植物产香内生菌的研究进展

2017-02-15易凌霄陈东红

湖北农业科学 2016年20期

易凌霄+陈东红

摘要：产香微生物多与人类的日常生活息息相关，广泛参与面包、酱油、醋、酒、酸奶、泡菜等食品的生产。植物内生菌由于生长环境的独特性，已经成为新型微生物资源开发的重要途径之一。综述了目前关于植物产香内生菌的研究进展，并提出了该领域需深入探讨的问题和可能的研究趋势。

关键词：植物内生菌；产香；食品；挥发性成分

中图分类号：Q936 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）20-5169-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.20.001

Abstract： The aroma microorganisms are closely related to the daily life of human being， and widely involved in the production of bread， soy sauce， vinegar， wine， yoghurt， pickles and so on. Because of the unique growth microenvironment， endophytic organisms have become a new way of the exploration of novel microbial resources. Research progress on the endophytes is reviewed， and problems for further study and future research trends are proposed.

Key words： endophyte； aroma-producing； food； volatile constituent

植物性天然香料是以特定植物的花、果、叶、茎、根、皮、子或树脂等为原料，采用物理方法分离出的具有芳香气味的易挥发性有机混合物，大多数呈油状或膏状，少数呈树脂状或半固态状[1]。植物性天然香料历史悠久，种类繁多，应用广泛。例如，在糖果软饮、罐头泡菜、烟酒类等食品加工行业和餐饮业可作为抗氧化剂和保鲜剂，具有抑臭、调香、赋味等功效，因而可以提高食品的质量和档次[2-5]。在工业中，可制成驱虫剂、防霉剂与消毒剂等日用品。在化妆品行业中，可用来制备天然香味剂及营养剂。在医药领域可应用于增强免疫力、抗衰老、抗菌消炎、抗癌以及神经系统的镇定等方面[6]。另外，还可以掺入牙膏、洗涤剂、塑料橡胶、纸张文具等与人类息息相关的生活工作用品。

植物内生菌（Endophyte）是指生活在健康植物组织内部，但不引起植物病害的微生物，具有丰富的物种多样性。内生菌不是生物分类学单位，而是一个生态学概念[7]。这些微生物与宿主植物长时间共生，增强或赋予宿主抗病、抗逆、固氮等能力，或通过其代谢产物促进植物生长。植物内生菌可以产生与宿主相同或不同的具有生物活性的次生代谢产物，如生物碱类、肽类、甾体类、萜类、酚类、醌类、脂肪族类、异香豆素类等。植物内生菌构成了一座新的微生物资源库，对其进行深入研究和开发利用具有重要的学术理论价值和广泛的应用前景[8，9]。

产香微生物是指能够产生芳香性气味的微生物，多属于乳酸菌、双歧杆菌、酵母菌或霉菌类，在奶制品、酿酒、制醋或酱油、泡菜、香料香精加工产业中有着广泛的应用。同时产香微生物也是香烟加工工艺中的关键环节，可有效改善和修饰烟气，降低杂气和刺激性，提高卷烟质量[10-12]。另外，利用微生物发酵来生产香料可以有效控制一些植物源香料（如香兰素、香豆素和洋茉莉醛等）在提取过程中对环境的污染[13]，还可以进行工厂化生产并减少对耕地面积的占用。

迄今为止，关于产香微生物或者植物内生菌的报道不胜枚举，但有关植物产香内生菌的报道比较有限。对该领域的研究进展初步进行了总结，以期对植物产香内生菌的系统研究和开发利用提供一定的启发和思路。

1 植物产香内生菌的研究进展

1.1 荔枝产香内生菌

荔枝（Litchi chinensis）是无患子科荔枝属亚热带常绿乔木。其果实与香蕉、菠萝、龙眼并称为“南国四大果品”。荔枝果肉富含糖分、蛋白质和维生素，具重要的食用价值；其根、叶、果肉、果核均可入药；其木材坚实耐腐，具有重要经济价值。周丽娟等[14]从市售荔枝中分离纯化得到了5株纯系微生物，发现其中有一株代谢产物香气优雅、甜润、生长迅速，标号为lizhi-1。用GC-MS的方法对该纯系菌株发酵液的香气成分进行分析，发现其主要成分为β-苯乙醇、糠醛及十六酸，还有2，3-丁二醇、1-十六烷醇等常见致香成分。将发酵液处理后用微量喷雾器均匀地喷加于不同品牌卷烟的叶片上，经感官评价表明，发酵成分的加入使烟香更加柔和、细腻和甜润[14]。因此，植物产香内生菌资源的筛选为烟用香精香料产品的开发提供了更多选择。

1.2 西瓜产香内生菌

西瓜（Citrullus lanatus）为葫芦科西瓜属植物，堪称“盛夏之王”，具有清热解暑、泻火除烦、降血压等功效，营养和药用价值都很高。朱宇等[15]从市售新鲜西瓜中分离得到3株纯系微生物，1株为酵母，两株为细菌。将生长迅速且产香优良的酵母XG-01作为进一步研究对象。通过GC-MS对比其发酵前后种子液成分的变化，发现苯、胺、酚等物质转化成了酸和醇等主要香气成分物质。其中酸类物质和醇类物质分别占峰面积的55.06%和42.64%。

1.3 莴苣产香内生菌

莴苣（Lactuca sativa），又名莴笋，是菊科莴苣属一年生植物。莴苣可分为叶用和茎用两类。其茎叶中含有莴苣素，能增强胃液的分泌，刺激消化，增进食欲，并具有镇痛和催眠作用[16]。高健等[17]从健康茎用莴苣空腔中的浅乳白色膏状物中分离到1株能产香的酵母类真菌G0901，经形态、生理生化和分子水平鉴定为异常威克汉姆酵母（Wickerhamomyces anomalus）。通过GC-MS分析发现该菌株的挥发性成分主要为烯烃类和醇类两大类，其中前者主要包括柠檬烯（含量20%）、月桂烯、香桧烯、α-蒎烯和罗勒烯等，后者主要包括3-甲基-1-丁醇、苯乙醇和2-辛醇等。除此之外，還有少量的酯类如醋酸戊酯等其他物质[17]。

1.4 花椒产香内生菌

花椒（Zanthoxylum bungeanum）是芸香科花椒属灌木，其果实可作为调味品和中草药。刘苏萌等[18]从健康花椒茎中的内生菌中分离纯化出12株纯系微生物。其中1株产香明显的编号为1（2）。进一步鉴定发现该产香菌属于交链孢霉属（Alternaria sp.）。利用GC-MS对其发酵产物进行分析，发现该菌发酵液挥发性成分主要为十八烯（8.79%）、六氢吡咯并[1，2-a]吡嗪-1，4-二酮（6.79%）、双环[2.2.2]辛烷-1-羧酸（6.24%）、3-羟基-2丁酮（4.67%）、[1，2-a]吡嗪-1，4-二羰基-3-苯甲基-萘吲哚（4.10%）、3-（2-甲基）六氢吡咯并[1，2-a]吡嗪-1，4-二酮（3.83%）、3-（2-甲基）六氢吡咯并[1，2-a]吡嗪-1，4-二酮（3.83%）、5-二十碳烯（3.72%）、5-异亚丙基-3，3-二甲基二氢呋喃（3.54%）、2-氨基-丙二醇（3.27%）、月桂酸（3.25%）、1，2-苯二甲酸丁基二甲基酯（2.97%）、邻苯二甲酸二异丁酯（2.82%）[18]。

1.5 香茅草产香内生菌

香茅草（Cymbopogon citratus）别名包茅，为多年生禾本科植物，可用作香料和调味品，还具有平喘、止咳、抗菌等多种药效。杨黎华等[19]从香茅草的叶片、叶鞘和茎中共分离纯化得到31株内生真菌，其中叶片9株、叶鞘11株、茎11株。闻香评定实验发现真菌菌株XCJ-1发酵液具有清甜香和花香。鉴定该菌株为长喙壳属。并通过气相色谱/质谱仪对其香味成分进行分离鉴定。共检出74种化合物：酯类化合物有9种，醇类化合物有9种，酸类化合物有6种，酮类化合物有4种，烯烃类化合物有19种，吡嗪类化合物有3种，其中有乙缩醛二乙醇（9.09%）、柠檬烯（9.09%）、月桂烯（2.60%）、月桂醛（3.64%）等多种香料成分。

1.6 百合产香内生真菌

西伯利亚百合（Lilium Siberia）为多年生草本植物。百合具有营养、滋补、医药等广泛用途，是集食用、药用、观赏于一身的重要经济植物。百合花还含有挥发性油，可以提取香精，在食品、化妆品行业中有着重要应用价值。王丽娟等[20]对西伯利亚百合根茎部的内生菌进行分离纯化，得到了10株纯系微生物，其中有1株产香浓郁的菌株（编号为CMZ01），初步鉴定为毛霉属（Mucor sp.）。GC-MS分析显示菌株CMZ01发酵液挥发性成分主要为4-戊烯-2-醇、嘧啶、1，2-苯二甲酸丁基二甲基酯、9，12-十八碳二烯酸（Z，Z）、1-丁醇，2-甲基、苯乙醇、邻苯二甲酸二丁酯、三十四烷、4-庚醇，其含量分别占67.29%、3.42%、2.04%、1.72%、1.38%、1.53%、1.22%、1.29%、1.05%。

1.7 生姜产香内生菌

生姜（Zingiber officinale）为姜科多年生宿根草本植物，其根状茎历来作为调味品和药物使用，可开胃健脾、防暑降温提神、杀菌消毒、抑制肿瘤等。姜精油作为生姜的主要深加工产品，是符合国内外市场需求的具有较高价值的香精和药用原料。王丽娟等[21]从市售生姜的根状茎中分离纯化得到17株纯系微生物，通过发酵液香味物质评价，筛选出4株具有明显香气的菌株（分别命名为CYL01、CYL02、CYL04、CYL06）。经过菌落形态鉴别和显微观察发现这4株纯系微生物所在菌属分别是炭角菌属、囊孢霉属、毛霉属和囊孢霉属。经闻香评定发现菌株CYL01香气浓郁，利用GC-MS对其发酵产物进行进一步分析，发现该菌株代谢产物的香气成分主要为3-羟基-2-丁酮（44.08%）、3-（1，1-二甲基乙基）-噻吩（5.4%）、3，4-二氢-8-羟基-3-甲基异香豆素（6.19%）、1，2-苯二甲酸丁基二甲基酯（5.68%）等。所有挥发性成分中酮类和酯类所占比例最大，酮类有10种，占总含量的50.94%，酯类有7种，占总含量的17.73%。

1.8 香荚兰产香内生菌

香荚兰（Vanilla planifolia）又名香子兰、香草兰、香草，是热带雨林中的一种多年生大型兰科香料植物。内含170多种芳香成分及17种人体所需的氨基酸，香韵独特而又无法人工合成，广泛应用于食品、化妆品、烟草等行业，素有“天然香料皇后”的美称[22]。香荚兰果荚有滋补和兴奋作用，可用于治疗抑郁症和风湿等疾病，具有极高的药用价值，同时已应用到各类食品、茶饮、香水、保健品中。天然香荚兰制品中的主要香味成分包括香兰素、香草酸、丁香酚、愈创木酚等。李雪梅等[23]从香荚兰植株不同部位（气生根、茎、叶、豆荚）中分离到24株菌。发现1株产香浓郁的菌株，编号为Van-1a。对菌株的碳氮源利用情况等生理特征进行试验，结合形态观察结果确定其为芽孢杆菌（Bacillus sp.），来自香荚兰气生根。采用GC-MS鉴定出10种主要挥發性香味成分：香兰素（0.69%）、香草酸（0.12%）、丁香酚（2.97%）、4-乙烯基愈创木酚（70.31%）、4-乙基愈创木酚（相对含量0.75%）、4-丙基愈创木酚（0.09%）、4，4-二联愈创木酚（1.63%）、1-丁醇（0.34%）、3-羟基-2-丁酮（0.05%）、2-乙基-1-己醇（0.18%）。

1.9 银杏产香内生菌

银杏（Ginkgo biloba）是现存裸子植物中最古老的孑遗植物，具有活化石的美誉。其具有重要的经济、园林、生态、药用、美容等价值。蒋继宏等[24] 对由江苏省药用植物生物技术重点实验室分离纯化到的银杏产香内生菌Fusarium sp的挥发油进行分析。利用GC-MS分离得到了24个组分。该菌株挥发油中主要含十六烷酸乙酯、2，6-二叔丁基对甲酚、异丁酸芳樟（基）酯、邻苯二甲酸二丁酯、2-乙基-1-十二烷醇、β-新丁子香烯、顺式-α，α，5-三甲基-5-四氢乙烯基-2-甲醇呋喃、4-羟基-4-甲基-2-戊酮等。

2 小结与展望

植物内生菌代表了一类重要的微生物种质资源库，对新物种的发现和新型功能微生物的挖掘意义重大。目前关于植物内生菌的研究已有大量报道，但依旧方兴未艾。然而，涉及植物体内产香内生菌的报道数量有限，体系有待完善，主要集中在个别水果、蔬菜、花卉和药用植物上，同时也仅仅做了初步研究，分析了菌的归类种属、香气组成成分和初步应用等，因此还有许多方面需要进一步探讨。首先，对植物内生菌独特生活微环境的模拟程度决定了新型微生物分离的成效。因此采用多种类型的培养基以及利用宿主自身材料加工制备而成的培养基，联合不同的培养条件进行有效分离是关键之一。其次，可以对香料植物的不同部位进行产香内生菌的分离，另外一些非香料植物也可能含有产香内生菌，但因为不是优势菌而被忽略。第三，可利用产生香料物质中间产物的内生菌进一步化学修饰并最终制备香料。第四，可以通过变换产香内生菌的宿主来改良植物的产香性能，而不引起植物发病。第五，可以利用微生物發酵技术对常温下气态的化学香料成分进行有效收集。第六，可以通过对产香内生菌与宿主的次生代谢合成的机理进行深入研究，并且通过基因改良技术创建新的产香菌株。

参考文献：

[1] 王花俊，刘利锋，袁岐山.天然植物香料在肉制品中的抗氧化应用研究[J].农产品加工（学刊），2009（6）：67-68.

[2] 俞纯方，李永华.香辛料对猪肉过氧化物酶活性的抑制作用[J].肉类工业，2002（3）：33-35.

[3] 夏秀芳，孔保华，于长青.几种天然香辛料提取物延长冷却肉货架期的研究[J].食品与机械，2008，24（3）：55-59.

[4] 彭雪萍，马庆一，王花俊，等.苹果多酚在卤肉保鲜中的应用研究[J].肉类工业，2006（12）：9-11.

[5] 幸治梅，刘勤晋，陈文品.天然植物香料在食品中的利用现状[J]. 中国食品添加剂，2013（2）：56-59.

[6] 文福姬，俞庆善.植物性天然香料的研究进展[J].现代化工，2005，25（4）：25-28.

[7] 王志勇，刘秀娟.植物内生菌分离方法的研究现状[J].贵州农业科学，2014（1）：152-155.

[8] 施琦渊，陈晓梅.植物内生真菌来源的抗菌活性物质研究进展[J].中国药学杂志，2007，42（11）：804-807.

[9] 徐利剑，周立刚，赵江林，等.植物内生真菌抗菌活性物质的研究进展[J].天然产物研究与开发，2008，20（4）：731-740.

[10] 王国良，宋俊梅，曲静然.产香微生物的应用现状[J].食品研究与开发，2007（28）：157-160.

[11] 朱大恒，韩锦峰，周御风，等.利用产香微生物发酵生产烟用香料技术及其应用[J].烟草科技，1997（1）：30-31.