乳酸菌在食品防腐中的應用探析

王 富

（四川旅游學院，四川成都 610000）

隨著經濟條件的不斷改善，人們對于食品健康安全的重視程度不斷提升。食品防腐一直是學術研究中的重點問題。通過采取有效措施避免食品腐爛變質，保障食品質量，可以更好地保障人們的食品安全。乳酸菌是目前學術研究中公認的一種安全微生物，因此近些年其在食品防腐中被廣泛應用，并且取得了顯著效果。

1 乳酸菌概述

乳酸菌是一類革蘭氏陽性球菌或桿菌的統稱，這些革蘭氏陽性球菌或桿菌能夠發酵碳水化合物，并生成乳酸。乳酸菌特征主要包括以下4點：①細胞為革蘭氏陽性；②細胞形態為桿菌或球菌；③不形成內生孢子；④能夠分解蛋白質，但是在分解過程中不會產生腐敗產物。

目前學術界關于乳酸菌的分類尚未形成統一認識。世界上已知的乳酸菌有90多種，主要歸于4個菌屬，其中乳桿菌屬包含的乳酸菌種類最多，達到44種，這些乳酸菌的生存環境主要為乳制品以及一些食品的釀造過程等。雙歧桿菌屬包含的乳酸菌種類次之，為24種，這些乳酸菌生存環境主要為動物腸管以及口腔等。鏈球菌屬和片球菌屬包含的乳酸菌種類分別為14種和8種，乳酸菌生存的環境主要為動物腸管、乳制品、腌制品及發酵物等。除了上述4個菌屬，還有部分乳酸菌屬于明串珠菌屬和產孢乳桿菌屬，其包含的乳酸菌種類數量相對較少。

2 乳酸菌食品防腐機理

乳酸菌之所以能夠用于食品防腐，根本原因在于乳酸菌可以通過多種方式來抑制腐敗菌的生長。本文通過對已有研究進行梳理，將乳酸菌抑制腐敗菌生長途徑整體分為兩種：①通過生成苯乳酸以及乙酸等有機酸來抑制腐敗菌生長；②通過生成細菌素來抑制腐敗菌生長。

2.1 生成有機酸抑制腐敗菌生長

有機酸可以有效抑制病菌以及腐敗菌，因此在食品防腐中具有非常重要的作用。乳酸菌在代謝過程中可以產生有機酸，比如苯乳酸以及乳酸等，因此可以起到良好的食品防腐功效。

苯乳酸是乳酸菌代謝過程中產生的一種典型的有機酸抑菌物質，其相比Nisin等細菌素在抑菌譜系方面更為廣泛，可以有效抑制食源性病原菌和腐敗菌，尤其是對于真菌污染具有非常好的應用效果[1]。苯乳酸具有良好的溶解性和穩定性，這些為其在食品防腐中的應用奠定了良好的基礎，因此其作為一種有機酸生物防腐劑，在食品防腐中得到推廣應用。近些年隨著學者們研究的不斷深入，發現苯乳酸對格蘭氏陽性、陰性細菌以及真核微生物均可以起到良好的抑制作用。有研究人員應用掃描電鏡進行觀察，首次對苯乳酸的抑菌機理進行了研究，認為苯乳酸的抑菌機制與溶菌酶較為類似，是通過作用于細胞壁起到抑菌作用，而不是作用于細菌的細胞膜等，同時認為苯乳酸的抑菌機制與細菌的生長周期不存在任何關系。相關研究指出苯乳酸能夠改變絲狀真菌蛋白質的表達，因此推測苯乳酸的抑菌機制可能因其作用于真菌細胞的苯丙氨酸脫氫酶，但是如何作用于苯丙氨酸脫氫酶尚未給出明確 解釋。

乳酸是乳酸菌在發酵過程中的主要產物之一，其在香腸等發酵肉制品中廣泛分布。乳酸具有良好的親水性，并且可以溶解多種蛋白質、角質以及其他一些難溶物質，能夠有效抑制腸道菌等有害細菌，促進機體代謝以及消化，因此在食品加工行業中廣泛應用。在過去乳酸主要被當作酸化劑和風味劑在食品加工行業中應用，較少用作防腐劑。近些年，人們逐漸認識到乳酸在食品防腐中的重要價值，特別是認識到其對腸道腐敗細菌的抑制作用，才開始在肉制品防腐保鮮中進行廣泛應用[2]。乳酸對于腐敗細菌的抑制作用主要體現在其可以降低環境的pH值以及氧化還原電位值，增強環境的酸性程度，抑制致病菌的生長代謝過程，從而有效抑制痢疾桿菌、傷寒桿菌以及葡萄球菌等。研究人員發現表示乳酸不僅可以獨立發揮食品防腐作用，其還可以與食鹽以及姜等進行協同作用，起到更好的防腐效果。整體來說，乳酸的防腐殺菌能力效果一般，但是通過一系列反應所生成的乳酸鈉以及乳酸鈣等乳酸鹽在食品特別是肉制品防腐中具有良好的表現。目前，乳酸鈉以及乳酸鈣等乳酸鹽已經被美國食品與藥品管理局認定為安全產品，這為乳酸鹽在食品防腐中的應用提供了良好條件。

2.2 生成細菌素抑制腐敗菌生長

細菌素是一種具有抗菌活性的蛋白質，具有良好的防腐抗菌功效。乳酸菌細菌素基于不同的維度可以進行不同的分類。基于分子量、熱穩定性以及是否存在修飾性氨基酸可以將其分為羊毛硫細菌素、小分子熱穩定肽、大分子熱不穩定蛋白和蛋白復合體細菌素。羊毛硫細菌素在核糖體上合成，經翻譯后修飾生成活性，分子量不超過5 kDa，基于分子結構形狀可以將該類細菌素進一步分為線形和環形兩種類型，乳酸鏈球菌細菌素是常見的線形細菌素，粟酒乳桿菌細菌素是常見的環形細菌素[3]。小分子熱穩定肽分子量不超過10 kDa，可以進一步分為Iia、IIB和IIC 3個亞類，不同亞類在分子結構方面存在一定的差異，但是均具有良好的抑菌能力。大分子熱不穩定蛋白相對來說分子量較大，通常大于30 kDa，對溫度較為敏感，在90 ℃環境下處理30 min便會喪失活性。蛋白復合體細菌素也是乳酸菌產生的一種較為常見的細菌素，較為典型的有lactocin 27和plantarcin S等，但是該類細菌素在食品防腐中應用相對較少。

乳酸菌產生的細菌素在抑菌譜系方面相對較窄，主要作用于產生菌同種以及具有親緣關系的菌種，不同細菌素在抑菌譜方面也存在明顯的差異。通常情況下革蘭氏陰性菌細菌素主要抑制親緣關系較近的菌種，革蘭氏陽性菌抑菌譜更為廣泛，其除了能夠抑制親緣關系較近的菌種外，還能夠抑制親緣關系較遠的菌種，包括肉毒梭菌、產氣莢膜梭菌以及金黃色葡萄球菌等病原菌和腐敗微生物[4]。目前乳酸菌各個菌屬均有能夠產生細菌素的菌株，這些菌株所產生的細菌素在分子量、理化性質以及抑菌譜等方面具有較為明顯的差異，部分細菌素可以抑制大腸桿菌以及金黃色葡萄球菌，部分細菌素能夠對酵母菌等真菌進行有效抑制。近些年隨著學者們研究的不斷深入，也發現了一些廣譜細菌素，其能夠對大腸桿菌、乳酸球菌以及金黃色葡萄球菌等多種細菌進行有效抑制[5]。

乳酸菌產生的細菌素在抑菌機理方面存在多種作用方式，整體上可以將細菌素抑菌機理分為3種作用方式：①羊毛硫細菌素等第一類細菌素在抑菌方面具有雙重作用方式，其可以綁定脂質Ⅱ，通過抑制細菌細胞壁的合成來殺滅細菌，也可以將脂質Ⅱ作為對接分子插入膜中來殺滅細菌；②第二類細菌素具有兩性分子螺旋結構，可以插入靶細胞的膜中來殺滅細菌；③第三類細菌素主要是通過直接作用于細菌細胞壁來殺滅細菌。

3 乳酸菌在食品防腐中的具體應用

通過上述分析可知，乳酸菌代謝產物有機酸以及細菌素等均可以起到良好的食品防腐作用，因此近些年乳酸菌在食品防腐中得到了廣泛應用，具體來說應用方式包括如下兩種。

3.1 乳酸菌單獨應用于食品防腐

乳酸菌單獨應用于食品防腐又可以進一步分為直接添加到食品中和改善食品包裝兩種類型。將乳酸菌代謝產物直接添加到食品中來發揮其防腐作用目前應用最為廣泛，不管是乳酸菌產生的有機酸還是細菌素，均具有良好的安全性，將其添加到食品中，可以有效延長食品的保質期，起到良好的保鮮作用。研究人員將乳酸菌發酵液噴涂到冷卻羊肉表面，結果表明其可以將冷卻羊肉的保質期提高1 d以上，將乳酸菌發酵液噴涂到真空包裝的冷卻羊肉，結果顯示羊肉貨架期從原來的24 d延長至40 d。需要注意的是乳酸菌產生的不同類型的有機酸以及不同類型的細菌素在食品防腐中存在一定的差異，如Nisin細菌素能夠抑制大部分革蘭氏陽性菌，但是對于酵母菌以及霉菌等作用效果較差，可見其對于乳制品的防腐效果要優于肉制品；再如Pediocin類細菌素對于李斯特菌具有良好的抑制作用，特別適合雞肉的防腐保鮮。因此應該基于食品類型選擇更為合適的有機酸和細菌素。除了噴涂和浸潤方式外，還可以將乳酸菌應用于肉品質包裝領域來發揮其防腐作用。研究人員發現將乳酸菌細菌素涂抹在聚乙烯包裝表面，同樣可以起到良好的抑菌防腐效果。目前Nisin細菌素在食品包裝領域應用最為廣泛，其可以顯著提升包裝材料的抗菌性。

3.2 乳酸菌聯合其他方法聯合應用于食品防腐

隨著人們對食品安全問題重視程度不斷增加，各種滅菌防腐方法得到了發展。每種方法具有不同的特點和適用性，通過將兩種及以上方法組合應用，往往能夠獲得應用單一方法難以取得的效果。因此，近些年將乳酸菌防腐與高壓、高溫以及添加防腐劑等傳統方法聯合應用也成為學術研究的重點。有研究指出聯合應用高壓殺菌、Nisin細菌素以及乳酸鹽，能夠更為有效地抑制李斯特菌以及沙門氏菌的生長，作用機理在于在高壓環境下這些細菌對于Nisin以及乳酸鹽的抑制作用更為敏感，因此其建議在熟肉食品中可以綜合采用這3種方法來延長保質期。

4 結語

綜上所述，乳酸菌可以通過多種方式來抑制腐敗菌的生長，進而起到食品防腐的效果。目前關于乳酸菌的防腐機理以及應用，學者們已經開展了較為廣泛的研究，并且取得了很多創新認識，為乳酸菌食品防腐應用提供了理論指導。隨著研究的持續深入，乳酸菌在食品防腐領域將會具有更為廣闊的發展前景。