乳酸菌在食品防腐中的應(yīng)用探析

王 富

（四川旅游學(xué)院，四川成都 610000）

隨著經(jīng)濟(jì)條件的不斷改善，人們對(duì)于食品健康安全的重視程度不斷提升。食品防腐一直是學(xué)術(shù)研究中的重點(diǎn)問(wèn)題。通過(guò)采取有效措施避免食品腐爛變質(zhì)，保障食品質(zhì)量，可以更好地保障人們的食品安全。乳酸菌是目前學(xué)術(shù)研究中公認(rèn)的一種安全微生物，因此近些年其在食品防腐中被廣泛應(yīng)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(yáng)性球菌或桿菌的統(tǒng)稱，這些革蘭氏陽(yáng)性球菌或桿菌能夠發(fā)酵碳水化合物，并生成乳酸。乳酸菌特征主要包括以下4點(diǎn)：①細(xì)胞為革蘭氏陽(yáng)性；②細(xì)胞形態(tài)為桿菌或球菌；③不形成內(nèi)生孢子；④能夠分解蛋白質(zhì)，但是在分解過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生腐敗產(chǎn)物。

目前學(xué)術(shù)界關(guān)于乳酸菌的分類尚未形成統(tǒng)一認(rèn)識(shí)。世界上已知的乳酸菌有90多種，主要?dú)w于4個(gè)菌屬，其中乳桿菌屬包含的乳酸菌種類最多，達(dá)到44種，這些乳酸菌的生存環(huán)境主要為乳制品以及一些食品的釀造過(guò)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(huán)境主要為動(dòng)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(huán)境主要為動(dòng)物腸管、乳制品、腌制品及發(fā)酵物等。除了上述4個(gè)菌屬，還有部分乳酸菌屬于明串珠菌屬和產(chǎn)孢乳桿菌屬，其包含的乳酸菌種類數(shù)量相對(duì)較少。

2 乳酸菌食品防腐機(jī)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(guò)多種方式來(lái)抑制腐敗菌的生長(zhǎng)。本文通過(guò)對(duì)已有研究進(jìn)行梳理，將乳酸菌抑制腐敗菌生長(zhǎng)途徑整體分為兩種：①通過(guò)生成苯乳酸以及乙酸等有機(jī)酸來(lái)抑制腐敗菌生長(zhǎng)；②通過(guò)生成細(xì)菌素來(lái)抑制腐敗菌生長(zhǎng)。

2.1 生成有機(jī)酸抑制腐敗菌生長(zhǎng)

有機(jī)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(guò)程中可以產(chǎn)生有機(jī)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(guò)程中產(chǎn)生的一種典型的有機(jī)酸抑菌物質(zhì)，其相比Nisin等細(xì)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(duì)于真菌污染具有非常好的應(yīng)用效果[1]。苯乳酸具有良好的溶解性和穩(wěn)定性，這些為其在食品防腐中的應(yīng)用奠定了良好的基礎(chǔ)，因此其作為一種有機(jī)酸生物防腐劑，在食品防腐中得到推廣應(yīng)用。近些年隨著學(xué)者們研究的不斷深入，發(fā)現(xiàn)苯乳酸對(duì)格蘭氏陽(yáng)性、陰性細(xì)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(yīng)用掃描電鏡進(jìn)行觀察，首次對(duì)苯乳酸的抑菌機(jī)理進(jìn)行了研究，認(rèn)為苯乳酸的抑菌機(jī)制與溶菌酶較為類似，是通過(guò)作用于細(xì)胞壁起到抑菌作用，而不是作用于細(xì)菌的細(xì)胞膜等，同時(shí)認(rèn)為苯乳酸的抑菌機(jī)制與細(xì)菌的生長(zhǎng)周期不存在任何關(guān)系。相關(guān)研究指出苯乳酸能夠改變絲狀真菌蛋白質(zhì)的表達(dá)，因此推測(cè)苯乳酸的抑菌機(jī)制可能因其作用于真菌細(xì)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(fā)酵過(guò)程中的主要產(chǎn)物之一，其在香腸等發(fā)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(zhì)、角質(zhì)以及其他一些難溶物質(zhì)，能夠有效抑制腸道菌等有害細(xì)菌，促進(jìn)機(jī)體代謝以及消化，因此在食品加工行業(yè)中廣泛應(yīng)用。在過(guò)去乳酸主要被當(dāng)作酸化劑和風(fēng)味劑在食品加工行業(yè)中應(yīng)用，較少用作防腐劑。近些年，人們逐漸認(rèn)識(shí)到乳酸在食品防腐中的重要價(jià)值，特別是認(rèn)識(shí)到其對(duì)腸道腐敗細(xì)菌的抑制作用，才開始在肉制品防腐保鮮中進(jìn)行廣泛應(yīng)用[2]。乳酸對(duì)于腐敗細(xì)菌的抑制作用主要體現(xiàn)在其可以降低環(huán)境的pH值以及氧化還原電位值，增強(qiáng)環(huán)境的酸性程度，抑制致病菌的生長(zhǎng)代謝過(guò)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(fā)現(xiàn)表示乳酸不僅可以獨(dú)立發(fā)揮食品防腐作用，其還可以與食鹽以及姜等進(jìn)行協(xié)同作用，起到更好的防腐效果。整體來(lái)說(shuō)，乳酸的防腐殺菌能力效果一般，但是通過(guò)一系列反應(yīng)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(xiàn)。目前，乳酸鈉以及乳酸鈣等乳酸鹽已經(jīng)被美國(guó)食品與藥品管理局認(rèn)定為安全產(chǎn)品，這為乳酸鹽在食品防腐中的應(yīng)用提供了良好條件。

2.2 生成細(xì)菌素抑制腐敗菌生長(zhǎng)

細(xì)菌素是一種具有抗菌活性的蛋白質(zhì)，具有良好的防腐抗菌功效。乳酸菌細(xì)菌素基于不同的維度可以進(jìn)行不同的分類。基于分子量、熱穩(wěn)定性以及是否存在修飾性氨基酸可以將其分為羊毛硫細(xì)菌素、小分子熱穩(wěn)定肽、大分子熱不穩(wěn)定蛋白和蛋白復(fù)合體細(xì)菌素。羊毛硫細(xì)菌素在核糖體上合成，經(jīng)翻譯后修飾生成活性，分子量不超過(guò)5 kDa，基于分子結(jié)構(gòu)形狀可以將該類細(xì)菌素進(jìn)一步分為線形和環(huán)形兩種類型，乳酸鏈球菌細(xì)菌素是常見(jiàn)的線形細(xì)菌素，粟酒乳桿菌細(xì)菌素是常見(jiàn)的環(huán)形細(xì)菌素[3]。小分子熱穩(wěn)定肽分子量不超過(guò)10 kDa，可以進(jìn)一步分為Iia、IIB和IIC 3個(gè)亞類，不同亞類在分子結(jié)構(gòu)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(wěn)定蛋白相對(duì)來(lái)說(shuō)分子量較大，通常大于30 kDa，對(duì)溫度較為敏感，在90 ℃環(huán)境下處理30 min便會(huì)喪失活性。蛋白復(fù)合體細(xì)菌素也是乳酸菌產(chǎn)生的一種較為常見(jiàn)的細(xì)菌素，較為典型的有l(wèi)actocin 27和plantarcin S等，但是該類細(xì)菌素在食品防腐中應(yīng)用相對(duì)較少。

乳酸菌產(chǎn)生的細(xì)菌素在抑菌譜系方面相對(duì)較窄，主要作用于產(chǎn)生菌同種以及具有親緣關(guān)系的菌種，不同細(xì)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(xì)菌素主要抑制親緣關(guān)系較近的菌種，革蘭氏陽(yáng)性菌抑菌譜更為廣泛，其除了能夠抑制親緣關(guān)系較近的菌種外，還能夠抑制親緣關(guān)系較遠(yuǎn)的菌種，包括肉毒梭菌、產(chǎn)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(gè)菌屬均有能夠產(chǎn)生細(xì)菌素的菌株，這些菌株所產(chǎn)生的細(xì)菌素在分子量、理化性質(zhì)以及抑菌譜等方面具有較為明顯的差異，部分細(xì)菌素可以抑制大腸桿菌以及金黃色葡萄球菌，部分細(xì)菌素能夠?qū)湍妇日婢M(jìn)行有效抑制。近些年隨著學(xué)者們研究的不斷深入，也發(fā)現(xiàn)了一些廣譜細(xì)菌素，其能夠?qū)Υ竽c桿菌、乳酸球菌以及金黃色葡萄球菌等多種細(xì)菌進(jìn)行有效抑制[5]。

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

3 乳酸菌在食品防腐中的具體應(yīng)用

通過(guò)上述分析可知，乳酸菌代謝產(chǎn)物有機(jī)酸以及細(xì)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(yīng)用，具體來(lái)說(shuō)應(yīng)用方式包括如下兩種。

3.1 乳酸菌單獨(dú)應(yīng)用于食品防腐

乳酸菌單獨(dú)應(yīng)用于食品防腐又可以進(jìn)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(chǎn)物直接添加到食品中來(lái)發(fā)揮其防腐作用目前應(yīng)用最為廣泛，不管是乳酸菌產(chǎn)生的有機(jī)酸還是細(xì)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(zhǎng)食品的保質(zhì)期，起到良好的保鮮作用。研究人員將乳酸菌發(fā)酵液噴涂到冷卻羊肉表面，結(jié)果表明其可以將冷卻羊肉的保質(zhì)期提高1 d以上，將乳酸菌發(fā)酵液噴涂到真空包裝的冷卻羊肉，結(jié)果顯示羊肉貨架期從原來(lái)的24 d延長(zhǎng)至40 d。需要注意的是乳酸菌產(chǎn)生的不同類型的有機(jī)酸以及不同類型的細(xì)菌素在食品防腐中存在一定的差異，如Nisin細(xì)菌素能夠抑制大部分革蘭氏陽(yáng)性菌，但是對(duì)于酵母菌以及霉菌等作用效果較差，可見(jiàn)其對(duì)于乳制品的防腐效果要優(yōu)于肉制品；再如Pediocin類細(xì)菌素對(duì)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(yīng)該基于食品類型選擇更為合適的有機(jī)酸和細(xì)菌素。除了噴涂和浸潤(rùn)方式外，還可以將乳酸菌應(yīng)用于肉品質(zhì)包裝領(lǐng)域來(lái)發(fā)揮其防腐作用。研究人員發(fā)現(xiàn)將乳酸菌細(xì)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(xì)菌素在食品包裝領(lǐng)域應(yīng)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(lián)合其他方法聯(lián)合應(yīng)用于食品防腐

隨著人們對(duì)食品安全問(wèn)題重視程度不斷增加，各種滅菌防腐方法得到了發(fā)展。每種方法具有不同的特點(diǎn)和適用性，通過(guò)將兩種及以上方法組合應(yīng)用，往往能夠獲得應(yīng)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(tǒng)方法聯(lián)合應(yīng)用也成為學(xué)術(shù)研究的重點(diǎn)。有研究指出聯(lián)合應(yīng)用高壓殺菌、Nisin細(xì)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(zhǎng)，作用機(jī)理在于在高壓環(huán)境下這些細(xì)菌對(duì)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(lái)延長(zhǎng)保質(zhì)期。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，乳酸菌可以通過(guò)多種方式來(lái)抑制腐敗菌的生長(zhǎng)，進(jìn)而起到食品防腐的效果。目前關(guān)于乳酸菌的防腐機(jī)理以及應(yīng)用，學(xué)者們已經(jīng)開展了較為廣泛的研究，并且取得了很多創(chuàng)新認(rèn)識(shí)，為乳酸菌食品防腐應(yīng)用提供了理論指導(dǎo)。隨著研究的持續(xù)深入，乳酸菌在食品防腐領(lǐng)域?qū)?huì)具有更為廣闊的發(fā)展前景。