第３０卷第２期　２０１２年３月　北京工商大学学报（自然科学版）　

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｂｅｉｊｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｂｕｓｉｎｅｓｓ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｅｄｉｔｉｏｎ）　Ｖ０Ｉ＿３Ｏ　ＮＯ．２　

Ｍａｒ．２０１２　

文章编号：１６７１—１５１３（２０１２）０２—００６４—０６　

乳酸菌细菌素作为天然生物防腐剂在　食品工业中的应用进展　

刘国荣　，　李平兰　，　王成涛　（１．北京工商大学食品添加剂与配料北京高校工程研究中心／食品风味化学　北京市重点实验室，北京　１０００４８；　２．中国农业大学食品科学与营养工程学院，北京　１０００８３）　

摘　要：乳酸菌细菌素是乳酸菌在代谢过程中合成的天然抑茵多肽或蛋白质，由于其对食品腐败　茵和致病菌的强烈抑菌活性，已成为天然食品生物防腐剂研究与开发的热点．对乳酸茵细菌素在　食品工业中的应用研究作了全面系统的综述，并指出了目前存在的主要问题和今后的研究方向．　

关键词：乳酸菌细菌素；天然生物防腐剂；食品工业　中图分类号：ＴＳ２０１．６　文献标志码：Ａ　

食品在加工和保藏过程中，极易受到微生物污　染而导致腐败变质，采用防腐剂抑制微生物，延缓腐　败是当今食品保鲜的重要技术之一．据不完全统　计，世界上约有２０％的粮油食品因霉变、腐败而被　浪费掉，同时它还严重危及了人类健康，如在美国，　由沙门氏菌之类的致病菌引发的食源性疾病每年造　成７　０００人死亡，２　４００万～８　０００万人的肠胃中毒，　直接经济损失高达５０亿～１７０亿美元．因而进行食　品防腐保鲜是保障食品安全的重要手段…．然而，　食品中使用最多的是化学防腐剂，影响人体健康，它　的应用越来越受到众多国家的限制．天然生物防腐　剂具有安全、无毒、适用性广、性能稳定等优点，因　此，开发天然食品生物防腐剂已成为现代食品工业　的重要任务．　乳酸菌及其活性代谢产物与人类的健康密切相　关，常常被有意识地引进食品产品或自然地发生在　食品中，从而使食品拥有人们渴望的风味、结构、营　养及健康的特征．乳酸菌细菌素是乳酸菌在代谢过　程中合成并分泌到环境中的一类具有抑菌活性的多　肽或蛋白类物质，它在人体内可被降解，具有无毒、　无残留、高效、耐酸、耐高温、无抗药性等特点，目前　已成为天然防腐剂研究与开发的热点　．　近年来，有许多学者进行了乳酸菌细菌素在食　品、饲料、生物制药中的应用研究，取得了大量的研　究成果．本文重点对近年来乳酸菌细菌素在食品工　业中的应用进展进行了综述．　１　乳酸菌细菌素在食品中的应用概况　乳酸菌产生的细菌素具有以下的特点，使得其　成为食品天然防腐剂开发对象．１）细菌生长繁殖　快，生产周期短，适合工业化生产；２）具有较好的稳　定性，适合食品加工处理，使用方便；３）能被人体内　的蛋白酶降解，不在体内蓄积，不会对肠道正常菌群　有影响；４）不会产生耐药性，不会诱发食品病原菌　等微生物对治疗用抗生素的抗性；５）便于利用现代　基因工程技术对细菌素基因进行修饰和改造　．　目前，乳酸菌细菌素作为食品防腐剂在食品中　的应用方式主要有以下４种．１）直接添加细菌素到　食品中或以细菌素产生菌作为发酵剂生产发酵食　

收稿日期：２０１１—１１—０４　基金项目：国家自然科学基金资助项目（３０６７１４８２）；北京市教委科技面上项目（ＫＭ２０１１１００１１００１）；北京工商大学青年教师科研启动基　金项目（ＱＮＪＪ２０１１—０４２）．　作者简介：刘国荣，女，讲师，博士，主要从事食品微生物学方面的研究；　李平兰，女，教授，博士，主要从事乳酸菌及其活性代谢产物方面的研究．通讯作者．　第３Ｏ卷第２期　刘国荣等：乳酸菌细菌素作为天然生物防腐剂在食品工业中的应用进展　６５　品；２）开发制备包含细菌素的食品包装袋或保鲜　膜；３）在用于食品发酵的微生物中表达外源细菌素　基因；４）基于细菌素栅栏技术的应用　．　

２　直接添加乳酸菌细菌素到食品中　目前，在食品中已经广泛使用的乳酸链球菌素　（ｎｉｓｉｎ），正是直接添加乳酸菌细菌素到食品中这种　投放模式的极好例子．而细菌素产生菌作为发酵剂　或者辅助培养物、保护性培养物添加到食品中，既可　以避免细菌素较为繁琐的纯化程序，又可以利用乳　酸菌发酵产生的其他抑菌物质来提高细菌素的抑菌　活性，改善产品的品质，延长货架期，也是较为经济　的投放模式．现在许多研究也已证明，产生细菌素　的发酵剂在发酵过程中可以防止或抑制不良菌的污　染，因而将产细菌素的乳酸菌加入到食品中比直接　添加细菌素更好．另外，以更易于接受的方式或在　较低投入的情况下，将细菌素或者产生菌作为一种　食品成分添加到食品中，如ＡＬＴＡ　２３４１和ＦＡＲＧＯ　２３（纯天然多功能的片球菌发酵食品成分，含有天　然的代谢产物包括有机酸和片球菌素）　．　产细菌素戊糖乳杆菌３１—１，分离自我国传统　发酵肉制品宣威火腿，其所产细菌素ｐｅｎｔｏｃｉｎ　３１—１　对单增李斯特氏菌（Ｌｉｓｔｅｒｉａ　ｍｏｎｏｃｙｔｏｇｅｎｅ）有强烈抑　制效果，且有较好食品加工耐受特性．本课题组前　期将ｐｅｎｔｏｃｉｎ　３１—１添加到托盘包装的冷却猪肉中，　并从微生物、理化指标、感官品质三个方面综合评价　ｐｅｎｔｏｃｌｎ　３１—１对冷却肉的防腐保鲜效果，结果发　现，在冷却猪肉的储藏过程中，ｐｅｎｔｏｃｉｎ　３１—１的添　加可以明显延长冷却肉的货架期，抑制挥发性盐基　氮含量升高，降低微生物生长速率，尤其是可以强烈　抑制假单胞菌和潜在致病菌李斯特氏菌的生长．并　确定添加８０　ＡＵ／ｇ　ｐｅｎｔｏｃｉｎ　３１—１的保鲜效果最好，　可将托盘包装冷却猪肉的保质期延长至１５　ｄ，并保　持良好的感官特性．这些结果都显示了该细菌素具　有作为天然生物防腐剂应用于冷却肉制品中的潜　力　一　．　在此基础上，本课题组还探讨了产细菌素戊糖　乳杆菌３１—１作为发酵剂菌株在发酵香肠生产中的　工业适应性，以期开发具有生物防腐功能的新型肉　品发酵剂．对比商业发酵剂菌株，利用菌株３１　１　生产发酵香肠，可提高乳酸菌竞争优势，加速香肠发　酵；同时降低有害微生物数量，增加食品安全．此　

外，还可显著提高游离氨基酸和游离脂肪酸的含量，　赋予终产品具有很好的感官品质和总体可接受性，　显示出了该菌株作为新型功能型发酵剂生产发酵香　肠的巨大应用前景　．　

３　开发制备成食品包装袋或保鲜膜　开发制备包含乳酸菌细菌素的食品包装袋或保　鲜膜是近年来国际上较为流行的一个细菌素应用研　究方向，目前国内相关研究几乎为空白．这种应用　方式的最大优点是可使乳酸菌细菌素在食品保藏过　程缓慢释放，最大程度延长细菌素的活性发挥时问．　已有部分研究学者通过此方式取得了较为理想的研　究成果，如Ｅｒｃｏｌｉｎｉ等　把细菌素涂布到包装薄膜　上，并对细菌素的活性进行了研究，发现其能有效抑　制与薄膜直接接触的、食品表面的李斯特氏菌（Ｌｉｓｔ—　ｅｒｉａ　ｓｐｐ．）的生长．Ｆｒａｎｋｌｉｎ等…　用含有ｎｉｓｉｎ的包　装纸包装热狗，在６０　ｄ的观察中发现，热狗表面李　斯特氏菌数量比普通包装纸中的明显降低．Ｍａｕｒｉ—　ｅｌｌｏ等　用弯曲乳杆菌（Ｌ．ｃｕｒｖａｔｕｓ）３２Ｙ所产细菌　素通过浸泡、喷涂、涂层３种不同的方法处理了塑胶　包装膜．在４℃条件下，用这些薄膜包装的猪肉、牛　排和牛肉表面的李斯特氏菌数量很少，货架期明显　延长．Ｊｉｎ等　采用含有ｎｉｓｉｎ的聚乳酸材料包装橙　汁和液体蛋清，结果发现ｎｉｓｉｎ能够均匀地分布于聚　乳酸表面，并对Ｅ．ｃｏｌｉ　Ｏ１５７：Ｈ７，Ｌ．ｍｏｎｏｃｙｔｏｇｅｎｅ和　Ｓａｌｍｏｎｅｌｌａ都有较强的抑制作用．这些结果都说明，　运用高分子物质与细菌素结合材料来进行食品保藏　具有广阔的前景．　

４　基于异源表达技术的应用　实际生产中，很多因素会限制这类细菌素的有　效性，如基因不稳定性、抑菌活性的消失、敏感细胞　抗性的出现等．而且并不是所有的工业微生物都可　以产生细菌素，而产生细菌素的菌株也并不一定适　应细菌素发挥作用的环境．因此，近年来有许多学　者尝试通过将细菌素基因导入不产生细菌素的工业　菌株中而使其获得细菌素产生的能力，既可以保证　食品质量，又可以抑制食品中的腐败菌和病原菌，提　高食品安全性　川．通过异源表达可以：１）提高细　菌素的产量，以便进行细菌素的作用模式、结构与功　能及应用性研究；２）减少在目标细胞中细菌素抗性　的发生，提高其在食品中的抗菌效率；３）在更安全　６６　北京工商大学学报（自然科学版）　２０１２年３月　的宿主中生产细菌素；４）构建出对多种不良微生物　都有抑菌活性的细菌素产生菌；５）构建出对食品环　境有更好适应性的重组宿主；６）为乳酸菌提供更好　的抗菌特性，使其在作为食品发酵剂、益生菌制剂、　饲料添加剂等时能更好地发挥作用　．总之，异源　表达技术将为乳酸菌细菌素作为天然生物防腐剂在　食品工业中的应用提供崭新的发展方向．　目前，可用于乳酸菌细菌素异源表达的系统主　要有大肠杆菌表达系统、乳酸菌表达系统及酵母菌　表达系统，其中大肠杆菌表达系统的相关研究最多，　但是大肠杆菌菌株本身不具有食品应用特性，因此　仅表达产物可用于食品工业，有一定的局限性．与　大肠杆菌表达系统相比较，食品级乳酸菌和酵母菌　表达系统获得相对困难，但是这些菌本身安全且能　够将目的蛋白分泌到胞外，可放心应用于食品工业　化生产　”　．　本课题组前期建立了肠球菌素ｅｎｔｅｒｏｃｉｎ　Ｐ在食　品级乳酸乳球菌中的异源分泌与表达系统，以ｎｉｓｌ　作为食品级选择标记，将ｅｎｔｅｒｏｃｉｎ　Ｐ基因克隆至食　品级表达载体ｐＬＥＢ５９０并电转化至乳酸乳球菌ＭＧ　１６１４中，组成型表达了具有生物抑菌活性的ｅｎｔｅｒｏ—　ｃｉｎ　Ｐ，该研究结果不但拓展了乳酸乳球菌食品级表　达载体的应用范围，而且为开发产细菌素的工业化　发酵剂、益生菌制剂等奠定了坚实基础．这是国内　外首次建立ｅｎｔｅｒｏｃｉｎ　Ｐ在乳酸乳球菌中的异源表达　系统，与同类文献相比，其采用的所有表达元件均为　食品级　ｌ　ｓ　３．目前，正在尝试将ｅｎｔｅｒｏｃｉｎ　Ｐ基因导　人不产细菌素的发酵剂乳酸乳球菌菌株中而使其获　得产细菌素的能力，使其既可发酵食品，又可抑制食　

品中的腐败菌和病原菌．　５基于栅栏技术的应用　栅栏技术是将许多不同的防腐保藏技术联合应　用以抑制微生物的生长．已有研究报道，两种不同　的乳酸菌细菌素联合使用，或者乳酸菌细菌素和其　他防腐技术结合，都可以作为栅栏技术应用于食品　加工和贮藏过程中，来有效抑制有微生物引起的食　品腐败　．如，乳酸菌细菌素与化学防腐剂的联　合使用，既可以提高抗菌活性又可减少化学防腐剂　的使用　．目前已报道可与乳酸菌细菌素联合使用　的其他防腐技术包括：１）化学防腐剂，如柠檬酸钠、　乳酸钠、双乙酸钠等；２）物理杀菌技术，如热处理、　冷处理等；３）非热力杀菌技术有高压脉冲电场　（ｐｕｌｓｅｄ　ｅｌｅｃｔｒｉｃ　ｆｉｅｌｄ，ＰＥＦ）、超高压（ｈｉｇｈ　ｈｙｄｒｏｓｔａｔｉｃ　ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ＨＨＰ）、真空包装等；４）酶制剂，如溶菌酶　等；５）金属螯合剂，如ＥＤＴＡ、三磷酸钠（ｓｏｄｉｕｍ　ｔｒｉ—　ｐｏｌｙｐｈｏｓｐｈａｔｅ，ＳＴＰＰ）；６）其他，如月桂酸甘油酯等．　这些技术与乳酸菌细菌素联合使用可以增加细胞膜　的通透性从而增强细菌素的抑菌效果．革兰氏阴性　菌通常对乳酸菌细菌素不敏感，而当乳酸菌细菌素　与金属螯合剂或物理杀菌技术联合使用时，可以破　坏革兰氏阴性菌的细胞膜，使细菌素更容易进入细　胞并发挥其抑菌作用，大大提高细菌素抑菌效　果　．除此之外，这些技术的有效组合还可大大减　少乳酸菌细菌素耐受菌株的出现，并最大程度地保　持食品良好的感官特性．表１为乳酸菌细菌素在栅　栏技术中应用的成功例子．