戊糖片球菌的益生功能及其在食品科学领域中的应用

曹振辉 潘洪彬 张鲜焰 汪思凡 刘永仕 林秋叶

摘要 介绍了戊糖片球菌的抑制食源性致病菌、调节肠道免疫功能、降低胆固醇、抗肿瘤等益生功能，综述了其微生物制剂在食品科学领域中的应用，主要包括发酵肉制品、乳制品和蔬菜，并对其研究前景进行了展望。

关键词 乳酸菌；戊糖片球菌；食品发酵剂；益生功能

中图分类号 TS201.3 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2016）09-106-03

Abstract The beneficial function of Pediococcus pentosaceus was introduced， such as antitumor， restricting the foodborne pathogen， adjusting the intestinal immunity， and reducing the cholesterol. Application of P. pentosaceus in the field of food sciences were reviewed， including vegetables， dairy products and fermented meat product. The research prospect was put forward.

Key words Lactic acid bacteria； Pediococcus pentosaceus； Food starter culture； Probiotic function

乳酸菌作为益生菌的重要种类，在世界范围内已被公认为安全（Generally Recognized as Safe，GRAS）等级的食品微生物[1]。戊糖片球菌（Pediococcus pentosaceus）属链球菌科片球菌属，为革兰氏阳性菌，因能发酵葡萄糖产生乳酸而属于乳酸菌的一种。目前，戊糖片球菌的益生功能及其在发酵肉制品、发酵乳制品和发酵蔬菜等食品加工过程中的应用已受到食品科学领域学者的高度重视。笔者主要综述了戊糖片球菌的益生功能及其微生物制剂在食品科学领域中的应用研究进展，以期为戊糖片球菌的研究及开发提供理论依据。

1 戊糖片球菌的益生功能

1.1 抑制食源性致病菌

食源性细菌感染在全球范围内普遍发生，且呈逐年上升趋势，世界卫生组织已将其列为危害公众健康的重要因素[2]。研究表明，从发酵食品中分离得到的戊糖片球菌能显著抑制食源性致病菌的生长，显示出作为新型抗菌剂的良好发展前景。曹振辉等[3]从云南萝卜泡菜中分离得到的戊糖片球菌L1显著抑制了福氏志贺氏菌CMCC（B）51592、大肠杆菌CMCC44825和鼠伤寒沙门氏菌CMCC（B）50115的生长，抑菌效果均显著高于参考菌株鼠李糖乳杆菌。Gurira等[4]从南非农场自制高达奶酪中分离得到61株戊糖片球菌，其中，6株戊糖片球菌可显著抑制单胞李斯特菌ATCC7644增殖，另外8株戊糖片球菌有效抑制了蜡样芽孢杆菌ATCC1178增殖。Vidhyasagar等[5]从印度南部传统发酵食品Idly batter中分离得到6株戊糖片球菌菌株（编号为VJ13、VJ31、VJ35、VJ41、VJ56、VJ49），研究发现他们均能显著抑制主要食源性致病菌包括粪肠球菌MTCC439、金黄色酿脓葡萄球菌MTCC737、单胞李斯特菌MTCC657、蜡样芽孢杆菌MTCC1272、嗜水气单孢菌MTCC1739、副溶血弧菌MTCC451、大肠杆菌MTCC728的生长，其中戊糖片球菌VJ13的抗菌作用最强，并能与单胞李斯特菌MTCC657和大肠杆菌MTCC728共凝集，同时可有效黏附在肠上皮细胞Caco2表面。戊糖片球菌抗菌作用机制主要包括：①分泌细菌素直接杀伤致病菌[6]；②分泌的有机酸渗入致病菌细胞膜降低胞内pH抑制代谢[7]，同时pH降低可以抑制致病菌毒力因子基因表达[8]；③通过与致病菌竞争肠上皮细胞黏附位点，抑制致病菌黏附[5]；④通过与致病菌凝集在一起，使其无法发挥致病作用[5]。

1.2 调节肠道免疫功能

随着人类对肠道微生物增强机体免疫力研究的深入，筛选具有免疫调节作用的益生菌已成为食品科学的研究热点之一[9]。体内外研究表明，戊糖片球菌可显著增强机体系统和局部免疫功能。曹振辉等[3]研究了自行分离的戊糖片球菌L1对人肠上皮细胞炎症因子和NFκB炎症信号通路关键基因表达的影响，结果表明戊糖片球菌L1与HT29人肠上皮细胞预孵育后，显著抑制了IL8、CCL20、CXCL10、CXCL1、NFKB1、RELA基因的mRNA表达水平以及细胞培养上清中IL8的分泌水平，证实了戊糖片球菌在肠上皮细胞水平的免疫调节作用。Masuda等[10]从日本传统发酵食品Sunki泡菜中分离得到戊糖片球菌Sn26，研究结果表明戊糖片球菌Sn26与增加了BALB/c小鼠派伊尔小结中Th1型细胞因子IL12和IFNγ的分泌水平。同时，戊糖片球菌抑制了卵清蛋白诱导过敏腹泻BALB/c小鼠脾脏细胞中免疫球蛋白E的分泌水平，该研究结果在体内试验中得到进一步证实。Osmanagaoglu等[11]从人乳中分离得到戊糖片球菌OZF，将其口服灌胃给BALB/c小鼠，分析血清中炎症因子IL6、IL12和IFNγ分泌水平，结果表明口服戊糖片球菌OZF显著增加了血清中IL6水平。戊糖片球菌免疫调节作用机制主要包括：①通过调节免疫器官和/或细胞产生的细胞因子的表达和分泌，发挥免疫调节作用；②全基因组序列分析检测结果显示，戊糖片球菌基因组中含有具有免疫调节作用的γ氨基丁酸和特异性肽聚糖基因，揭示了戊糖片球菌免疫调节作用的分子基础[12]。

1.3 降低胆固醇

胆固醇虽然在机体内具有多种生理功能，但血液中胆固醇升高是冠心病发生的重要危险因素[13]。体内外研究表明，从发酵食品中分离得到的戊糖片球菌可显著抑制胆固醇吸收，降低血液中胆固醇水平。Vidhyasagar等[5]从南印度发酵食品Idly batter中分离得到的6株戊糖片球菌均能有效同化添加0.3%胆盐MRS培养基中的胆固醇（100～200 μg/mL），降低胆固醇达58%～73%。Zhao等[14]从龙眼分离得到戊糖片球菌LP28菌株，首先建立高脂日粮诱导肥胖小鼠（雄性C57BL/6Jcl）模型，连续56 d口服灌胃LP28，研究其对体重和肝脏脂质含量及脂肪代谢相关基因表达的影响。结果表明，口服灌胃LP28显著降低了高脂日粮诱导肥胖小鼠的体重和肝脏中甘油三脂和胆固醇含量，同时LP28组肥胖小鼠的腹腔内脏脂肪、肝脏中脂肪细胞和脂滴大小均显著减少，RTPCR检测结果显示，LP28顯著抑制了脂肪代谢相关基因如CD36和过氧化物酶体增殖物激活受体γ的表达。Damodharan等[15]建立动脉粥样硬化日粮诱导高脂血症小鼠（雄性C57BL/6J）模型，28 d后每天给高脂血症小鼠口服灌胃一次3 × 108 cfu戊糖片球菌KID7，连续灌胃32 d，结果表明戊糖片球菌KID7显著降低了血清中总胆固醇、低密度脂肪酸、谷丙转氨酶含量及肝脏中总胆固醇水平，同时粪便中游离胆酸含量明显增加。戊糖片球菌降胆固醇的作用机制主要包括：①同化胆固醇，降低胆固醇含量；②具有胆盐水解酶活性，将胆盐解共轭产生游离胆酸排出体外，胆固醇转化为胆酸用于补偿这部分损失，从而降低胆固醇吸收[16]。

1.4 抗肿瘤

癌症是全球死亡率最高的疾病[17]，研究表明戊糖片球菌可显著抑制癌症细胞增殖，具有抗肿瘤功效。Thirabunyanon等[18]从健康婴儿粪便中分离到戊糖片球菌FPS，其对上皮细胞的黏附能力和产生的短链脂肪酸含量与抑制结肠癌细胞作用呈正相关，提示戊糖片球菌FPS通过上述协同机制抑制肿瘤细胞增长发挥抗癌作用。Shukla等[19]从发酵黄瓜中分离得到戊糖片球菌CRAG3，该菌产生的多孔支链葡聚糖显著抑制了子宫颈癌细胞Hela和结肠癌细胞HT29的生长，抑制作用呈剂量依赖性，葡聚糖对Hela和HT29细胞的最大抑制率分别为36.7%和65.8%。戊糖片球菌抗肿瘤作用机制尚不明确，据推测可能主要通过：①分泌有机酸诱导肿瘤细胞凋亡[18]；②产生的葡聚糖修饰膜表面蛋白降低肿瘤细胞黏附，抑制细胞铺展和转移[19]。

2 戊糖片球菌在食品科学领域中的应用

2.1 发酵肉制品

发酵肉制品是指在自然或人工可控制的环境条件下，通过微生物或酶的发酵作用，使原料肉发生一系列复杂的生物化学和物理变化，从而形成特殊风味、质地、色泽的肉制品[20]。发酵肉制品虽是人们贮藏肉类最古老的方法，但其独特的风味和质地已被现代人们所接受。研究发现戊糖片球菌是火腿（云南）[21]、酸肉（重庆）[22]、腊鱼（湖北）[23]、咸鱼（北海）[24]等我国传统发酵肉制品的固有乳酸菌种类。从自然发酵的腊肠中分离得到戊糖片球菌I9，将其作为发酵剂应用于发酵香肠的制作中，发现发酵肠的蛋白质和水分含量很高，口感优于腊肠，且出品率高[25]；从传统腌制品咸鱼中分离得到的戊糖片球菌可产生亚硝酸盐还原酶，可降解咸鱼研制过程中产生的亚硝酸盐，提高咸鱼制品的安全性[26]。以戊糖片球菌、植物乳杆菌和汉逊德巴利酵母组成的复合发酵制剂制作广式香肠，正交试验结果表明，3种菌中戊糖片球菌对发酵品质的影响最重要，当上述3种菌的比例为5∶10∶5（V/V/V）时，广式发酵香肠品质最佳，且能降低pH和亚硝酸盐的含量，提高食用安全性[27]。

2.2 發酵乳制品

戊糖片球菌存在于多种奶酪中，可加快奶酪成熟，具有作为奶酪发酵菌剂的发展潜力。Gerasi等[28]从传统瑞士Manura奶酪中分离得到16株戊糖片球菌，并指出作为唯一存在于奶酪中的片球菌，戊糖片球菌是促进Manura奶酪中风味形成和加快发酵的优势菌群。Carafa等[29]从意大利传统发酵山地Malaga奶酪中分离得到95株乳酸菌，其中29株乳酸菌为戊糖片球菌，具有快速产酸、胆盐水解酶活性和产生共轭亚油酸的特性，是Malaga奶酪中的优势菌。最新研究发现，应用戊糖片球菌发酵乳制品，可以产生原料奶中没有的新型活性成分，提高了发酵乳制品的功能性。Balakrishnan等[30]应用从奶酪中分离得到的1株戊糖片球菌分别发酵牛乳、羊乳和驼乳，37 ℃发酵24 h，所有发酵乳的pH均从6.5降为5.0，1，1二苯基苦基苯肼自由基清除能力检测结果显示，发酵羊乳、驼乳和牛乳的自由基清除能力分别为93%、86%和79%，均显著高于未发酵乳，推测发酵乳中的新型抗氧化活性物质是发酵过程中产生的肽类。进一步研究发现，发酵乳中的硬脂酸、油酸和亚油酸的含量显著增加，表明发酵提高了乳制品的营养价值。Yu等[31]从我国泡菜中分离得到1株戊糖片球菌SK25，能将苯丙酮酸转化生成抗菌物质3苯基乳酸，将其接种到牛奶中30 ℃发酵12 h，结果显示采用戊糖片球菌SK25制备的发酵牛奶中含有47.2 mg/L的3苯基乳酸。

2.3 发酵蔬菜

发酵蔬菜是指以蔬菜为原料，依靠乳酸菌等有益微生物的发酵作用对蔬菜进行加工和保藏的一种处理方式[32]。其中，泡菜由于其独特的冷加工处理方式，在保留了蔬菜的营养成分的同时，又具有良好的口感和感官品质，深受广大消费者喜爱。巨晓英等[33]对自然发酵泡菜的乳酸菌进行分离，经形态、生化特征鉴定，结果表明戊糖片球菌是自然发酵泡菜的优势菌种，在泡菜的发酵过程中起关键作用。与自然发酵和老盐水发酵相比，由相同数量的戊糖片球菌PP和植物乳杆菌P158组成（1.18×1011 cfu/g）的直投式复合菌剂加工而成的泡菜，感官品质较优，乳酸菌数量较高，亚硝酸盐含量更低，表明含有戊糖片球菌的发酵菌剂可显著缩短发酵周期，提高泡菜的食用安全性；且在取出成熟泡菜，添加辅料后，可实现泡菜的循环发酵[34]。

上述研究表明，戊糖片球菌是自然发酵肉制品和发酵蔬菜中的固有乳酸菌种类，其本身或与其他菌组成混合发酵菌剂产品，可用于发酵肉制品和发酵蔬菜工业化生产，且在提升产品品质、保证食用安全性、提高生产效率方面有积极作用。

3 展望

在我国，几乎每个地区或民族都有自己独特的发酵食品，每一种发酵食品都是一个巨大的乳酸菌资源库，深入挖掘具有益生功能、良好发酵特性的乳酸菌资源，开发具有我国自主知识产权的乳酸菌制剂具有重大意义。中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会2014年第6号公告指出，根据《中华人民共和国食品安全法》和《新食品原料安全性审查管理办法》有关规定，批准戊糖片球菌为食用菌种，其作为原料生产的食品符合国家法律、法规、标准规定。因此，以我国多种多样的乳酸菌发酵制品为原料，筛选戊糖片球菌，并利用现代微生物和分子生物学技术进行遗传改造，开发乳酸菌制剂前景广阔。

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