳酸菌对一些腐败菌和低温细菌有较好的抑制作用。乳酸菌在体内发酵乳糖，产生大量的有机酸，使肠内处于酸性环境，能够抑制病原菌和有害人体健康的细菌的繁殖，从而起到预防感染，维持肠内菌群平衡的作用。乳酸菌及其代谢产物能够促进宿主消化酶的分泌和肠道的蠕动，促进食物的消化吸收并预防便秘的发生。对于致病菌，如痢疾杆菌、伤寒杆菌、副伤寒杆菌、弯曲杆菌、葡萄球菌等致病菌有抑制作用。嗜酸乳杆菌、植物乳杆菌、保加利亚乳杆菌产生的H2O2，可抑制和杀灭革兰氏阴性菌、过氧化氢酶阳性细菌、大肠杆菌类和沙门氏菌属等致病菌的生长。某些乳杆菌产生的胞外糖苷酶，可降解肠黏膜上皮细胞的复杂多糖，由于这些糖是致病菌素的潜在受体，所以通过酶的作用，将其分解，阻止致病菌毒素对上皮细胞的粘附。不少乳酸菌产生类似细菌素的细小蛋白质或肽类，对葡萄球菌、梭状芽孢杆菌，以及沙门氏菌和志贺氏菌有抑制作用。

3.7 改善血脂水平

大量研究表明，乳酸菌发酵产生的有机酸、特殊酶系、细菌表面的成分，以及乳酸在体内的代谢，能改善血脂。有机酸中的醋酸盐、丙酸盐和乳酸盐可对脂肪的代谢进行调节，对降低血浆总胆固醇和甘油三脂，升高高密度脂蛋白起着一定的作用。 乳酸菌改善血脂的机制可能有以下几个途径：

（1）有机酸中的一些盐类，如醋酸盐、丙酸盐和乳酸盐对脂肪的代谢调节、对降低血浆总胆固醇和低密度脂蛋白、升高高密度脂蛋白起着重要作用。

（2）在乳酸菌产生的特殊酶系中，有降低胆固醇的酶系，它们可以抑制内源性胆固醇的合成。

（3） 乳酸菌能抑制羟甲基戊二酰辅酶A 还原酶（胆固醇合成过程中的限速酶）从而抑制胆固醇的合成。

（4）乳酸菌能在肠黏膜上粘附定植，它的代谢能减少肠道对胆固醇的吸收，这可能与乳酸菌对胆固醇的同化作用有关。

（5） 乳酸菌可吸收胆固醇并将其转变为胆酸盐排出体外。

3.8 抗高血压作用

研究表明，乳酸菌通过其胞外蛋白酶、肽酶（羧肽酶、氨肽酶）的水解作用，将食物蛋白中具有降压活性的肽片段释放出来，从而起到降压作用。乳酸菌的菌体成分，如来自Lactobacillus. caseiiYIP9018 的细胞壁的一种多糖—肽聚糖成分在SHR 及高血压患者体内表现出降血压作用。部分乳酸菌，尤其是能以活菌形式达到肠道的乳杆菌，在肠道内能促进机体吸收部分可以调节血压的矿物质。此外，部分乳酸菌产生的胞外多糖可能也具有一定的降压作用。

3.9 抗血栓形成

乳酸菌的代谢产物能抑制血小板的凝聚和将纤维蛋白原结合到血小板上。因此，经常食用富含乳酸菌的食品，具有预防高血脂、血稠和抗血栓的作用。

3.10 改善肝功能

活性乳酸菌在肠道中的代谢产物可能有干预人体肠肝循环的功能。研究发现乳酸菌液通过保护胃黏膜，减少酒精从胃内的吸收，减少细菌—内毒素移位，改善乙醇在肝内的代谢，能防止大量饮酒后引起的肝损伤和脂肪肝。此外，乳酸菌能够抑制腐败菌的生长，使肝脏减轻了解毒重荷，改善肝功能。

3.11 预防龋齿

日本学者研究发现，乳酸菌具有对龋齿和牙周病的预防效果。基础实验证明，从健康人口腔中分离出的乳酸菌LS1 有抑制龋齿菌活动、阻碍牙周病菌增殖的作用。

3.12 预防女性泌尿生殖系统疾病 女性阴道内有多种菌群定植，其中乳酸杆菌是正常菌群中数量最多、作用最大的常驻菌。它可分解阴道内的糖原，产生乳酸而使阴道内环境保持酸性，利于阴道的自洁。已有报道指出，应用乳酸杆菌制剂治愈细菌性阴道疾病取得了较好的治疗。刘佳明等人报道，对32 例确认为BV （细菌性阴道病） 的患者给予产生乳杆菌制剂的治疗，治愈率可达88%。

3.13 延缓衰老

研究还发现，乳酸菌能够产生超氧化物歧化酶（SOD），清除体内代谢过程中产生的过量超氧阴离子自由基，延缓衰老，提高机体对那些由于自由基侵害而诱发的疾病的抵抗力。另外，人体的衰老与肠内菌群有密切关系。人到老年以后，肠内的产气荚膜杆菌等有害菌明显增多，随之粪臭素、氨等有害物质增加。乳酸菌产生的乳酸，抑制了肠道腐败细菌的生长，从而减少了这些细菌所产生的毒胺、靛基质、吲哚、氨、H2S 等致癌物质和其他毒性物质，使机体衰老过程变得缓慢。

3.14 其他功能

乳酸菌可以产生一些特殊的酶系，赋予它特殊的生理功能。如产生有机酸的酶系、合成多糖的酶系、分解乳酸菌生长因子的酶系、分解亚硝胺的酶系、降低胆固醇的酶系、控制内毒素的酶系、分解脂肪的酶系、合成各种维生素的酶系和分解胆酸的酶系等。这些酶不仅能加速乳酸菌的生长，维持肠道微生态平衡，促进机体健康，而且还可以改善产品的风味，促进乳制品、发酵香肠等食品的成熟。乳酸菌还可提高食品的储藏性能，延长储藏时间，并可赋予发酵产品特有的风味。乳酸菌促进消化、吸收，具有健胃的功能。乳酸菌产生的有机酸还有

促进肠管蠕动、润肠通便的功效。乳酸菌在肠道中可以制造人体所需的维生素，例如VK，VB2，VB6，VB12，叶酸等。

4 展望

乳酸菌对人体有特殊的生理作用，是机体内必不可少的正常生理菌群，目前它已成为各国学者研究的热门课题，在保健食品的研究应用中必将占据重要地位。今后对于乳酸菌的研究，主要集中在以下几个方面。

（1）拓展菌种来源，选育既有优良发酵特性，又有特殊保健功能的活菌数高、优良、安全的乳酸菌菌种。

（2）利用乳酸菌的多种生理功效，将乳酸菌做成纯制剂或活菌量高的预防保健制品，也会是乳酸菌研究的一个重要方向。

（3）应用分子生物技术开发食品级乳酸菌菌株和工程菌菌株，将为人类带来巨大的经济效益、社会效益和生态效益。

总之，随着人们对乳酸菌生理功能和保健功能的认识，以及分子生物技术的飞速发展，相信乳酸菌将会得到越来越广泛的应用。