孫大慶 ，李 芬 ，李洪飛

（1.黑龍江八一農(nóng)墾大學牡丹江食品與生物技術(shù)創(chuàng)新研究院，黑龍江牡丹江 157000；2.黑龍江八一農(nóng)墾大學國家雜糧工程技術(shù)研究中心，黑龍江大慶 163319）

苯乳酸是近年發(fā)現(xiàn)的一種天然生物防腐劑，抑菌譜寬、溶解性高、穩(wěn)定性強、安全無毒，在食品工業(yè)中具有良好的應用前景。隨著生活水平的提高，人們對健康問題日益關(guān)注。雖然化學防腐劑可以顯著延長食品的保質(zhì)期，但目前使用的多種化學防腐劑對人類健康具有一定的風險，因此天然、安全、高效的食品防腐劑的開發(fā)和應用研究越來越受到人們關(guān)注。

1 苯乳酸結(jié)構(gòu)和來源

苯乳酸化學名2-羥基-3-苯基丙酸，又稱β-苯乳酸或3-苯基乳酸，是一種天然的小分子有機酸，它的第2個碳原子為手性碳原子，因此存在2種對映異構(gòu)體（圖1）。Dieuleveux V S等人[1]研究表明D-苯乳酸抑菌效果稍優(yōu)于L-苯乳酸，因此苯乳酸2種異構(gòu)體的抑菌效果存在一定的差異。

苯乳酸異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)式見圖1。

圖1 苯乳酸異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)式

目前已有研究證實，苯乳酸存在于多種蜂蜜、干酪和發(fā)酵蔬菜等食品中，對這些食品的防腐和保鮮具有十分重要的作用，如苯乳酸已成為薊花蜂蜜品質(zhì)的標志性檢測物。

2 苯乳酸抑菌活性和機制

以往研究表明，苯乳酸是一種廣譜抑菌化合物，它對革蘭氏陽性細菌、革蘭氏陰性細菌和真菌均有抑菌作用（表1）。這與細菌素Nisin不同，大部分細菌素只對近緣微生物產(chǎn)生抑菌作用，雖然Nisin可以抑制多種革蘭氏陽性細菌，但對大多數(shù)革蘭氏陰性細菌和真菌沒有抑菌作用。苯乳酸抑菌譜見表1。

表1 苯乳酸抑菌譜

近年來，通過觀察苯乳酸作用前后微生物細胞的結(jié)構(gòu)變化，發(fā)現(xiàn)微生物的細胞膜沒有顯著變化，而細胞壁有明顯破損現(xiàn)象[1]。這表明，苯乳酸抑菌機制的作用靶點很可能在細胞壁上，這與多數(shù)細菌素破壞細胞膜機制不同，而與溶菌酶的抑菌機理相似，但至今苯乳酸更詳細的抑菌機制仍不清楚，需要更多、更深入的研究。

3 苯乳酸微生物合成和分解代謝

3.1 苯乳酸合成途徑

目前苯乳酸微生物合成研究中利用的底物有2種，苯丙氨酸和苯丙酮酸。

苯乳酸微生物合成途徑見圖2。

圖2 苯乳酸微生物合成途徑

由圖2可知，苯丙酮酸是苯乳酸的最直接前體，而苯丙氨酸主要被氨基轉(zhuǎn)移酶轉(zhuǎn)化為苯丙酮酸后，再被氧化還原酶（主要是乳酸脫氫酶） 還原為D-苯乳酸或L-苯乳酸。

氨基轉(zhuǎn)移酶是苯乳酸合成的重要限速酶，它廣泛存在于動物、植物和微生物細胞中，催化轉(zhuǎn)氨反應，參與氨基酸的合成與分解。其主要催化氨基酸中氨基轉(zhuǎn)移到氨基接受體上，微生物代謝中的氨基接受體主要是α-酮戊二酸，而α-酮戊二酸是三羧酸循環(huán)中的重要物質(zhì)之一，因此多個研究推測α-酮戊二酸、三羧酸循環(huán)途徑對苯丙氨酸的轉(zhuǎn)化、苯乳酸的合成具有很重要的作用[2]。Dallagnol A M C C等人[3]和Vermeulen G M等人[4]均報道，在植物乳桿菌發(fā)酵過程中添加α-酮戊二酸可使苯乳酸的產(chǎn)量增加5%～30%。

乳酸脫氫酶是苯乳酸合成最后一個反應的催化酶，它同樣廣泛分布于動物、植物和微生物細胞中，但其性質(zhì)存在較大差異，在生物體內(nèi)的氧化產(chǎn)能、解毒等生理活動中起重要作用。乳酸脫氫酶又稱為NAD+氧化酶，是糖酵解最后一步反應的催化酶，即能逆催化氧化乳酸生成丙酮酸[5]。Meistei A等人[6]首次研究證明，牛瘤胃中微生物在代謝過程中，乳酸脫氫酶在NADH作用下，可將苯丙酮酸脫氫后轉(zhuǎn)化為苯乳酸。

3.2 苯乳酸分解途徑

苯乳酸產(chǎn)量不僅與合成途徑密切相關(guān)，同時與苯乳酸分解代謝途徑也是息息相關(guān)。然而，目前關(guān)于苯乳酸分解代謝途徑的研究比較匱乏，只有個別報道對苯乳酸分解代謝終產(chǎn)物進行了初步研究。

李遠頌[7]研究發(fā)現(xiàn)，苯乳酸不僅可以代謝為非蛋白氨基酸，也還可以直接轉(zhuǎn)化為1-溴-2,3苯甲烷，再轉(zhuǎn)化為2-苯基雙氫苯并吡喃，最后轉(zhuǎn)化為四氫噻唑二酮衍生物。除此之外，Wegst W等人[8]利用物理化學和色譜分析方法，在添加苯丙氨酸的無機鹽培養(yǎng)基中分離并鑒定了一種新的代謝產(chǎn)物-二氫化二醇。這一結(jié)果表明，乳酸菌可以將苯乳酸轉(zhuǎn)化為二氫化二醇。2009年，Zhang Z Y等人[9]利用KEGG數(shù)據(jù)庫分析發(fā)現(xiàn)，苯乳酸可以先轉(zhuǎn)化為苯乳酸輔酶A，而苯乳酸輔酶A還可以進一步降解為苯基甘氨酸和苯基谷氨酸。

4 展望

近年來，抑菌化合物已經(jīng)成為微生物研究領(lǐng)域的一個熱點，目前微生物產(chǎn)生的抑菌化合物主要有有機酸、細菌素、環(huán)二肽等，通過綜合比較這些抑菌化合物的優(yōu)缺點，人們普遍認為苯乳酸是一種非常具有開發(fā)前景的新型天然防腐劑。近年研究表明，眾多微生物可以合成苯乳酸，但苯乳酸產(chǎn)量存在菌株特異性，因此深入了解苯乳酸結(jié)構(gòu)和抑菌功能，深入細致地解釋微生物苯乳酸合成與分解代謝途徑，將為今后苯乳酸微生物合成和工業(yè)化應用提供十分重要的理論基礎(chǔ)和依據(jù)。

參考文獻：

[1]Dieuleveux V S，Lemarinier M.Gueguen.Antimicrobial spectrum and target site of D-3-phenyllactic acid[J].International Journal of Food Microbiology，1998，40 （3）：177-183.

[2]Rijnen L C P， Gripon J C， Yvon M.Expression of a heterologous glutamate dehydrogenase gene in Lactococcus lactis highly improves the conversion of amino acids to aroma compounds[J].Applied Environment Microbiology，2000，66（4）：1 354-1 359.

[3]Dallagnol A M C C，Mercado M I，de Valdez G F，et al.Effectofbiosynthetic intermediatesandcitrate on the phenyllactic and hydroxyphenyllactic acids production by Lactobacillus plantarum CRL 778[J].Journal of Applied Microbiology，2011（6）：1 447-1 455.

[4]Vermeulen N G M，Vogel RF.Influence of peptide supply and cosubstrates on phenylalanine metabolism of Lactobacillus sanfranciscensis DSM20451 （T） and Lactobacillus plantarum TMW1.468[J].Journal of Agriculture Food Chemistry，2006，54 （11）：3 832-3 839.

[5]Ai-Jassabi S.Purification and kinetic properties of skeletal muscle lactate dehydrogenase from the Lizard agam-stellio stellio[J].Biochemistry （Moscow）， 2002， 67 （7）：786-789.

[6]Meister A.Reduction of α， γ -Dike to anda-keto acids catalyzed by muscle preparation and by crystalline lactic dehydrogenase[J].Journal of Biological Chemistry，1990（3）：117-129.

[7]李遠頌.生物合成R-3苯基乳酸的研究 [D].儋州：華南熱帶農(nóng)業(yè)大學，2006.

[8]Wegst W，Tittmann U，Eberspacher J，et al.Bacterial conversion of phenylalanine and aromatic carboxylic acids into dihydrodiols[J].Biochem J，1981 （3）：679-684.

[9]Zhang Z Y，Liu C，Zhu Y Z，et al.Complete genome sequence of Lactobacillus plautarum JDM1[J].Journal of Bacteriology，2009 （15）：5 020-5 021.◇