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    戊糖片球菌的益生功能及其在食品科學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用

    2016-10-14 21:43:23曹振輝潘洪彬張鮮焰汪思凡劉永仕林秋葉
    安徽農(nóng)業(yè)科學(xué) 2016年9期
    關(guān)鍵詞:乳酸菌

    曹振輝 潘洪彬 張鮮焰 汪思凡 劉永仕 林秋葉

    摘要 介紹了戊糖片球菌的抑制食源性致病菌、調(diào)節(jié)腸道免疫功能、降低膽固醇、抗腫瘤等益生功能,綜述了其微生物制劑在食品科學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用,主要包括發(fā)酵肉制品、乳制品和蔬菜,并對(duì)其研究前景進(jìn)行了展望。

    關(guān)鍵詞 乳酸菌;戊糖片球菌;食品發(fā)酵劑;益生功能

    中圖分類號(hào) TS201.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611(2016)09-106-03

    Abstract The beneficial function of Pediococcus pentosaceus was introduced, such as antitumor, restricting the foodborne pathogen, adjusting the intestinal immunity, and reducing the cholesterol. Application of P. pentosaceus in the field of food sciences were reviewed, including vegetables, dairy products and fermented meat product. The research prospect was put forward.

    Key words Lactic acid bacteria; Pediococcus pentosaceus; Food starter culture; Probiotic function

    乳酸菌作為益生菌的重要種類,在世界范圍內(nèi)已被公認(rèn)為安全(Generally Recognized as Safe,GRAS)等級(jí)的食品微生物[1]。戊糖片球菌(Pediococcus pentosaceus)屬鏈球菌科片球菌屬,為革蘭氏陽性菌,因能發(fā)酵葡萄糖產(chǎn)生乳酸而屬于乳酸菌的一種。目前,戊糖片球菌的益生功能及其在發(fā)酵肉制品、發(fā)酵乳制品和發(fā)酵蔬菜等食品加工過程中的應(yīng)用已受到食品科學(xué)領(lǐng)域?qū)W者的高度重視。筆者主要綜述了戊糖片球菌的益生功能及其微生物制劑在食品科學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用研究進(jìn)展,以期為戊糖片球菌的研究及開發(fā)提供理論依據(jù)。

    1 戊糖片球菌的益生功能

    1.1 抑制食源性致病菌

    食源性細(xì)菌感染在全球范圍內(nèi)普遍發(fā)生,且呈逐年上升趨勢(shì),世界衛(wèi)生組織已將其列為危害公眾健康的重要因素[2]。研究表明,從發(fā)酵食品中分離得到的戊糖片球菌能顯著抑制食源性致病菌的生長(zhǎng),顯示出作為新型抗菌劑的良好發(fā)展前景。曹振輝等[3]從云南蘿卜泡菜中分離得到的戊糖片球菌L1顯著抑制了福氏志賀氏菌CMCC(B)51592、大腸桿菌CMCC44825和鼠傷寒沙門氏菌CMCC(B)50115的生長(zhǎng),抑菌效果均顯著高于參考菌株鼠李糖乳桿菌。Gurira等[4]從南非農(nóng)場(chǎng)自制高達(dá)奶酪中分離得到61株戊糖片球菌,其中,6株戊糖片球菌可顯著抑制單胞李斯特菌ATCC7644增殖,另外8株戊糖片球菌有效抑制了蠟樣芽孢桿菌ATCC1178增殖。Vidhyasagar等[5]從印度南部傳統(tǒng)發(fā)酵食品Idly batter中分離得到6株戊糖片球菌菌株(編號(hào)為VJ13、VJ31、VJ35、VJ41、VJ56、VJ49),研究發(fā)現(xiàn)他們均能顯著抑制主要食源性致病菌包括糞腸球菌MTCC439、金黃色釀膿葡萄球菌MTCC737、單胞李斯特菌MTCC657、蠟樣芽孢桿菌MTCC1272、嗜水氣單孢菌MTCC1739、副溶血弧菌MTCC451、大腸桿菌MTCC728的生長(zhǎng),其中戊糖片球菌VJ13的抗菌作用最強(qiáng),并能與單胞李斯特菌MTCC657和大腸桿菌MTCC728共凝集,同時(shí)可有效黏附在腸上皮細(xì)胞Caco2表面。戊糖片球菌抗菌作用機(jī)制主要包括:①分泌細(xì)菌素直接殺傷致病菌[6];②分泌的有機(jī)酸滲入致病菌細(xì)胞膜降低胞內(nèi)pH抑制代謝[7],同時(shí)pH降低可以抑制致病菌毒力因子基因表達(dá)[8];③通過與致病菌競(jìng)爭(zhēng)腸上皮細(xì)胞黏附位點(diǎn),抑制致病菌黏附[5];④通過與致病菌凝集在一起,使其無法發(fā)揮致病作用[5]。

    1.2 調(diào)節(jié)腸道免疫功能

    隨著人類對(duì)腸道微生物增強(qiáng)機(jī)體免疫力研究的深入,篩選具有免疫調(diào)節(jié)作用的益生菌已成為食品科學(xué)的研究熱點(diǎn)之一[9]。體內(nèi)外研究表明,戊糖片球菌可顯著增強(qiáng)機(jī)體系統(tǒng)和局部免疫功能。曹振輝等[3]研究了自行分離的戊糖片球菌L1對(duì)人腸上皮細(xì)胞炎癥因子和NFκB炎癥信號(hào)通路關(guān)鍵基因表達(dá)的影響,結(jié)果表明戊糖片球菌L1與HT29人腸上皮細(xì)胞預(yù)孵育后,顯著抑制了IL8、CCL20、CXCL10、CXCL1、NFKB1、RELA基因的mRNA表達(dá)水平以及細(xì)胞培養(yǎng)上清中IL8的分泌水平,證實(shí)了戊糖片球菌在腸上皮細(xì)胞水平的免疫調(diào)節(jié)作用。Masuda等[10]從日本傳統(tǒng)發(fā)酵食品Sunki泡菜中分離得到戊糖片球菌Sn26,研究結(jié)果表明戊糖片球菌Sn26與增加了BALB/c小鼠派伊爾小結(jié)中Th1型細(xì)胞因子IL12和IFNγ的分泌水平。同時(shí),戊糖片球菌抑制了卵清蛋白誘導(dǎo)過敏腹瀉BALB/c小鼠脾臟細(xì)胞中免疫球蛋白E的分泌水平,該研究結(jié)果在體內(nèi)試驗(yàn)中得到進(jìn)一步證實(shí)。Osmanagaoglu等[11]從人乳中分離得到戊糖片球菌OZF,將其口服灌胃給BALB/c小鼠,分析血清中炎癥因子IL6、IL12和IFNγ分泌水平,結(jié)果表明口服戊糖片球菌OZF顯著增加了血清中IL6水平。戊糖片球菌免疫調(diào)節(jié)作用機(jī)制主要包括:①通過調(diào)節(jié)免疫器官和/或細(xì)胞產(chǎn)生的細(xì)胞因子的表達(dá)和分泌,發(fā)揮免疫調(diào)節(jié)作用;②全基因組序列分析檢測(cè)結(jié)果顯示,戊糖片球菌基因組中含有具有免疫調(diào)節(jié)作用的γ氨基丁酸和特異性肽聚糖基因,揭示了戊糖片球菌免疫調(diào)節(jié)作用的分子基礎(chǔ)[12]。

    1.3 降低膽固醇

    膽固醇雖然在機(jī)體內(nèi)具有多種生理功能,但血液中膽固醇升高是冠心病發(fā)生的重要危險(xiǎn)因素[13]。體內(nèi)外研究表明,從發(fā)酵食品中分離得到的戊糖片球菌可顯著抑制膽固醇吸收,降低血液中膽固醇水平。Vidhyasagar等[5]從南印度發(fā)酵食品Idly batter中分離得到的6株戊糖片球菌均能有效同化添加0.3%膽鹽MRS培養(yǎng)基中的膽固醇(100~200 μg/mL),降低膽固醇達(dá)58%~73%。Zhao等[14]從龍眼分離得到戊糖片球菌LP28菌株,首先建立高脂日糧誘導(dǎo)肥胖小鼠(雄性C57BL/6Jcl)模型,連續(xù)56 d口服灌胃LP28,研究其對(duì)體重和肝臟脂質(zhì)含量及脂肪代謝相關(guān)基因表達(dá)的影響。結(jié)果表明,口服灌胃LP28顯著降低了高脂日糧誘導(dǎo)肥胖小鼠的體重和肝臟中甘油三脂和膽固醇含量,同時(shí)LP28組肥胖小鼠的腹腔內(nèi)臟脂肪、肝臟中脂肪細(xì)胞和脂滴大小均顯著減少,RTPCR檢測(cè)結(jié)果顯示,LP28顯著抑制了脂肪代謝相關(guān)基因如CD36和過氧化物酶體增殖物激活受體γ的表達(dá)。Damodharan等[15]建立動(dòng)脈粥樣硬化日糧誘導(dǎo)高脂血癥小鼠(雄性C57BL/6J)模型,28 d后每天給高脂血癥小鼠口服灌胃一次3 × 108 cfu戊糖片球菌KID7,連續(xù)灌胃32 d,結(jié)果表明戊糖片球菌KID7顯著降低了血清中總膽固醇、低密度脂肪酸、谷丙轉(zhuǎn)氨酶含量及肝臟中總膽固醇水平,同時(shí)糞便中游離膽酸含量明顯增加。戊糖片球菌降膽固醇的作用機(jī)制主要包括:①同化膽固醇,降低膽固醇含量;②具有膽鹽水解酶活性,將膽鹽解共軛產(chǎn)生游離膽酸排出體外,膽固醇轉(zhuǎn)化為膽酸用于補(bǔ)償這部分損失,從而降低膽固醇吸收[16]。

    1.4 抗腫瘤

    癌癥是全球死亡率最高的疾病[17],研究表明戊糖片球菌可顯著抑制癌癥細(xì)胞增殖,具有抗腫瘤功效。Thirabunyanon等[18]從健康嬰兒糞便中分離到戊糖片球菌FPS,其對(duì)上皮細(xì)胞的黏附能力和產(chǎn)生的短鏈脂肪酸含量與抑制結(jié)腸癌細(xì)胞作用呈正相關(guān),提示戊糖片球菌FPS通過上述協(xié)同機(jī)制抑制腫瘤細(xì)胞增長(zhǎng)發(fā)揮抗癌作用。Shukla等[19]從發(fā)酵黃瓜中分離得到戊糖片球菌CRAG3,該菌產(chǎn)生的多孔支鏈葡聚糖顯著抑制了子宮頸癌細(xì)胞Hela和結(jié)腸癌細(xì)胞HT29的生長(zhǎng),抑制作用呈劑量依賴性,葡聚糖對(duì)Hela和HT29細(xì)胞的最大抑制率分別為36.7%和65.8%。戊糖片球菌抗腫瘤作用機(jī)制尚不明確,據(jù)推測(cè)可能主要通過:①分泌有機(jī)酸誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡[18];②產(chǎn)生的葡聚糖修飾膜表面蛋白降低腫瘤細(xì)胞黏附,抑制細(xì)胞鋪展和轉(zhuǎn)移[19]。

    2 戊糖片球菌在食品科學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用

    2.1 發(fā)酵肉制品

    發(fā)酵肉制品是指在自然或人工可控制的環(huán)境條件下,通過微生物或酶的發(fā)酵作用,使原料肉發(fā)生一系列復(fù)雜的生物化學(xué)和物理變化,從而形成特殊風(fēng)味、質(zhì)地、色澤的肉制品[20]。發(fā)酵肉制品雖是人們貯藏肉類最古老的方法,但其獨(dú)特的風(fēng)味和質(zhì)地已被現(xiàn)代人們所接受。研究發(fā)現(xiàn)戊糖片球菌是火腿(云南)[21]、酸肉(重慶)[22]、臘魚(湖北)[23]、咸魚(北海)[24]等我國(guó)傳統(tǒng)發(fā)酵肉制品的固有乳酸菌種類。從自然發(fā)酵的臘腸中分離得到戊糖片球菌I9,將其作為發(fā)酵劑應(yīng)用于發(fā)酵香腸的制作中,發(fā)現(xiàn)發(fā)酵腸的蛋白質(zhì)和水分含量很高,口感優(yōu)于臘腸,且出品率高[25];從傳統(tǒng)腌制品咸魚中分離得到的戊糖片球菌可產(chǎn)生亞硝酸鹽還原酶,可降解咸魚研制過程中產(chǎn)生的亞硝酸鹽,提高咸魚制品的安全性[26]。以戊糖片球菌、植物乳桿菌和漢遜德巴利酵母組成的復(fù)合發(fā)酵制劑制作廣式香腸,正交試驗(yàn)結(jié)果表明,3種菌中戊糖片球菌對(duì)發(fā)酵品質(zhì)的影響最重要,當(dāng)上述3種菌的比例為5∶10∶5(V/V/V)時(shí),廣式發(fā)酵香腸品質(zhì)最佳,且能降低pH和亞硝酸鹽的含量,提高食用安全性[27]。

    2.2 發(fā)酵乳制品

    戊糖片球菌存在于多種奶酪中,可加快奶酪成熟,具有作為奶酪發(fā)酵菌劑的發(fā)展?jié)摿?。Gerasi等[28]從傳統(tǒng)瑞士Manura奶酪中分離得到16株戊糖片球菌,并指出作為唯一存在于奶酪中的片球菌,戊糖片球菌是促進(jìn)Manura奶酪中風(fēng)味形成和加快發(fā)酵的優(yōu)勢(shì)菌群。Carafa等[29]從意大利傳統(tǒng)發(fā)酵山地Malaga奶酪中分離得到95株乳酸菌,其中29株乳酸菌為戊糖片球菌,具有快速產(chǎn)酸、膽鹽水解酶活性和產(chǎn)生共軛亞油酸的特性,是Malaga奶酪中的優(yōu)勢(shì)菌。最新研究發(fā)現(xiàn),應(yīng)用戊糖片球菌發(fā)酵乳制品,可以產(chǎn)生原料奶中沒有的新型活性成分,提高了發(fā)酵乳制品的功能性。Balakrishnan等[30]應(yīng)用從奶酪中分離得到的1株戊糖片球菌分別發(fā)酵牛乳、羊乳和駝乳,37 ℃發(fā)酵24 h,所有發(fā)酵乳的pH均從6.5降為5.0,1,1二苯基苦基苯肼自由基清除能力檢測(cè)結(jié)果顯示,發(fā)酵羊乳、駝乳和牛乳的自由基清除能力分別為93%、86%和79%,均顯著高于未發(fā)酵乳,推測(cè)發(fā)酵乳中的新型抗氧化活性物質(zhì)是發(fā)酵過程中產(chǎn)生的肽類。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),發(fā)酵乳中的硬脂酸、油酸和亞油酸的含量顯著增加,表明發(fā)酵提高了乳制品的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。Yu等[31]從我國(guó)泡菜中分離得到1株戊糖片球菌SK25,能將苯丙酮酸轉(zhuǎn)化生成抗菌物質(zhì)3苯基乳酸,將其接種到牛奶中30 ℃發(fā)酵12 h,結(jié)果顯示采用戊糖片球菌SK25制備的發(fā)酵牛奶中含有47.2 mg/L的3苯基乳酸。

    2.3 發(fā)酵蔬菜

    發(fā)酵蔬菜是指以蔬菜為原料,依靠乳酸菌等有益微生物的發(fā)酵作用對(duì)蔬菜進(jìn)行加工和保藏的一種處理方式[32]。其中,泡菜由于其獨(dú)特的冷加工處理方式,在保留了蔬菜的營(yíng)養(yǎng)成分的同時(shí),又具有良好的口感和感官品質(zhì),深受廣大消費(fèi)者喜愛。巨曉英等[33]對(duì)自然發(fā)酵泡菜的乳酸菌進(jìn)行分離,經(jīng)形態(tài)、生化特征鑒定,結(jié)果表明戊糖片球菌是自然發(fā)酵泡菜的優(yōu)勢(shì)菌種,在泡菜的發(fā)酵過程中起關(guān)鍵作用。與自然發(fā)酵和老鹽水發(fā)酵相比,由相同數(shù)量的戊糖片球菌PP和植物乳桿菌P158組成(1.18×1011 cfu/g)的直投式復(fù)合菌劑加工而成的泡菜,感官品質(zhì)較優(yōu),乳酸菌數(shù)量較高,亞硝酸鹽含量更低,表明含有戊糖片球菌的發(fā)酵菌劑可顯著縮短發(fā)酵周期,提高泡菜的食用安全性;且在取出成熟泡菜,添加輔料后,可實(shí)現(xiàn)泡菜的循環(huán)發(fā)酵[34]。

    上述研究表明,戊糖片球菌是自然發(fā)酵肉制品和發(fā)酵蔬菜中的固有乳酸菌種類,其本身或與其他菌組成混合發(fā)酵菌劑產(chǎn)品,可用于發(fā)酵肉制品和發(fā)酵蔬菜工業(yè)化生產(chǎn),且在提升產(chǎn)品品質(zhì)、保證食用安全性、提高生產(chǎn)效率方面有積極作用。

    3 展望

    在我國(guó),幾乎每個(gè)地區(qū)或民族都有自己獨(dú)特的發(fā)酵食品,每一種發(fā)酵食品都是一個(gè)巨大的乳酸菌資源庫,深入挖掘具有益生功能、良好發(fā)酵特性的乳酸菌資源,開發(fā)具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的乳酸菌制劑具有重大意義。中華人民共和國(guó)國(guó)家衛(wèi)生和計(jì)劃生育委員會(huì)2014年第6號(hào)公告指出,根據(jù)《中華人民共和國(guó)食品安全法》和《新食品原料安全性審查管理辦法》有關(guān)規(guī)定,批準(zhǔn)戊糖片球菌為食用菌種,其作為原料生產(chǎn)的食品符合國(guó)家法律、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。因此,以我國(guó)多種多樣的乳酸菌發(fā)酵制品為原料,篩選戊糖片球菌,并利用現(xiàn)代微生物和分子生物學(xué)技術(shù)進(jìn)行遺傳改造,開發(fā)乳酸菌制劑前景廣闊。

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