乳酸菌抗真菌活性及應(yīng)用研究新進(jìn)展

屈思佳，李天密，高文惠，韓俊華

（河北科技大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院，石家莊050018）

0 引 言

在食品工業(yè)中，真菌污染及其毒素是造成經(jīng)濟(jì)損失、危害食品安全和消費(fèi)者健康的重要原因。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2015年果蔬和肉類等流通腐損率分別高達(dá)30%和13%，造成了約760億元的經(jīng)濟(jì)損失[1]。其中，真菌及其毒素引起的污染占主要比例。這些毒素大部分具有高毒及致癌性[2-3]，極易在谷類、香料、棉花，甚至乳制品中存在，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的安全和消費(fèi)者健康[4-7]。

乳酸菌是全球公認(rèn)的安全菌株，其代謝產(chǎn)物如有機(jī)酸、脂肪酸、環(huán)二肽等物質(zhì)，可以起到抑制真菌生長和產(chǎn)毒的作用[8]。本文將對近年來國內(nèi)外乳酸菌抗真菌方面的研究及應(yīng)用進(jìn)展做一綜述，以期促進(jìn)對乳酸菌抗真菌特性的探究，為開發(fā)新型生物防腐劑、保證食品安全和消費(fèi)者健康起到積極作用。

1 真菌污染

絲狀真菌和酵母是一類導(dǎo)致發(fā)酵乳制品、谷物類產(chǎn)品、果蔬和糧食農(nóng)作物等腐敗變質(zhì)的微生物類群。據(jù)報(bào)道引起食品腐敗的主要真菌為青霉和曲霉，其中污染谷物類產(chǎn)品并產(chǎn)生大量毒素的是鐮刀菌屬（Fu?sarium）[9]，引起硬質(zhì)奶酪腐敗的是婁地青霉菌（Penicilli?um roqueforti）和團(tuán)青霉（Penicillium commune）[10]，影響焙烤食品貨架期的是青霉菌屬（Penicillium）、曲霉菌屬（Aspergillus）、念珠菌屬（Candida species）和鐮刀菌屬（Fusarium）等[11]。各種糧食作物、水果蔬菜和加工食品中均有不同程度的真菌及真菌毒素的污染，其中糧食作物中真菌毒素的污染普遍較為嚴(yán)重[12-13]。據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）統(tǒng)計(jì)，全球約有25%的糧食作物被真菌毒素污染，造成的經(jīng)濟(jì)損失每年高達(dá)數(shù)百萬美元[14]。據(jù)報(bào)道每年我國在生產(chǎn)、貯藏、運(yùn)輸過程中被真菌污染的糧食達(dá)3100萬t，占我國糧食年總產(chǎn)的6.2%[15]。真菌毒素不僅對全球經(jīng)濟(jì)造成嚴(yán)重?fù)p失，而且其具有高毒性和致癌性，使得它成為了全球關(guān)注的食品安全和公共衛(wèi)生問題。因此，研究開發(fā)新型、安全、更有效的抑制真菌污染的生物防腐劑迫在眉睫。

2 抗真菌活性的乳酸菌

乳酸菌廣泛分布于食品和自然環(huán)境中，人和動物的口腔、胃腸道內(nèi)均存在一定量的乳酸菌。目前在食品、醫(yī)學(xué)和生物學(xué)等各個領(lǐng)域?qū)θ樗峋加醒芯?，并日漸深入取得了諸多成果，包括乳酸菌的鑒定、分類、純化以及乳酸菌降解亞硝酸鹽、降低膽固醇、清除機(jī)體自由基、延緩衰老等功能特性的開發(fā)[16]。

乳酸菌作為益生菌，是公認(rèn)的安全級菌株，其發(fā)酵可產(chǎn)生多種抑菌物質(zhì)，如有機(jī)酸、苯乳酸、羅伊氏菌素、環(huán)二肽等，這些產(chǎn)物可以有效的抑制腐敗菌和一些致病菌的生長，進(jìn)而延長產(chǎn)品的保質(zhì)期[8]。目前，國內(nèi)外學(xué)者對乳酸菌抗真菌性的研究多集中在對抗真菌的物質(zhì)進(jìn)行分類鑒定，對其抑菌機(jī)理及具體應(yīng)用的研究還少見報(bào)道。

Corsetti A[17]等報(bào)道了來自酸面團(tuán)中的Lactobacil?lus sanfrancisco CB1具有抑制Fusarium,Penicillium,Asper?gillus和Monilia的作用，并鑒定了其抑菌物質(zhì)為甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、正戊酸和己酸等多種有機(jī)酸。隨著研究的深入，越來越多的學(xué)者開始探究乳酸菌發(fā)揮抗真菌活性的確切物質(zhì)。2010年，Prema P[18]等研究報(bào)道，來自青貯飼料的植物乳桿菌其抑菌活性物質(zhì)主要為3-苯乳酸。Valerio[19]等研究發(fā)現(xiàn)，將苯丙酮酸添加到生長培養(yǎng)基中可以改善和優(yōu)化Lb.plantarum 21B，Lb.fermentum 18B和Lb.brevis 18F對黑曲霉和婁地青霉的抗真菌活性，其抑菌效果是由苯乳酸和多聚酸等幾種代謝產(chǎn)物協(xié)同作用產(chǎn)生的。部分關(guān)于抗真菌乳酸菌的研究概況如表1所示。

3 乳酸菌抗真菌活性的應(yīng)用

乳酸菌產(chǎn)生的抗真菌物質(zhì)多種多樣，不同乳酸菌產(chǎn)生的抗真菌物質(zhì)及其抗真菌機(jī)制也不相同。如有機(jī)酸是通過在低pH下解離，其H+干擾微生物細(xì)胞膜蛋白電位和膜表面的酶活性，破壞細(xì)胞膜的通透性和穩(wěn)定性，進(jìn)而抑制真菌的生長[34]。而苯乳酸作用的靶點(diǎn)可能是細(xì)胞壁，與溶菌酶的抑菌機(jī)理相似[35]。目前對于乳酸菌抗真菌活性的應(yīng)用研究多集中在面包、糕點(diǎn)、乳酪、果蔬制品、肉制品等產(chǎn)品中，均起到了很好的抗真菌作用，在一定程度上延長了產(chǎn)品的保質(zhì)期。

3.1 在面包、糕點(diǎn)制品中的應(yīng)用

面包、糕點(diǎn)等制品儲存時間較短，因此關(guān)于乳酸菌抗真菌活性的研究多集中在如何改善這類產(chǎn)品的保質(zhì)期。Baek E等[36]研究發(fā)現(xiàn)，Leuconostoc citreum和Weissella confusa發(fā)酵產(chǎn)生的有機(jī)酸，包括乳酸和丁酸，可有效地延緩米面團(tuán)中Cladosporium sp.YS1、Neurospo?ra sp.YS3和Penicillium crustosum YS2的生長，且米面團(tuán)中乳酸菌的抗真菌活性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了0.3%的丙酸鈣的抗真菌效果。結(jié)果表明，乳酸菌可以有效改善米糕的儲存期，其產(chǎn)生的多種代謝產(chǎn)物中，除有機(jī)酸外，苯乳酸也起到了抑制真菌生長的作用。Lavermicocca P等[37]分別用Lb.plantarum 21B和不產(chǎn)生苯乳酸的Lactobacil?lus brevis發(fā)酵制作面包，發(fā)現(xiàn)用Lb.plantarum 21B發(fā)酵制作的面包中黑曲霉的生長延遲了7 d。同時發(fā)現(xiàn)，除有機(jī)酸和苯乳酸外，環(huán)二肽也在一定程度上抑制真菌的生長，從而在延長面包保質(zhì)期上發(fā)揮了重要作用。Ryan LA等[38]的研究也發(fā)現(xiàn)，Lb.plantarum FST 1.7在發(fā)酵面包和酸面團(tuán)過程中產(chǎn)生的環(huán)二肽對面包的貯存起著保護(hù)作用。除此之外，還有其他代謝產(chǎn)物可抑制真菌的生長。如Garofalo等[39]研究報(bào)道了Lb.ros?siae LD108和Lactobacillus paralimenarius PB127均表現(xiàn)出防止面包中腐敗霉菌Aspergillus aculeatus生長的能力，其主要抑菌物質(zhì)為抗菌肽。Black BA等[40]在L.ham?mesii發(fā)酵面包的制作中加入0.15%的coriolic acid，發(fā)酵后面包的保存期延長了2～6 d。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，由于L.hammesii將酸面團(tuán)中的亞油酸轉(zhuǎn)化成單羥基十八碳烯酸，使得所得到面包表現(xiàn)出顯著的抑制真菌生長的作用。目前的多種應(yīng)用研究都表明，抗真菌乳酸菌在面包、糕點(diǎn)等焙烤制品中具有很好的應(yīng)用前景。

表1 乳酸菌抗真菌特性的研究概況

3.2 在奶酪中的應(yīng)用

國內(nèi)的奶酪市場也日漸升溫，如何更好的提高產(chǎn)品質(zhì)量、保障其安全也逐漸引起關(guān)注。近幾年，關(guān)于利用乳酸菌的抗真菌活性豐富奶酪產(chǎn)品的風(fēng)味、改善質(zhì)地、延長產(chǎn)品保質(zhì)期的應(yīng)用研究也逐漸增加。Lynch KM等[41]在對Lactobacillus amylovorus DSM 19280的研究中發(fā)現(xiàn)，該菌株可產(chǎn)生多種抗真菌物質(zhì)，如4-羥基苯甲酸、壬二酸、苯乳酸、苯甲酸、氫化肉桂酸、水楊酸等，在不改變干酪組成成分、生化性質(zhì)且不影響蛋白水解的情況下，它能提高干酪的貨架期。這株乳酸菌對軟質(zhì)干酪和硬質(zhì)干酪產(chǎn)品都非常有利，可以延長保質(zhì)期6 d，是作為切達(dá)干酪生產(chǎn)的非常優(yōu)良的輔助發(fā)酵劑。同樣，Elsie等[26]從多種草藥、水果和蔬菜中分離到的植物乳桿菌，也表現(xiàn)出很強(qiáng)的抗真菌活性，應(yīng)用于奶酪中，與對照相比，使干酪的保存期延長14至25 d以上。Sedaghat H等[42]研究發(fā)現(xiàn)，5種非發(fā)酵乳酸菌（Lb.plantarum PIN,Lb.plantarum CAG23,Lactoba?cilluscaseiD31,Lb.pentosus H39,Lb.plantarum NBRC107151）均可延遲干酪表面黃曲霉和寄生曲霉的菌絲體生長。與其他菌株相比，Lb.plantarum PIN表現(xiàn)出最強(qiáng)烈的抗真菌活性，并在19 d和22 d分別使黃曲霉和寄生菌菌絲生長顯著延遲。大量應(yīng)用研究結(jié)果均顯示，部分非發(fā)酵型具有抗真菌活性的乳酸菌可以用于控制奶酪保存期間霉菌生長所引起的質(zhì)量問題，延長產(chǎn)品的保存期。與此同時，需要做更多的研究，探索其對不同品種奶酪的有效性及應(yīng)用方法，還需要感官分析來確定乳酸菌其抗真菌化合物是否會影響奶酪和奶酪產(chǎn)品的風(fēng)味。

3.3 在其他產(chǎn)品中的應(yīng)用

在青貯飼料中，乳酸菌的抗真菌活性同樣得到了廣泛應(yīng)用。2009年，Tanaka O等[43]將Lb.coryniformis strain 394接種在青貯飼料中發(fā)現(xiàn)，該菌株在發(fā)酵過程中產(chǎn)生3-羥基丙醛，有效的防止了青貯飼料的丁酸發(fā)酵和有氧腐敗。在一些谷物汁中，真菌的防治也是必不可少的。白鳳翎等[44]研究發(fā)現(xiàn)Lactobacillus bulgaricus對果蔬中的曲霉表現(xiàn)出較強(qiáng)的拮抗作用，Streptococcus thermophilus和Lactobacillus acidophilus對根霉的生長也具有較強(qiáng)的抑制作用，且在7 d內(nèi)保持抑制活性。Peyer LC等[45]在乳酸菌發(fā)酵麥芽汁的研究中也發(fā)現(xiàn)，該發(fā)酵產(chǎn)物可顯著抑制黃色鐮刀菌的生長，主要活性物質(zhì)為有機(jī)酸。該研究也進(jìn)一步提出，可以使用有機(jī)酸、酚酸等混合來提高對真菌的抑制效果。

4 展 望

抗真菌活性的乳酸菌在焙烤制品、奶酪、果蔬制品、肉制品等產(chǎn)品中已經(jīng)顯示出很好的效果，將展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。后續(xù)研究有望集中在（1）明確其抗真菌的活性成分及其分離提取的工藝過程和必要性；（2）探索該菌株應(yīng)用于產(chǎn)品時的發(fā)酵特性及應(yīng)用方法，在抑制真菌的同時是否會引起產(chǎn)品風(fēng)味、組織狀態(tài)等的劣變；（3）該抗菌成分與其他物質(zhì)的相互作用，是否表現(xiàn)出協(xié)同增效等。乳酸菌是全球公認(rèn)的安全菌種，也將是生物防腐劑的重要來源。鑒于真菌污染的普遍性及其毒素的嚴(yán)重危害，開發(fā)和利用乳酸菌及其代謝產(chǎn)物將具有重要意義。