由食品中有害微生物造成的食品腐败和安全问题一直受到广泛关注。为了有效抑制有害微生物的生长，延长食品保质期，提高食品安全性，食品工业中常通过物理保鲜、添加化学防腐剂或使用新型包装方式等来抑制有害微生物。近期研究发现，虽然化学防腐剂按照规定添加量单一添加时不会对人体造成损害，但防腐剂与增味剂和色素等多种添加剂混合添加时，会影响人体代谢，增加发生慢性病的风险。另外，随着生活水平的提高，消费者希望食品行业减少塑料等包装材料的使用。因此寻找天然、安全的保鲜方法成为近年来的研究热点。近年来“生物保护菌”的提出满足了消费者的这一需求。

　　生物保护菌是指可以添加到食品中的具有延长食品货架期和（或者）抑制有害微生物生长的活的微生物。东北农业大学食品学院的吕懿超、李香澳、陈 倩*等人将主要从乳酸菌产生的抑菌物质、微生物群体感应以及竞争作用等方面介绍乳酸菌的抑菌原理，同时综述了近些年乳酸菌作为生物保护菌在乳制品、肉制品、水产品和果蔬产品中的应用，并对生物保护菌未来的研究方向进行了展望。

　　乳酸菌代谢产生的有机酸，如乙酸、乳酸、碳原子数较多的脂肪酸和苯乳酸等可通过竞争作用（图1机制一）、增加细菌外膜通透性（图1机制二）、改变胞内渗透压（图1机制三），以及抑制大分子的合成（图1机制四）等方式来抑制有害微生物生长。

　　1） 能量竞争：乳酸菌代谢产生的有机酸属于弱酸，这些弱酸在细胞外液中以解离和未解离两种状态存在， 万和城招商主管！而未解离的有机酸分子可以通过自由扩散进入到细胞内。由于细胞内处于偏碱性环境，使得有机酸解离平衡向产生氢离子和酸根离子方向移动，进而产生两种离子。但是这两种离子不能通过自由扩散的方式扩散到细胞外，所以为了维持细胞内环境的稳定，细胞需要消耗ATP，通过主动运输的方式将氢离子转运到胞外。然而这是一个额外耗能过程，需要同细菌正常代谢所需能量产生竞争。

　　2） 营养竞争：除了对能量竞争外，有机酸还可以与微生物中营养物质发生作用，造成同微生物的营养竞争。

　　增加膜通透性：由于有机酸具有一定的脂溶性，可以作用于细胞膜，使得膜脂多糖和磷脂大量释放造成细胞膜稳定性降低。同时有机酸还可以通过膜表面的孔道蛋白，进入细胞外膜和细胞内膜之间的周质，并导致脂多糖羧基和磷酸基团质子化，从而使得细胞外膜被破坏，细胞内物质泄漏。参与竞争机制模式的氢离子在被转运到胞外的同时，钾离子被泵入到细胞内，造成细菌跨膜质子动力势能被破坏，胞内渗透压升高，从而破坏细菌细胞膜，导致内容物外泄，从而起到抑制微生物生长的作用。

　　改变胞内渗透压：有机酸在胞内解离，以氢离子和酸根阴离子形式存在于细胞内。因此有机酸进入细胞质，不仅会导致胞内渗透压升高，还会导致阴阳离子浓度升高。为了恢复胞内渗透压，保持内外有机酸分子和阴阳离子浓度平衡，细胞需要释放阴阳离子。但是释放没有选择性，一些带有负电的细菌生长所需前体物质及辅助因子会同酸根离子一起被释放到胞外，导致微生物生长受阻。

　　抑制大分子合成：有机酸可以通过影响微生物DNA的合成影响转录过程，进而影响合成相应蛋白质来抑制微生物生长。由于乳酸菌产生乳酸并在胞内聚集，原本糖酵解的中间产物丙酮酸由于反馈抑制不能继续转化成乳酸，而使得丙酮酸在细胞中积累。为了减少丙酮酸在细胞中的积累，细胞通过增强磷酸戊糖途径所需要酶的转录能力，提高酶的含量，减少丙酮酸的积累，同时降低了细胞产能，从而抑制细菌生长。

　　羊毛硫抗生素：A型羊毛硫抗生素对革兰氏阳性菌具有较好的抑制作用，但对革兰氏阴性菌、真菌和酵母基本没有效果。通过体外模拟A型羊毛硫抗生素对磷脂双分子层的研究发现，细胞膜表面的孔道主要经过4 步形成（图2）：1）细菌素通过静电相互作用与靶细菌的细胞膜相结合；2）细菌素氮端与细菌细胞膜结合；3）细菌素碳端跨过细菌细胞膜；4）在细菌细胞膜上形成孔道，造成细胞膜通透性增加。

　　肽类细菌素：II类细菌素是一类热稳定、未修饰的小肽，分为4 类：IIa类（类乳酸片球菌素细菌素）是一类热稳定性小肽，是通过两个甘氨酸残基加工形成的前体合成的，对单核细胞增生李斯特菌有强烈的抑菌活性，氮端具有共有序列YGNGVX-C；IIb类（双肽、未修饰细菌素）是由两个不同的肽组成一个具有抗菌活性的络合物；IIc类（环状细菌素）和IId类（未修饰、线性、非类乳酸片球菌素细菌素）。

　　热敏感大分子蛋白：III类细菌素是一种热敏感大分子蛋白，分子质量一般大于30 kDa。这类细菌素也是通过在细菌细胞膜上形成孔道，从而导致细胞膜通透性增加，达到抑菌目的。但是与A型羊毛硫抗生素相比，III类细菌素有较好的广谱性，可以有效抑制革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌的生长。

　　大分子复合物：IV类细菌素是由碳水化合物、蛋白质和类脂基团组成的大分子复合物，可以有效抑制真菌和革兰氏阴性菌的生长。赵娜等发现瑞士乳杆菌AJT（Lb. helveticus AJT）可以产生对大肠埃希氏菌、金黄色葡萄球菌和青霉有抑制作用抗菌物质。排除酸性物质和过氧化氢的影响后，抗菌物质经蛋白酶处理，发现抗菌活性下降但依然具有抗菌活性，从而表明抗菌物质是由蛋白和非蛋白物质复合而成，属于IV类细菌素。

　　群体感应抑制剂就是一类通过调控微生物群体感应系统来抑制腐败菌的生长或者降低其对环境耐受性的物质。群体感应抑制剂一般通过阻断信号分子的合成（图3A）、降解群体感应信号分子（图3B）和降低或抑制信号分子受体蛋白的活性（图3C）来抑制群体感应的进行，从而对腐败菌或致病菌产生抑制作用。

　　乳酸菌产生的蛋白质类化合物一般分为两类：一类是由核糖体合成的抑菌肽，上述提到的细菌素类就属于此类；另一类是通过蛋白酶酶解产生的肽类，而非核糖体合成，以下提及的蛋白类物质就是通过细菌蛋白酶酶解作用产生的。

　　胞外多糖：胞外多糖是乳酸菌的一种代谢产物，可分为只含单一类型单糖单体的同聚多糖和含多种不同类型单糖单体的杂聚多糖。近些年的研究中发现胞外多糖具有抑菌活性。

　　二氧化碳：乳酸菌异型发酵可产生二氧化碳，二氧化碳可以有效抑制革兰氏阴性需氧菌和霉菌。二氧化碳的抑菌机制通过以下途径：二氧化碳的产生可以形成厌氧环境，从而使得需氧型微生物受到抑制；并且二氧化碳可以溶于细胞液中，导致pH值下降从而导致细胞内一些酶活性下降，不仅影响了细胞代谢，还降低了细胞膜的传递能力。

　　过氧化氢：过氧化氢是由乳酸菌中黄素氧化酶在有氧条件下产生的，并且因为大多数乳酸菌中没有过氧化氢酶，使得过氧化氢在环境中积累，而过氧化氢可以通过氧化作用破坏羟自由基，从而抑制微生物生长。

　　罗氏菌素：3-羟基丙醛又称罗氏菌素，是罗伊氏乳杆菌（Lactobacillus reuteri）、短乳杆菌（Lactobacillus brevis）、布氏乳杆菌（Lactobacillus buchneri）等在厌氧条件下分解甘油产生的一种广谱抑菌物质，可以有效抑制革兰氏阳性菌和阴性菌、霉菌和酵母。

　　虽然乳酸菌可以产生抑菌物质，但是生成量一般低于它们各自的抑菌浓度，所以除了产生抑菌物质，推测还存在其他的抑菌途径。营养竞争是一种重要的竞争方式，通常是指乳酸菌同腐败菌对营养物质进行竞争，其可通过较快的速度利用营养物质，造成腐败菌失去营养，进而生长受到抑制。这种营养竞争既可以单独作为一种作用机制，也可以与乳酸菌产生的抑菌物质协同作用。

　　乳制品因其具有较低pH值、中等水分活度和丰富的营养物质极易被微生物污染而腐败变质，其中霉菌和酵母菌是造成乳制品变质的主要微生物。霉菌属中的青霉菌属（Penicillium）、毛霉菌属（Mucor）和枝孢菌属（Cladosporium），酵母菌属中的假丝酵母属（Candida）、克鲁维酵母属（Kluyveromyces）和亚罗酵母属（Yarrowia）都是乳制品中常见有害微生物。近些年的研究发现多种乳酸菌不仅可以作为生物保护菌抑制乳制品中真菌的生长，还能作为一种发酵剂赋予乳制品特殊风味。

　　肉及肉制品含有丰富的营养物质及大量的水分，因此在加工、贮藏和销售环节很容易受到假单胞菌、大肠埃希氏菌、单核细胞增生李斯特菌、金黄色葡萄球菌和沙门氏菌等有害微生物的污染。肠杆菌科、假单胞菌和热杀索丝菌是线 ℃贮藏过程中的主要腐败菌，其中假单胞菌随着贮藏时间的延长逐渐成为优势腐败菌，而Zhang Yimin等发现在真空包装牛肉切片中接种清酒乳杆菌和弯曲乳杆菌可以显著抑制肠杆菌科、假单胞菌和热杀索丝菌3 种腐败菌的生长，并且能够有效降低生牛肉切片微生物的多样性及贮藏过程中挥发性盐基氮类物质的产生。

　　与肉制品类似，水产品富含蛋白质和不饱和脂肪酸等营养物质，易受到微生物污染发生腐败变质。为了防止因水产品的腐败而造成的浪费和安全问题，乳酸菌作为生物保护菌近几年被广泛用于水产品中。其中乳酸乳球菌是一种良好的生物保护菌，Ibrahim等将乳酸乳球菌添加到真空包装生三文鱼中后发现乳酸乳球菌不仅可以显著延长产品货架期，而且不会改变产品原有感官特性。除此之外，一株可以产生细菌素的戊糖乳杆菌也被应用于生鲜三文鱼片保鲜，其可以控制鱼肉中嗜水气单胞菌和单核细胞增生李斯特菌的生长，并且即使冷链遭到破坏也可以起到保护作用。

　　新鲜果蔬由于富含有益于人体健康的物质（例如维生素、矿物质和膳食纤维等）深受消费者喜爱。但新鲜果蔬容易受到微生物污染，货架期相对较短。而常用的热加工处理和添加化学防腐的杀菌方法会破坏果蔬的感官和营养特性。相比之下，将生物保护菌——乳酸菌喷涂在果蔬表面因既不会破坏果蔬品质和营养，又可以起到抑制有害微生物的作用，而深受研究者青睐。

　　乳酸菌作为生物保护菌可以通过多种机制抑制食品中细菌和真菌生长，降低食源性微生物腐败和致病风险，可以有效延长食品保质期。并且大量的研究已经证实乳酸菌在食品中除了具有抑菌活性，还具有降解真菌毒素、降低不良风味、改良食品颜色和赋予食品特殊风味等作用。因此乳酸菌作为生物保护菌应用于食品中日益受到研究者青睐。

　　本文《乳酸菌作为生物保护菌的抑菌机理及其在食品中应用的研究进展》来源于《食品科学》2021年42卷19期281-290页，作者：吕懿超，李香澳，王凯博，孔保华，陈倩。DOI:10.7506/spkx0620-279。点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

　　为进一步促进动物源食品科学的发展，带动产业的技术创新，更好的保障人类身体健康和提高生活品质，北京食品科学研究院和中国食品杂志社在宁波和西宁成功召开前两届“动物源食品科学与人类健康国际研讨会”的基础上，将与郑州轻工业大学、河南农业大学、河南工业大学、河南科技学院、许昌学院于2022年5月7-8日在河南郑州共同举办“2022年动物源食品科学与人类健康国际研讨会”。欢迎相关专家、学者、企业家参加此次国际研讨会。