乳酸菌发酵液在食品贮藏保鲜中的应用研究进展

张金磊，陈兴煌

(福建农林大学 食品科学学院，福州 350002)

微生物仍然是引起食品腐败变质的主要原因，目前普遍使用的化学杀菌剂、防腐剂是解决食物贮藏保鲜中病害发生的主要手段，化学杀菌剂虽然具有方便、高效等特点，但涉及到病原菌产生抗药性、药物残留、环境污染等问题，使食物安全性受到质疑，给人类的健康带来危害，故其使用受到严格限制[1]。天然防腐剂凭借其抗菌活性强、安全无毒、热稳定性强、可降解、作用范围广等特点正逐步展现出取代化学防腐剂的趋势。

乳酸菌(lactic acid bacteria, LAB)是一类能够利用碳水化合物形成以乳酸为主要代谢产物的革兰氏阳性细菌的通称[2]，广泛存在于动植物以及人体内，种类庞杂，包含乳杆菌属、明串珠菌属、片球菌属等多个不同的属，大约有200多种[3]。人类利用乳酸菌的历史已经超过5000年，广泛应用于泡菜、酱油等传统发酵制品[4]，其对发酵制品的风味产生具有极其重要的贡献[5]。近年来，乳酸菌作为研究热点，在酵素生产[6]、抑制肠道致病菌等方面都有相应的研究[7]。

关于乳酸菌抗菌的研究十分广泛，由于霉菌的危害性、分布广泛性等特点，因此，大都集中在抗真菌、真菌毒素吸收等方面[8]。也有部分学者研究了其对单增李斯特氏菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌的抑制作用[9]。抑菌实验中采用的乳酸菌菌株大都分离于酸奶、泡菜、马奶酒等传统发酵制品[10,11]。乳酸菌生长过程中分泌多种物质，主要包括乳酸、乙酸、甲酸、丙酸等酸性物质，过氧化氢、双乙酰以及多肽类物质，这些物质除对发酵食品的风味有贡献外，对于致病菌均有较强的抑制作用[12]。

在安全性上，乳酸菌是传统的发酵菌株，且是公认的安全级(generally recognized as safe,GRAS)菌株。因此，乳酸菌发酵液可应用于减少食品原始带菌量，抑制食品中微生物的生长，用于食品的贮藏保鲜。

1 抑菌机理

杀菌剂通过影响目标菌体的生理生化环境导致其生长繁殖受到限制。目前，关于抑菌机理的报道很多，但大都集中在膜不稳定性、质子梯度干扰、酶抑制等方面[13]。一些单一化合物的抑菌机理已经详细研究过，但是各物质之间的协同作用机制仍然有待研究。

1.1 有机酸

乳酸菌发酵产物中有机酸和多肽类物质占有相当大的比例。其中有机酸的状态存在一种动态平衡：解离态、未解离态。有机酸通过自由扩散方式进入胞内，抑菌主要是通过解离的酸根离子或未解离分子在胞内解离，通过改变环境的pH值，改变渗透压，利用细胞膜的选择透过性等特性，使离子积聚，影响酶的活性，限制生物大分子的形成，提高ATP的消耗量；在胞外有机酸分子可与细胞膜上的脂多糖等物质结合，破坏膜的稳定性，从而抑制菌体生长或使菌体死亡[14]。

有资料显示，在一定条件下有机酸对于大多数革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌具有广谱抑菌性，在水源或食物中添加少量的有机酸可以有效减少沙门氏菌、大肠杆菌等致病菌的污染传播[15]。

1.2 多肽类物质

多肽类物质中，对于乳酸链球菌素(Nisin)的研究应用较为广泛。根据报道，目前其有包括Nisin A、Nisin Z、Nisin Q、Nisin F、Nisin U和Nisin U2在内的6种类型[16]。Nisin可对大多数革兰氏阳性细菌产生抗菌活性，并对芽孢杆菌的孢子产生强烈的抑制作用，但是对于霉菌、酵母的生长没有抑制作用[17]。有学者研究发现少数乳酸菌能够产生广谱类细菌素[18]。

普遍认为Nisin是通过捆绑肽聚糖的前体Lipid II，从而限制细胞壁中肽聚糖的合成，影响细胞壁质膜与磷脂化合成，导致胞内物质渗漏；一些革兰氏阴性菌细胞壁外层的脂多糖会抵抗Nisin的抑制作用，Nisin就可以直接作用于细胞膜上，破坏细胞膜的完整性，导致细胞死亡[19]。

1.3 双乙酰

双乙酰的抑菌机制目前还不太清楚，研究表明其能使多种酶失活。有报道称双乙酰能够使酵母中的腺苷酸环化酶在内的多种酶失活，据推测，双乙酰是通过酶位点竞争、结合使酶失去催化能力[20]。

相对于非乳酸菌革兰氏阳性菌，革兰氏阴性菌和酵母菌对于双乙酰更为敏感，双乙酰对于包括致病性大肠杆菌在内的革兰氏阴性菌、酵母菌、霉菌的生长均具有良好的抑制作用[21]。

1.4 过氧化氢

大部分的乳酸菌含有黄素蛋白氧化酶，这促使它们在有氧气存在的情况下产生过氧化氢，由于缺乏过氧化氢酶，导致过氧化氢累积，氧化目标菌的脂质膜和蛋白质最终使菌体死亡[22]。有研究显示一些蛋白的抑菌活性是由过氧化氢介导，过氧化氢酶能够抑制抑菌活性的产生[23]。Baldry M G[24]的研究结果表明过氧化氢达到一定浓度时，对菌体具有抑制作用，相对于作为杀菌剂，过氧化氢对于孢子具有更强的杀灭作用。

2 食品保鲜中的研究应用

2.1 肉制品保鲜

肉类在我国食品消费中占有重要的地位，人类对其产量和品质有了更高的要求。因其有较高含量的蛋白质、脂质等物质，营养价值丰富，在屠宰加工过程中极易受到微生物的污染，引起腐败变质，导致肉品质量的下降[25]。肉类中的微生物主要为大肠杆菌、沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、志贺氏菌、单增李斯特氏菌、溶血性链球菌、结核分枝杆菌、布氏杆菌等[26]。传统的肉类保鲜抑菌主要采用低温冷藏、气调、热处理、真空包装等物理方法，添加硝酸盐、苯甲酸钠等化学方法或两者共同作用的方式来防止腐败变质，但是滥用化学防腐剂会对人体造成损伤[27]。因此，寻找安全、高效、天然的保鲜剂对于食品安全至关重要。

乳酸菌发酵液作为一种安全的天然保鲜剂，近年来有许多学者对其在肉品保鲜中的应用进行了研究。邓林等[28]发现苯乳酸菌发酵液作为鲜牛肉保鲜的保鲜剂，较之传统化学杀菌剂有较好的效果，抑菌效果与Nisin类似。为延长冷鲜猪肉的货架期，孙卫青等[29]研究了乳酸菌发酵液与其他天然物质混合制成的复合保鲜剂对冷鲜肉的保鲜效果，发现乳酸菌发酵液与大蒜、生姜等按照一定比例混合能够有效地抑制假单胞菌和嗜冷菌，并保持肉色鲜红，较单一的乳酸菌发酵液处理组TVB-N值更低，可作为真空冷却猪肉的保鲜液。赵婷等[30]采用喷涂法，研究了不同浓度的乳酸菌发酵液对冷却鸡肉的保鲜效果，以乳酸和Nisin为对照组，发现不同浓度的乳酸菌发酵液均能延缓感官质量下降，达到一定浓度时，处理组各项指标均优于对照组，鸡肉可保持6 d，对照组为4 d。

2.2 水产品保鲜

水产品富含优质蛋白、不饱和脂肪酸、维生素等多种营养物质，这些优势使得人们对其青睐有加，但是水产品极易腐败变质，出于健康考虑，寻找新型保鲜剂迫在眉睫。乳酸菌作为安全菌株，其发酵液作为一种安全的保鲜剂，在此方面有一定潜力。Beatriz G等[31]用乳酸菌培养物处理鳕鱼，于0～2 ℃贮藏14 d，发现处理组的菌落总数均低于对照组，能够有效地抑制单增李斯特氏菌的存在。Cao Rong等[32]将罗非鱼用乳酸菌培养物处理，可以减缓贮藏早期k值和APC值的升高，将其作为刺参材料的时长从24 h延长至48 h。

2.3 果蔬保鲜

果蔬由于高水分含量、高糖等生理特点，采后极易受到微生物的侵染，引起果蔬腐烂变质，造成直接经济损失。引起水果腐烂变质的主要微生物为霉菌和酵母菌[33]。传统方法是采用化学合成杀菌剂杀菌，造成农药残留、致病菌抗药性、土壤破坏等不良后果。为提升安全性，满足消费者对于食品品质日益提升的需求，乳酸菌发酵液作为一种安全的杀菌剂可作为传统化学药剂的替代品。

在鲜果方面有众多的应用研究。如贺银凤等[34]以樱桃番茄作为试验原料，用浸泡法涂膜，乳酸菌发酵液作为涂抹保鲜剂，研究发现其可以有效增长储存期限，并能够保持较好品质。马锞等[35]利用从荔枝发酵液中分离乳酸菌，发现其发酵液对多种致病菌具有抑制作用，可作为荔枝生物保鲜剂应用。李明杨[36]以库尔勒香梨为实验对象，发现与对照组相比，采用乳酸菌发酵液处理组果实的失重率显著降低，有效减缓了果皮硬度和Vc下降趋势，采用损伤接种和发酵液相结合的方式，发酵液可以有效抑制表面病原菌生长，降低腐烂率，但对氧化物酶(POD)、多酚氧化酶(PPO)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)等防御酶活性以及总酚和类黄酮含量无显著增强作用，起到延长香梨贮藏时间的作用。

在鲜切果蔬保鲜应用方面也有相应的研究。谷云[37]通过对鲜切莲藕进行贮藏保鲜实验,测定莲藕贮藏期间的BD、PPO活性、POD活性、总酚等各项指标，发现上清液处理组的效果比抗坏血酸处理组的效果更好，能够有效抑制褐变，使产品保持较好品质状态。

2.4 豆制品保鲜

豆类含有丰富的蛋白质、B族维生素等营养物质，是人类及牲畜的重要蛋白质来源。豆浆由于易于被人体消化吸收，深受广大人群喜爱，但是极其容易受到芽孢杆菌污染而引起腐败变质[38]。未杀菌常温状态极易出现发酸、胀气、蛋白质凝结现象，一般只能保存1 d左右[39]。柴明艳[40]通过研究乳酸菌发酵液对豆浆品质的影响发现，发酵液的抑菌效果接近或者优于传统的食品防腐剂，能够在不影响感官的情况下实现减菌并达到延长保质期的效果。

2.5 面制品保鲜

面制品含有丰富的碳水化合物和蛋白质，在常见的面制品中，霉变是最主要的病害，细菌、霉菌、酵母菌是引起霉变的主要诱因[41]。鲜湿面条是一种即时售卖的产品，含水量高，夏季高温易于微生物的滋长，可添加保鲜剂提高贮存期限。乳酸菌发酵液可作为一种新型保鲜剂添加。全永亮等[42]利用实验室筛选出的一株乳酸菌，将其发酵上清液喷洒到湿面条表面，能够有效地抑制细菌的生长，发现在冷藏条件下湿面条的保质期能达到18 d。面包作为一种常见食物，易受到霉菌污染，钱洋[43]测试了3株乳酸菌发酵液在面包储藏期限延长方面的潜力，结果显示，与对照组相比，喷洒了发酵液的面包储藏期限均得到相应的延长。

2.6 乳制品保鲜

巴氏奶是由巴氏消毒法处理的鲜奶，一般保质期较短，但保存了绝大部分的营养和口感，容易受到大肠埃希氏菌、溶血链球菌、假单孢菌等多种细菌污染而变质[44]。通常采用冷藏、超速离心除菌、微滤等物理方法或采用蜂胶半仿生提取物、CO2、Nisin与CO2协同保鲜等方式延长储藏期限[45]。乳酸菌发酵液作为一种相对安全的保鲜剂也可作为添加剂进行添加，提高贮藏期限。张倩颖[46]通过向巴氏杀菌奶中添加不同比例的发酵上清液，在28 ℃存储，与对照组相比，能够抑制细菌生长，添加量为4%时巴氏奶具有良好的感官品质，货架期达到48～60 h，是空白和Nisin组的2～5倍。Kush Kumar Pandey等[47]利用戊糖片球菌发酵奶酪工业的废物乳清，将上清液干燥物添加到奶酪中，显著降低了大肠菌群、葡萄球菌菌群的数量，将奶酪的货架期延长了75%。

2.7 鲜蛋保鲜

蛋类富含蛋白质、脂质、矿物质等营养物质，是优质的蛋白质来源。鲜蛋蛋壳表面通常含有一层蛋壳膜，可以阻止微生物通过气孔进入蛋体，减缓蛋内水分蒸发，但是蛋壳膜在1周左右就会脱落，环境中或自身携带的沙门氏菌、大肠杆菌等微生物便会侵入蛋体使其变质[48]。蛋类保鲜方法主要采用涂膜或涂膜与冷藏、气调等方法并用的方式延长储藏期；常用的涂膜材料有多糖、蛋白、脂质等[49]。乳酸菌发酵液具有良好的抑菌效果，可作为涂膜剂使用。吴玲[50]利用一株干酪乳杆菌发酵液中的上清液与传统鸡蛋保鲜剂壳聚糖溶液对市售鸡蛋进行涂膜处理，于4 ℃储藏，研究发现发酵液处理组在减重率、蛋黄指数、浓蛋白含量、蛋白的pH和蛋壳总菌数方面均优于壳聚糖处理组，起到了良好的保鲜效果。

3 展望

乳酸菌发酵液作为一种相对安全高效的杀菌剂，在食品生产加工过程中可作为化学物质的替代品或与化学物质相结合的方法使用，减少化学物质的用量，既保持了食品品质，又有效实现了减菌操作。另一方面，由于乳酸菌发酵液良好的杀菌效果，其有望作为农药替代品在田间喷洒，减少果实原始带菌量，降低贮藏期间的病害发生率，提升产品的品质及贮藏期限。对于发酵液中的某些单一成分抑菌机理研究已十分透彻，且在实践中有实际的应用，但是关于各物质之间的相互作用关系以及对微生物的共同作用机制研究较少。

目前，天然来源保鲜剂研究十分广泛，但是一些抑菌剂是否会对产品的某些生理生化指标产生更深层次的负面影响依然不慎明朗。因此，天然抑菌剂的抑菌机理还有待进一步深入研究。