乳酸菌在食品防腐中的应用探析

时间：2024-05-14

王富

（四川旅游学院，四川成都 610000）

随着经济条件的不断改善，人们对于食品健康安全的重视程度不断提升。食品防腐一直是学术研究中的重点问题。通过采取有效措施避免食品腐烂变质，保障食品质量，可以更好地保障人们的食品安全。乳酸菌是目前学术研究中公认的一种安全微生物，因此近些年其在食品防腐中被广泛应用，并且取得了显著效果。

1 乳酸菌概述

乳酸菌是一类革兰氏阳性球菌或杆菌的统称，这些革兰氏阳性球菌或杆菌能够发酵碳水化合物，并生成乳酸。乳酸菌特征主要包括以下4点：①细胞为革兰氏阳性；②细胞形态为杆菌或球菌；③不形成内生孢子；④能够分解蛋白质，但是在分解过程中不会产生腐败产物。

目前学术界关于乳酸菌的分类尚未形成统一认识。世界上已知的乳酸菌有90多种，主要归于4个菌属，其中乳杆菌属包含的乳酸菌种类最多，达到44种，这些乳酸菌的生存环境主要为乳制品以及一些食品的酿造过程等。双歧杆菌属包含的乳酸菌种类次之，为24种，这些乳酸菌生存环境主要为动物肠管以及口腔等。链球菌属和片球菌属包含的乳酸菌种类分别为14种和8种，乳酸菌生存的环境主要为动物肠管、乳制品、腌制品及发酵物等。除了上述4个菌属，还有部分乳酸菌属于明串珠菌属和产孢乳杆菌属，其包含的乳酸菌种类数量相对较少。

2 乳酸菌食品防腐机理

乳酸菌之所以能够用于食品防腐，根本原因在于乳酸菌可以通过多种方式来抑制腐败菌的生长。本文通过对已有研究进行梳理，将乳酸菌抑制腐败菌生长途径整体分为两种：①通过生成苯乳酸以及乙酸等有机酸来抑制腐败菌生长；②通过生成细菌素来抑制腐败菌生长。

2.1 生成有机酸抑制腐败菌生长

有机酸可以有效抑制病菌以及腐败菌，因此在食品防腐中具有非常重要的作用。乳酸菌在代谢过程中可以产生有机酸，比如苯乳酸以及乳酸等，因此可以起到良好的食品防腐功效。

苯乳酸是乳酸菌代谢过程中产生的一种典型的有机酸抑菌物质，其相比Nisin等细菌素在抑菌谱系方面更为广泛，可以有效抑制食源性病原菌和腐败菌，尤其是对于真菌污染具有非常好的应用效果[1]。苯乳酸具有良好的溶解性和稳定性，这些为其在食品防腐中的应用奠定了良好的基础，因此其作为一种有机酸生物防腐剂，在食品防腐中得到推广应用。近些年随着学者们研究的不断深入，发现苯乳酸对格兰氏阳性、阴性细菌以及真核微生物均可以起到良好的抑制作用。有研究人员应用扫描电镜进行观察，首次对苯乳酸的抑菌机理进行了研究，认为苯乳酸的抑菌机制与溶菌酶较为类似，是通过作用于细胞壁起到抑菌作用，而不是作用于细菌的细胞膜等，同时认为苯乳酸的抑菌机制与细菌的生长周期不存在任何关系。相关研究指出苯乳酸能够改变丝状真菌蛋白质的表达，因此推测苯乳酸的抑菌机制可能因其作用于真菌细胞的苯丙氨酸脱氢酶，但是如何作用于苯丙氨酸脱氢酶尚未给出明确解释。

乳酸是乳酸菌在发酵过程中的主要产物之一，其在香肠等发酵肉制品中广泛分布。乳酸具有良好的亲水性，并且可以溶解多种蛋白质、角质以及其他一些难溶物质，能够有效抑制肠道菌等有害细菌，促进机体代谢以及消化，因此在食品加工行业中广泛应用。在过去乳酸主要被当作酸化剂和风味剂在食品加工行业中应用，较少用作防腐剂。近些年，人们逐渐认识到乳酸在食品防腐中的重要价值，特别是认识到其对肠道腐败细菌的抑制作用，才开始在肉制品防腐保鲜中进行广泛应用[2]。乳酸对于腐败细菌的抑制作用主要体现在其可以降低环境的pH值以及氧化还原电位值，增强环境的酸性程度，抑制致病菌的生长代谢过程，从而有效抑制痢疾杆菌、伤寒杆菌以及葡萄球菌等。研究人员发现表示乳酸不仅可以独立发挥食品防腐作用，其还可以与食盐以及姜等进行协同作用，起到更好的防腐效果。整体来说，乳酸的防腐杀菌能力效果一般，但是通过一系列反应所生成的乳酸钠以及乳酸钙等乳酸盐在食品特别是肉制品防腐中具有良好的表现。目前，乳酸钠以及乳酸钙等乳酸盐已经被美国食品与药品管理局认定为安全产品，这为乳酸盐在食品防腐中的应用提供了良好条件。

2.2 生成细菌素抑制腐败菌生长

细菌素是一种具有抗菌活性的蛋白质，具有良好的防腐抗菌功效。乳酸菌细菌素基于不同的维度可以进行不同的分类。基于分子量、热稳定性以及是否存在修饰性氨基酸可以将其分为羊毛硫细菌素、小分子热稳定肽、大分子热不稳定蛋白和蛋白复合体细菌素。羊毛硫细菌素在核糖体上合成，经翻译后修饰生成活性，分子量不超过5 kDa，基于分子结构形状可以将该类细菌素进一步分为线形和环形两种类型，乳酸链球菌细菌素是常见的线形细菌素，粟酒乳杆菌细菌素是常见的环形细菌素[3]。小分子热稳定肽分子量不超过10 kDa，可以进一步分为Iia、IIB和IIC 3个亚类，不同亚类在分子结构方面存在一定的差异，但是均具有良好的抑菌能力。大分子热不稳定蛋白相对来说分子量较大，通常大于30 kDa，对温度较为敏感，在90 ℃环境下处理30 min便会丧失活性。蛋白复合体细菌素也是乳酸菌产生的一种较为常见的细菌素，较为典型的有lactocin 27和plantarcin S等，但是该类细菌素在食品防腐中应用相对较少。

乳酸菌产生的细菌素在抑菌谱系方面相对较窄，主要作用于产生菌同种以及具有亲缘关系的菌种，不同细菌素在抑菌谱方面也存在明显的差异。通常情况下革兰氏阴性菌细菌素主要抑制亲缘关系较近的菌种，革兰氏阳性菌抑菌谱更为广泛，其除了能够抑制亲缘关系较近的菌种外，还能够抑制亲缘关系较远的菌种，包括肉毒梭菌、产气荚膜梭菌以及金黄色葡萄球菌等病原菌和腐败微生物[4]。目前乳酸菌各个菌属均有能够产生细菌素的菌株，这些菌株所产生的细菌素在分子量、理化性质以及抑菌谱等方面具有较为明显的差异，部分细菌素可以抑制大肠杆菌以及金黄色葡萄球菌，部分细菌素能够对酵母菌等真菌进行有效抑制。近些年随着学者们研究的不断深入，也发现了一些广谱细菌素，其能够对大肠杆菌、乳酸球菌以及金黄色葡萄球菌等多种细菌进行有效抑制[5]。

乳酸菌产生的细菌素在抑菌机理方面存在多种作用方式，整体上可以将细菌素抑菌机理分为3种作用方式：①羊毛硫细菌素等第一类细菌素在抑菌方面具有双重作用方式，其可以绑定脂质Ⅱ，通过抑制细菌细胞壁的合成来杀灭细菌，也可以将脂质Ⅱ作为对接分子插入膜中来杀灭细菌；②第二类细菌素具有两性分子螺旋结构，可以插入靶细胞的膜中来杀灭细菌；③第三类细菌素主要是通过直接作用于细菌细胞壁来杀灭细菌。

3 乳酸菌在食品防腐中的具体应用

通过上述分析可知，乳酸菌代谢产物有机酸以及细菌素等均可以起到良好的食品防腐作用，因此近些年乳酸菌在食品防腐中得到了广泛应用，具体来说应用方式包括如下两种。

3.1 乳酸菌单独应用于食品防腐

乳酸菌单独应用于食品防腐又可以进一步分为直接添加到食品中和改善食品包装两种类型。将乳酸菌代谢产物直接添加到食品中来发挥其防腐作用目前应用最为广泛，不管是乳酸菌产生的有机酸还是细菌素，均具有良好的安全性，将其添加到食品中，可以有效延长食品的保质期，起到良好的保鲜作用。研究人员将乳酸菌发酵液喷涂到冷却羊肉表面，结果表明其可以将冷却羊肉的保质期提高1 d以上，将乳酸菌发酵液喷涂到真空包装的冷却羊肉，结果显示羊肉货架期从原来的24 d延长至40 d。需要注意的是乳酸菌产生的不同类型的有机酸以及不同类型的细菌素在食品防腐中存在一定的差异，如Nisin细菌素能够抑制大部分革兰氏阳性菌，但是对于酵母菌以及霉菌等作用效果较差，可见其对于乳制品的防腐效果要优于肉制品；再如Pediocin类细菌素对于李斯特菌具有良好的抑制作用，特别适合鸡肉的防腐保鲜。因此应该基于食品类型选择更为合适的有机酸和细菌素。除了喷涂和浸润方式外，还可以将乳酸菌应用于肉品质包装领域来发挥其防腐作用。研究人员发现将乳酸菌细菌素涂抹在聚乙烯包装表面，同样可以起到良好的抑菌防腐效果。目前Nisin细菌素在食品包装领域应用最为广泛，其可以显著提升包装材料的抗菌性。

3.2 乳酸菌联合其他方法联合应用于食品防腐

随着人们对食品安全问题重视程度不断增加，各种灭菌防腐方法得到了发展。每种方法具有不同的特点和适用性，通过将两种及以上方法组合应用，往往能够获得应用单一方法难以取得的效果。因此，近些年将乳酸菌防腐与高压、高温以及添加防腐剂等传统方法联合应用也成为学术研究的重点。有研究指出联合应用高压杀菌、Nisin细菌素以及乳酸盐，能够更为有效地抑制李斯特菌以及沙门氏菌的生长，作用机理在于在高压环境下这些细菌对于Nisin以及乳酸盐的抑制作用更为敏感，因此其建议在熟肉食品中可以综合采用这3种方法来延长保质期。