戊糖乳桿菌及其在食品工業中的應用

孫茂成，張 嵐，劉 敏，王舒然

（吉林醫藥學院食品質量與安全教研室，吉林吉林132013）

戊糖乳桿菌及其在食品工業中的應用

孫茂成，張 嵐，劉 敏，王舒然*

（吉林醫藥學院食品質量與安全教研室，吉林吉林132013）

戊糖乳桿菌是一種重要的乳酸菌，廣泛存在于傳統發酵食品中，其在食品工業中的應用潛力受到越來越多的關注。本文綜述了戊糖乳桿菌的生理生化性質、生物學功能及其在功能食品開發、橄欖發酵食品和生物表面活性劑方面的研究進展，為加快戊糖乳桿菌在食品工業中的應用提供理論參考。

戊糖乳桿菌；功能性食品；橄欖發酵食品；生物表面活性劑

戊糖乳桿菌（Lactobacillus pentosus）是乳酸菌的一種，在分類學中歸于硬壁菌門（Firmicutes），桿菌綱（Bacilli）、乳桿菌目（Lactococcus）、乳桿菌科（Lactobacillaceae）、乳桿菌屬（Lactobacillus）。L.pentosus最初被鑒定為植物乳桿菌（Lactobacillus plantarum），而后由于分子生物學的發展，利用recA基因將其重新劃分為L.pentosus[1]。自1894年，FRED E等[2]從德國酸菜（Sauerkraut）中分離鑒定出L.pentosus以來，發現其在乳制品[3-4]、發酵谷物蔬菜[5-6]和發酵肉制品等[7-8]中廣泛存在。由于L.pentosus具有特殊的抗菌和益生性質等，使其不僅在食品發酵和保藏過程中起到了重要的作用，而且對人體健康產生促進作用。2011年以來，L.pentosusMP-10[9]、L.pentosusIG1[10]和L.pentosus KCA1[11]的基因組序列先后被報道，為從基因水平解釋其生物活性提供了科學參考，從而加快了L.pentosus在食品工業的應用研究。

1 戊糖乳桿菌的生理生化性質

L.Pentosus呈桿狀，通常規則，1.2 μm×（2～5）μm。不生孢，無鞭毛，不運動，革蘭氏染色呈陽性，兼性厭氧，兼性異養型乳酸發酵。在營養瓊脂培養基上的菌落凸起、全緣和無色，直徑2～5 mm。化能異氧菌，需要營養豐富的培養基；不還原硝酸鹽，不液化明膠，接觸酶和氧化酶都是陰性。L.pentosus主要的C18∶1的直鏈脂肪酸是順-異油酸。其DNA（G+C）含量為46%～47%。最適生長溫度為30～40℃，15℃也可生長。L.pentosus可以分解阿拉伯糖、纖維二糖、果糖、半乳糖、葡萄糖、麥芽糖、甘露糖、核糖、山梨糖、蔗糖、海藻糖、木糖和棉子糖[12-13]。

2 戊糖乳桿菌的生物學功能

2.1 抗微生物性質

L.pentosus的抗微生物性質主要是由于菌體可以分泌乳酸和細菌素等抗菌物質。ZHENGPX等[14]發現L.pentosus主要通過分泌的乳酸抑制具有耐多種藥物性質的幽門螺桿菌（Helicobacter pylori）。L.pentosus分泌的細菌素可以抑制陰溝腸桿菌（Enterobacter cloacae）、肺炎桿菌（Klebsiella pneumoniae）、干酪乳桿菌（Lactobacillus casei）、彎曲乳桿菌（Lactobacillus curvatus）、綠膿桿菌（Pseudomonas aeruginosa）等多種微生物[15-17]。此外，L.pentosus還可以通過抑制腸道有害微生物，促進益生菌的生長來改善腸道菌群[18]。

2.2 調節免疫功能

L.pentosus具有調節機體免疫功能的性質。IZUMO T等[19]研究發現，L.pentosus可以誘導縱膈淋巴結細胞產生白細胞介素（interleukin，IL-12）和γ型干擾素（interferon，IFN-γ），調節輔助T細胞Th1/Th2平衡。體外實驗發現，L.pentosus可以促進派伊爾結淋巴細胞（Peyer’spatchcells）產生IL-5、IL-6和免疫球蛋白A（immunoglobulin A，Ig A），從而調節黏膜免疫[20]。

2.3 抑制結腸突變因子

L.pentosus可以降解和清除腸道內積累的苯酚、甲苯酚、吲哚等有害物質，從而預防結腸癌的發生。體外研究發現，L.pentosus不但可以顯著減少添加在MRS培養基中苯酚和對甲酚的含量，而且對這些有害酚類物質具有較高的耐受性，表明L.pentosus對突變因子有較好的黏附或降解作用[21]。

3 戊糖乳桿菌在食品工業中的應用進展

3.1 戊糖乳桿菌與功能食品開發

3.1.1 功能性乳制品

益生菌酸奶是近些年功能乳制品的研究熱點。通常的酸奶發酵劑德式乳桿菌保加利亞亞種和嗜熱鏈球菌對膽汁的耐受性不好，也就是說益生菌很難活著到達腸道，因此不利于發揮酸奶的益生功能。L.pentosusKCA1具有抑制腸道病原體等多種益生作用，還具有耐酸耐膽鹽的能力。ANUKAM K C等[22]將該菌與正常酸奶發酵劑一同使用發酵酸奶，生產出一種名為PENTOYO的新型益生酸奶，結果發現正常酸奶與益生酸奶的pH值沒有顯著不同，L.pentosus KCA1在4℃儲藏過程中表現出更強的生存能力（49 d）。分析L.pentosusKCA1的基因組序列發現其可能還具有潛在的解毒重金屬的作用，因此OSADOLOR H等[23]評價了L.pentosusKCA1對鎘和鉛的解毒作用，該研究是以30名職業油漆工人為實驗組和15名成年健康男性為對照組，實驗組連續飲用以L.pentosusKCA1發酵的發酵乳10 d，利用原子吸收光譜檢測血清中的鎘和鉛，結果發現血清中的鉛和鎘濃度均顯著下降，且血鉛濃度下降的更為明顯。另外，PAN D等[24]研究了L.pentosus作為發酵劑對酸奶風味的影響，結果表明添加1%木糖顯著增加了酸奶中的揮發性化合物乙醇（3.08%）、2,3-丁二酮（7.77%）和乙酸（22.70%）的濃度，感官評價也表明添加1%木糖L.pentosus發酵酸奶的酸味（乙酸）和奶香味（2,3-丁二酮）的得分尤為突出。

金蘇[21]發現L.pentosusInd1和Ind3具有較強的消化道逆境環境抵抗能力和腸上皮細胞黏附能力，清除體內誘變物質，調節腸道菌群；并利用L.pentosusInd1和Ind3作為輔助發酵劑添加到新疆傳統奶酪中，結果表明添加L.pentosus使干酪的切割時間由5 h減少為4 h，成品的產率從5.72%提高至6.25%，有望作為益生菌應用于功能乳品加工中。

3.1.2 老年人功能性食品

隨著生活水平的不斷提高，人口的老齡化日漸凸顯，老年人的健康問題受到了越來越多的關注。老年人功能食品對于維持和改善老年人的身體健康具有重要的作用，受到老年人的歡迎與喜愛，因此老年人功能食品成為功能食品開發的熱點。

研究發現，L.pentosus具有開發老年人功能食品的潛力。唾液中分泌型免疫球蛋白（secretoryimmunoglobulinA，SIg A）是指示黏膜免疫功能的指標[25]。隨著年齡的增長，唾液中SIgA也隨之減少，這也許是老年人易患呼吸道感染的原因。KOTANI Y等[26]開展了一項關于含L.pentosus飲料（含有4×109cells）對老年人唾液SIg A影響的隨機雙盲實驗，將80名健康老年人隨機分為干預組和安慰劑組，結果顯示飲用12周這種飲料可以顯著增加唾液中SIg A，這說明L.pentosus具有改善黏膜免疫功能的潛力。SHINKAI S等[27]采用隨機對照實驗評價了L.pentosus預防老年人感冒的效果，300名老年人隨機分為安慰劑組、低劑量組（2×109cells）和高劑量組（2×1010cells）三組，干預實驗進行20周，結果顯示L.pentosus顯著降低了老年人的感冒風險，提示L.pentosus也許可以通過改善黏膜免疫來抵抗炎癥的侵襲。以上研究結果為利用L.pentosus開發老年人功能食品奠定了理論基礎。

3.2 戊糖乳桿菌與橄欖發酵食品

發酵橄欖食品（Table olives）是西方國家食品工業中最重要的的發酵食品之一，尤其是在地中海地區，其中60%的Table olives產量都是西班牙式Table olive[28]。這種發酵橄欖的傳統加工步驟主要是先用氫氧化鈉溶液（質量分數1.8%～2.5%）處理橄欖果實，直到浸透果實的2/3；然后用清水沖洗掉過量的堿，再用10%～11%NaCl浸泡果實，接著進行乳酸發酵[29]。

傳統加工方式是自然發酵，自然發酵受發酵環境變化的影響，不利于控制產品質量，且乳酸菌、酵母菌、霉菌等多種細菌都有生長。為了解決上述問題，橄欖發酵劑的開發對于控制產品品質變得至關重要。自20世紀90年代，科學家就開始對比橄欖自然發酵和發酵劑發酵的特點，并推薦利用乳酸菌發酵橄欖。L.pentosus是發酵橄欖過程中的優勢菌種，不僅可以加快發酵進程，改善產品的感官特性，而且產生的大量乳酸有助于食品保藏，對于橄欖發酵起著至關重要的作用[30]。表1列舉了近些年來利用L.pentosus作為橄欖發酵劑的一些研究[31]。發酵劑要根據橄欖品種和加工方法來選擇，除了單獨使用L.pentosus作為橄欖發酵劑以外，往往也要和其他菌種結合使用，如Lactobacillus plantarum等。

3.3 戊糖乳桿菌與生物表面活性劑

由于表面活性劑可以通過改善疏水化合物的溶解性來形成乳劑，因此在制藥、化妝品、石油和食品工業具有廣泛的應用前景。高濃度表面活性劑的使用是為了保證微乳化的完全性和配方的穩定型，卻容易產生毒性和大量不可再利用物質的殘留；而生物表面活性劑是具有生物降解性和低毒性的可再生資源，因此使用生物表面活性劑是解決上述問題有效途徑[32-33]。

生物表面活性劑在食品工業可作為食品添加劑，起到乳化、發泡、增溶、潤濕、抗黏著和抗菌的作用，可改善食品組織結構、口感和外觀，從而提高食品品質和延長貨架期[34]。近來一些研究表明L.pentosus具有利用農業廢棄物生產生物表面活性劑的能力，為低成本生物表面活性劑的生產提供了可能。RODRIGUES L等[35]在培養基中篩選具有產生表面活性劑能力的乳桿菌，發現L.pentosus的產表面活性劑能力是最強的。MOLDES A B等[36]評價了L.pentosus利用農業廢物（大麥麩、修剪后的葡萄枝條、玉米棒和藍桉樹碎屑）作為碳源生產生物表面活性劑的能力，結果顯示L.pentosus利用修剪后的葡萄枝條產生生物表面活性劑的能力是最強的。VECINO X等[37]以葡萄園的剪枝作為碳源，利用傅里葉變換紅外光譜和氣質聯用技術對L.pentosus表面活性劑的提取工藝進行了優化，結果表明最優提取工藝的鹽濃度、提取時間和溫度分別是9g/kg、120min和45℃，并對提取的表面活性劑進行了化學結構鑒定，發現其是一種C18和C16脂肪酸的糖肽，具有在食品工業中作為乳化劑的潛力。

4 結語與展望

目前，國內外學者對戊糖乳桿菌的生理生化性質、生物學功能以及其在功能食品開發、橄欖發酵食品和生物表面活性劑的合成方面做了大量的工作，并且獲得了很多有意義的研究成果，拓寬了其在食品工業中的應用前景。然而大規模工業化的應用實例卻很少，仍有許多問題需要進一步深入研究：解讀戊糖乳桿菌全基因組與功能的聯系，這將有利于對特殊功能菌株的篩選、鑒定和工程菌的構建；利用基因組學、蛋白組學、轉錄組學研究戊糖乳桿菌代謝調控機制，繪制代謝指紋圖譜，這將有利于提高菌株產細菌素等代謝物的能力，增強菌株耐鹽、耐酸或耐凍干脅迫等能力；開展戊糖乳桿菌益生作用的人體實驗，有助于完善其與人體健康之間的關系；研究發酵食品中戊糖乳桿菌與其他微生物相互作用的機制，如群體感應。相信隨著上述問題的解決，將加快戊糖乳桿菌在食品工業中的應用速度，充分發揮其價值，造福人類。

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Lactobacillus pentosusand its application in the food industry

SUN Maocheng,ZHANG Lan,LIU Min,WANG Shuran*
(Department of Food Quality and Safety,Jilin Medical University,Jilin 132013,China)

As an important species of lactic acid bacteria,Lactobacillus pentosusis widely distributed in the traditional fermented food and its potential application has gained more attention in food industry.The physiological and biochemical characteristics,biological function and the application of L.pentosusin functional food,fermented olives and biosurfactant were reviewed,in order to provide reference for accelerating the development of L.pentosusin food industry.

Lactobacillus pentosus;functional food;fermented olive;biosurfactant

Q939.97

A

0254-5071（2015）06-0011-04

10.11882/j.issn.0254-5071.2015.06.003

2015-04-24

國家自然科學基金面上項目（No.81472964）；吉林省衛生計生自籌經費項目（No.2014zc064）

孫茂成（1984-），男，助教，碩士，研究方向為食品微生物。

*通訊作者：王舒然（1968-），男，教授，博士，研究方向為營養與食品衛生。