細(xì)菌素的抑菌機(jī)制及其在食品工業(yè)中應(yīng)用進(jìn)展

李冰瑤，鄭茵，王涓，吳清平，張菊梅，丁郁

（1.廣東省科學(xué)院微生物研究所，華南應(yīng)用微生物國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)業(yè)微生物組學(xué)與精準(zhǔn)應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)，廣東省微生物安全與健康重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州 510070）（2.暨南大學(xué)食品科學(xué)與工程系，廣東廣州 510632）（3.華南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，廣東廣州 510642）

食品微生物污染一直是全球食品行業(yè)和消費(fèi)者關(guān)注的重要問題。在新型冠狀病毒肺炎（Corona Virus Disease 2019，COVID-19）仍流行的情況下，微生物繼發(fā)感染的機(jī)會(huì)仍然較高，并且在治療過程中變得更為復(fù)雜[1]。食物中的腐敗細(xì)菌對食品質(zhì)量具有威脅性，如肉毒桿菌、單核細(xì)胞增生李斯特菌、腸球菌、鏈球菌、葡萄球菌、大腸桿菌等，進(jìn)入人體組織會(huì)引起炎癥性疾病、呼吸道感染、全身感染、腸道癌癥等疾病，嚴(yán)重者可致命。因此，新型食品防腐技術(shù)及防腐劑開發(fā)尤為重要。已有研究表明，一些防腐劑對人體有不利影響，如易引起人體的過敏反應(yīng)，亞硝酸鹽會(huì)形成亞硝胺等致癌物質(zhì)[2]。此外，某些傳統(tǒng)防腐技術(shù)也會(huì)改變食物的感官特性和破壞食品中的可利用營養(yǎng)成分。近年來，人們越來越關(guān)注使用非病原微生物及其代謝產(chǎn)物抑制食品變質(zhì)而延長食品保質(zhì)期[3]。消費(fèi)者們渴望營養(yǎng)安全且不含合成防腐劑的食品，因此研究人員試圖通過尋找天然有效的替代品來保存食品以滿足消費(fèi)者需求[4]。

隨著食品科學(xué)的不斷發(fā)展，研究人員發(fā)現(xiàn)了一種安全和天然的防腐劑—天然生物防腐劑。在微生物中，乳酸菌（Lactic Acid Bacteria，LAB）具有生物保存能力，因?yàn)樗墚a(chǎn)生一系列天然活性抗菌物質(zhì)，如有機(jī)酸、過氧化氫、細(xì)菌素等[5]。另外，乳酸鏈球菌素（Nisin）被認(rèn)為是一種“天然防腐劑”，以耐受高熱應(yīng)力且在寬pH值范圍內(nèi)的活性而聞名[6]，從而增加了其市場應(yīng)用。第一個(gè)發(fā)現(xiàn)的細(xì)菌素是1925年從革蘭氏陰性菌大腸桿菌中分離得到大腸桿菌素（Colicin），其通過抑制細(xì)胞壁合成與改變細(xì)胞膜通透性而抑制細(xì)菌，僅對與大腸桿菌密切相關(guān)的細(xì)菌或窄譜殺菌作用。后來發(fā)現(xiàn)來自乳酸菌的革蘭氏陽性菌的細(xì)菌素，更具有廣譜性，對一系列食物腐敗微生物和食源性病原體有效[3]。目前，有幾種經(jīng)過鑒定和純化的細(xì)菌素用作食品添加劑和防腐劑，主要包括：枯草桿菌素、Thuricin、Cerein和植物霉素。最常見的抗微生物肽（Antimicrobial Peptides，AMPs），也稱為生物活性肽、細(xì)菌素或抗微生物活性肽，是乳酸鏈球菌生產(chǎn)的乳酸鏈球菌素，被認(rèn)為在食品中使用是安全的[7]。

在過去的幾十年里，細(xì)菌素在食品生物保鮮、果汁飲料加工、牛奶乳制品殺菌、食品防腐劑、新型食品包裝材料等領(lǐng)域得到了持續(xù)的關(guān)注。因此，本文綜述了細(xì)菌素的發(fā)展，重點(diǎn)介紹了細(xì)菌素的抑菌機(jī)制，以及細(xì)菌素在食品行業(yè)的應(yīng)用及展望，為細(xì)菌素在食品工業(yè)中的應(yīng)用提供一定的理論依據(jù)，同時(shí)對推動(dòng)食品防腐保鮮技術(shù)的革新發(fā)展具有重要的意義。

1 細(xì)菌素的種類

Klaenhammer等[8]描述的經(jīng)典分類方法將細(xì)菌素分為四類。I類細(xì)菌素是小的（分子量＜5 ku）膜活性肽，稱為羊毛硫抗生素，通常由19～50個(gè)氨基酸組成，經(jīng)過廣泛的翻譯后修飾，產(chǎn)生了非標(biāo)準(zhǔn)氨基酸，如羊毛硫氨酸、β-甲基羊毛硫氨酸、脫氫丁堿、脫氫丙氨酸和Labyrinthine。I類又細(xì)分為Ia類（Lantibiotics）、Ib類（Labyrinthopeptins）和Ic類（Sanctibiotics）。Nisin是研究最深入的的I類細(xì)菌素。II類細(xì)菌素是小的（分子量＜10 ku）耐熱非羊毛硫抗生素，包含熱穩(wěn)定性小的、未修飾的多肽，并可進(jìn)一步細(xì)分為IIa類（兒茶素樣細(xì)菌素）[9]，IIb類（雙肽未修飾細(xì)菌素）、IIc類（環(huán)狀細(xì)菌素）和IId類（未修飾的、線性的、非小兒茶素樣細(xì)菌素）。IIa亞類包括單核細(xì)胞增多性李斯特菌含有N末端共有序列Tyr-Gly-Asn-Gly-Val-Xaa-Cys的活性肽；亞類IIb包含由兩個(gè)活性肽組成的穿孔復(fù)合物；IIc亞類包括需要減少半胱氨酸殘基的硫醇活化肽。III類包括大的（分子量＞30 ku）耐熱細(xì)菌素。IV類包括由一個(gè)或多個(gè)化學(xué)部分組成的復(fù)雜蛋白質(zhì)，且數(shù)量較小。

1.1 革蘭氏陽性細(xì)菌素

已有研究發(fā)現(xiàn)，革蘭氏陽性細(xì)菌素包括I類、II類和III類。I類細(xì)菌素有Nisin A、Nisin U以及Nisin Z等；II類細(xì)菌素包括IIa類、IIb類和IIc類。IIa類細(xì)菌素包括兒茶素PA-1[10]和肉毒桿菌素X[11]；IIb類細(xì)菌素包括lactacin F[12]和ABP-118[13]；IIc類細(xì)菌素包括卡諾環(huán)素A[14,15]和腸霉素AS-48[16]；III型革蘭氏陽性細(xì)菌素包括表皮霉素NI01[17]和乳霉素A[18]（表1）。I類革蘭氏陽性細(xì)菌素如Nisin和lacticin 3147是具有正電荷的柔性螺旋形分子，可在目標(biāo)生物的細(xì)胞膜上形成孔，從而導(dǎo)致目標(biāo)物種細(xì)胞質(zhì)膜去極化[19]。另外，由芽孢桿菌屬分泌的Mersacidin，沒有凈電荷或凈負(fù)電荷，這是一種可以干擾細(xì)胞酶促反應(yīng)（如細(xì)胞壁合成）的球狀分子[20]。

表1 革蘭氏陽性細(xì)菌素分類Table 1 Summary of classification of Gram-positive bacteriocins

表2 革蘭氏陰性細(xì)菌素分類Table 2 Summary of classification of Gram-negative bacteriocins

表3 細(xì)菌素在食品工業(yè)中的應(yīng)用Table3 Application of bacteriocin in food industry

1.2 革蘭氏陰性菌細(xì)菌素

低分子量肽（1～10 ku）的小菌素（Microcins）和高分子量蛋白質(zhì)（30～80 ku）的大腸桿菌素（Colicins）是兩種較常見的革蘭氏陰性菌細(xì)菌素。大腸桿菌素由含有Colicins質(zhì)粒的大腸桿菌菌株產(chǎn)生[6]。Microcins通常是高度穩(wěn)定的分子，對蛋白酶、極端pH值和溫度具有抗性。它們是由腸道細(xì)菌在壓力條件下產(chǎn)生的，特別是在營養(yǎng)耗盡的情況下產(chǎn)生。如Microcin B17、C7-C51、D93和J25等也屬于I類細(xì)菌素。II類細(xì)菌素又可進(jìn)一步分為兩個(gè)亞類，包括IIa類和IIb類。如Microcin L、V和N屬于IIa類微肽，它們是需要三個(gè)不同的基因來合成和組裝的功能肽。如Microcin E492、M和H47，它們屬于IIb類微肽，是一種C末端有或沒有翻譯后修飾的線狀多肽[32]。如Colicin A、B、K和N等都屬于III類細(xì)菌素，都是成孔大腸桿菌素。

2 細(xì)菌素的抑菌機(jī)制

細(xì)菌素是細(xì)菌用來在同一環(huán)境中與微生物競爭手段之一。研究人員首次發(fā)現(xiàn)乳酸鏈球菌素以來，已經(jīng)報(bào)道了大量具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)和不同活性模式的細(xì)菌素[33]。大部分細(xì)菌素的作用機(jī)制取決于細(xì)菌素受體分子。細(xì)菌細(xì)胞表面和細(xì)胞膜對細(xì)菌素具有敏感性，因此細(xì)胞膜通透性改變和孔隙形成是細(xì)菌素攻擊目標(biāo)微生物細(xì)胞的重要因素之一[34]。然而，同一類別的所有細(xì)菌素不遵循相似的作用方式[35]。細(xì)菌素可能利用相同的受體，但它們與這些受體分子的相互作用方式以及對靶細(xì)胞的后效應(yīng)可能完全不同。Lozo等[36]根據(jù)細(xì)菌素靶向受體分子之間的結(jié)構(gòu)相似性，對細(xì)菌素抑菌方式進(jìn)行分類?？偟膩碚f包括細(xì)胞膜損傷機(jī)制、阻礙細(xì)胞分裂和細(xì)胞壁損傷機(jī)制三個(gè)方面[37]。其中細(xì)胞膜損傷機(jī)制又包括5種模型[38]：（1）“桶板”型[39]，指附著在細(xì)胞膜表面的細(xì)菌素會(huì)聚合在一起，形成一個(gè)離子通道；其中細(xì)菌素的疏水面朝向質(zhì)膜疏水?；?，親水面朝向跨膜孔道；（2）“楔”型[40]，與“桶板”型不同的是細(xì)菌素主要暴露于缺乏膜的疏水核心，“桶板”型中質(zhì)子動(dòng)力勢使肽失活，而“楔”型中質(zhì)子動(dòng)力勢能夠減少肽結(jié)合到膜的能力；（3）“蟲孔”型[41]，抗菌肽與細(xì)胞膜表面結(jié)合后，其疏水區(qū)的移位可使細(xì)胞膜疏水中心形成裂口，并引發(fā)磷脂單分子層向內(nèi)彎曲，直至形成孔道；（4）“毯式”型[38]，細(xì)菌素平行于細(xì)胞膜排列，如同一張地毯覆蓋于磷脂膜外表面。所以當(dāng)細(xì)菌素濃度到達(dá)最大或者最小值時(shí)，裂縫會(huì)因?yàn)榧?xì)胞膜的穩(wěn)定性降低而形成。

2.1 靶向抑制革蘭氏陽性菌的細(xì)菌素及其抑菌機(jī)制

許多抑制革蘭氏陽性細(xì)菌的細(xì)菌素，通過攻擊細(xì)胞膜起作用。某些I類細(xì)菌素抑制細(xì)胞膜上的脂質(zhì)II（肽聚糖亞基從細(xì)胞質(zhì)到細(xì)胞壁的主要轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白），從而消除肽聚糖的合成。其他細(xì)菌素形成孔隙以抑制或殺死它們的目標(biāo)細(xì)菌（圖1）[6]。另外，某些革蘭氏陽性細(xì)菌素可以在細(xì)菌的細(xì)胞膜上定位，使胞內(nèi)無機(jī)鹽離子、三磷酸腺苷（Adenosine Triphosphate，ATP）發(fā)生泄露，改變細(xì)胞膜Δψ而引起質(zhì)子動(dòng)力的消耗[43]，增大細(xì)胞膜通透性抑制其生長。此外，細(xì)菌素能夠使得蠟樣芽胞桿菌細(xì)胞膜損傷，并且導(dǎo)致核酸降解從而導(dǎo)致細(xì)胞死亡[44]。革蘭氏陽性細(xì)菌素中對Nisin的研究較為深入。據(jù)報(bào)道，Nisin對引起食品腐敗的革蘭氏陽性菌尤其是芽孢桿菌屬比如梭狀芽胞桿菌、嗜熱芽孢桿菌、致死肉毒芽孢桿菌及芽孢等都具有很強(qiáng)的抑制作用，但是對革蘭氏陰性菌、霉菌卻沒有較強(qiáng)的抑制效果[45]。已有研究表明Nisin在革蘭氏陽性菌中通過對細(xì)胞壁前體類脂II的高親和力而使細(xì)胞膜去極化從而達(dá)到抑菌效果。首先，Nisin在細(xì)胞膜上招募脂類II分子形成穩(wěn)定的通道。這些通道的形成導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)容物的泄漏，離子的外流驅(qū)散細(xì)胞的質(zhì)子動(dòng)力，并耗盡細(xì)胞內(nèi)的ATP，從而進(jìn)一步擾亂細(xì)胞膜和依賴于ATP的生化過程。Nisin與脂質(zhì)II的結(jié)合也阻止了肽聚糖的合成，從而擾亂了細(xì)胞壁的生物功能[46]。細(xì)菌素導(dǎo)致目標(biāo)細(xì)菌細(xì)胞的細(xì)胞膜通透性增加，可能是通過離子選擇性孔的形成，影響質(zhì)子細(xì)胞內(nèi)ATP的動(dòng)力和還原，細(xì)胞內(nèi)底物泄漏，并最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡[34]。

圖1 革蘭氏陽性細(xì)菌素Nisin和Lactococcin A的抑菌機(jī)理Fig.1 Bacteriostatic mechanism of bacteriocin Nisin and Lactococcin A

2.2 靶向抑制革蘭氏陰性菌的細(xì)菌素及其抑菌機(jī)制

許多抑制革蘭氏陰性菌的細(xì)菌素通過干擾DNA、RNA和蛋白質(zhì)代謝來抑制其靶細(xì)菌。例如，小菌素MccJ25（Microcin J25，MccJ25）抑制RNA聚合酶，MccB17抑制DNA旋轉(zhuǎn)酶，MccC7-C51抑制天冬氨酰tRNA合成酶，這些細(xì)菌素通過抑制酶的合成來達(dá)到抑菌效果。除此之外，一些細(xì)菌素如MccE492可通過形成孔隙來達(dá)到抑菌效果[6]（圖2）。Colicins是革蘭氏陰性細(xì)菌產(chǎn)生的一種抗菌蛋白由三個(gè)特定的結(jié)構(gòu)域組成[47]，一個(gè)氨基末端易位（T）結(jié)構(gòu)域，它參與通過轉(zhuǎn)運(yùn)子蛋白穿過外膜的轉(zhuǎn)運(yùn)；一個(gè)中央受體結(jié)合（R）結(jié)構(gòu)域，它與細(xì)菌外膜受體結(jié)合；以及一個(gè)羧基末端細(xì)胞毒素結(jié)構(gòu)域，它具有抗菌活性[48,49]。當(dāng)細(xì)菌外膜表面有粘附素識(shí)別受體蛋白和轉(zhuǎn)位蛋白系統(tǒng)時(shí)，粘附素被轉(zhuǎn)運(yùn)到細(xì)菌中，從而殺死細(xì)菌，這些細(xì)菌被稱為敏感菌株。對于一種特殊的粘菌素，攜帶非受體蛋白的細(xì)菌被歸類為耐藥菌株。轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白系統(tǒng)缺陷的細(xì)菌被歸類為耐受菌株，產(chǎn)生免疫蛋白的細(xì)菌被歸類為免疫菌株。耐藥、耐受和免疫菌株不會(huì)被相應(yīng)的粘菌素殺死。典型的粘菌素基因簇編碼毒素蛋白、免疫蛋白和裂解基因[50]。根據(jù)外膜（轉(zhuǎn)運(yùn)體）系統(tǒng)的轉(zhuǎn)運(yùn)，粘菌素分為兩組：A組和B組。一般來說，A組粘菌素由帶有裂解基因的小質(zhì)粒編碼，可以從細(xì)菌中釋放出來；而B組粘菌素由沒有裂解基因的大質(zhì)粒編碼[48]。當(dāng)粘菌素進(jìn)入靶細(xì)胞后，根據(jù)殺菌機(jī)制可分為三類：（1）成孔型粘菌素：在細(xì)胞內(nèi)膜形成孔或通道，導(dǎo)致胞質(zhì)化合物滲漏、破壞電化學(xué)梯度、離子丟失和細(xì)胞死亡。它們包括粘菌素A、B、E1、Ia、Ib、K和N；（2）核酸酶型粘菌素：含有DNase、16S rRNase和tRNase的粘菌素，用于非特異性地消化細(xì)菌的DNA和RNA，這些蛋白包括粘附素E2到E9；（3）肽聚糖酶型粘附素：這些蛋白可以消化肽聚糖前體，導(dǎo)致細(xì)菌不能合成肽聚糖而死亡[48]。另一種由革蘭氏陰性細(xì)菌產(chǎn)生的細(xì)菌素是微球菌素，主要由大腸桿菌產(chǎn)生，對高溫、極端pH值和蛋白酶有很強(qiáng)的耐受性[51]。微球菌素的殺菌機(jī)制多種多樣，包括成孔型、核酸酶型（如DNase和RNase功能）及蛋白質(zhì)合成或DNA復(fù)制的抑制劑型。對革蘭氏陰性菌產(chǎn)生作用的細(xì)菌素大多是幾種已知細(xì)菌素的不同組合，其機(jī)制是靶向致死。由于蛋白區(qū)域片段的不同組合，這也豐富了細(xì)菌素的種類。Margaret等[52]對大腸桿菌被細(xì)菌素抑菌的過程進(jìn)行了研究，電鏡發(fā)現(xiàn)大腸桿菌的細(xì)胞膜不僅出現(xiàn)了大量的孔洞，ATP也因?yàn)榭锥炊罅客庑?，?xì)胞內(nèi)液紊亂也最終導(dǎo)致大腸桿菌無法正常生長[53]。

圖2 典型細(xì)菌素對革蘭氏陰性菌的作用機(jī)制Fig.2 The action of typical bacteriocins MccB17, MccJ25 and MccC7-C51 on Gram-negative bacteria

2.3 同時(shí)抑制革蘭氏陽性菌和陰性菌細(xì)菌的細(xì)菌素及其抑菌機(jī)制

自然界中不僅存在可以分別抑制革蘭氏陽性菌的細(xì)菌素，還存在可以同時(shí)抑制革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌的細(xì)菌素，主要有乳酸鏈球菌素、細(xì)菌素AS-48、細(xì)菌素Helvetin-M以及Latilactobacillus curvatusLAB-3H[54]等，具體的作用方式因細(xì)菌素的類型而不同。大部分這種類型的細(xì)菌素的主要受體是存在于細(xì)胞質(zhì)膜中的陰離子脂質(zhì)分子，細(xì)菌素分子的結(jié)合導(dǎo)致膜孔的形成，使離子和其他分子流出細(xì)胞外，造成細(xì)胞不可恢復(fù)的損傷和死亡[55]。其中細(xì)菌素AS-48是環(huán)形細(xì)菌素家族的原型，它們僅由革蘭氏陽性細(xì)菌產(chǎn)生。迄今為止，已經(jīng)報(bào)道了13種不同的球狀環(huán)狀細(xì)菌素，由58到70個(gè)氨基酸組成[56]。AS-48是一種有效的環(huán)狀細(xì)菌素，它可以插入敏感細(xì)菌的膜中，以一種獨(dú)立于任何受體的機(jī)制產(chǎn)生孔從而導(dǎo)致細(xì)菌死亡。細(xì)菌素AS-48對食物腐敗和病原菌的活性以及對多種人類病原體具有很好的活性，其最小抑菌濃度（Minimum Inhibitory Concentration，MIC）在納摩爾到微摩爾范圍內(nèi)[57]。它們對多種革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌都具有抗菌活性。比如對泌尿致病型腸球菌[56]（Uropathogenic enterococci）、臨床多藥耐藥金黃色葡萄球菌[58]（Staphylococcus aureus)、結(jié)核分枝桿菌[59]（Mycobacterium tuberculosis）、魚類病原體[60]（Lactococcus garvieae）等。由于這些原因，細(xì)菌素AS-48在天然食品防腐劑及醫(yī)療和獸醫(yī)應(yīng)用中潛力巨大[61]。另外，Helveticin-M是一種由卷曲乳桿菌（Lactobacillus crispatus）生產(chǎn)的新型III類細(xì)菌素，對金黃色葡萄球菌（Staphyloccocus aureus）、腐生鏈球菌（Staphylococcus saprophyticus）和陰溝腸桿菌（Enterobacter cloacae）具有抗菌活性。Helvetin-M破壞革蘭氏陽性菌的細(xì)胞壁、革蘭氏陰性菌的外膜，從而改變了細(xì)菌的表面結(jié)構(gòu)。同時(shí)，Helveticin-M也被證明會(huì)破壞細(xì)胞的內(nèi)膜，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)ATP的泄漏和靶細(xì)菌膜電位去極化。研究表明，Helveticin-M處理會(huì)引起細(xì)胞膜通透性增加，但胞質(zhì)酶不受影響，表明為亞致死性損傷[9]。

3 細(xì)菌素在食品工業(yè)中的應(yīng)用

食品安全已成為國際日益關(guān)注的問題，因此細(xì)菌素的應(yīng)用受到了極大的關(guān)注，旨在控制食品腐敗菌或病原體的生長，使其不會(huì)對食品本身產(chǎn)生不利影響[62,63]。同時(shí)，細(xì)菌素對人類生物體系影響最小，且可穩(wěn)定的存在于食品基質(zhì)中[55]。在過去的二十年里，人們已經(jīng)研究出了它們作為食品防腐劑和保鮮劑的用途，常用于奶制品、水果、蔬菜、肉禽類、海鮮、果汁和飲料[64]。細(xì)菌素一般可通過三種方式添加到食品中：（1）作為純細(xì)菌素制劑；（2）作為含有細(xì)菌素的發(fā)酵上清液；或（3）直接添加細(xì)菌素產(chǎn)生菌[65,66]。

3.1 細(xì)菌素作為食品中的防腐劑

由于細(xì)菌素的高抑菌活性以及穩(wěn)定性，使其在不同的食品基質(zhì)中具有潛在的防腐應(yīng)用價(jià)值，例如在牛奶和奶酪等乳制品中[73]。如地衣芽孢桿菌產(chǎn)生的細(xì)菌素Bacillocin 490在需氧和厭氧條件下，在4 ℃儲(chǔ)存期間保持殺菌活性、擁有寬pH值范圍、以及在高溫食品基質(zhì)（即牛奶）中均能保持較好的殺菌活性[74]。這些特征使得Bacillocin 490可以在高溫下進(jìn)行的食品加工過程中使用。另外一種可以在牛奶和軟奶酪中抑制單核細(xì)胞增生李斯特菌生長的cerein 8A，由蠟樣芽胞桿菌8A產(chǎn)生[67]。另外，細(xì)菌素Bovicin HC5是一種羊毛硫抗生素，對芒果果肉中的Alicyclobacillus acidoterrestris具有殺芽孢作用。因此，細(xì)菌素Bovicin HC5可能可以用作經(jīng)過熱處理的酸性食品的生物防腐劑[68]。同時(shí)，從蠟樣芽孢桿菌NS02中鑒定的熱穩(wěn)定性低分子量肽蠟質(zhì)蛋白可作為一種潛在的生物抗菌劑，在食品飲料中具有有效的抗李斯特菌活性[75]。另外，已經(jīng)有研究報(bào)道細(xì)菌素RC20975可以抑制蘋果汁中的酸土脂環(huán)酸桿菌（Alicyclobacillus acidoterrestris），雖然不能殺死內(nèi)生孢子，但添加細(xì)菌素RC20975有助于降低蘋果汁中Alicyclobacillus acidoterrestris菌株中芽孢的耐熱性，對蘋果汁中的Alicyclobacillus acidoterrestris具有良好的殺滅作用[76]。由于細(xì)菌素的無毒性，抗菌性強(qiáng)等特點(diǎn)，近幾年已經(jīng)成為開發(fā)研究食品保鮮劑的熱點(diǎn)。蒙氏腸球菌CRL35是一種無毒、非抗生素耐藥的菌株，它能產(chǎn)生腸菌素CRL35，是一種IIa類細(xì)菌素，可減少肉類發(fā)酵過程中的單增李斯特菌增殖[69]。

3.2 細(xì)菌素作為食品生物保鮮劑

新鮮的食品果蔬制品在貯藏、運(yùn)輸和銷售的過程中容易受微生物污染而導(dǎo)致食品的品質(zhì)發(fā)生變化。為了防止食品發(fā)生腐爛變質(zhì)、減少營養(yǎng)損失，各種細(xì)菌素型食品生物保鮮劑被開發(fā)。由于傳統(tǒng)的腌制鹽會(huì)對食物產(chǎn)生不利影響，而蒙氏腸球菌CRL35可以在發(fā)酵肉類中生長沒有明顯的負(fù)面影響，因此添加蒙氏腸球菌CRL35在肉制品中可以發(fā)揮較好的保護(hù)作用。L. plantarumsubsp.plantarum是一株從培根中分離到的植物乳桿菌，其產(chǎn)生的細(xì)菌素可抑制單核細(xì)胞增多性乳桿菌的生長[77]。該細(xì)菌素的應(yīng)用可進(jìn)一步擴(kuò)大到牛奶和奶制品、水果、蔬菜和方便食品的保鮮。Pamela等[70]發(fā)現(xiàn)在加入細(xì)菌素Pediococcus pentosaceus后，火腿樣品在亮度、紅色和黃色方面的著色在整個(gè)冷藏過程中的穩(wěn)定性較好，沒有出現(xiàn)變色現(xiàn)象。這些結(jié)果表明Pediococcus pentosaceus作為肉類和其他食品加工行業(yè)的生物保鮮劑的潛在用途。徐暢等[78]將水果的天然產(chǎn)物以及Nisin復(fù)合添加，用來儲(chǔ)藏肉制品，發(fā)現(xiàn)不僅保持了肉質(zhì)的原來色澤，還有效的延遲了脂肪氧化以及蛋白質(zhì)降解，同時(shí)大幅度的降低了肉制品中病原菌的總數(shù)。

3.3 細(xì)菌素作為食品的生物活性包裝材料

生物活性包裝是細(xì)菌素的另一種潛在的應(yīng)用形式，細(xì)菌素或產(chǎn)生細(xì)菌素的菌株可以被添加到食品包裝材料中。研究將細(xì)菌素的保藏功能與傳統(tǒng)保鮮膜相結(jié)合，加強(qiáng)了細(xì)菌素與包裝結(jié)合使用的吸引力，用來改善食品安全和延長保質(zhì)期[71]。Contessa等[79]開發(fā)一種與細(xì)菌素結(jié)合的殼聚糖/瓊脂生物塑料薄膜。該薄膜用作奶油干酪包裝時(shí)，它有助于提高微生物穩(wěn)定性，并且有助于在儲(chǔ)存期間將活性化合物逐漸釋放到食品中。Renpeng等[72]研發(fā)了一種負(fù)載細(xì)菌素的納米纖維（Bacterial Cellulose-Bacteriocin，BC-B），大大提高了納米纖維的機(jī)械強(qiáng)度、抗氧化活性、熱穩(wěn)定性和抗菌活性。該研究結(jié)果顯示了BC-B納米纖維作為抗菌生物材料的潛力，可用作活性食品包裝的增強(qiáng)劑。

4 總結(jié)與展望

本文綜述了細(xì)菌素的分類、抑菌機(jī)制以及在食品中的應(yīng)用。細(xì)菌素具有較高抗菌性、無殘留、殺菌快等特點(diǎn)；不僅對抗生素耐性病原菌有較好的效果外，還具備生產(chǎn)低成本的優(yōu)勢。市場對于以細(xì)菌素為代表的新型綠色防腐劑需求增加，未來細(xì)菌素將大量用于食品保鮮劑、生物活性包裝材料以及食品防腐劑等領(lǐng)域。

雖然乳酸鏈球菌素和乳酸菌素等一些細(xì)菌素已經(jīng)在商業(yè)上用于某些食品中，但細(xì)菌素的局限性和可變食物基質(zhì)的一些影響因素限制了其廣泛使用。所以，在積極發(fā)現(xiàn)新型細(xì)菌素的同時(shí)，還應(yīng)該探索其他食品保鮮防腐的模式。大部分細(xì)菌素與抗生素一樣也具有一定的耐藥性，因此在探索細(xì)菌素在食品工業(yè)中的應(yīng)用時(shí)應(yīng)謹(jǐn)慎，可以考慮采用不同的方法來緩解這些耐藥性問題。此外，為了降低細(xì)菌素生產(chǎn)純化的成本，還可以通過細(xì)菌素的異源表達(dá)來實(shí)現(xiàn)，這將在很大程度上直接降低生產(chǎn)和純化的成本。另外，隨著細(xì)菌素與產(chǎn)生細(xì)菌素菌株與食品包裝材料相結(jié)合的新技術(shù)的開發(fā)，細(xì)菌素作為食品的生物活性包裝材料的未來市場被十分看好。

目前對細(xì)菌素的研究機(jī)制仍不夠透徹，針對某些新型細(xì)菌素的安全性問題還需要進(jìn)一步探索，比如細(xì)菌素在人體體內(nèi)毒性問題、穩(wěn)定性問題仍有待研究。因此，未來仍需要充分挖掘其抑菌分子機(jī)制，采取適當(dāng)?shù)姆椒ㄏ驕p少副作用影響，以保障其在食品中的安全使用。