[科普中国]-嗜柠檬酸明串珠菌

明串珠菌

明串珠菌（Leuconostoc）是一类不产生孢子，G+C含量低于50%的革兰氏阳性细菌，可以在厌氧或有氧条件下生长，通常表现为过氧化氢酶阴性，不水解精氨酸，其细胞大小为0.5～0.7×0.7～1.2μm。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。明串珠菌大多数菌株的最适生长温度在20～30°C之间，异型乳酸发酵，可以进行柠檬酸代谢。

新的明串珠菌属由肠膜明串珠菌和其它7个种组成，包括L.gelidum（冷明串珠菌）、L.carnosum（肉明串珠菌）、L.fallax（欺诈明串珠菌）、L.citreum（嗜柠檬酸明串珠菌）、L.argentinum（阿根廷明串珠菌）、L.pseudomesenteroides（假肠膜明串珠菌）和L.lactis（乳酸明串珠菌）。其中肠膜明串珠菌又包括三个亚种：肠膜明串珠菌肠膜亚种（L.mesenteroidessubsp.mesenteroides）、肠膜明串珠菌右旋葡聚糖亚种（L.mesenteroidessubsp.dextranicum）和肠膜明串珠菌乳脂亚种（L.mesenteroidessubsp.cremoris）。明串珠菌能够代谢产生适量的CO2气体及多种风味化合物，在乳品技术方面占有非常重要的地位。尽管它们在乳制品当中出现的频率较高，而且具有相对稳定的种群数量，但人们对其在各类产品中所具有的功能及作用尚不完全清楚。此外，明串珠菌还可以抑制不渴望微生物的生长，从而延长产品的货架期，或者用作特殊的活性成分来制备功能性食品等。

明串珠菌在乳品技术中的应用在乳品加工中，明串珠菌是占有重要地位的发酵剂菌种之一。它能够代谢生成CO2和多种风味化合物，并且具有潜在的益生效果，常被用于发酵乳、黄油以及干酪的发酵生产。将明串珠菌其作为发酵剂菌种或非发酵剂乳酸菌（NSLAB）应用到发酵乳制品当中，将会在很大程度上提高产品的感观质量或功能性效果。然而目前国内尚没有明串珠菌参与发酵的乳制品问世，因此选育具有优良性状的明串珠菌菌种，将会在很大程度上促进国内发酵乳制品种类的多样化，同时提高产品的感观质量和功能效果1。

形成干酪孔眼（网眼）对于蓝纹干酪（blue-vinedcheese）以及由洛克菲特青霉菌（Penicilliumroqueforti）参与发酵生产的洛克菲特干酪（Roquefortcheese）而言，干酪组织内部孔眼的大小及形状等特点都是检测其质量的重要指标。对于软质熟化干酪而言，凝乳结构具有较高的韧性，不易塌陷，所以加工过程当中除采用机械打孔的方式之外，还可以利用明串珠菌代谢生成的CO2气体在干酪凝块内部产生孔眼。对于压榨熟化的荷兰干酪（Dutchcheese）而言，如Edam干酪、Gouda干酪或其它盐水浸渍干酪品种，微小细密的孔眼主要是由于明串珠菌产生的CO2气体所引起。对于此类干酪产品而言，应尽量选择CO2生成量适中的菌株，以避免产气过多造成网眼过多的现象。

生成风味物质应用于乳品加工的明串珠菌，代谢产物主要为双乙酰、醋酸和乙醇，这些化合物都将有助于产品风味的形成。由于双乙酰的风味阈值相对较低，因此可以在浓度较低（1.5～5μg/mL）的情况下赋予产品浓郁的风味。为了得到最佳的柠檬酸代谢速度和风味物质的产量，首先应该保证较高的细胞数量，另外还需要保持特定的理化条件。在法律允许的条件下，可以向乳或清洗凝块所用的水中添加适量的柠檬酸，如美国法定的柠檬酸添加量为0.15%，以提高风味物质的生成量。明串珠菌进一步将双乙酰转化成无味的乙偶姻和2，3-丁二醇。实践中，一旦产品风味物质形成后，可以通过冷藏处理产品（如发酵乳）来减少这些不利的生物转化方式。熟化之后的干酪产品常置于较高的温度（10～13°C）条件贮藏，主要因为此温度范围能够较大程度的抑制双乙酰的降解。此外，氧气含量的增加将有助于产品当中风味化合物的形成。

在黄油及发酵乳产品当中，由发酵剂微生物代谢产生的过量的乙醛，通常会使产品表现出“青涩”的风味缺陷。在低温条件下，明串珠菌可以将乙醛转化为乙醇，从而提高产品的风味质量，此种转化活性在肠膜明串珠菌乳脂亚种达到最高。干酪生产当中，降低pH、降低水分活度以及提高盐化水平都会影响肠膜明串珠菌乳脂亚种代谢乙醛的活性。

作为非发酵剂的乳酸菌按实际情况而言，鲜乳的自然微生物菌群中并不存在某些参与发酵的“所谓非发酵性乳酸菌”菌株，因此，人们已经多次尝试将明串珠菌与其它非发酵剂乳酸菌（如，乳杆菌的某些种）相互复配之后应用于不同类型的干酪产品。肠膜明串珠菌乳脂亚种通常用于黄油、奶油或新鲜干酪的发酵生产；但在其它干酪产品当中，几乎很难检测到它们的存在，即使偶尔存在少量活细胞，其对干酪品质的影响可能也是微乎其微的，这便为肠膜明串珠菌肠膜亚种或肠膜明串珠菌右旋葡聚糖亚种提供了发挥作用的空间。随着研究的深入，越来越多的肠膜明串珠菌肠膜亚种或右旋葡聚糖亚种被作为首选菌种而应用与多种干酪产品的发酵和生产。

明串珠菌在其中发挥作用的细胞含量应高于10^7cfu/mL。但大多数菌株在乳或干酪凝块当中表现出相对较低的繁殖速度或根本不生长。此种状况可以通过添加乳酸球菌共同发酵的方法来加以改善。另外，可以直接添加10^6cfu/mL的活细胞到原料乳中，并在13°C培养15h，也可以使细胞数量达到10^7cfu/mL的水平。

最适生长温度就生长温度而言，Goel和Marth指出，嗜柠檬酸明串珠菌的最适生长温度是在22-30℃之间。Cooper和Collins通过对肠膜明串珠菌乳脂亚种的生长温度进行系统的研究，指出肠膜明串珠菌乳脂亚种的生长温度变化在14-36℃间，最适生长温度为24-27℃，且温度对生长的刺激存在菌株差异。Benkerroum等则采用的培养温度来进行明串珠菌的筛选和分离工作；Libudzisz则选择了25℃的培养温度来研究了明串珠菌的生理活动的异质性。这些研究结果表明，因采用的明串珠菌种、或亚种以及菌株的类型差异，显然影响明串珠菌生长和代谢活性的温度条件是会发生变化的。从我们日前的试验结果来看，明串珠菌表现出了较宽泛的生长温度范围，可以在21-32℃的温度区间维持较好的生长和细胞代谢活性同时，明串珠菌对温度的生长反应存在种或菌株方面的差异性。显然，我们目前的研究结果与Cooper和Collins的报道相符合2。