发酵蔬菜中乳酸菌抑菌性的研究.pdf

2 0 0 7年第2期 6月出版 摘要乳酸菌( L a c t i c A c i dB a c t e r i a )是一类能发酵 碳水化合物产生乳酸的细菌,他广泛应用于发酵 食品中,是发酵蔬菜中的有益菌群。乳酸菌的抑 菌功能是通过产生各种代谢产物包括酸性物质、 二氧化碳、过氧化氢和细菌素等来实现的。通过 分析发酵蔬菜中微生物菌群结构的组成,介绍了 乳酸菌对病原菌和腐败菌的抑制作用特点及作用 机理,旨在为乳酸菌制品的加工、储藏提供理论 依据,更好地将乳酸菌这一益生菌应用于各类食 品加工的实践操作中。 关键词乳酸菌抑菌性发酵蔬菜 A b s t r a c t T h e l a c t i c a c i db a c t e r i a a r e a g r o u po f G r a m p o s i t i v e b a c t e r i a w h i c hp r o d u c e l a c t i c a c i da s t h e m a j o r e n dp r o d u c t o f t h ef e r m e n t a t i o no f c a r b o h y d r a t e s . T h e y a r e t h e m o s t i m p o r t a n t b a c t e r i a i n d e s i r a b l e f o o d f e r m e n - t a t i o n s , b e i n g r e s p o n s i b l e f o r t h e f e r m e n t a t i o n o f t h e m o s t “ p i c k l e d “ ( f e r m e n t e d ) v e g e t a b l e s . L a c t o b a c i l l u si sa n h e l p f u l m i c r o b e g r o u p s i nf e r m e n t e dv e g e t a b l e , t h e y a r e t h o u g h tt op o s s e s sa n t i b a c t e r i a lc a p a b i l i t yd u et ot h e m e t a b o l i ci n t e r m e d i a t ea n dt h e s es u b s t a n c e si n c l u d e a c i d , L a c t o b a c i l l i n , c a r b o nd i o x i d e , h y d r o g e np e r o x i d e e t c . I t s a n t i b a c t e r i a l c a p a b i l i t y a b o u t c o r r u p t i v e m i c r o b e s a n dp a t h o g e n i cm i c r o b e si nf e r m e n t e dv e g e t a b l e sa r e b r i e f l y s u m m a r i z e d i n t h i s p a p e r i n o r d e r t o p r o v i d e t h e - o r yf o r t h ep r o c e s sa n ds t o r eo f L a c t o b a c i l l u sp r o d u c t s a n da l s o o f f e r s t h e p r o c e s s o r b r o a dc h a n c e s t o p u t t h e s e t h e o r i e s i n t o p r a c t i c e . k e y w o r d s L a c t i c a c i db a c t e r i a A n t i b a c t e r i a l C a p a - b i l i t y F e r m e n t e d V e g e t a b l e 近几年来,乳酸菌抑制食品中一些腐败菌和致 病菌的作用引起人们的极大关注,他在抗变异原 性、防癌抗癌等方面有着不可低估的作用。对乳酸 菌抑菌机理的初步探讨结果表明:乳酸菌抑菌作用 有一部分是由乳酸产生的,其余的抑菌效果则来源 于乳酸菌代谢产生的其他抑菌物质且在酸性条件下 有助于抑菌物质发挥抑菌作用。乳酸菌代谢可以产 生有机酸、过氧化氢和细菌素等多种代谢产物,抑 制食品中腐败菌和病原菌的生长。利用食品添加剂 虽然可以延长发酵食品的贮存时间,但仍不能有效 抑制病原菌和腐败菌的生长,而且也不宜多用。而 乳酸菌发酵产生的代谢产物有着很好的抗菌效果, 他们作为天然的食品添加剂可减少或避免化学防腐 剂所带来的安全隐患,同时也能提高发酵食品的品 质、改善食品的口味。利用乳酸菌来延长食品保质 期这一研究颇受重视。 1发酵蔬菜的类别和特点 蔬菜发酵是以蔬菜为原料利用有益微生物活动的 生成物及控制一定生产条件对蔬菜进行保藏的一种方 式。发酵蔬菜产品主要有泡菜、酸菜、酱菜、腌菜。 在蔬菜发酵加工过程中,均伴随着以乳酸菌为主的微 陈世化 * 夏延斌聂乾忠 (湖南农业大学食品科技学院, 长沙4 1 0 1 2 8 ) 发酵蔬菜中乳酸菌抑菌性的研究 R e s e a r c h o n a n t i b a c t e r i a l c a p a b i l i t y o f L a c t i c a c i d b a c t e r i a i n f e r me n t e d v e g e t a b l e s *陈世化,男,1 9 8 0年出生,湖南农业大学食品学院在读硕 士研究生。 收稿日期:2 0 0 7 - 0 3 - 0 9 C h e n S h i - h u a * X i a Y a n - b i n N i e Q i a n - z h o n g (C o l l e g e o f F o o d S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y,H u n a n A g r i c u l t u r a l U n i v e r s i t y,C h a n g s h a4 1 0 1 2 8,C h i n a) 食 品 工 程 F O O DE N G I N E E R I N G 综述评论 !“ !“ !“ !“ 6 2 0 0 7年第2期 6月出版 生物生长代谢活动。蔬菜发酵加工是一种冷加工方 式,能进一步改善蔬菜风味,提高其营养与保健价 值。蔬菜经过发酵后的风味与新鲜蔬菜本身的风味、 微生物代谢活动及发酵条件等因素密切相关。 2发酵蔬菜中微生物菌群结构分析 蔬菜发酵体系是一个复杂的微生态环境,其中 含有乳酸菌、酵母菌和醋酸菌等多种微生物。在发 酵蔬菜的制作过程中,由于条件的不断改变,优势 菌乳酸菌群及其他微生物在发酵过程中呈现一定的 消长规律。发酵蔬菜中各阶段微生物菌群分布见表1。 2 . 1有益菌群 2 . 1 . 1乳酸菌 蔬菜发酵体系中的有益菌群主要是乳酸菌,他 是一类革兰氏阳性杆菌或球菌、不形成芽孢、不运 动、过氧化氢酶阴性、对葡萄糖发酵能产生5 0 % 以上乳酸的细菌的总称,是发酵蔬菜微生物菌群中 的优势菌 。发酵蔬菜中的乳酸菌分别属于粪链球菌 属、明串球菌属、乳杆菌属。发酵蔬菜加工中的起 始发酵和主发酵阶段占优势的乳酸菌主要有链球菌 (S t r e p t o c o c c u s f a e c a l i s) 、 肠 膜 明 串 珠 菌 (L e u - c o n o s t o cm e s e n t e r o i d e s)、 短 乳 杆 菌( L a c t o b a c i l l u s b r e v i s) 和植物乳杆菌 (L a c t o b a c i l l u s p l a n t a r u m) 等。 2 . 1 . 1 . 1链球菌和肠膜明串珠菌 大多数植 物 性 材 料 表 面 有 乳 酸 杆 菌 数 约 为 1 0 c f u / g,而链球菌和肠膜明串珠菌的数量约为乳 酸杆菌的1 4倍。在乳酸发酵中,链球菌和肠膜明 串珠菌往往出现于发酵初期,主要起启动发酵作 用。在蔬菜预处理后,蔬菜渗出的汁液非常适宜两 种菌的生长繁殖,并迅速产生C O 2、有机酸等物质, 使环境p H值快速下降,抑制腐败菌的繁殖,使其 更有利于其他乳酸菌的活动。由于C O 2的产生,取 代了蔬菜醪液中的空气,提供了能抑制好氧菌群的 厌氧环境条件。 2 . 1 . 1 . 2短乳杆菌 肠膜明串珠菌对酸的敏感性较强,随着发酵的 进行很快死亡,随后短乳杆菌成为发酵的优势菌, 快速地生长繁殖产生大量的乳酸。短乳杆菌在赋于 加工产品以一定特色风味方面至关重要,具有发酵 戊糖的能力。 2 . 1 . 1 . 3植物乳杆菌 属于一种产酸能力高的菌种,特别适合在盐水 内的泡菜中发酵,耐酸。所以,不论发酵前期是否 添加绝对优势的菌种,他主要是出现在发酵后期, 并终止蔬菜的乳酸发酵。 2 . 1 . 2醋酸菌 在发酵蔬菜中有少量的醋酸菌生长繁殖,在好 氧条件下把酒精转化为醋酸。这些醋酸菌对醇类进 行不完全氧化,导致最终产物酸类的积累。醋酸菌 对酸性环境有较高的忍受力,大多数菌能在p H5 以下生长。 2 . 1 . 3其他细菌 在蔬菜发酵初期有益菌除乳酸菌和醋酸菌外, 主要还有大肠杆菌类细菌的活动。大肠杆菌能把糖 类发酵分解为乳酸、醋酸、琥珀酸、乙醇、C O 2和 氢气等,其外观表现为产气。除大肠杆菌外,初期 还有另外一些细菌活动,如丁酸菌进行丁酸发酵,丙 醋杆菌和丙酮梭菌可进行丙酸发酵。以上这些细菌 的发酵活动,可作为产香物质增加蔬菜制品的特殊 香味。 2 . 2一般菌群 主要是酵母菌,发酵蔬菜中的酵母菌可以从蔬 菜采摘后本身表面带来,也有空气中自然落入而 来。常见的酵母主要是啤酒酵母、产醭酵母和鲁氏 酵母等。酵母菌发酵所生成的乙醇对发酵蔬菜制品 在后熟阶段发生酯化反应和生成芳香物质是很重要 的。另外,一些酵母菌大量繁殖会产生不愉快的酸 臭味,最后导致发酵蔬菜变质。 2 . 3有害菌群 2 . 3 . 1腐败菌 这些微生物使得发酵蔬菜产生不良气味,甚至 腐败变质,失去食用价值。能导致蔬菜腐败变质的 微生物主要是真菌中的霉菌、酵母菌和细菌中的腐 败细菌。试验结果表明,霉菌可使发酵蔬菜发生霉 微生物 菌群 发酵过程 前期中期后期 有益 菌群 链球菌、 肠膜明串珠菌、 醋酸菌、丁酸菌、 丙醋杆菌和丙酮梭菌 肠膜明串珠菌、 短乳杆菌、植物 乳杆菌 植物乳杆菌 短乳杆菌 一般 菌群 酵母菌 有害 菌群 腐败菌:霉菌、酵母菌和细菌中的腐败细菌 病原菌:沙门氏菌、志贺氏菌、粪链球菌和大肠杆菌 致病血清型等 表1发酵蔬菜不同发酵阶段中微生物的分布 陈世化, 等:发酵蔬菜中乳酸菌抑菌性的研究7 2 0 0 7年第2期 6月出版 变,组织软化,产生不良的气味。腐败细菌的活动则 分解利用蔬菜盐水浸出液中的糖分和蛋白质等,使 蔬菜腐烂生成具有恶臭的物质,如尸胺、吲哚和硫 化氢等,使发酵蔬菜具有臭味、发黑。丁酸梭菌在 厌氧条件下能发酵糖产生丁酸,丁酸具有一种不愉 快味。酵母菌中的产醭酵母能在浸液表面形成白 膜,影响外观和品质,同时消耗发酵蔬菜制品中的 营养成分。 2 . 3 . 2病原菌 病原菌的侵入,使人食后致病。有害的病原微 生物主要是细菌,如沙门氏菌、志贺氏菌、粪链球 菌和大肠杆菌致病血清型等。这些微生物主要来源 于采收新鲜蔬菜本身带菌、生产用具带菌和操作卫 生条件不好。这些有害微生物都不耐高渗透压条件 和酸性环境。他们一般在发酵初期存在, 到中、后 期随着乳酸发酵的进行、乳酸的累积、p H的下降, 绝大多数都被抑制。 3乳酸菌抑菌机制 研究资料表明,乳酸菌对一些腐败菌和低温细 菌有较好的抑制作用。其抗菌机制主要表现在以下 几个方面。 3 . 1乳酸菌产生的酸性物质对食品微生物的抑制 作用 乳酸菌可产生对食品中微生物具有抑制作用的 酸性物质,主要是乳酸菌的代谢终产物及中间产 物,包括乳酸、乙酸等。产生的乳酸等有机酸能显 著降低环境p H值和E h(氧化还原电位) 值,使环 境保持酸性,对于致病菌如痢疾杆菌、伤寒杆菌、 副伤寒杆菌、弯曲杆菌、葡萄球菌等有拮抗作用。 一般细菌生长的最适p H值为6 7,若低于该 值,细菌的生长速率将大大降低或不生长甚至死 亡,这在腐败性微生物上尤为可见。乳酸菌产生的 酸性物质对食品中微生物的抑制作用已在许多实验 中得到证实,这种抑菌作用取决于3个相互影响的 因素:介质的p H值、酸的离解程度、酸的种类。 3 . 2过氧化氢抑菌作用 乳酸菌产生的过氧化氢能够激活过氧化氢酶一 硫氰酸系统。抑制和杀灭革兰氏阴性菌、过氧化氢 酶阳性细菌,如假单孢菌属、大肠杆菌类和沙门氏 菌属等。乳酸菌具有黄素蛋白氧化酶活性,在有氧 条件下可产生过氧化氢。由于乳酸菌不含过氧化氢 酶,产生的过氧化氢可以在食物环境中不断积蓄, 而对其他微生物 (如假单胞菌和金色葡萄球菌等) 产生抑制作用。但是这种过氧化氢的产生和积蓄有 赖于食物介质中氧的浓度、食物的形态和温度等, 一般以较低温度、具有较高氧浓度的液态或半液态 的食物环境为佳。 3 . 3二氧化碳的抑菌作用 异型发酵的乳酸菌可发酵己糖产生C O 2以抑制 霉菌和一些革兰氏阴性菌,但对一些酵母菌和乳杆 菌则无效。C O 2的抑菌作用机制现在还不甚清楚, 但普遍认为是通过两种途径而实现的 :一是C O 2吸 附在食物成分上,造成厌氧环境以抑制需氧微生物 如一些酵母菌的生长;另一是环境中C 0 2浓度的增 加可引起细胞内p H值和酶活性的下降以及细胞膜 传递功能的减弱。 3 . 4细菌素抑菌作用 细菌素 (B a c t e r i o c i n) 是细菌在代谢过程中通 过核糖体合成机制产生的一种具有抑菌活性的代谢 产物,通常是低分子量的多肽或者蛋白类物质。很 多研究表明:绝大多数乳酸菌在代谢过程中都会合 成这种物质,通称为乳酸菌素 (L a c t o b a c i l l i n)。与 抗生素相比,由于乳酸菌素是由安全的食品级微生 物产生的蛋白或多肽类物质,因此很容易被肠道系 统的水解蛋白酶分解,对肠道微生物菌群无不利影 响。 乳酸菌素是在乳酸菌代谢过程中合成并分泌到 环境中的一类对革兰氏阳性菌 (尤其是亲缘性较近 的细菌) 具有抑制作用的杀菌蛋白或多肽,大多对 热稳定。近几年,乳酸菌对其他细菌拮抗作用的机 理被研究最多的是乳酸菌素。国外学者对乳酸菌素 展开了较为深入的研究,已被鉴定的乳酸菌素数以 百计。并且有许多新的乳酸菌素正不断被发现。根 据化学结构可把乳酸菌素分为窄抗菌谱和广抗菌谱 两类,根据其化学结构,可将其分为4类 :羊毛硫 抗生素 (I) 、肽类乳酸菌素 () 、蛋白类乳酸菌素 ()、复合型乳酸菌素 ()。乳酸菌素,主要是I 和类,可有效抑制革兰氏阳性菌,如一些腐败 菌、致病菌和芽孢菌。但食品经U H P和P E F处理 或添加E D T A或柠檬酸盐可以使乳酸菌素有效抑制 革兰氏阴性菌,这说明乳酸菌素作用的靶目标是细 胞膜。不同的乳酸菌素由于结构不同,其活性和对 细胞膜的作用方式也不同。 乳酸菌素的抑菌功能主要是通过利用其蛋白质 食 品工 程8 2 0 0 7年第2期 6月出版 结构上不同部位有不同的电价,具有类似清洁剂功 能,可造成指标菌细胞膜结构部分改变,一般而 言,其杀菌机制是先吸附在指标菌的细胞膜上、再 侵入膜内而形成通透孔道,以引起胞内重要物质如 A T P、K +等的流失或生化反应障碍,而导致指标菌 死亡。乳酸菌素的功能类似抗菌素,但作用机制不 同,具专一性,完全不产生抗药性及毒性,而且不 易被小肠中胰蛋白酶破坏,可有效抑制病原菌的生 长。他们不仅对革兰氏阳性细菌有抑制作用,而且 对革兰氏阴性细菌特别是致病的一些革兰氏阳性细 菌及阴性细菌,如大肠杆菌、单胞增生利斯特菌、 金黄色葡萄球菌、绿脓杆菌、福氏志贺氏菌均有不 同程度的抑制作用。 3 . 5乳链菌肽抑菌作用 乳酸链球菌素 (N i s i n),又称为乳酸链球菌肽、 尼生素等,是由链球菌属 (S t r e p t o c o c c u s) 的乳酸 链球菌 (S . 1 a c t i s) 在生长过程中产生的一类多肽化 合物,乳酸链球菌在分类学上属于血清学N群, 所以“N i s i n”这一名称即由“N群抑菌物质 (N i n h i b i t o r y S u b s t a n c e) 得来。乳酸链球菌肽于1 9 2 8 年被R o g e r s t Wh i t t i e r首先发现。N i s i n对于许多革 兰氏阳性菌具有抑制作用,包括葡萄球菌、利斯 特氏菌、链球菌、微球菌、分枝杆菌、棒杆菌和 乳杆菌等。一些产孢子的革兰氏阳性菌,如芽孢 杆菌、梭菌对乳链菌肽尤其敏感,而他们的孢子 比营养细胞更敏感。乳链菌肽对革兰氏阴性菌、 酵母菌和霉菌没有作用 。 链球菌属的另一种乳脂链球菌 (S .c r e - m o r i s) 的一些菌株也能产生一种具有抑菌活性的 蛋白类物质,称之为双球菌素 (d i p l o c o c c i n),对少 数的革兰氏阳性菌具有抑制作用, 除N i s i n之外, 他是仅有的一种由乳酸菌产生的, 已被分离纯化的 而且性质已被确认的抑菌物质。还有的研究者发 现,乳脂链球菌的另外一些菌株还能产生其他的抑 菌物质。酿脓链球菌 (S . p y o g e n e s) 的某些菌株能 产生一种类似于N i s i n的抑菌物质,称为链球菌素 A - F F 2 2(S t r e p t o c o c c i n A - F F 2 2),他和N i s i n具有许 多共同的性质。最近发现其中有些菌株能产生一种 具有广谱抑菌活性的化合物。而在此同时,人们发 现乳酸菌在食品中的繁殖方面是一个出色的竞争对 手,他除了能产酸和过氧化物外,有时也产生各种 抑 菌 物 质 , 称 为 类N s i n物 质 (N s i n - 1 i k es u b - s t a n c e),类N i s i n物质似乎在链球菌属广泛存在, 这一点仅在目前才被证实。1 9 6 9年,F A O /WH O 联合食品添加剂专家委员会确认乳链菌肽可作为食 品防腐剂。到目前为止,乳链菌肽已在全世界5 0 多个国家和地区广泛应用于食品防腐保鲜。N i s i n作 为这些物质的先驱和代表,其应用愈来愈广。 4结束语 乳酸菌可以通过其代谢产物,主要是酸性物质 和乳酸菌素,起到有效的抑菌作用。对这方面的深 入研究有助于我们更好地将乳酸菌应用到食品的储 藏加工上,生产安全质优的食品,延长食品的储存 期。 参考文献 1M A R E N S S O N , O L O F , O S T E , e t a l . L a c t i ca c i d b a c t e r i a i n a n o a t - b a s e d n o n - d a i r y m i l k s u b s t i t u t e : f e r m e n t a t i o n c h a r a c t e r i s t i c s a n d e x o p o l y s a c c h a r i d e f o r m a t i o nJ. L e b e n s m i t t e l Wi s s e n s c h a f ta n d T e c h n o l o g y,2 0 0 0,3 3 ( 8 ) : 5 2 5 - 5 3 0 . 2张辉