抑制娄地青霉乳酸菌的研究进展

(内蒙古农业大学乳品生物技术与工程教育部重点实验室，呼和浩特010018)

抑制娄地青霉乳酸菌的研究进展

马玉珠，陈永福

(内蒙古农业大学乳品生物技术与工程教育部重点实验室，呼和浩特010018)

娄地青霉（Penicillium roqueforti）是青贮饲料和焙烤食品中常见的有害霉菌。本文简述了娄地青霉对青贮饲料和焙烤食品的污染情况，针对可以抑制娄地青霉生长的乳酸菌种类、抑制机理和具体应用进行了论述。旨在为乳酸菌防治娄地青霉的研究提供参考。

娄地青霉；乳酸菌；毒素

0 引言

娄地青霉（Penicillium roqueforti）是一种耐酸、耐低氧和耐高浓度二氧化碳的真菌[1]，在青贮饲料中检出率最高[2]，也会污染焙烤食品、肉制品和低温保藏食品等[3]。娄地青霉能够代谢生成毒素，如PR毒素（PR-toxin）、异烟棒曲霉素C（roquefortine C）、霉酚酸（mycophenolic acid）和酪青霉毒素（roquefortin）等，动物食用被污染的饲料后表现出食欲减退、腹泻、酮病和肠胃炎等症状[4]。

利用生物防治方法防治霉菌具有更高的安全性，而乳酸菌是公认安全的微生物，因此利用乳酸菌防治青贮饲料或食品中的娄地青霉具有很好的前景，如植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum）、瑞士乳杆菌（Lactoba⁃cillus helveticus）和干酪乳杆菌（Lactobacillus casei）等。

本文综述了娄地青霉的危害，抑制娄地青霉乳酸菌的种类、机理和具体应用，以期为娄地青霉的生物防治提供借鉴。

1 娄地青霉的危害

娄地青霉的生长导致饲料和食品的腐败变质，并产生毒素，其代谢产物PR毒素毒性最强，霉酚酸和异烟棒曲霉素C分别具有抑制免疫力和毒害神经的作用。

1.1娄地青霉产生的毒素

娄地青霉在纯培养时产生的常见毒素有PR毒素、异烟棒曲霉素C和霉酚酸等[5]。O'Brien等[6]报道了试验中所用90%的娄地青霉在培养期间可以持续产生异烟棒曲霉素C，但不会持续产生PR毒素，所产生的霉酚酸较PR毒素多。其中PR毒素是娄地青霉代谢产生毒性较大的细胞毒素，异烟棒曲霉素C具有中等毒性，而其他大部分代谢产物低毒或无毒。

1.1.1 PR毒素

PR毒素是产毒娄地青霉菌株产生的一种具有肝毒性毒素，摄入牛体内会导致母牛流产，抑制DNA、RNA以及蛋白质的合成，在培养的细胞以及分离出来的大鼠肝脏细胞核中诱导DNA蛋白质交联。高剂量的PR毒素会导致DNA单链断裂并抑制DNA修复过程[7]，还具有致癌致突变作用[6]。

Chen等[8]通过对动物进行注射、口服PR毒素来研究其毒性，发现注射组的实验动物在7 h内死亡，口服组在10 h后死亡。其研究还证明PR毒素是通过增加毛细血管通透性对动物产生急性毒害，导致动物剧烈脱水和血容量的减少，从而对肺、心脏、肝脏和肾脏产生直接损伤。此外，Rasmussen等[9]研究报道PR毒素能够抑制肠细胞活性，对动物体具有急性毒性以及高细胞毒性，低浓度的PR毒素就能抑制DNA的合成以及肝细胞活性。

PR毒素在酸性条件下（pH＜3）不稳定，Gallo等[4]报道在胃液中加入PR毒素48 h后检测不到PR毒素，这是由于PR毒素被瘤胃微生物降解为低毒物质，因此其危害并不大。

1.1.2 霉酚酸和异烟棒曲霉素C

胃液中接入霉酚酸和异烟棒曲霉素C 48 h后，可以检测到40%以上的残留率，说明这两种毒素在瘤胃中不可被降解，最终会到达小肠中，通过对小肠微生物产生抑制作用而对动物产生危害[4]。霉酚酸具有抑制免疫力的作用，异烟棒曲霉素C具有毒害神经的作用，从而危害人和动物的健康。另一方面，也正是因为霉酚酸具有抑制免疫力的作用，霉酚酸及其衍生物霉酚酸酯、霉酚酸钠可用作免疫抑制药物，以减轻器官移植后所发生的排斥反应以及治疗自身免疫疾病[10]。

1.2娄地青霉对食品和饲料的污染情况

1.2.1 蓝纹干酪

娄地青霉可以用作蓝纹干酪的二次发酵剂，在蓝纹干酪成熟期间产生分解脂肪和蛋白质的酶，使其形成独特的刺激风味[11]，而这种风味是由脂肪酸代谢所产生的甲基酮类物质提供的，特别是2-戊酮、2-庚酮和2-壬酮[12]。但是娄地青霉在干酪中也会产生毒素，Fontaine等[13]在86份蓝纹干酪样品中都检测到了异烟棒曲霉素C，其中51.2%的样品含有霉酚酸。由于干酪中存在氨基化合物，以及干酪内部的微需氧条件下，PR毒素不稳定，所以在蓝纹干酪中的检出率较小。

1.2.2 青贮饲料

娄地青霉是青贮饲料中的主要有害菌，张海彬等[14]通过检测111份饲料样品中的霉菌，发现玉米及牧草青贮饲料中，青霉的检出率高达50%以上，其中娄地青霉的检出率在30%以上。此外，Rao等[15]在检测的饲料样品中也发现了娄地青霉。

1.1.3 焙烤食品

娄地青霉还是污染焙烤食品的主要霉菌之一，Lund等[16]报道娄地青霉在黑面包中的检出率达27%。焙烤食品中常用的化学防腐剂为丙酸盐（抑制霉菌生长）和山梨酸盐（抑制霉菌和酵母菌的生长）[17]。虽然目前认为低剂量化学防腐剂是安全的，但是其长期使用所造成的影响还存有争论。为了减少化学防腐剂的使用，利用生物防治方法控制娄地青霉引起了人们的高度重视，使用人们公认安全的乳酸菌代替化学防腐剂在焙烤食品中的使用，可以大大提高食品的安全性。

2 乳酸菌对娄地青霉的抑制作用

具有抑制娄地青霉作用的乳酸菌包括植物乳杆菌（L.plantarum）、瑞士乳杆菌（L.helveticus）、干酪乳杆菌（L.casei）、棒状乳杆菌（Lactobacillus.coryniformis）、淀粉乳杆菌（Lactobacillus.amylovorus）、混淆魏斯氏菌（Weissella confusa）和耐久肠球菌（Enterococcus durans）等。乳酸菌通过产生乳酸、乙酸和苯乳酸等有机酸以及肽类等物质来抑制娄地青霉的生长以及毒素的产生。

2.1具有抑制娄地青霉活性乳酸菌的种类

2.1.1 植物乳杆菌

植物乳杆菌是研究最广泛的具有抑制娄地青霉活性的乳酸菌。本研究团队的董艳[18]以内蒙古农业大学乳酸菌菌种资源库中347株植物乳杆菌为研究对象，筛选得到248株对娄地青霉具有抑制作用的菌株，其中33株具有良好的抑制特性，并将植物乳杆菌IMAU80162、IMAU10585和IMAU20013应用于青贮饲料中，结果表明 MAU80162、IMAU10585和IMAU20013可以抑制青贮饲料中霉菌、酵母菌、大肠杆菌的生长。

Crowley等[19]报道94株具有广谱抑菌（包括娄地青霉）活性乳酸菌中，87株为植物乳杆菌，3株为混淆魏斯氏菌，其余4株为戊糖片球菌。王应东[20]等也发现植物乳杆菌对娄地青霉有抑制作用。大量研究证明植物乳杆菌具有抑制娄地青霉的作用，如植物乳杆菌A1[21]，C21-41[22]，KCC-24[22]，IMAU10116[24]，IMAU80134[20]，1A7[25]等菌株对娄地青霉均具有良好的抑制作用。

2.1.2 其他

其他的一些乳酸菌种类，例如：混淆魏斯氏菌、戊糖片球菌[26]、干酪乳杆菌和瑞士乳杆菌[24]等也可以抑制娄地青霉的生长。目前已发现了很多对娄地青霉具有良好抑制作用的菌株，如耐久肠球菌A5-11[27]，棒状乳杆菌Si3[28]，淀粉乳杆菌DSM 19280[29]和短乳杆菌AM7[30]等。

2.2乳酸菌对娄地青霉的抑制机理

2.2.1 有机酸

低pH值是乳酸菌产生抑菌作用的主要原因之一，乳酸菌通过产生有机酸降低pH值，从而抑制娄地青霉的生长。植物乳杆菌 KCC-24[23]，KCC-25，KCC-26，KCC-27，KCC-28[31]，短乳杆菌P68[32]和淀粉乳杆菌DSM 19280[29]等菌株的主要抑菌物质均为有机酸。

Vijayakumar等[23]和Ilavenil等[31]发现植物乳杆菌KCC-24，KCC-25，KCC-26，KCC-27和KCC-28对娄地青霉产生抑制作用的抑菌物质是有机酸，包括乳酸、乙酸和琥珀酸。苯乳酸也可以对娄地青霉产生抑制作用，Svanström等[33]证明了乳酸菌的代谢产物苯乳酸可以抑制娄地青霉的生长及其孢子的形成。

Arasu等[32]报道短乳杆菌P68无菌上清液中的抑菌物质具有羟基、羰基、酸基和酚基，分子质量与对羟基苯甲酸相同。淀粉乳杆菌DSM 19280对娄地青霉、烟曲霉、黄色镰孢菌等具有抑制作用，其发酵上清液中的抑菌物质除了乳酸和乙酸外还有15种活性物质，7种羧酸类物质：苯丙酸（3-phenylpropanoic acid）、3-苯基乳酸（3-phenyllactic acid）、水杨酸（salicylic acid）等；2种核苷类物质，胞嘧啶核苷（cytidine）和2’-脱氧胞苷（2’-deoxycytidine）；癸酸钠（sodium decanoate）和5种环二肽（cyclic dipeptides）[29]。乳酸菌的抑菌作用是在多种物质的作用下完成的，并不是由有机酸单独产生。

2.2.2 蛋白质类物质

乳酸菌的代谢产物中除了有机酸，蛋白类物质也具有抑菌作用，下面的一些研究证明了蛋白质类物质的作用。

陈冲等[34]发现植物乳杆菌IMAU80134和IMAU 80176对娄地青霉的抑制作用与乳酸和苯乳酸的含量没有线性关系，说明起关键作用的抑菌物质并非乳酸或苯乳酸。Coda等[25]发现植物乳杆菌1A7所产生的抑菌活性物质是肽类，其抑菌物质经胰蛋白酶处理后活性完全消失，100℃处理5 min对抑菌活性没有影响。另外，Wang等[24]和Magnusson[28]等的研究也有类似的结论，Wang等[24]对植物乳杆菌IMAU10116产生的代谢产物进行了进一步的分析，通过蛋白酶稳定性、pH稳定性和热稳定性试验，推测抑菌物质可能是一种肽。Magnusson等[28]报道了棒状乳杆菌Si3所产生的抑菌物质具有热稳定性，pH值在3.0～4.5之间抑菌活性稳定，但pH值在4.5～6.0时活性快速减小，pH值大于6.0后没有抑制活性，但是将pH值调回最初值恢复抑菌活性；经蛋白酶K、胰蛋白酶、胃蛋白酶处理后丧失活性，并且不可逆转，说明活性物质为蛋白质类小分子物质。Coda等[30]报道了短乳杆菌AM7的抑菌活性是在有机酸（特别是乳酸和乙酸）和多肽类共同作用下产生的，其代谢产物中的5种多肽具有抑菌活性。

2.3乳酸菌抑制娄地青霉的应用

将乳酸菌应用于实际的试验也验证了其可以延缓娄地青霉的萌发，延长食品货架期，提高青贮饲料和食品安全性的作用。Wang等[24]在试验中所用娄地青霉孢子悬液的浓度要高于自然环境中的浓度，实验结果显示植物乳杆菌IMAU10116对娄地青霉具有良好的抑制效果，说明IMAU10116可以用来预防食品和饲料的腐败及消除娄地青霉产生毒素。

王应东等[20]将植物乳杆菌IMAU80134应用于馒头的面团发酵过程中，证明了IMAU8013可以有效延缓娄地青霉孢子萌发。Ryan等[29]将淀粉乳杆菌DSM 19280添加到面包中发现，此菌株最多可以延长14 d的保质期，而丙酸钙在相同试验条件下最多延长12 d，淀粉乳杆菌DSM 19280有望可以替代丙酸钙作为面团发酵剂，以延长面包保质期。Coda等[25]也做了类似试验，发现经过植物乳杆菌1A7和异常威克汉姆酵母LCF1695共同发酵面团后，其防腐作用相当于添加0.3%的丙酸钙，并且添加植物乳杆菌1A7和异常威克汉姆酵母LCF1695对面包的体积、柔软度、弹性、色泽、口感都有加强作用，还可以延长面包的货架期，在正常储存条件下可以延迟真菌生长28 d。

Coda等[30]发现经过短乳杆菌AM7发酵面团的水溶性提取物可以显著降低娄地青霉孢子萌发率，和菜豆水溶性提取物复配后，抑菌作用相当于添加0.3%丙酸钙，这可以满足人们对无化学添加剂的需求，同时还可以延长货架期。

青贮饲料方面，董艳[18]将植物乳杆菌IMAU80162，IMAU10585和IMAU20013应用于青贮饲料中，发现这三株菌可以降低青贮饲料中霉菌、酵母菌和大肠杆菌的数量。这些研究证明了将乳酸菌应用于食品或饲料中可以提高食品及饲料的安全性。

3 展望

娄地青霉污染食品和青贮饲料，不仅造成了经济损失，所产生的毒素也危害到人和动物的健康，但是目前防治娄地青霉的方法还只局限于利用化学防腐剂，使用生物防治方法控制娄地青霉已逐渐引起了人们的重视。将人们公认安全并且具有益生作用的乳酸菌应用于食品和青贮饲料中，以抑制娄地青霉的生长不仅可以降低化学添加剂的使用，还有益于人体和动物的健康，可以满足人们对健康生活的追求，提高生活质量。

目前，已有一些优良乳酸菌菌株应用于面包的生产中，有效延长了面包货架期，有望替代丙酸盐和山梨酸盐等添加剂，提高面包的安全性。在青贮饲料中的应用方面，乳酸菌可以作为促进性添加剂，通过抑制青贮饲料中的霉菌生长，提高青贮饲料的品质。

研发出更多具有广谱抑菌活性的乳酸菌来降低娄地青霉等各种有害菌的危害，为开发应用新的可用于生物防治的菌株奠定基础，并使其达到工业化生产，具有很好的发展潜力和应用前景。

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Progress on the Lactic acid bacteria inhibit Penicillium roqueforti

MA Yuzhu,CHEN Yongfu
(Key Laboratory of Dairy Biotechnology and Engineering,Inner Mongolia Agricultural University,Hohhot 010018,China)

Penicillium roqueforti is the harmfulmold often found in silage and baked foods.Our study briefly sketch the contamination of Peni⁃cillium roqueforti in the silage and baked foods.And,the function mechanism and the specific applications ofthe Lacticacid bacteria with inhibito⁃ry to Penicillium roqueforti were sum up in the article.Aim to provide reference to the study of preventing the harm of Penicillium roqueforti by lacticacid bacteria.

Penicillium roqueforti；Lacticacid bacteria；toxin

Q939.11+7

B

1001-2230（2017）04-0030-04

2016-09-18

马玉珠（1989-），女，硕士研究生，研究方向为乳品生物技术与工程。

陈永福