第四讲 乳酸菌类型及生物活性次生代谢产物

第四讲乳酸菌及益生菌种类的功能及具有生物活性的次生代谢产物

一、乳酸菌及益生菌

1、定义及分类

（1）乳酸菌

（2）益生菌

2．生物活性

3．生长特性及应用、产品开发

二、生物活性的次生代谢产物

1、细菌素

（1）定义及种类

（2）特性

Nisin是正常菌群中某些种类的乳酸乳球菌合成和分泌的一种对大多数G+菌有强大杀灭作用的细菌素。Nisin对营养细胞的作用主要是在细胞膜上，它可以抑制细菌细胞壁中肽聚糖的生物合成，使细胞质膜和磷脂化合物的合成受阻，从而导致细胞内物质外泄，甚至引起细胞裂解。作为一种天然的生物性食品防腐剂和抗菌添加剂，Nisin已广泛应用于乳制品、罐头食品、高蛋白食品及饲料工业中。添加400IU/g的产品储存11天，其含菌数比对照组低4个对数期，产品的感官可接受性较高。Nisin对乳酸菌株的影响也较大，如控制适宜的添加量(一般在5-100mg/kg)，能对某些乳酸菌株有明显的抑制作用，造成菌株的活力下降、产酸受抑、生长不良，但乳酸菌总数变化不大。

nisin的研究现状

乳链菌肽是由乳酸乳球菌产生的由基因编码的多肽抗生素，含有34个氨基酸残基，分子中含有5种稀有氨基酸，即氨基丁酸（ABA）、脱氢丙氨酸(DHA)、β-甲基脱氢丙氨酸（DHB）、羊毛硫氨基酸（ ALA-S-ALA）和β-甲基羊毛硫氨基酸（ALA-ABA），它们通过硫醚键形成五个内环。

乳链菌肽的抑菌谱包括营养体和芽孢，对葡萄球菌、梭菌、芽孢杆菌和利斯特菌有强烈的抑制作用，对酵母和霉菌没有作用。迄今为止，乳链菌肽已在全世界约60多个国家和地区被用作食品防腐剂]。我国对乳链菌肽的研究始于1989年，中国科学院微生物研究所在国家自然科学基金项目和中国科学院“八五”重点科研基金项目资助下，完成了对乳链菌肽的基础研究，研究成果现已批量生产，投放市场。1992年3月29日，我国卫生部食品监督部门签发了乳链菌肽在国内的使用合格证明，同时将乳链菌肽列入1992年10月1日实施的国标GB2760-86中的增补品种，可用于罐藏食品、植物蛋白食品、乳制品和肉制品的保藏中。乳链菌肽用于食品中的优点是安全无毒，它的LD50约为7000Kg，允许使用的最大剂量是33000IU/Kg，乳链菌肽是一种短肽，可以被体内的α-胰凝乳蛋白酶降解；不影响食品的色香味；在食品加工中可以降低杀菌温度、减少热处理时间，改变食品的营养价值、风味和结构等性状。国内外的研究者在对乳链菌肽的分子结构、分子形成过程、物理化学性质、抗菌机理和毒性等进行了广泛的研究

产nisin菌株在发酵食品中的应用

在干酪中的应用

早在1951Hirsch等研究发现nisin产生菌乳酸乳球菌乳酸亚种在Swiss型干酪中抑制厌

氧产气芽孢的形成。nisin最早应用于干酪的防腐，也是目前乳制品应用中的一个主要方面。在干酪加工的过程中，虽经过高温灭菌，但仍会有耐热性的革兰氏阳性菌孢子（如肉毒梭状菌和厌氧的梭菌芽孢）存在，乳酸链球菌肽可有效地阻止这些孢子的萌发和毒素的形成，有报道说，将nisin抗性株和nisin产生菌混合用于干酪发酵剂，可使优质产品率达90%以上，而用常规的方法仅有41%。学者们在这方面进行了大量的研究，nisin产生菌在干酪中应用的主要限制是生长缓慢和产酸率低。Exterkate等（1976）产酸率低主要原因是缺乏蛋白酶系统。是这些nisin产生菌只能利用乳中的可溶性含氮化合物。Roberts等（1992）用电穿空法将质粒pFG010引入乳酸乳球C2中使其产生nisin抗性和红霉素抗性，然后将其与nisin 产生菌混合发酵，以期改变干酪的产酸度，但并未取得成功，由于这个质粒译码的抗性新陈代谢导致nisin失活。Roberts等（1992）通过筛选发酵蔗糖nisin产生菌菌株获得一株自发突变的蛋白酶阳性菌株NCDO1404，用1%的NCDO1404和0.5%JS102混合用于cheddar干酪发酵，使产酸率提高，达到干酪的酸度要求，干酪中大约700IU/g的nisin。此后，Roberts 等（1993）又将用nisin产生菌制作的干酪用于巴氏杀菌的干酪酱的一种配料成份，结果低湿度在22和37℃,高湿度在22℃贮存时，延长了货架期。Berg等（1998）对Manchego干酪在成熟期间产nisin的乳酸乳球菌乳酸亚种ESI515对Listeria Innocua的抑制性进行了研究，发现成熟60天后，产nisin的发酵剂发酵干酪中L.innocua比不产nisin发酵剂酵的干酪细菌总数少约104个。Rodríguez等(2001)]等通过杂交的方法获得一株nisin产生菌菌株TAB50，并将其用于抑制半硬质干酪中单核增生性李斯特菌。Maisnier-patin等（1992）也将其用于Camember干酪中。Rodríguez等（1998）[13]将其用于Manchego干酪均证明对李斯特菌有良好抑制作用。使用产乳酸链球菌的作为发酵剂用于干酪的生产能达到抑菌的目的，其风味并未受到影响。Abdelghani等（2001）将nisin产生菌与其他乳酸菌用于Hispßânico干酪的发酵发现加入nisin产生菌与不加产nisin发酵剂的干酪的pH值没有差别，菌落总数低。每1Kg接种1.0gnisin产生菌发酵的干酪在成熟45天后，其蛋白水解度和游离氨基酸的数量分别是不加产nisin发酵剂的干酪的1.8倍和2.7倍，疏水的肽降低，3-甲基-1-丁醛、丁二酮和乙酰甲基甲醇浓度增加，干酪风味更好。

在泡菜中的应用

Harris等（1992）将nisin产生菌乳酸乳球菌NCK401和nisin抗性的Leuconostoc mesenteroides NCK293混合用于泡菜的发酵中。泡菜在最初发酵阶段是异型发酵的L占主导地位，由于L对酸敏感，随着酸度的上升，L迅速死亡，在发酵的后期是植物乳杆菌占主导。这种微生物生长顺序使泡菜具有特殊的风味和香味，然而，在大批量的生产中，泡菜的这种自然发酵主要信赖于原料的微生物种群。微生物的生长顺序受到生产条件的影响。因此，很难扩大生产并维持泡菜质量的稳定。乳酸乳球菌NCK401产生的nisin可以在初期抑制L 以外的其它微生物的生长，而不影响LNCK293的生长繁殖。在混合发酵剂中100AU /ml的nisin轻微抑制植物乳杆菌ATCC14917。600AU/ml可以完全抑制株菌的发酵。由于后期的同型发酵是泡菜发酵中必不可少的，因此从实践的观点来看nisin并不是消除植物乳杆菌的生长。通过实验将乳酸乳球菌和L比例定为103:1。这种泡菜在含有2%的NaCl在20℃发酵获得了较高质量。

在酸奶中应用

与干酪相比，nisin产生菌用于酸奶的发酵的研究应用较少，只有Kalra等（1975）研究