徐炳政，王穎，，梁小月，張東杰，張桂芳

（1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)食品學(xué)院，大慶 163319；2.國家雜糧工程技術(shù)研究中心）

乳酸菌是一類能從葡萄糖或乳糖的發(fā)酵過程中產(chǎn)生乳酸的無芽孢、革蘭氏染色陽性細(xì)菌的總稱，主要包括乳桿菌（Lactobacillus）、乳球菌（Lactococcus）、鏈球菌（Streptococus）與片球菌（Pediococcus）等18 個(gè)菌屬，它們廣泛存在于人和畜禽腸道以及多種食品中。乳酸菌在代謝過程中等夠產(chǎn)生多種抑菌物質(zhì)，其中細(xì)菌素屬于這些抑菌物質(zhì)的一種，它是由細(xì)菌在代謝過程中通過核糖體合成機(jī)制產(chǎn)生的一類具有抑菌活性的多肽或前體多肽，該類物質(zhì)具有廣泛的抑菌譜，能夠?qū)Χ喾N細(xì)菌產(chǎn)生抑制效果[1]。

乳酸菌細(xì)菌素是由乳酸菌代謝產(chǎn)生的一類具有抗菌作用的天然蛋白質(zhì)或多肽類物質(zhì)，將乳酸菌細(xì)菌素作為抑菌物質(zhì)摻入食品系統(tǒng)已被廣泛研究，并已有大量資料證實(shí)乳酸菌細(xì)菌素對(duì)腐敗微生物具有一定的控制能力。目前乳酸菌細(xì)菌素在食品保鮮和健康保健等方面的潛在應(yīng)用引起了國內(nèi)外學(xué)者極大的興趣，其中對(duì)nisin[2]的研究最為深入，過去30年間，其在食品應(yīng)用中的安全性和有效性已得到反復(fù)證明[3]。近年來，隨著對(duì)乳酸菌及乳酸菌細(xì)菌素研究的深入，乳酸菌細(xì)菌素在安全性、抑菌性等其他活性研究方面逐漸被認(rèn)識(shí)，并成為蛋白質(zhì)研究的一個(gè)熱點(diǎn)[4]，重點(diǎn)對(duì)乳酸菌細(xì)菌素的研究及其應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行了綜述。

1 乳酸菌細(xì)菌素的分類

細(xì)菌素通常是結(jié)合不同的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類，主要有生產(chǎn)細(xì)菌屬、細(xì)菌素分子量和最后的氨基酸序列或基因簇組織同源性[5]。目前乳酸菌細(xì)菌素的分類主要是基于細(xì)菌素氨基酸結(jié)構(gòu)及理化性質(zhì)，可將乳酸菌細(xì)菌素大致分為4 類，即羊毛硫抗生素（Ⅰ類）、小分子熱穩(wěn)定肽（Ⅱ類）、大分子熱不穩(wěn)定蛋白（Ⅲ類）及環(huán)形乳酸菌細(xì)菌素（Ⅳ類）。

Ⅰ類細(xì)菌素的典型特點(diǎn)就是在成熟的分子中含有一個(gè)或多個(gè)羊毛硫氨酸殘基或甲基羊毛硫氨酸殘基。由于該類細(xì)菌素結(jié)構(gòu)復(fù)雜，通常根據(jù)結(jié)構(gòu)可將其再分為：ⅠA 類線型羊毛硫細(xì)菌素，以Nisin 為主要代表；ⅠB 類球型羊毛硫細(xì)菌素，如細(xì)菌素Mersacidin[6]；ⅠC 類雙（多）組份羊毛硫細(xì)菌素，以細(xì)菌素Lacticin 3147 為代表。小分子熱穩(wěn)定肽與大分子熱不穩(wěn)定蛋白主要是根據(jù)蛋白質(zhì)分子大小及熱穩(wěn)定性進(jìn)行區(qū)別，二者在生物活性方面差異性較小，兩者細(xì)菌素主要來源于乳酸桿菌及乳酸球菌。羊毛硫抗生素根據(jù)蛋白質(zhì)二級(jí)結(jié)構(gòu)可分為A 型和B 型，該類細(xì)菌素具有極強(qiáng)的穩(wěn)定性，nisin 是其最具有代表性的一種。近幾年，還有一種由兩個(gè)小肽構(gòu)成的肽類物質(zhì)被發(fā)現(xiàn)，這種肽類經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)其抑菌體系及物理化學(xué)性能與其他三類都有很大的區(qū)別，但具體作用機(jī)制尚不明確，因此被列為第四類細(xì)菌素[7]。

2 乳酸菌細(xì)菌素的應(yīng)用

2.1 乳酸菌細(xì)菌素在肉制品中的應(yīng)用

由于乳酸菌通常在肉制品中發(fā)現(xiàn)，已經(jīng)能從這些細(xì)菌中生產(chǎn)乳酸菌細(xì)菌素，因此乳酸菌細(xì)菌素在肉制品的保藏中得到了廣泛應(yīng)用，研究最為清楚的是nisin 在肉制中的應(yīng)用。傳統(tǒng)肉制品加工過程中，通常加入一定量的硝酸鹽作為抑菌物質(zhì)，用以肉制品防腐，為避免或減少亞硝胺類物質(zhì)對(duì)人體健康的威脅，尋找安全的硝酸鹽替代劑或佐劑引起越來越多的的關(guān)注。乳酸菌細(xì)菌素因其廣泛的抑菌性能及安全性越來越多的引起了國內(nèi)外學(xué)者的重視，是否可將其應(yīng)用于食品中代替?zhèn)鹘y(tǒng)的防腐劑類物質(zhì)成為了乳酸菌細(xì)菌素在食品中研究的焦點(diǎn)。目前被商業(yè)許可的乳酸菌細(xì)菌素只有nisin 一種，已經(jīng)被50 多個(gè)國家允許添加入食品[8]。

袁秋萍[9]在香腸制作過程中，以nisin 代替亞硝酸鹽加入香腸中，經(jīng)過菌數(shù)分析，乳酸菌細(xì)菌素的抑菌效果明顯，同時(shí)對(duì)香腸的風(fēng)味與口感并沒有帶來任何影響與破壞，這為乳酸菌細(xì)菌素在香腸中的應(yīng)用提供了數(shù)據(jù)借鑒。劉國榮等[10]分別以乳酸菌細(xì)菌素（enterocin LM-2）添加量320 AU·g-1、600 MPa 超高壓處理5 min 以及兩者聯(lián)合處理低溫切片火腿，揭示乳酸菌細(xì)菌素和超高壓聯(lián)合處理對(duì)低溫切片火腿的防腐保鮮效果。結(jié)果表明，enterocin LM-2 和超高壓處理都可明顯延長低溫切片火腿的貨架期，并對(duì)產(chǎn)品原有色澤、氣味、質(zhì)構(gòu)等感官特性影響較小，其中enterocin LM-2 和超高壓聯(lián)合處理的防腐效果最好，在不加入任何化學(xué)食品防腐劑的情況下，低溫切片火腿的貨架期可達(dá)到100 d。

2.2 乳酸菌細(xì)菌素在乳制品中的應(yīng)用

乳酸菌作為安全的發(fā)酵劑在乳制品生產(chǎn)中具有悠久的歷史，在各類乳酸發(fā)酵制品中，乳酸菌細(xì)菌素廣泛存在。早在5 世紀(jì)，歐洲居民就發(fā)現(xiàn)酸奶能夠治療多種細(xì)菌引起的疾病，隨著乳酸制品工業(yè)線的出現(xiàn)，各國學(xué)者普遍發(fā)現(xiàn)一個(gè)規(guī)律，即酸奶生產(chǎn)線受雜菌污染程度明顯低于鮮奶生產(chǎn)線所受雜菌污染程度，后來多項(xiàng)研究證明，在抑制污染菌方面，乳酸菌產(chǎn)類細(xì)菌素物質(zhì)占據(jù)主要作用[11]。Arokiyamary A[12]從牛奶和奶酪分離出對(duì)金黃色葡萄球菌、蠟樣芽胞桿菌、傷寒桿菌等具有抑菌作用的菌株，經(jīng)鑒定確定為乳酸桿菌，在排除有機(jī)酸和過氧化氫的影響后，確定抑菌物質(zhì)為一類乳酸菌細(xì)菌素。Tejpal Dhewa[13]同樣從乳酸桿菌及乳酸球菌中分離純化出細(xì)菌素，并證明乳酸菌細(xì)菌素對(duì)牛奶中金黃色葡萄球菌等食品致病菌具有一定的殺菌效果。這些結(jié)果表明，乳酸菌細(xì)菌素及其類似物在乳制品工業(yè)生產(chǎn)中作為食品生物防腐劑具有潛在的應(yīng)用價(jià)值，當(dāng)然，需要通過進(jìn)一步研究，了解乳酸菌細(xì)菌素的分子機(jī)制，結(jié)構(gòu)和功能機(jī)制。

2.3 乳酸菌細(xì)菌素在果蔬制品中的應(yīng)用

果蔬制品普遍含有高營養(yǎng)成分，是多數(shù)菌類生長的天然培養(yǎng)基，且果蔬制品加工過程中為了保護(hù)其口感及營養(yǎng)，多數(shù)不能采用強(qiáng)烈殺菌方式處理，采用乳酸菌發(fā)酵處理是一種傳統(tǒng)的果蔬保鮮方法。多項(xiàng)研究表明，果蔬發(fā)酵過程中，乳酸菌除產(chǎn)生乳酸、過氧化氫、CO2等抑菌物質(zhì)外，乳酸菌細(xì)菌素作為重要副產(chǎn)物同樣具有較強(qiáng)的抑菌作用，作為新型安全無毒的防腐劑已在該領(lǐng)域已有一些成功應(yīng)用。

Vinod[14]等從乳酸桿菌發(fā)酵的胡蘿卜中提取并純化出一類乳酸菌細(xì)菌素，探討其對(duì)大腸桿菌、金黃色葡萄球菌及蠟樣芽胞桿菌的殺菌作用。結(jié)果顯示，乳酸菌細(xì)菌素對(duì)以上幾種致病菌具有良好的抑菌效果，其中對(duì)大腸桿菌的抑菌效果最好。在100 ℃、pH為4～5 時(shí)，細(xì)菌素仍然保持穩(wěn)定，121 ℃以及加入木瓜蛋白酶時(shí)完全失去抑菌活性。研究同時(shí)證明，乳酸菌細(xì)菌素對(duì)不同水果產(chǎn)品（紙漿，果汁和葡萄酒）中蠟樣芽胞桿菌也具有抑菌作用，這就證實(shí)了乳酸菌細(xì)菌素在果蔬制品領(lǐng)域具有潛在的生物防腐劑應(yīng)用。Grande[15]等將純化后的乳酸菌細(xì)菌素enterocin AS-48 加入到果汁中，探討該肽類物質(zhì)對(duì)果汁貨架期的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，乳酸菌細(xì)菌素在果汁環(huán)境中具有一定的穩(wěn)定性，其抑菌活性并未受影響，加入細(xì)菌素的果汁貨架期明顯延長，多種果汁內(nèi)的致病菌菌受到一定的物質(zhì)，這項(xiàng)研究為乳酸菌細(xì)菌素在多種果汁中的應(yīng)用提供了一定的效果支持。

2.4 乳酸菌細(xì)菌素在生物醫(yī)藥方面的應(yīng)用

近年來，頻繁及濫用化學(xué)藥物導(dǎo)致的藥物危機(jī)已成為嚴(yán)重的公共健康問題，尋找新的抗菌藥物代替化學(xué)藥物成為人們的迫切需求。乳酸菌素細(xì)菌能有效抑制某些病原菌的生長，使其在治療和控制目標(biāo)細(xì)菌方面表現(xiàn)出巨大的可能性。目前，乳酸菌細(xì)菌素用于藥物開發(fā)成為一個(gè)有吸引力的焦點(diǎn)，因?yàn)槿樗峋?xì)菌素抑制大多數(shù)病原體具有較好效果，且乳酸菌廣泛存在于自然界中，穩(wěn)定性較好，并且對(duì)人體細(xì)胞無毒性。最近，乳酸菌細(xì)菌素在生物醫(yī)藥方面的研究進(jìn)入了一個(gè)新時(shí)代，對(duì)乳酸菌細(xì)菌素目的基因的研究有了顯著進(jìn)步，使人們進(jìn)一步了解了它們的作用模式。目前，通過基因工程技術(shù)修飾乳酸菌細(xì)菌素編碼基因從而提高乳酸菌細(xì)菌素生產(chǎn)量得到了廣泛研究[16]，同時(shí)出現(xiàn)大量新的方法利用乳酸菌產(chǎn)生的細(xì)菌素抑制真核細(xì)胞的增殖，即治療腫瘤及人類和動(dòng)物傳染性疾病[17]。

2.5 乳酸菌細(xì)菌素在畜牧養(yǎng)殖方面的應(yīng)用

隨著抗生素類及激素類藥物在畜牧業(yè)中的大量使用及濫用，抗藥性已經(jīng)成為畜牧養(yǎng)殖行業(yè)不可避免的話題，由于乳酸菌細(xì)菌素為天然抗菌物質(zhì)，具有較高的安全性及抑菌性能，是否可將乳酸菌細(xì)菌素作為抗菌添加劑代替抗生素類藥物加入飼料中，從而達(dá)到致病抑菌的效果逐漸引起了國內(nèi)外學(xué)者的興趣，此方面已有大量研究證實(shí)了將乳酸菌細(xì)菌素添加入動(dòng)物飼料中[18]，能夠明顯抑制致病菌增生，提高動(dòng)物免疫力，減少免疫疾病的發(fā)生，并能夠提高雄性動(dòng)物精子數(shù)量及存活率。但是將乳酸菌添加入飼料中的劑量和其安全性仍處于研究階段，這也限制了混合乳酸菌細(xì)菌素飼料的批量生產(chǎn)，我國目前在該方面仍處于研究方面，只有生物源等公司有相關(guān)產(chǎn)品進(jìn)入市售。

3 乳酸菌細(xì)菌素的安全性

乳酸菌細(xì)菌素在自然界中廣泛存在，它們是非常穩(wěn)定的蛋白質(zhì)類物質(zhì)，對(duì)人體細(xì)胞無毒性。乳酸菌細(xì)菌素作為乳酸菌代謝產(chǎn)物，經(jīng)過幾十年的研究，乳酸菌細(xì)菌素強(qiáng)大的抑菌活性及其在食品生物防腐劑方面的潛在應(yīng)用已被大量資料證實(shí)。盡管目前nisin是唯一純化后商業(yè)應(yīng)用的細(xì)菌素，其他乳酸菌細(xì)菌素如乳酸菌鏈球菌素、乳酸片球菌素已在食品及醫(yī)藥系統(tǒng)中得以應(yīng)用。細(xì)菌素具有抑制食源性病原菌和腐敗細(xì)菌的作用，但它們的合成與作用方式與臨床抗生素不同，不屬于抗生素范疇，而且對(duì)抗生素有耐受的病原菌通常和乳酸菌細(xì)菌素不發(fā)生交叉耐受。

1988年食品和藥物管理局（FDA）將nisin 列為公認(rèn)安全級(jí)別（GRAS），我國于1990年許可nisin 作為食品防腐劑，并列入國標(biāo)GB2760-86。急性、亞急性和慢性毒性試驗(yàn)，以及繁殖、敏感性、體內(nèi)和交叉耐受研究表明，nisin 在每日攝入量每人為2.9 mg·d-1情況下對(duì)人體是安全的。多項(xiàng)數(shù)據(jù)也證實(shí)其他具有在食品中應(yīng)用潛力的多種乳酸菌細(xì)菌素也是安全的。

4 展望

在過去的幾年中，大量的新的乳酸菌產(chǎn)生的細(xì)菌素已被識(shí)別和表征，乳酸菌細(xì)菌素憑借其優(yōu)越的抑菌性和安全性已被廣泛應(yīng)用于抑菌添加劑、功能藥物、保健食品及化妝品等領(lǐng)域。隨著新的乳酸菌細(xì)菌素及產(chǎn)細(xì)菌素菌株的出現(xiàn)，相關(guān)報(bào)道及研究越來越多，主要集中在誘變篩選技術(shù)獲得新菌株和高產(chǎn)菌株以及基因工程分析各類乳酸菌細(xì)菌素結(jié)構(gòu)基因。

隨著分子生物學(xué)理論及技術(shù)的逐漸成熟，通過基因工程手段改良菌種，提高性能擴(kuò)大產(chǎn)量成為可能。但是乳酸菌細(xì)菌素的抗菌蛋白/多肽是一個(gè)多元化系統(tǒng)，因此預(yù)計(jì)在不同的的目標(biāo)細(xì)菌和不同環(huán)境下，乳酸菌細(xì)菌素作用效果不同，更加精確的確定每一類細(xì)菌素不同的作用條件仍需進(jìn)一步深入研究。同時(shí)在食品保鮮方面，乳酸菌細(xì)菌素同其他技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用（如超聲輻照，微波和歐姆加熱，或脈沖光）仍是未開發(fā)的，因此需要進(jìn)一步了解乳酸菌細(xì)菌素與食品生態(tài)系統(tǒng)的相互作用。同時(shí)，乳酸菌細(xì)菌素在醫(yī)藥及化妝品等領(lǐng)域仍需進(jìn)一步研究和臨床驗(yàn)證。總之，乳酸菌細(xì)菌素這種安全、有效的天然抑菌劑具有廣闊的應(yīng)用與市場前景。

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