張金磊，陳興煌

(福建農(nóng)林大學(xué) 食品科學(xué)學(xué)院，福州 350002)

微生物仍然是引起食品腐敗變質(zhì)的主要原因，目前普遍使用的化學(xué)殺菌劑、防腐劑是解決食物貯藏保鮮中病害發(fā)生的主要手段，化學(xué)殺菌劑雖然具有方便、高效等特點(diǎn)，但涉及到病原菌產(chǎn)生抗藥性、藥物殘留、環(huán)境污染等問題，使食物安全性受到質(zhì)疑，給人類的健康帶來危害，故其使用受到嚴(yán)格限制[1]。天然防腐劑憑借其抗菌活性強(qiáng)、安全無毒、熱穩(wěn)定性強(qiáng)、可降解、作用范圍廣等特點(diǎn)正逐步展現(xiàn)出取代化學(xué)防腐劑的趨勢。

乳酸菌(lactic acid bacteria, LAB)是一類能夠利用碳水化合物形成以乳酸為主要代謝產(chǎn)物的革蘭氏陽性細(xì)菌的通稱[2]，廣泛存在于動植物以及人體內(nèi)，種類龐雜，包含乳桿菌屬、明串珠菌屬、片球菌屬等多個(gè)不同的屬，大約有200多種[3]。人類利用乳酸菌的歷史已經(jīng)超過5000年，廣泛應(yīng)用于泡菜、醬油等傳統(tǒng)發(fā)酵制品[4]，其對發(fā)酵制品的風(fēng)味產(chǎn)生具有極其重要的貢獻(xiàn)[5]。近年來，乳酸菌作為研究熱點(diǎn)，在酵素生產(chǎn)[6]、抑制腸道致病菌等方面都有相應(yīng)的研究[7]。

關(guān)于乳酸菌抗菌的研究十分廣泛，由于霉菌的危害性、分布廣泛性等特點(diǎn)，因此，大都集中在抗真菌、真菌毒素吸收等方面[8]。也有部分學(xué)者研究了其對單增李斯特氏菌、大腸桿菌、金黃色葡萄球菌的抑制作用[9]。抑菌實(shí)驗(yàn)中采用的乳酸菌菌株大都分離于酸奶、泡菜、馬奶酒等傳統(tǒng)發(fā)酵制品[10,11]。乳酸菌生長過程中分泌多種物質(zhì)，主要包括乳酸、乙酸、甲酸、丙酸等酸性物質(zhì)，過氧化氫、雙乙酰以及多肽類物質(zhì)，這些物質(zhì)除對發(fā)酵食品的風(fēng)味有貢獻(xiàn)外，對于致病菌均有較強(qiáng)的抑制作用[12]。

在安全性上，乳酸菌是傳統(tǒng)的發(fā)酵菌株，且是公認(rèn)的安全級(generally recognized as safe,GRAS)菌株。因此，乳酸菌發(fā)酵液可應(yīng)用于減少食品原始帶菌量，抑制食品中微生物的生長，用于食品的貯藏保鮮。

1 抑菌機(jī)理

殺菌劑通過影響目標(biāo)菌體的生理生化環(huán)境導(dǎo)致其生長繁殖受到限制。目前，關(guān)于抑菌機(jī)理的報(bào)道很多，但大都集中在膜不穩(wěn)定性、質(zhì)子梯度干擾、酶抑制等方面[13]。一些單一化合物的抑菌機(jī)理已經(jīng)詳細(xì)研究過，但是各物質(zhì)之間的協(xié)同作用機(jī)制仍然有待研究。

1.1 有機(jī)酸

乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)物中有機(jī)酸和多肽類物質(zhì)占有相當(dāng)大的比例。其中有機(jī)酸的狀態(tài)存在一種動態(tài)平衡：解離態(tài)、未解離態(tài)。有機(jī)酸通過自由擴(kuò)散方式進(jìn)入胞內(nèi)，抑菌主要是通過解離的酸根離子或未解離分子在胞內(nèi)解離，通過改變環(huán)境的pH值，改變滲透壓，利用細(xì)胞膜的選擇透過性等特性，使離子積聚，影響酶的活性，限制生物大分子的形成，提高ATP的消耗量；在胞外有機(jī)酸分子可與細(xì)胞膜上的脂多糖等物質(zhì)結(jié)合，破壞膜的穩(wěn)定性，從而抑制菌體生長或使菌體死亡[14]。

有資料顯示，在一定條件下有機(jī)酸對于大多數(shù)革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌具有廣譜抑菌性，在水源或食物中添加少量的有機(jī)酸可以有效減少沙門氏菌、大腸桿菌等致病菌的污染傳播[15]。

1.2 多肽類物質(zhì)

多肽類物質(zhì)中，對于乳酸鏈球菌素(Nisin)的研究應(yīng)用較為廣泛。根據(jù)報(bào)道，目前其有包括Nisin A、Nisin Z、Nisin Q、Nisin F、Nisin U和Nisin U2在內(nèi)的6種類型[16]。Nisin可對大多數(shù)革蘭氏陽性細(xì)菌產(chǎn)生抗菌活性，并對芽孢桿菌的孢子產(chǎn)生強(qiáng)烈的抑制作用，但是對于霉菌、酵母的生長沒有抑制作用[17]。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)少數(shù)乳酸菌能夠產(chǎn)生廣譜類細(xì)菌素[18]。

普遍認(rèn)為Nisin是通過捆綁肽聚糖的前體Lipid II，從而限制細(xì)胞壁中肽聚糖的合成，影響細(xì)胞壁質(zhì)膜與磷脂化合成，導(dǎo)致胞內(nèi)物質(zhì)滲漏；一些革蘭氏陰性菌細(xì)胞壁外層的脂多糖會抵抗Nisin的抑制作用，Nisin就可以直接作用于細(xì)胞膜上，破壞細(xì)胞膜的完整性，導(dǎo)致細(xì)胞死亡[19]。

1.3 雙乙酰

雙乙酰的抑菌機(jī)制目前還不太清楚，研究表明其能使多種酶失活。有報(bào)道稱雙乙酰能夠使酵母中的腺苷酸環(huán)化酶在內(nèi)的多種酶失活，據(jù)推測，雙乙酰是通過酶位點(diǎn)競爭、結(jié)合使酶失去催化能力[20]。

相對于非乳酸菌革蘭氏陽性菌，革蘭氏陰性菌和酵母菌對于雙乙酰更為敏感，雙乙酰對于包括致病性大腸桿菌在內(nèi)的革蘭氏陰性菌、酵母菌、霉菌的生長均具有良好的抑制作用[21]。

1.4 過氧化氫

大部分的乳酸菌含有黃素蛋白氧化酶，這促使它們在有氧氣存在的情況下產(chǎn)生過氧化氫，由于缺乏過氧化氫酶，導(dǎo)致過氧化氫累積，氧化目標(biāo)菌的脂質(zhì)膜和蛋白質(zhì)最終使菌體死亡[22]。有研究顯示一些蛋白的抑菌活性是由過氧化氫介導(dǎo)，過氧化氫酶能夠抑制抑菌活性的產(chǎn)生[23]。Baldry M G[24]的研究結(jié)果表明過氧化氫達(dá)到一定濃度時(shí)，對菌體具有抑制作用，相對于作為殺菌劑，過氧化氫對于孢子具有更強(qiáng)的殺滅作用。

2 食品保鮮中的研究應(yīng)用

2.1 肉制品保鮮

肉類在我國食品消費(fèi)中占有重要的地位，人類對其產(chǎn)量和品質(zhì)有了更高的要求。因其有較高含量的蛋白質(zhì)、脂質(zhì)等物質(zhì)，營養(yǎng)價(jià)值豐富，在屠宰加工過程中極易受到微生物的污染，引起腐敗變質(zhì)，導(dǎo)致肉品質(zhì)量的下降[25]。肉類中的微生物主要為大腸桿菌、沙門氏菌、金黃色葡萄球菌、志賀氏菌、單增李斯特氏菌、溶血性鏈球菌、結(jié)核分枝桿菌、布氏桿菌等[26]。傳統(tǒng)的肉類保鮮抑菌主要采用低溫冷藏、氣調(diào)、熱處理、真空包裝等物理方法，添加硝酸鹽、苯甲酸鈉等化學(xué)方法或兩者共同作用的方式來防止腐敗變質(zhì)，但是濫用化學(xué)防腐劑會對人體造成損傷[27]。因此，尋找安全、高效、天然的保鮮劑對于食品安全至關(guān)重要。

乳酸菌發(fā)酵液作為一種安全的天然保鮮劑，近年來有許多學(xué)者對其在肉品保鮮中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。鄧林等[28]發(fā)現(xiàn)苯乳酸菌發(fā)酵液作為鮮牛肉保鮮的保鮮劑，較之傳統(tǒng)化學(xué)殺菌劑有較好的效果，抑菌效果與Nisin類似。為延長冷鮮豬肉的貨架期，孫衛(wèi)青等[29]研究了乳酸菌發(fā)酵液與其他天然物質(zhì)混合制成的復(fù)合保鮮劑對冷鮮肉的保鮮效果，發(fā)現(xiàn)乳酸菌發(fā)酵液與大蒜、生姜等按照一定比例混合能夠有效地抑制假單胞菌和嗜冷菌，并保持肉色鮮紅，較單一的乳酸菌發(fā)酵液處理組TVB-N值更低，可作為真空冷卻豬肉的保鮮液。趙婷等[30]采用噴涂法，研究了不同濃度的乳酸菌發(fā)酵液對冷卻雞肉的保鮮效果，以乳酸和Nisin為對照組，發(fā)現(xiàn)不同濃度的乳酸菌發(fā)酵液均能延緩感官質(zhì)量下降，達(dá)到一定濃度時(shí)，處理組各項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于對照組，雞肉可保持6 d，對照組為4 d。

2.2 水產(chǎn)品保鮮

水產(chǎn)品富含優(yōu)質(zhì)蛋白、不飽和脂肪酸、維生素等多種營養(yǎng)物質(zhì)，這些優(yōu)勢使得人們對其青睞有加，但是水產(chǎn)品極易腐敗變質(zhì)，出于健康考慮，尋找新型保鮮劑迫在眉睫。乳酸菌作為安全菌株，其發(fā)酵液作為一種安全的保鮮劑，在此方面有一定潛力。Beatriz G等[31]用乳酸菌培養(yǎng)物處理鱈魚，于0～2 ℃貯藏14 d，發(fā)現(xiàn)處理組的菌落總數(shù)均低于對照組，能夠有效地抑制單增李斯特氏菌的存在。Cao Rong等[32]將羅非魚用乳酸菌培養(yǎng)物處理，可以減緩貯藏早期k值和APC值的升高，將其作為刺參材料的時(shí)長從24 h延長至48 h。

2.3 果蔬保鮮

果蔬由于高水分含量、高糖等生理特點(diǎn)，采后極易受到微生物的侵染，引起果蔬腐爛變質(zhì)，造成直接經(jīng)濟(jì)損失。引起水果腐爛變質(zhì)的主要微生物為霉菌和酵母菌[33]。傳統(tǒng)方法是采用化學(xué)合成殺菌劑殺菌，造成農(nóng)藥殘留、致病菌抗藥性、土壤破壞等不良后果。為提升安全性，滿足消費(fèi)者對于食品品質(zhì)日益提升的需求，乳酸菌發(fā)酵液作為一種安全的殺菌劑可作為傳統(tǒng)化學(xué)藥劑的替代品。

在鮮果方面有眾多的應(yīng)用研究。如賀銀鳳等[34]以櫻桃番茄作為試驗(yàn)原料，用浸泡法涂膜，乳酸菌發(fā)酵液作為涂抹保鮮劑，研究發(fā)現(xiàn)其可以有效增長儲存期限，并能夠保持較好品質(zhì)。馬錁等[35]利用從荔枝發(fā)酵液中分離乳酸菌，發(fā)現(xiàn)其發(fā)酵液對多種致病菌具有抑制作用，可作為荔枝生物保鮮劑應(yīng)用。李明楊[36]以庫爾勒香梨為實(shí)驗(yàn)對象，發(fā)現(xiàn)與對照組相比，采用乳酸菌發(fā)酵液處理組果實(shí)的失重率顯著降低，有效減緩了果皮硬度和Vc下降趨勢，采用損傷接種和發(fā)酵液相結(jié)合的方式，發(fā)酵液可以有效抑制表面病原菌生長，降低腐爛率，但對氧化物酶(POD)、多酚氧化酶(PPO)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)等防御酶活性以及總酚和類黃酮含量無顯著增強(qiáng)作用，起到延長香梨貯藏時(shí)間的作用。

在鮮切果蔬保鮮應(yīng)用方面也有相應(yīng)的研究。谷云[37]通過對鮮切蓮藕進(jìn)行貯藏保鮮實(shí)驗(yàn),測定蓮藕貯藏期間的BD、PPO活性、POD活性、總酚等各項(xiàng)指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)上清液處理組的效果比抗壞血酸處理組的效果更好，能夠有效抑制褐變，使產(chǎn)品保持較好品質(zhì)狀態(tài)。

2.4 豆制品保鮮

豆類含有豐富的蛋白質(zhì)、B族維生素等營養(yǎng)物質(zhì)，是人類及牲畜的重要蛋白質(zhì)來源。豆?jié){由于易于被人體消化吸收，深受廣大人群喜愛，但是極其容易受到芽孢桿菌污染而引起腐敗變質(zhì)[38]。未殺菌常溫狀態(tài)極易出現(xiàn)發(fā)酸、脹氣、蛋白質(zhì)凝結(jié)現(xiàn)象，一般只能保存1 d左右[39]。柴明艷[40]通過研究乳酸菌發(fā)酵液對豆?jié){品質(zhì)的影響發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵液的抑菌效果接近或者優(yōu)于傳統(tǒng)的食品防腐劑，能夠在不影響感官的情況下實(shí)現(xiàn)減菌并達(dá)到延長保質(zhì)期的效果。

2.5 面制品保鮮

面制品含有豐富的碳水化合物和蛋白質(zhì)，在常見的面制品中，霉變是最主要的病害，細(xì)菌、霉菌、酵母菌是引起霉變的主要誘因[41]。鮮濕面條是一種即時(shí)售賣的產(chǎn)品，含水量高，夏季高溫易于微生物的滋長，可添加保鮮劑提高貯存期限。乳酸菌發(fā)酵液可作為一種新型保鮮劑添加。全永亮等[42]利用實(shí)驗(yàn)室篩選出的一株乳酸菌，將其發(fā)酵上清液噴灑到濕面條表面，能夠有效地抑制細(xì)菌的生長，發(fā)現(xiàn)在冷藏條件下濕面條的保質(zhì)期能達(dá)到18 d。面包作為一種常見食物，易受到霉菌污染，錢洋[43]測試了3株乳酸菌發(fā)酵液在面包儲藏期限延長方面的潛力，結(jié)果顯示，與對照組相比，噴灑了發(fā)酵液的面包儲藏期限均得到相應(yīng)的延長。

2.6 乳制品保鮮

巴氏奶是由巴氏消毒法處理的鮮奶，一般保質(zhì)期較短，但保存了絕大部分的營養(yǎng)和口感，容易受到大腸埃希氏菌、溶血鏈球菌、假單孢菌等多種細(xì)菌污染而變質(zhì)[44]。通常采用冷藏、超速離心除菌、微濾等物理方法或采用蜂膠半仿生提取物、CO2、Nisin與CO2協(xié)同保鮮等方式延長儲藏期限[45]。乳酸菌發(fā)酵液作為一種相對安全的保鮮劑也可作為添加劑進(jìn)行添加，提高貯藏期限。張倩穎[46]通過向巴氏殺菌奶中添加不同比例的發(fā)酵上清液，在28 ℃存儲，與對照組相比，能夠抑制細(xì)菌生長，添加量為4%時(shí)巴氏奶具有良好的感官品質(zhì)，貨架期達(dá)到48～60 h，是空白和Nisin組的2～5倍。Kush Kumar Pandey等[47]利用戊糖片球菌發(fā)酵奶酪工業(yè)的廢物乳清，將上清液干燥物添加到奶酪中，顯著降低了大腸菌群、葡萄球菌菌群的數(shù)量，將奶酪的貨架期延長了75%。

2.7 鮮蛋保鮮

蛋類富含蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、礦物質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)，是優(yōu)質(zhì)的蛋白質(zhì)來源。鮮蛋蛋殼表面通常含有一層蛋殼膜，可以阻止微生物通過氣孔進(jìn)入蛋體，減緩蛋內(nèi)水分蒸發(fā)，但是蛋殼膜在1周左右就會脫落，環(huán)境中或自身攜帶的沙門氏菌、大腸桿菌等微生物便會侵入蛋體使其變質(zhì)[48]。蛋類保鮮方法主要采用涂膜或涂膜與冷藏、氣調(diào)等方法并用的方式延長儲藏期；常用的涂膜材料有多糖、蛋白、脂質(zhì)等[49]。乳酸菌發(fā)酵液具有良好的抑菌效果，可作為涂膜劑使用。吳玲[50]利用一株干酪乳桿菌發(fā)酵液中的上清液與傳統(tǒng)雞蛋保鮮劑殼聚糖溶液對市售雞蛋進(jìn)行涂膜處理，于4 ℃儲藏，研究發(fā)現(xiàn)發(fā)酵液處理組在減重率、蛋黃指數(shù)、濃蛋白含量、蛋白的pH和蛋殼總菌數(shù)方面均優(yōu)于殼聚糖處理組，起到了良好的保鮮效果。

3 展望

乳酸菌發(fā)酵液作為一種相對安全高效的殺菌劑，在食品生產(chǎn)加工過程中可作為化學(xué)物質(zhì)的替代品或與化學(xué)物質(zhì)相結(jié)合的方法使用，減少化學(xué)物質(zhì)的用量，既保持了食品品質(zhì)，又有效實(shí)現(xiàn)了減菌操作。另一方面，由于乳酸菌發(fā)酵液良好的殺菌效果，其有望作為農(nóng)藥替代品在田間噴灑，減少果實(shí)原始帶菌量，降低貯藏期間的病害發(fā)生率，提升產(chǎn)品的品質(zhì)及貯藏期限。對于發(fā)酵液中的某些單一成分抑菌機(jī)理研究已十分透徹，且在實(shí)踐中有實(shí)際的應(yīng)用，但是關(guān)于各物質(zhì)之間的相互作用關(guān)系以及對微生物的共同作用機(jī)制研究較少。

目前，天然來源保鮮劑研究十分廣泛，但是一些抑菌劑是否會對產(chǎn)品的某些生理生化指標(biāo)產(chǎn)生更深層次的負(fù)面影響依然不慎明朗。因此，天然抑菌劑的抑菌機(jī)理還有待進(jìn)一步深入研究。