戊糖乳桿菌及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用

孫茂成，張 嵐，劉 敏，王舒然

（吉林醫(yī)藥學(xué)院食品質(zhì)量與安全教研室，吉林吉林132013）

戊糖乳桿菌及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用

孫茂成，張 嵐，劉 敏，王舒然*

（吉林醫(yī)藥學(xué)院食品質(zhì)量與安全教研室，吉林吉林132013）

戊糖乳桿菌是一種重要的乳酸菌，廣泛存在于傳統(tǒng)發(fā)酵食品中，其在食品工業(yè)中的應(yīng)用潛力受到越來(lái)越多的關(guān)注。本文綜述了戊糖乳桿菌的生理生化性質(zhì)、生物學(xué)功能及其在功能食品開(kāi)發(fā)、橄欖發(fā)酵食品和生物表面活性劑方面的研究進(jìn)展，為加快戊糖乳桿菌在食品工業(yè)中的應(yīng)用提供理論參考。

戊糖乳桿菌；功能性食品；橄欖發(fā)酵食品；生物表面活性劑

戊糖乳桿菌（Lactobacillus pentosus）是乳酸菌的一種，在分類學(xué)中歸于硬壁菌門（Firmicutes），桿菌綱（Bacilli）、乳桿菌目（Lactococcus）、乳桿菌科（Lactobacillaceae）、乳桿菌屬（Lactobacillus）。L.pentosus最初被鑒定為植物乳桿菌（Lactobacillus plantarum），而后由于分子生物學(xué)的發(fā)展，利用recA基因?qū)⑵渲匦聞澐譃長(zhǎng).pentosus[1]。自1894年，F(xiàn)RED E等[2]從德國(guó)酸菜（Sauerkraut）中分離鑒定出L.pentosus以來(lái)，發(fā)現(xiàn)其在乳制品[3-4]、發(fā)酵谷物蔬菜[5-6]和發(fā)酵肉制品等[7-8]中廣泛存在。由于L.pentosus具有特殊的抗菌和益生性質(zhì)等，使其不僅在食品發(fā)酵和保藏過(guò)程中起到了重要的作用，而且對(duì)人體健康產(chǎn)生促進(jìn)作用。2011年以來(lái)，L.pentosusMP-10[9]、L.pentosusIG1[10]和L.pentosus KCA1[11]的基因組序列先后被報(bào)道，為從基因水平解釋其生物活性提供了科學(xué)參考，從而加快了L.pentosus在食品工業(yè)的應(yīng)用研究。

1 戊糖乳桿菌的生理生化性質(zhì)

L.Pentosus呈桿狀，通常規(guī)則，1.2 μm×（2～5）μm。不生孢，無(wú)鞭毛，不運(yùn)動(dòng)，革蘭氏染色呈陽(yáng)性，兼性厭氧，兼性異養(yǎng)型乳酸發(fā)酵。在營(yíng)養(yǎng)瓊脂培養(yǎng)基上的菌落凸起、全緣和無(wú)色，直徑2～5 mm?；墚愌蹙?，需要營(yíng)養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基；不還原硝酸鹽，不液化明膠，接觸酶和氧化酶都是陰性。L.pentosus主要的C18∶1的直鏈脂肪酸是順-異油酸。其DNA（G+C）含量為46%～47%。最適生長(zhǎng)溫度為30～40℃，15℃也可生長(zhǎng)。L.pentosus可以分解阿拉伯糖、纖維二糖、果糖、半乳糖、葡萄糖、麥芽糖、甘露糖、核糖、山梨糖、蔗糖、海藻糖、木糖和棉子糖[12-13]。

2 戊糖乳桿菌的生物學(xué)功能

2.1 抗微生物性質(zhì)

L.pentosus的抗微生物性質(zhì)主要是由于菌體可以分泌乳酸和細(xì)菌素等抗菌物質(zhì)。ZHENGPX等[14]發(fā)現(xiàn)L.pentosus主要通過(guò)分泌的乳酸抑制具有耐多種藥物性質(zhì)的幽門螺桿菌（Helicobacter pylori）。L.pentosus分泌的細(xì)菌素可以抑制陰溝腸桿菌（Enterobacter cloacae）、肺炎桿菌（Klebsiella pneumoniae）、干酪乳桿菌（Lactobacillus casei）、彎曲乳桿菌（Lactobacillus curvatus）、綠膿桿菌（Pseudomonas aeruginosa）等多種微生物[15-17]。此外，L.pentosus還可以通過(guò)抑制腸道有害微生物，促進(jìn)益生菌的生長(zhǎng)來(lái)改善腸道菌群[18]。

2.2 調(diào)節(jié)免疫功能

L.pentosus具有調(diào)節(jié)機(jī)體免疫功能的性質(zhì)。IZUMO T等[19]研究發(fā)現(xiàn)，L.pentosus可以誘導(dǎo)縱膈淋巴結(jié)細(xì)胞產(chǎn)生白細(xì)胞介素（interleukin，IL-12）和γ型干擾素（interferon，IFN-γ），調(diào)節(jié)輔助T細(xì)胞Th1/Th2平衡。體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，L.pentosus可以促進(jìn)派伊爾結(jié)淋巴細(xì)胞（Peyer’spatchcells）產(chǎn)生IL-5、IL-6和免疫球蛋白A（immunoglobulin A，Ig A），從而調(diào)節(jié)黏膜免疫[20]。

2.3 抑制結(jié)腸突變因子

L.pentosus可以降解和清除腸道內(nèi)積累的苯酚、甲苯酚、吲哚等有害物質(zhì)，從而預(yù)防結(jié)腸癌的發(fā)生。體外研究發(fā)現(xiàn)，L.pentosus不但可以顯著減少添加在MRS培養(yǎng)基中苯酚和對(duì)甲酚的含量，而且對(duì)這些有害酚類物質(zhì)具有較高的耐受性，表明L.pentosus對(duì)突變因子有較好的黏附或降解作用[21]。

3 戊糖乳桿菌在食品工業(yè)中的應(yīng)用進(jìn)展

3.1 戊糖乳桿菌與功能食品開(kāi)發(fā)

3.1.1 功能性乳制品

益生菌酸奶是近些年功能乳制品的研究熱點(diǎn)。通常的酸奶發(fā)酵劑德式乳桿菌保加利亞亞種和嗜熱鏈球菌對(duì)膽汁的耐受性不好，也就是說(shuō)益生菌很難活著到達(dá)腸道，因此不利于發(fā)揮酸奶的益生功能。L.pentosusKCA1具有抑制腸道病原體等多種益生作用，還具有耐酸耐膽鹽的能力。ANUKAM K C等[22]將該菌與正常酸奶發(fā)酵劑一同使用發(fā)酵酸奶，生產(chǎn)出一種名為PENTOYO的新型益生酸奶，結(jié)果發(fā)現(xiàn)正常酸奶與益生酸奶的pH值沒(méi)有顯著不同，L.pentosus KCA1在4℃儲(chǔ)藏過(guò)程中表現(xiàn)出更強(qiáng)的生存能力（49 d）。分析L.pentosusKCA1的基因組序列發(fā)現(xiàn)其可能還具有潛在的解毒重金屬的作用，因此OSADOLOR H等[23]評(píng)價(jià)了L.pentosusKCA1對(duì)鎘和鉛的解毒作用，該研究是以30名職業(yè)油漆工人為實(shí)驗(yàn)組和15名成年健康男性為對(duì)照組，實(shí)驗(yàn)組連續(xù)飲用以L.pentosusKCA1發(fā)酵的發(fā)酵乳10 d，利用原子吸收光譜檢測(cè)血清中的鎘和鉛，結(jié)果發(fā)現(xiàn)血清中的鉛和鎘濃度均顯著下降，且血鉛濃度下降的更為明顯。另外，PAN D等[24]研究了L.pentosus作為發(fā)酵劑對(duì)酸奶風(fēng)味的影響，結(jié)果表明添加1%木糖顯著增加了酸奶中的揮發(fā)性化合物乙醇（3.08%）、2,3-丁二酮（7.77%）和乙酸（22.70%）的濃度，感官評(píng)價(jià)也表明添加1%木糖L.pentosus發(fā)酵酸奶的酸味（乙酸）和奶香味（2,3-丁二酮）的得分尤為突出。

金蘇[21]發(fā)現(xiàn)L.pentosusInd1和Ind3具有較強(qiáng)的消化道逆境環(huán)境抵抗能力和腸上皮細(xì)胞黏附能力，清除體內(nèi)誘變物質(zhì)，調(diào)節(jié)腸道菌群；并利用L.pentosusInd1和Ind3作為輔助發(fā)酵劑添加到新疆傳統(tǒng)奶酪中，結(jié)果表明添加L.pentosus使干酪的切割時(shí)間由5 h減少為4 h，成品的產(chǎn)率從5.72%提高至6.25%，有望作為益生菌應(yīng)用于功能乳品加工中。

3.1.2 老年人功能性食品

隨著生活水平的不斷提高，人口的老齡化日漸凸顯，老年人的健康問(wèn)題受到了越來(lái)越多的關(guān)注。老年人功能食品對(duì)于維持和改善老年人的身體健康具有重要的作用，受到老年人的歡迎與喜愛(ài)，因此老年人功能食品成為功能食品開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)。

研究發(fā)現(xiàn)，L.pentosus具有開(kāi)發(fā)老年人功能食品的潛力。唾液中分泌型免疫球蛋白（secretoryimmunoglobulinA，SIg A）是指示黏膜免疫功能的指標(biāo)[25]。隨著年齡的增長(zhǎng)，唾液中SIgA也隨之減少，這也許是老年人易患呼吸道感染的原因。KOTANI Y等[26]開(kāi)展了一項(xiàng)關(guān)于含L.pentosus飲料（含有4×109cells）對(duì)老年人唾液SIg A影響的隨機(jī)雙盲實(shí)驗(yàn)，將80名健康老年人隨機(jī)分為干預(yù)組和安慰劑組，結(jié)果顯示飲用12周這種飲料可以顯著增加唾液中SIg A，這說(shuō)明L.pentosus具有改善黏膜免疫功能的潛力。SHINKAI S等[27]采用隨機(jī)對(duì)照實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)了L.pentosus預(yù)防老年人感冒的效果，300名老年人隨機(jī)分為安慰劑組、低劑量組（2×109cells）和高劑量組（2×1010cells）三組，干預(yù)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行20周，結(jié)果顯示L.pentosus顯著降低了老年人的感冒風(fēng)險(xiǎn)，提示L.pentosus也許可以通過(guò)改善黏膜免疫來(lái)抵抗炎癥的侵襲。以上研究結(jié)果為利用L.pentosus開(kāi)發(fā)老年人功能食品奠定了理論基礎(chǔ)。

3.2 戊糖乳桿菌與橄欖發(fā)酵食品

發(fā)酵橄欖食品（Table olives）是西方國(guó)家食品工業(yè)中最重要的的發(fā)酵食品之一，尤其是在地中海地區(qū)，其中60%的Table olives產(chǎn)量都是西班牙式Table olive[28]。這種發(fā)酵橄欖的傳統(tǒng)加工步驟主要是先用氫氧化鈉溶液（質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.8%～2.5%）處理橄欖果實(shí)，直到浸透果實(shí)的2/3；然后用清水沖洗掉過(guò)量的堿，再用10%～11%NaCl浸泡果實(shí)，接著進(jìn)行乳酸發(fā)酵[29]。

傳統(tǒng)加工方式是自然發(fā)酵，自然發(fā)酵受發(fā)酵環(huán)境變化的影響，不利于控制產(chǎn)品質(zhì)量，且乳酸菌、酵母菌、霉菌等多種細(xì)菌都有生長(zhǎng)。為了解決上述問(wèn)題，橄欖發(fā)酵劑的開(kāi)發(fā)對(duì)于控制產(chǎn)品品質(zhì)變得至關(guān)重要。自20世紀(jì)90年代，科學(xué)家就開(kāi)始對(duì)比橄欖自然發(fā)酵和發(fā)酵劑發(fā)酵的特點(diǎn)，并推薦利用乳酸菌發(fā)酵橄欖。L.pentosus是發(fā)酵橄欖過(guò)程中的優(yōu)勢(shì)菌種，不僅可以加快發(fā)酵進(jìn)程，改善產(chǎn)品的感官特性，而且產(chǎn)生的大量乳酸有助于食品保藏，對(duì)于橄欖發(fā)酵起著至關(guān)重要的作用[30]。表1列舉了近些年來(lái)利用L.pentosus作為橄欖發(fā)酵劑的一些研究[31]。發(fā)酵劑要根據(jù)橄欖品種和加工方法來(lái)選擇，除了單獨(dú)使用L.pentosus作為橄欖發(fā)酵劑以外，往往也要和其他菌種結(jié)合使用，如Lactobacillus plantarum等。

3.3 戊糖乳桿菌與生物表面活性劑

由于表面活性劑可以通過(guò)改善疏水化合物的溶解性來(lái)形成乳劑，因此在制藥、化妝品、石油和食品工業(yè)具有廣泛的應(yīng)用前景。高濃度表面活性劑的使用是為了保證微乳化的完全性和配方的穩(wěn)定型，卻容易產(chǎn)生毒性和大量不可再利用物質(zhì)的殘留；而生物表面活性劑是具有生物降解性和低毒性的可再生資源，因此使用生物表面活性劑是解決上述問(wèn)題有效途徑[32-33]。

生物表面活性劑在食品工業(yè)可作為食品添加劑，起到乳化、發(fā)泡、增溶、潤(rùn)濕、抗黏著和抗菌的作用，可改善食品組織結(jié)構(gòu)、口感和外觀，從而提高食品品質(zhì)和延長(zhǎng)貨架期[34]。近來(lái)一些研究表明L.pentosus具有利用農(nóng)業(yè)廢棄物生產(chǎn)生物表面活性劑的能力，為低成本生物表面活性劑的生產(chǎn)提供了可能。RODRIGUES L等[35]在培養(yǎng)基中篩選具有產(chǎn)生表面活性劑能力的乳桿菌，發(fā)現(xiàn)L.pentosus的產(chǎn)表面活性劑能力是最強(qiáng)的。MOLDES A B等[36]評(píng)價(jià)了L.pentosus利用農(nóng)業(yè)廢物（大麥麩、修剪后的葡萄枝條、玉米棒和藍(lán)桉樹(shù)碎屑）作為碳源生產(chǎn)生物表面活性劑的能力，結(jié)果顯示L.pentosus利用修剪后的葡萄枝條產(chǎn)生生物表面活性劑的能力是最強(qiáng)的。VECINO X等[37]以葡萄園的剪枝作為碳源，利用傅里葉變換紅外光譜和氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)對(duì)L.pentosus表面活性劑的提取工藝進(jìn)行了優(yōu)化，結(jié)果表明最優(yōu)提取工藝的鹽濃度、提取時(shí)間和溫度分別是9g/kg、120min和45℃，并對(duì)提取的表面活性劑進(jìn)行了化學(xué)結(jié)構(gòu)鑒定，發(fā)現(xiàn)其是一種C18和C16脂肪酸的糖肽，具有在食品工業(yè)中作為乳化劑的潛力。

4 結(jié)語(yǔ)與展望

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)戊糖乳桿菌的生理生化性質(zhì)、生物學(xué)功能以及其在功能食品開(kāi)發(fā)、橄欖發(fā)酵食品和生物表面活性劑的合成方面做了大量的工作，并且獲得了很多有意義的研究成果，拓寬了其在食品工業(yè)中的應(yīng)用前景。然而大規(guī)模工業(yè)化的應(yīng)用實(shí)例卻很少，仍有許多問(wèn)題需要進(jìn)一步深入研究：解讀戊糖乳桿菌全基因組與功能的聯(lián)系，這將有利于對(duì)特殊功能菌株的篩選、鑒定和工程菌的構(gòu)建；利用基因組學(xué)、蛋白組學(xué)、轉(zhuǎn)錄組學(xué)研究戊糖乳桿菌代謝調(diào)控機(jī)制，繪制代謝指紋圖譜，這將有利于提高菌株產(chǎn)細(xì)菌素等代謝物的能力，增強(qiáng)菌株耐鹽、耐酸或耐凍干脅迫等能力；開(kāi)展戊糖乳桿菌益生作用的人體實(shí)驗(yàn)，有助于完善其與人體健康之間的關(guān)系；研究發(fā)酵食品中戊糖乳桿菌與其他微生物相互作用的機(jī)制，如群體感應(yīng)。相信隨著上述問(wèn)題的解決，將加快戊糖乳桿菌在食品工業(yè)中的應(yīng)用速度，充分發(fā)揮其價(jià)值，造福人類。

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Lactobacillus pentosusand its application in the food industry

SUN Maocheng,ZHANG Lan,LIU Min,WANG Shuran*
(Department of Food Quality and Safety,Jilin Medical University,Jilin 132013,China)

As an important species of lactic acid bacteria,Lactobacillus pentosusis widely distributed in the traditional fermented food and its potential application has gained more attention in food industry.The physiological and biochemical characteristics,biological function and the application of L.pentosusin functional food,fermented olives and biosurfactant were reviewed,in order to provide reference for accelerating the development of L.pentosusin food industry.

Lactobacillus pentosus;functional food;fermented olive;biosurfactant

Q939.97

A

0254-5071（2015）06-0011-04

10.11882/j.issn.0254-5071.2015.06.003

2015-04-24

國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（No.81472964）；吉林省衛(wèi)生計(jì)生自籌經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目（No.2014zc064）

孫茂成（1984-），男，助教，碩士，研究方向?yàn)槭称肺⑸铩?/p>

*通訊作者：王舒然（1968-），男，教授，博士，研究方向?yàn)闋I(yíng)養(yǎng)與食品衛(wèi)生。