乳酸菌與單增李斯特菌競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)機(jī)制與建模研究進(jìn)展

魯新新,李卓思,高彬茹,潘清逸,張晨國(guó),張瑩芝,李胤慷,董慶利

(上海理工大學(xué) 健康科學(xué)與工程學(xué)院,上海 200093)

食源性疾病是全球最重要的公共衛(wèi)生問(wèn)題之一,導(dǎo)致食源性疾病的有病原微生物、寄生蟲及其代謝產(chǎn)物、天然毒素以及化學(xué)性有毒有害物質(zhì)等,其中食源性致病菌引起的食源性疾病是全球食品安全面臨的最重要挑戰(zhàn)之一。在眾多類食源性致病菌中,單核細(xì)胞增生性李斯特氏菌(Listeriamonocytogenes,LM),簡(jiǎn)稱單增李斯特菌,能引起人、畜患李斯特菌病,感染后主要表現(xiàn)為敗血癥、腦膜炎和單核細(xì)胞增多等癥狀,尤其對(duì)新生兒、孕婦、老年人及免疫系統(tǒng)缺陷的人群危害嚴(yán)重[1]。2011年美國(guó)疾病預(yù)防控制中心(CDC)發(fā)布單增李斯特菌引發(fā)的10多年來(lái)最嚴(yán)重的一起食源性疾病暴發(fā)事件,共報(bào)告72人患病,13人死亡[2]。2014年,丹麥發(fā)生單增李斯特菌感染香腸和肉卷事件,導(dǎo)致38人患病,15人死亡[3]。2018年,南非發(fā)生全球范圍內(nèi)歷史上最大的一次李斯特菌感染事件,造成200多人死亡[4]。我國(guó)雖然缺乏較為完整和系統(tǒng)的單增李斯特菌流行病學(xué)數(shù)據(jù),但每年由該菌引起的食品安全問(wèn)題不在少數(shù)。因此,實(shí)施有效抑菌措施去除食品中可能存在的單增李斯特菌,或控制該菌的毒性并降低其感染能力,對(duì)食品工業(yè)和消費(fèi)者的安全防控實(shí)踐意義重大。

隨著食品工業(yè)科技的不斷發(fā)展,人們更傾向于綠色、溫和、天然環(huán)保的抑菌方式,而“生物保護(hù)菌”的提出滿足了人們的需求。生物保護(hù)菌是指添加到食品中具有延長(zhǎng)食品貨架期和(或)抑制有害微生物生長(zhǎng)的活的微生物[8]。乳酸菌(lactic acid bacteria,LAB)因其能夠與致病菌競(jìng)爭(zhēng)營(yíng)養(yǎng)底物[9],分泌具有抑菌活性的代謝產(chǎn)物(有機(jī)酸、細(xì)菌素和H2O2等)[10],以及通過(guò)微生物群體感應(yīng)抑制生物膜的形成等機(jī)制[11],抑制致病菌生長(zhǎng)而成為生物保護(hù)菌的一類。筆者課題組前期的研究已證實(shí)在卷心菜中添加植物乳桿菌(Lactobacillusplantarum)可以控制單增李斯特菌的生長(zhǎng),其原因是植物乳桿菌與單增李斯特菌競(jìng)爭(zhēng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)[12]。將乳酸菌應(yīng)用至食品中控制單增李斯特菌生長(zhǎng)的現(xiàn)象可通過(guò)兩菌交互模型Jameson-effect模型和Lotka-Volterra模型來(lái)表示[13-14]。兩菌模型能預(yù)測(cè)兩菌在生長(zhǎng)過(guò)程中的生長(zhǎng)參數(shù)變化,即定量描述2個(gè)種群在同一生長(zhǎng)環(huán)境下所表現(xiàn)的數(shù)量變化規(guī)律[15],從而幫助企業(yè)確定產(chǎn)品貨架期并幫助消費(fèi)者進(jìn)行危險(xiǎn)分析和關(guān)鍵控制點(diǎn)確定(HACCP)[16]。

基于此,本文綜述應(yīng)用乳酸菌控制單增李斯特菌生長(zhǎng)能力的研究成果并闡述乳酸菌抑制單增李斯特菌生長(zhǎng)的機(jī)制,介紹應(yīng)用雙菌模型描述乳酸菌對(duì)單增李斯特菌生長(zhǎng)調(diào)控中的預(yù)測(cè)研究進(jìn)展,以期為今后對(duì)兩菌進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估以及生物抑菌的應(yīng)用和研發(fā)提供參考。

1 乳酸菌與單增李斯特菌競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)的研究進(jìn)展

1.1 乳酸菌在食品中的應(yīng)用基礎(chǔ)

乳酸菌作為生物保護(hù)菌株在食品中控制單增李斯特菌的生長(zhǎng)已得到廣泛應(yīng)用。將乳酸菌應(yīng)用至食品中控制單增李斯特菌的生長(zhǎng)應(yīng)滿足以下條件:①選擇合適的添加方式,保證其在食品中生長(zhǎng)并具有一定的抑菌活性;②根據(jù)食品特性選擇合適的菌株,添加至食品中的乳酸菌應(yīng)該符合產(chǎn)品特性,滿足消費(fèi)者口味;③應(yīng)用至食品中的乳酸菌不能對(duì)食品本身產(chǎn)生負(fù)面影響,應(yīng)通過(guò)代謝產(chǎn)物區(qū)分乳酸菌在食品中是生物保護(hù)菌(抑菌代謝產(chǎn)物,如細(xì)菌素)還是發(fā)酵產(chǎn)物(酸及蛋白水解酶)[14]。為滿足以上條件,選擇不同乳酸菌菌株添加至不同的食品環(huán)境并測(cè)定其抑菌活性。因此,接下來(lái)重點(diǎn)綜述在不同食品環(huán)境中應(yīng)用乳酸菌控制單增李斯特菌的生長(zhǎng)性能,并分析乳酸菌對(duì)單增李斯特菌的抑菌機(jī)制。

1.2 不同食品環(huán)境中乳酸菌與單增李斯特菌競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)概況

因?yàn)閱卧隼钏固鼐谌庵破穂3-4]、水果[17]及奶制品[5-7]中均有被檢出,所以圍繞乳酸菌在不同食品環(huán)境中對(duì)單增李斯特菌生長(zhǎng)的影響方面的研究成果較多[18-29](表1)。

表1 乳酸菌對(duì)單增李斯特菌生長(zhǎng)影響的研究

雖然將L.curvatus和L.plantarum分別添加至發(fā)酵香腸[18]和豬肉[26]中控制單增李斯特菌的生長(zhǎng),將L.rhamnosusGG添加至鮮切梨中[29]或是將L.casei[20]等乳酸菌添加至奶制品中以控制單增李斯特菌的生長(zhǎng),但是,食品本身的特性可能會(huì)影響乳酸菌的代謝能力,所以也有很多研究使用營(yíng)養(yǎng)較為豐富的培養(yǎng)基來(lái)開展研究[20],與單增李斯特菌單獨(dú)生長(zhǎng)相比,添加乳酸菌后,單增李斯特菌達(dá)到穩(wěn)定期的最大菌落總數(shù)Nmax和(或)生長(zhǎng)過(guò)程中生長(zhǎng)參數(shù)最大比生長(zhǎng)速率μmax都下降以及遲滯期延長(zhǎng)。

1.3 乳酸菌與單增李斯特菌的競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)機(jī)制分析

乳酸菌抑菌機(jī)制的研究也較為深入,乳酸菌對(duì)單增李斯特菌的抑菌機(jī)制如圖1所示,乳酸菌對(duì)單增李斯特菌主要抑菌途徑是:①通過(guò)和目標(biāo)菌競(jìng)爭(zhēng)營(yíng)養(yǎng)底物;②產(chǎn)生有機(jī)酸、細(xì)菌素、H2O2等抑菌物質(zhì)進(jìn)入目標(biāo)菌細(xì)胞后破壞細(xì)菌結(jié)構(gòu),影響其通透性和穩(wěn)定性,造成細(xì)胞質(zhì)外流,同時(shí)可鈍化抑制酶活性,干擾細(xì)菌DNA合成、RNA轉(zhuǎn)錄[30-32]。

圖1 乳酸菌對(duì)單增李斯特菌抑菌機(jī)制

1.3.1 競(jìng)爭(zhēng)營(yíng)養(yǎng)底物

乳酸菌對(duì)單增李斯特菌的競(jìng)爭(zhēng)排斥是細(xì)菌與細(xì)菌之間通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)細(xì)菌黏附位點(diǎn)或營(yíng)養(yǎng)來(lái)源實(shí)現(xiàn)的。如,當(dāng)乳桿菌與其他微生物共同培養(yǎng)時(shí),與它自身生長(zhǎng)相關(guān)的碳水化合物和氨基酸代謝過(guò)程中的蛋白質(zhì)會(huì)優(yōu)先表達(dá),這促進(jìn)乳桿菌生長(zhǎng)的同時(shí)抑制單增李斯特菌的生長(zhǎng)[33]。Nilsson等[34]將棲魚肉桿菌(Carnobacteriumpiscicola)和單增李斯特菌在模擬食品中進(jìn)行混合培養(yǎng)、濾膜隔離培養(yǎng)以及二者上清液共同培養(yǎng)后發(fā)現(xiàn),不產(chǎn)細(xì)菌素的棲魚肉桿菌對(duì)單增李斯特菌的抑菌機(jī)制主要為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的競(jìng)爭(zhēng)。Yang等[35]分析B.breve和單增李斯特菌在模擬食品中共培養(yǎng)后發(fā)現(xiàn),雙歧桿菌中參與蛋白質(zhì)與核酸生物合成的酶表達(dá)量增加,包括轉(zhuǎn)移RNA谷氨酰轉(zhuǎn)移酶和核糖體蛋白,這些酶表達(dá)量的增加促進(jìn)蛋白質(zhì)翻譯,從而促進(jìn)共培養(yǎng)時(shí)雙歧桿菌的生長(zhǎng),這使其能與單增李斯特菌競(jìng)爭(zhēng)營(yíng)養(yǎng)底物?？梢?當(dāng)乳酸菌與單增李斯特菌處于同一生態(tài)系統(tǒng)時(shí)會(huì)通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)共同的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)來(lái)抑制該致病菌的生長(zhǎng)。這是因?yàn)楫?dāng)乳酸菌與單增李斯特菌共培養(yǎng)時(shí),乳酸菌中有關(guān)細(xì)胞分裂、氨基酸代謝、糖代謝和轉(zhuǎn)錄的多種酶(蛋白)過(guò)度表達(dá),使其自身生長(zhǎng)代謝速率加快,與單增李斯特菌競(jìng)爭(zhēng)底物,從而達(dá)到抑制單增李斯特菌生長(zhǎng)的目的。然而,由于在真實(shí)的生產(chǎn)或食品環(huán)境中營(yíng)養(yǎng)成分大多較為豐富,能滿足多種微生物生長(zhǎng)的需要,因此,如何將乳酸菌應(yīng)用到真實(shí)生產(chǎn)環(huán)境以控制致病菌生長(zhǎng)仍需要進(jìn)行大量研究。

1.3.2 分泌抑菌物質(zhì)

乳酸菌在自身生長(zhǎng)代謝過(guò)程中能產(chǎn)生有機(jī)酸、H2O2和細(xì)菌素等抑菌物質(zhì),其中有機(jī)酸和細(xì)菌素能顯著抑制單增李斯特菌生長(zhǎng)。如,乳桿菌在代謝過(guò)程中消耗糖類物質(zhì),產(chǎn)生乳酸和乙酸等有機(jī)酸,破壞單增李斯特菌的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu),影響其生長(zhǎng)[30]。Moradi等[36]發(fā)現(xiàn),乳酸菌能夠抑制食品中單增李斯特菌的活性,其抑菌機(jī)制是產(chǎn)生的有機(jī)酸通過(guò)細(xì)胞膜間的孔道蛋白進(jìn)入內(nèi)質(zhì),導(dǎo)致脂多糖羧基化,破壞細(xì)胞膜間的通透性。Hossain等[37]也證實(shí),在牛奶中清酒乳桿菌(Lactobacillussakei)及植物乳桿菌無(wú)細(xì)胞上清液中的有機(jī)酸能改變細(xì)胞間的滲透壓,從而抑制單增李斯特菌的生長(zhǎng)。

另外,乳酸菌的產(chǎn)物細(xì)菌素具有廣譜抑菌性。細(xì)菌素有多種分類方式,通常將細(xì)菌素分為Ⅰ類羊毛硫抗生素(含羊毛硫氨酸抗生素)和Ⅱ類(Ⅱa、Ⅱb、Ⅱc、和Ⅱd)兩大類,其中Ⅱ類細(xì)菌素中,由乳酸菌所產(chǎn)生的Pediocin PA-1廣譜細(xì)菌素對(duì)單增李斯特菌表現(xiàn)出較強(qiáng)的抑制活性[38-40]。如,Héchard等[41]證實(shí),乳球菌、片球菌及乳桿菌產(chǎn)生的細(xì)菌素能作用于單增李斯特菌的細(xì)胞質(zhì)膜,通過(guò)磷脂雙分子層孔隙釋放質(zhì)子和細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì),抑制單增李斯特菌的生長(zhǎng)。De Castilho等[42]發(fā)現(xiàn),產(chǎn)細(xì)菌素的彎曲乳桿菌處理組中的單增李斯特菌菌落數(shù)低于不產(chǎn)細(xì)菌素彎曲乳桿菌的處理組。與此類似,Acua等[43]發(fā)現(xiàn),乳酸菌產(chǎn)生的細(xì)菌素能在脫脂牛奶中抑制單增李斯特菌的生長(zhǎng),而Gómez等[44]研究發(fā)現(xiàn),8種益生菌所產(chǎn)生的細(xì)菌素對(duì)不同食品基質(zhì)中的單增李斯特菌均有較好的抑菌效果。

由此可見,乳酸菌通過(guò)產(chǎn)生抑菌作用抑制單增李斯特菌的生長(zhǎng),但是這種抑制并不能達(dá)到完全清除單增李斯特菌的效果。另外,乳酸菌屬中很多菌株在生長(zhǎng)過(guò)程中可能并不產(chǎn)生抑菌物質(zhì),因此在選擇應(yīng)用乳酸菌抑菌物質(zhì)抑制致病菌的生長(zhǎng)時(shí),應(yīng)該針對(duì)特定的體系先對(duì)乳酸菌菌株進(jìn)行篩選,以達(dá)到更好的抑菌效果。

1.3.3 干擾群體感應(yīng)系統(tǒng)

單增李斯特菌在生長(zhǎng)過(guò)程中能形成生物膜抵御消毒和清洗,生物膜的形成與微生物間的群體感應(yīng)(QS)有關(guān)[45]。因此,控制單增李斯特菌生物膜的形成也是控制該致病菌生長(zhǎng)需要關(guān)注的內(nèi)容之一。乳酸菌在生長(zhǎng)過(guò)程中能通過(guò)微生物間的群體感應(yīng)作用抑制單增李斯特菌產(chǎn)生的生物膜[46],這種抑制作用主要體現(xiàn)在阻斷信號(hào)分子合成及降低受體蛋白活性[47]。如,Ben Slama等[48]發(fā)現(xiàn),從手工干酪中分離出的植物乳桿菌通過(guò)細(xì)胞間接觸抑制單增李斯特菌生物膜的形成,進(jìn)而達(dá)到對(duì)單增李斯特菌生長(zhǎng)更好的控制作用。乳酸菌酸性發(fā)酵液通過(guò)降低介導(dǎo)群體感應(yīng)的N-?；呓z氨酸內(nèi)酯(AHL)信號(hào)分子的釋放,抑制生物膜的形成[49]。Park等[50]等從泡菜中篩選出一株清酒乳桿菌,通過(guò)抑制致病菌共同利用的呋喃酮酰硼酸二酯類信號(hào)分子(AI-2)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑,降低致病菌的致病性。

綜上可見,乳酸菌不僅可通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)營(yíng)養(yǎng)來(lái)源及分泌抑菌物質(zhì)抑制單增李斯特菌的生長(zhǎng),而且還可通過(guò)其他抑菌途徑抑制單增李斯特菌生物膜的形成,阻止單增李斯特菌在生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品表面的黏附,進(jìn)而清除單增李斯特菌,降低單增李斯特菌致病威脅。

2 乳酸菌與單增李斯特菌競(jìng)爭(zhēng)性生長(zhǎng)模型的構(gòu)建與應(yīng)用

乳酸菌抑制單增李斯特菌生長(zhǎng)行為可用兩菌生長(zhǎng)競(jìng)爭(zhēng)模型表示,這種用于表征微生物競(jìng)爭(zhēng)性生長(zhǎng)的預(yù)測(cè)微生物學(xué)模型稱為競(jìng)爭(zhēng)一級(jí)模型,一般由2個(gè)常微分方程組成,用以分別描述2種菌的生長(zhǎng)狀態(tài)[51]。與微生物生長(zhǎng)一級(jí)模型相比,兩菌生長(zhǎng)競(jìng)爭(zhēng)模型最明顯的區(qū)別是含抑制系數(shù),抑制系數(shù)可以反映不同初始接種量和不同環(huán)境條件中共同培養(yǎng)的乳酸菌和單增李斯特菌之間的抑制作用,乳酸菌抑制系數(shù)越高表示乳酸菌能夠更好地抑制單增李斯特菌的生長(zhǎng)[52-53]。近年來(lái),很多學(xué)者不斷開展兩菌交互作用的機(jī)制研究,目前描述兩菌交互作用關(guān)系的主要是Jameson-effect模型和Lotka-Volterra模型,這2個(gè)模型借助反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和生態(tài)學(xué)知識(shí),通過(guò)微生物生長(zhǎng)參數(shù)的變化預(yù)測(cè)乳酸菌和單增李斯特菌的生長(zhǎng)。

2.1 兩菌競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)模型的提出

在1962年,Jameson[54]首次發(fā)現(xiàn),當(dāng)2種微生物在液體培養(yǎng)基中共同培養(yǎng)時(shí),每種微生物都會(huì)迅速增殖,如同單獨(dú)培養(yǎng)時(shí)的增長(zhǎng)情況,當(dāng)其中一種微生物到達(dá)最大種群密度時(shí),另一微生物也會(huì)停止生長(zhǎng)。這一現(xiàn)象最終被Ross等[55]引入微生物學(xué)領(lǐng)域,被稱為Jameson-effect模型。1994年,Baranyi等[56]提出Jameson-effect模型的通用模型見式(1)。

(1)

式中:N(t)為被測(cè)微生物種群密度;μmax為最大比生長(zhǎng)速率;α(t)為調(diào)整函數(shù);f(t)為抑制函數(shù);α(t)和f(t)在不同的一級(jí)模型中具有不同的表達(dá)式。

在Baranyi模型[56]中,調(diào)整函數(shù)α(t) 和抑制函數(shù)f(t)可以表示為

(2)

式中:q(t)為細(xì)胞生理狀態(tài);λ為遲滯期。

(3)

在三線段模型中,調(diào)整函數(shù)α(t)和抑制函數(shù)f(t)可以表示為

(4)

(5)

1999年,Dens等[57]提出Lotka-Volterra模型,該模型建立的理論基礎(chǔ)是當(dāng)2種微生物處于同一生長(zhǎng)環(huán)境消耗同一種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)時(shí),這2種微生物處于競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)的關(guān)系,這種競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系與它的種群密度成正比,優(yōu)勢(shì)菌群種群密度越高,證明其生長(zhǎng)速率越快,以此描述兩個(gè)競(jìng)爭(zhēng)細(xì)菌種群的動(dòng)態(tài)。Lotka-Volterra模型可以式(6)～(9)來(lái)表達(dá)。

(6)

(7)

(8)

(9)

式中:Nmax為最大菌落密度;qA和qB代表2種細(xì)胞的生理狀態(tài);αAB和αBA表示2種微生物的交互情況,αAB是種群B對(duì)A的作用系數(shù),αBA是微生物A對(duì)B的作用系數(shù);若αAB>1,證明2種微生物有交互作用,微生物B生長(zhǎng)達(dá)到最大菌落密度后,對(duì)微生物A生長(zhǎng)有抑制作用;若αAB=1,說(shuō)明無(wú)交互作用;若αAB<1,說(shuō)明微生物B對(duì)微生物A生長(zhǎng)的有促進(jìn)作用,其表達(dá)方式參照式(2)的Baranyi模型。

2.2 兩菌競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)模型進(jìn)展

雖然Jameson-effect模型和Lotka-Volterra模型都可以描述乳酸菌與單增李斯特菌兩菌間的交互作用關(guān)系、定量生長(zhǎng)過(guò)程中二者生長(zhǎng)參數(shù)與時(shí)間的關(guān)系,以預(yù)測(cè)食品貨架期及關(guān)鍵控制點(diǎn),但是Jameson-effect和Lotka-Volterra模型在描述兩菌間的關(guān)系時(shí)存在差異。Lotka-Volterra模型不僅可以描述爭(zhēng)奪同一種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的不同微生物之間的相互作用,而且可用來(lái)描述2種或多種微生物之間的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。如Vimont等[58]用Lotkae-Volterra模型構(gòu)建了牛肉中E.coliO157:H7和背景菌的生長(zhǎng)模型,當(dāng)背景菌群的菌落密度達(dá)到最大時(shí)抑制大腸桿菌的生長(zhǎng)。Chen等[59]利用Lotka-Volterra模型模擬食品中定量S.enteritidis、P.aeruginosa與植物乳桿菌這3菌生長(zhǎng)關(guān)系,結(jié)果發(fā)現(xiàn):當(dāng)沙門氏菌和銅綠假單胞菌與與植物乳桿菌共培養(yǎng)時(shí),其抑制函數(shù)α>1,表示銅綠假單胞菌和沙門氏菌對(duì)植物乳桿菌具有抑制效果,且這種交互效果與兩菌的初始接種量有關(guān);植物乳桿菌與這2種菌的抑制函數(shù)α<1,證明植物乳桿菌對(duì)這兩種菌的生長(zhǎng)沒(méi)有抑制效果。Jameson-effect模型描述兩菌生長(zhǎng)時(shí),當(dāng)優(yōu)勢(shì)菌群達(dá)到最大種群密度,另一種群生長(zhǎng)受抑制的作用,如Ye等[60]基于Jameson-effect模型成功描述在冷凍豬肉中乳酸菌對(duì)單增李斯特菌生長(zhǎng)Nmax的抑制作用。但Jameson-effect模型在描述兩菌生長(zhǎng)時(shí)存在局限性,它只能描述優(yōu)勢(shì)菌群達(dá)到最大種群密度時(shí)對(duì)另一菌群的抑制作用,而實(shí)際上在微生物生長(zhǎng)過(guò)程中優(yōu)勢(shì)菌群可能未達(dá)到最大種群密度時(shí)就能夠抑制另一菌群的生長(zhǎng)。因此,Marc等[61]首次改良Jameson-effect模型,改良的Jameson-effect模型提出“關(guān)鍵細(xì)胞密度”,關(guān)鍵細(xì)胞密度是指一種微生物生長(zhǎng)達(dá)到能抑制另一種微生物生長(zhǎng)的臨界密度,這種關(guān)鍵細(xì)胞密度低于最大種群密度。Costa等[62]在模擬食品中清酒乳桿菌對(duì)單增李斯特菌的抑制作用時(shí),比較了Jameson-effect模型、改良的Jameson-effect模型和Lotka-Volterra模型,結(jié)果發(fā)現(xiàn):改良的Jameson-effect模型提出兩菌的抑制參數(shù),可用于量化單增李斯特菌動(dòng)力學(xué)參數(shù)μmax、達(dá)到穩(wěn)定期的Nmax以及共培養(yǎng)與單培養(yǎng)相比菌落總數(shù)下降的百分比;同時(shí),當(dāng)兩菌共培養(yǎng)時(shí),改良的Jameson-effect模型比Jameson-effect模型擬合優(yōu)度更高。Costa等[63]利用3種競(jìng)爭(zhēng)模型模擬等溫和非等溫條件下食品不同初始接菌密度的清酒乳桿菌對(duì)單增李斯特菌的抑制作用時(shí)發(fā)現(xiàn),在非等溫條件下,Lotka-Volterra模型對(duì)Nmax的擬合度略高于Jameson-effect模型對(duì)Nmax的擬合度。

綜上,Jameson-effect和Lotka-Volterra模型都可用于描述乳酸菌對(duì)單增李斯特菌生長(zhǎng)的交互作用,兩種模型各有優(yōu)缺點(diǎn)。由于食品基質(zhì)營(yíng)養(yǎng)成分復(fù)雜且往往存在其他微生物,所以目前很多研究會(huì)去除背景菌,且不考慮食品基質(zhì)和背景菌群對(duì)建模結(jié)果的影響,這可能會(huì)影響模型的準(zhǔn)確性,導(dǎo)致高估或低估單增李斯特菌的風(fēng)險(xiǎn)。因此,當(dāng)使用雙菌模型描述兩菌間生長(zhǎng)時(shí),應(yīng)該在考慮兩菌生長(zhǎng)的基質(zhì)、其他微生物的影響以及真實(shí)環(huán)境變化的基礎(chǔ),選擇合適的模型,以期對(duì)乳酸菌與單增李斯特菌的關(guān)系做出更準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。

3 結(jié)論與展望

由單增李斯特菌污染造成多次食品安全事件,危害消費(fèi)者健康,亟須控制食品工業(yè)生產(chǎn)及運(yùn)輸過(guò)程中單增李斯特菌的污染問(wèn)題。為滿足消費(fèi)者對(duì)“輕加工”及“安全、營(yíng)養(yǎng)”食品的要求,生物抑菌法引起越來(lái)越多人的關(guān)注。盡管應(yīng)用乳酸菌控制單增李斯特菌的研究取得了較多進(jìn)展,但要使乳酸菌發(fā)揮最大的潛力應(yīng)用至食品安全控制中仍有很多工作需要完善。乳酸菌對(duì)單增李斯特菌生長(zhǎng)的抑制,已在乳、肉及果蔬中得到驗(yàn)證,但是目前多數(shù)研究多關(guān)注在添加乳酸菌對(duì)單增李斯特菌生長(zhǎng)的控制,而忽視了食品感官變化及添加乳酸菌的劑量值,且在實(shí)際食品環(huán)境中往往多菌共存,因此有必要考慮實(shí)際食品有背景菌的存在下乳酸菌對(duì)單增李斯特菌的抑菌作用機(jī)制,這也將有助于在食品工業(yè)中應(yīng)用并推廣乳酸菌。

此外,應(yīng)用Jameson-effect模型和Lotka-Volterra模型定量表征兩菌關(guān)系的研究成果較多,但現(xiàn)階段仍存在一些不足。如,存在模型使用混亂、形式不一和無(wú)法準(zhǔn)確描述食品基質(zhì)中菌株生長(zhǎng)等問(wèn)題,若要進(jìn)一步準(zhǔn)確表征食品中兩菌或多菌間的關(guān)系,需要統(tǒng)一模型系數(shù),明確競(jìng)爭(zhēng)模型每一項(xiàng)的具體含義。

總之,基于乳酸菌對(duì)單增李斯特菌研究進(jìn)展的總結(jié)和討論,已經(jīng)證明乳酸菌作為抑菌手段的有效性。通過(guò)對(duì)乳酸菌的抑菌機(jī)制、對(duì)致病菌的調(diào)控機(jī)制、兩菌建模的完善等方面進(jìn)行深入研究,對(duì)預(yù)防與控制單增李斯特菌的傳播來(lái)說(shuō)尤為重要,可為食品中乳酸菌的實(shí)際應(yīng)用提供切實(shí)的理論參考依據(jù)。