乳酸菌产生的新型抗菌物质_苯乳酸的抑菌性质及作用机理研究_李兴峰

94《乳业科学与技术》2011年第2期（总第147期）乳酸菌产生的新型抗菌物质——苯乳酸的抑菌性质及作用机理研究李兴峰1，江波2，潘蓓蕾3，王志新1，贾英民1（1河北科技大学生物科学与工程学院，河北石家庄050018；2食品科学与技术国家重点实验室江南大学，江苏无锡214122；3中国食品科学技术学会，北京100833）摘要：苯乳酸是微生物产生的一种新型天然抗菌物质，已成为乳酸菌抑菌能力的有效标志之一。与乳酸菌产生的细菌素（如乳链球菌素）相比，苯乳酸是小分子物质、抑菌谱宽、稳定性高。作为一种新型生物防腐剂，苯乳酸在乳品工业中具有广阔的应用前景。研究表明苯乳酸对多种食源性致病菌如致病性大肠杆菌、单增李斯特菌和金黄色葡萄球菌，腐败菌包括产毒素的丝状真菌如赭曲霉、疣孢青霉和桔青霉，有很强的抑菌作用。目前的研究表明苯乳酸的作用靶位之一是微生物的细胞壁，但阐明苯乳酸的作用机理需要采用相关技术进一步研究其他作用位点。本文对苯乳酸的抑菌活性、作用机理等研究进展进行综述，并展望了今后的研究方向。关键词：苯乳酸；乳酸菌；生物防腐剂；抑菌性质；作用机理中图分类号：TS252.51文献标识码：A文章编号：1671-5187(2011)02-0094-05InhibitoryPropertiesandTargetSiteofPhenyllacticAcidasaNovelAntimicrobialCompoundProducedbyLacticAcidBacteriaLiXingfeng1,JiangBo2,PanBeilei3,WangZhixin1,JiaYingmin1(1CollegeofBioscienceandBioengineering,HebeiUniversityofScienceandTechnology,ShijiazhuangofHebei050018,China;2StateKeyLaboratoryofFoodScienceandTechnology,JiangnanUniversity,WuxiofJiangsu214122,China;3ChineseInstituteofFoodScienceandTechnology,Beijing100833,China)Abstract:Phenyllacticacid(PLA)isanovelnaturalantimicrobialcompoundproducedbymicroorganismandisbecominganeffectivemakerofantimicrobialabilityoflacticacidbacteria(LAB).ComparedwithbacteriocinproducedbyLAB,suchasNisin,PLAhasalowmolecularmass,abroadspectrumandmorestability.Asanovelbiopreservative,PLAhasinterestingpotentialforpracticalapplicationinthedairyindustry.TheinhibitorypropertiesofPLAhavebeendemonstratedagainstsomefood-bornepathogenicbacteriasuchasEscherichiacoliO157:H7,ListeriamonocytogenesandStaphylococcusaureus,andagainstseveralfungalspeciesincludingsomemycotoxigenicspecies,namelyAspergillusochraceus,PenicilliumverrucosumandPenicilliumcitrinum.Previousstudiesshowedthatthesite,oroneofthem,atwhichPLAactsisthebacterialcellwall,butotherstudiesusingdifferenttechniquesareneededtodeterminehowitacts.ThepaperreviewedthecurrenttrendofinvestigationonantimicrobialactivitiesofPLAanditsmodeofaction,andsomeadviceswerealsoputforwardforfurtherresearch.Keywords:phenyllacticacid,lacticacidbacteria,biopreservative,antimicrobialactivity,modeofaction乳酸菌（Lacticacidbacteria,LAB），对发酵食品特别是发酵乳制品的营养价值、感官性质和货架期的影响举足轻重[1]。乳酸菌能产生一些有抗菌活性的生物活性物质，比如有机酸、脂肪酸、过氧化氢、丁二酮和细菌素等，这些物质能够抑制食源性致病菌和腐败菌的生长。近年来，研究人员发现乳酸菌产生一种新型的天然抗菌物质——苯乳酸。与乳酸菌产生的细菌素（如乳链球收稿日期：2011-02-26；作者简介：李兴峰，男，博士，副教授，硕士生导师，研究方向为食品生物技术与安全；基金项目：河北省自然科学基金（项目编号C2010000863）；河北省教育厅科学研究计划（项目编号Z2009424）。菌素）相比，苯乳酸是小分子物质，抑菌谱宽、稳定性高，有望开发成一种新型生物防腐剂应用于乳品工业。本文就乳酸菌合成苯乳酸、苯乳酸的抑菌活性及作用机理等国内外研究进展进行综述。1乳酸菌产生的新型天然抑菌物质——苯乳酸1.1苯乳酸抑菌活性的发现新西兰麦卢卡树（Leptospermumscoparium:Myrtaceae）的麦卢卡蜂蜜（Zealandmanukahoneys）具有独特的抗菌作用，用作腿部溃烂的敷料有很好的疗效[2]。Molan[3]发现该蜂蜜在排除高渗透压、酸度和过氧化氢影响的情况下，对金黄李兴峰等：乳酸菌产生的新型抗菌物质——苯乳酸的抑菌性质及作用机理研究95色葡萄球菌（Staphylococcusaureus）有显著的抑制作用，并且具有较强的热稳定性。Russel[4]在麦卢卡蜂蜜中找到了许多有较强抗菌活性的芳香酸。Wilkins[4]进一步确定其中的丁香酸和苯乳酸的含量最丰富，因此他们认为丁香酸和苯乳酸是蜂蜜中主要的非过氧化氢抗菌特性物质。但也有人对此存在争议[6]。直到1998年，Dieuleveux[7]发现使用白地霉（Geotrichumcandidum）发酵生产的干酪在成熟过程中对食源性致病菌——单核细胞增生李斯特菌（Listeriamonocytogenes）具有很强的抑制作用。经过分离、纯化及结构鉴定，最终确定苯乳酸是其中的最主要抑菌物质，这是首次证明苯乳酸对L.monocytogenes有抑菌作用的报道。图1苯乳酸的结构图1.2产苯乳酸的乳酸菌2000年，Lavermicocca等[8]对酸面团乳酸菌进行抗真菌能力的筛选，发现一株植物乳杆菌（L.plantarum21B）具有很强的抗真菌能力，其培养基上清液对多种引起食品腐败的真菌有广谱的作用。经分离纯化，确认苯乳酸是一种新型的抑菌物质。这是关于乳酸菌产生苯乳酸的首次报道。随后研究人员陆续发现不同种属的乳酸菌能够产生苯乳酸，如Strom等[9]从青贮饲料中分离到了一株L.plantarumMiLAB393；Magnusson[10]从青草中分离出苯乳酸产生菌株，鉴定为棒状乳杆菌（L.coryniformis），见表1所示。2004年，Valerio[11]等对应用于发酵食品的多种乳酸菌（涉及12个种的29株菌）进行筛选，发现其中大多数乳酸菌能够产生苯乳酸；但产量较低，苯乳酸浓度在16.6mg/L~99mg/L范围，并且菌株个体差异大。这表明苯乳酸可能是乳酸菌的普遍代谢产物，其产量取决于菌株个体。当前，从不同生态环境中分离产苯乳酸的乳酸菌成为研究的热点[12,13]。国内对乳酸菌合成苯乳酸的研究始于2007年，见表1所示。作者在江南大学攻读博士学位期间，在导师指导下在国内率先开展乳酸菌苯乳酸的研究。2007年报道了国内第一株产苯乳酸的乳酸菌[14]：在我国传统食品——自然发酵泡菜中分离、筛选获得一株高产苯乳酸的乳杆菌，命名为Lactobacillussp.SK007，GenBankaccessionnumber:DQ534529。随后，对乳酸菌合成苯乳酸进行了系统的研究，包括苯乳酸合成的途径和机理；乳酸菌产生苯乳酸的发酵条件优化；乳酸菌静息细胞合成苯乳酸的因素；乳酸菌合成苯乳酸的酶进行分离、纯化并研究其酶学性质等[15-17]。2010年，国内同行陆续开始报道产苯乳酸的乳酸菌菌株，如张莉力等人[18]从发酵制品中分离到一株乳酸菌（L.plantarumP421），刘戈等人[19]分离筛选到一株产生菌——副干酪乳杆菌（L.paracaseiW2）。表1产生苯乳酸的乳酸菌乳酸菌来源报道时间文献来源L.plantarum21B酸面团2000(8)L.plantarumMiLAB393青贮饲料2002(9)L.coryniformisSi3青贮饲料2003(10)L.rhamnosus人体2004(11)L.alimentarius酸面团、鱼制品2004(11)L.fermentum酸面团2004(11)L.sanfranciscensis酸面团2004(11)L.acidophilus酸面团、人体2004(11)L.brevis酸面团、人体2004(11)L.hilgardii酸面团2004(11)Leu.mesenteroides酸面团、发酵橄榄2004(11)L.citreum酸面团2004(11)L.sanfranciscensisDSM20451TATCC2006(12)L.plantarumTMW1.468TMW2006(12)L.plantarumFST1.7TMW2007(13)Lactobacillussp.SK007泡菜2007(14)L.plantarumP421发酵制品2010(18)L.paracaseiW2未标明2010(19)2苯乳酸的抑菌性质2.1苯乳酸的抑菌谱苯乳酸的抑菌谱广，对革兰氏阳性细菌、革兰氏阴性细菌和真核微生物均有抑制作用。Dieuleveux[20]发现，苯乳酸可抑制多种食源性致病菌，革兰氏阳性致病菌如S.aureus、L.monocytoge-nes；革兰氏阴性致病菌如致病性大肠杆菌（Esch-erichiacoliO157:H7）、沙门氏菌（Salmonellaen-terica）、斯氏普罗威登斯菌（Providenciastuartii），产酸克雷伯菌（Klebsiellaoxytoca）。Lavermicocca[21]研究了苯乳酸对多种引起焙烤食品腐败的真菌的作用，其中包括某些产生毒素的真菌，结果显示苯乳酸对真菌具有宽广的抑96《乳业科学与技术》2011年第2期（总第147期）菌谱。如曲霉属的黑曲霉（Aspergillusniger）、黄曲霉（Aspergillusflavus）、赭曲霉（Aspergillusochraceus）、土曲霉（Aspergillusterreus）；青霉属的娄地青霉（Penicilliumroqueforti）、桔青霉（Penicilliumcitrinum）、团青霉（P.commune）、疣孢青霉（P.verrucosum）、产黄青霉（P.chrysogenum）以及红色散菌霉（Eurotiumrubrum）、匍匐散囊菌（Eurotiumrepens）、好食丛梗孢菌（Moniliasitophila）、镰刀菌（Fusariumsp.）等。由此可见，苯乳酸是一种广谱抑菌物质，这与Nisin等细菌素显著不同。大部分细菌素只对与产生菌分类学上相近的细菌有作用，