细菌素及其在食品应用中的研究进展课稿

细菌素及其在食品应用中的研究进展

摘要：细菌素是细菌产生的抗细菌蛋白质，杀死或抑制其他细菌的生长。本文就细菌的分类、细菌素与抗菌素的区别以及在食品中的应用等方面进行了综述。

关键词：细菌素；食品；应用

Research Development of Bacteriocins and Its Applications

in Food

Abstract: Bacteriocins are antibacterial proteins produced by bacteria that kill or inhibit the growth of other bacteria. This review article focuses on classification and antibacterial mechanism of bacteriocins, and differences from antibiotics. This article also gives an overview of its applications in food.

Key words: Bacteriocins; Food; Application

随着经济的快速发展和人们生活水平的不断提高，人们对自身健康和食品安全也越来越重视，由于一些化学防腐剂具有危害性，所以寻找安全的天然食品防腐剂是食品工业发展的首要问题之一。自乳酸链球菌素成功地用于食品保鲜以来，细菌素被认为是安全的天然食品防腐剂[1]，人们对细菌素的研究也越来越重视。

1 细菌素

细菌素(bacteriocin)是某些细菌产生的具有抗菌活性的多肽、蛋白质或蛋白质复合物，某些细菌通过核糖体机制产生的一类具有抑菌生物活性的蛋白质。李斯特菌是一种能够引发李氏杆菌病的食源性致病菌，这种疾病具有较高的致死率。此外，该细菌具有在压力条件下生存的能力。Kaewklom S等[2]描述和评价了从泰式虾酱中分离出的解淀粉芽孢杆菌株SP-1-13LM所产生的抗李斯特细菌素的有效性。发现从菌株SP-1-13LM部分纯化的细菌素表现出广泛的抑制性，包括

单增李斯特菌，沙门氏菌和志贺氏菌。

大多数细菌素只对亲缘关系较近的细菌有毒害作用，研究发现抑菌范围为相同的微生物种属（窄谱）或不同微生物种属（宽谱）[3]，而产生菌对其产生的细菌素具自身免疫性。

1.1细菌素的分类

目前已发现并正被广泛研究的细菌素有乳酸链球菌素（Nisin）、乳球菌素（L．actococcin）、片球菌素（Pediocin）、明串珠菌素（Canonic）等几十种。通常根据化学结构、稳定性和分子量大小将细菌素分为四类[4]：第一类是羊毛硫抗生素（lantibiotics），第二类是小分子热稳定的非修饰肽（SHSP），第三类为热不稳定性大分子蛋白质（LHLP），第四类是蛋白复合体。其中，第一、二类作为防腐剂研究得较多，应用最广的是第一类中的Nisin。

1.2 细菌素的抑菌原理

首先细菌素非特异性地吸附到细胞表面，然后与细胞特异受体结合。细菌素能否与细胞特异结合，主要取决于细胞壁和质膜的结构，虽然细菌素的识别受体只是质膜脂质体，但由于膜蛋白可以影响到脂质体的组合，所以细菌素对细胞的敏感性由整个胞质膜决定。同时细菌素的特异性还与其自身的特性有关。然后，细菌素嵌入到质膜内部，并开始聚集形成寡聚体结构，最终在质膜上形成疏水性膜孔。研究表明，亲水膜孔的大小与细菌素的浓度有关，浓度越大，孔径越大；这些膜孔释放了细胞内部大量的离子和小分子，使质膜的质子动势（PMF）失去平衡，此时细胞需要消耗大量的ATP 去维持这个平衡，这个无效的循环最终导致细胞没有足够的ATP 去维持其自身正常的生理活动而死亡。尽管细菌素在质膜上的成孔机理不尽相同，但细菌素的抗菌模式都是一样的，即通过形成膜孔。

2 细菌素与抗生素的区别

从法律的角度考虑，区分细菌素和抗生素是重要的，因为抗生素在食品中的出现通常是被禁止的。例如，在丹麦，用于生产食品添加剂的细菌必须不产生毒素或抗生素。细菌素可以作为部分纯化或纯化的浓缩物来添加，但是需要从立法的角度来得到批准以作为防腐剂。到目前为止，乳酸链球菌素和片球菌素的PA-1被许可用作食品防腐剂[5]。

细菌素与抗生素都是由微生物产生，用量都很小，都具有一定的抗菌谱，能

较强地抑制甚至杀死其他微生物。但是细菌素和抗生素是有区别的。抗生素是某些微生物通过酶促反应将初级代谢物转变为结构性的次级代谢物。而Nisin 等细菌素则需要通过核糖体来合成，是真正的蛋白质类物质。细菌素与抗生素的根本差别是：大部分细菌素只对近缘关系的细菌有损害作用，而且无毒、无副作用、无残留、无抗药性，同时也不污染环境。因此，细菌素的使用，可以部分减少甚至取代抗生素的使用[6]。

3 细菌素在食品基体中的应用方式

食品中细菌素的来源可以分为易地来源与原位来源。前者指加入产细菌素菌株，其在食品中生长的过程中产生细菌素；同理，后者指直接向食品中添加细菌素制剂。从食品级底物（乳或乳清）中培养的产细菌素菌株中获得的易地细菌素可以直接加入食品中。从肉汤培养基中培养出的部分纯化或浓缩的易地细菌素，可固定在载体上应用。载体作为浓缩的细菌素分子的储蓄池和扩散体源源不断地向食品基体供给细菌素。载体还可能保护细菌素免于和食品中的成分相互作用而失活。此外，只在食品表面上用细菌素（与在整个食品机体都用相比），需要量少，可以降低加工成本。

近年来在固定化细菌素方面较先进的应用是在抗菌包装上。用含有32Y 的固定化细菌素的聚乙烯膜包装无骨猪排和绞牛肉以及香肠，储藏时可以减少产单核增生细胞的菌群数量。同样，含有Nisin 的赛璐玢包膜可以减少8℃存放的新鲜小牛肉中好氧菌的数量。用Nisin 处理过的活性膜包装生牛乳与巴氏灭菌乳都可以起到减少菌群的作用[7]。因此用含有细菌素的抗菌膜包装食品，可以提高食品的质量、食用安全性以及延长货架期。产细菌素的菌株可直接作为发酵剂、发酵剂佐剂，也可以作为生物保护剂（尤其在非发酵类食品中）。产细菌素菌株作为发酵剂时能实现发酵工艺的最佳状态同时还能产生足够的细菌素用来防腐。在某些情况下，细菌素产物能增强发酵菌株的培植能力，提高竞争力和稳定性。

另外，细菌素与其他栅栏因子的组合使用也可以达到很好的保鲜效果。当多种抗菌因子共同用来杀死微生物，观察到可以大大减少其数量后，栅栏技术的概念就在食品工业中开始应用了。近年来细菌素作为栅栏技术应用的一部分，引起了很大的关注，其中已经发现了超过60多种的栅栏技术，并且能够提高食品的稳定性和质量。