植物乳桿菌在水產品中的應用研究進展

徐永霞，白旭婷，趙洪雷，李學鵬，白鳳翎，勵建榮

(渤海大學 食品科學與工程學院，實驗中心，生鮮農產品貯藏加工及安全控制技術國家地方聯合工程研究中心，遼寧 錦州 121013)

植物乳桿菌是一類重要的益生菌，不僅廣泛分布在各類發(fā)酵食品中，還大量存在于人體胃腸道中，是一類已被公認的安全的(generally regarded as safe，GRAS)食品級微生物[1]。水產品不僅富含優(yōu)質蛋白、EPA和DHA等人體必需的營養(yǎng)素，也是微量元素的重要來源，經常食用水產品可以降低人類患冠心病、中風的及心血管疾病的死亡率，減少患抑郁癥的幾率[2]?；谥参锶闂U菌具有良好的生理特性、降解亞硝酸鹽、改善食品風味和調節(jié)腸道菌群平衡等作用[3]，目前已被廣泛應用于水產品的養(yǎng)殖、加工和保鮮等領域[4]。本文主要綜述了植物乳桿菌在水產品的防腐保鮮、發(fā)酵水產品、水產品脫腥及風味改善和營養(yǎng)保健等方面的應用研究進展，旨在為植物乳桿菌在水產品中的應用提供參考。

1 植物乳桿菌簡介及生物學特性

植物乳桿菌(Lactobacillusplantarum)是一類革蘭氏陽性的乳桿菌，不產芽孢，最適生長溫度為30～35 ℃，最適生長pH為6.5左右，屬于同型發(fā)酵乳酸菌[5]。此菌是厭氧型或兼性厭氧型細菌，在繁殖過程中能產生特有的乳酸桿菌素，可作為一種生物型防腐劑。與其他細菌相比，植物乳桿菌的優(yōu)越性在于高效利用乳糖轉化成乳酸的同時還充分利用乳清中殘留的蛋白質[6]。植物乳桿菌屬化能異養(yǎng)菌，生長需要糖類、氨基酸、泛酸鈣和煙酸等營養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基，但不需要維生素B1、B9、B12和吡哆醛[7]。

植物乳桿菌是一種存在多種生態(tài)位的乳酸菌，具有環(huán)境適應性強和基因組可塑性多樣的特點。它具有生產多種細菌素的能力，這些細菌素常被用作食品防腐劑或抗生素補充劑的抗菌肽，這對食品的防腐保鮮領域貢獻很大[8]。滲透壓是影響微生物生長速率和代謝活力的主要因素[9]，在一定濃度范圍的NaCl、乳糖、蔗糖條件下，植物乳桿菌的繁殖速率隨滲透壓的升高而加快；而在高濃度乳糖和蔗糖條件下，其具有保持細胞內外濃度平衡的作用[10]。更重要的是，植物乳桿菌發(fā)酵碳水化合物的能力極強，可與其他乳酸菌發(fā)揮協同增效作用，這使其在發(fā)酵制品中發(fā)揮重要作用。

2 植物乳桿菌在水產品防腐保鮮中的應用研究

水產品因具有高蛋白、低脂肪和低熱量等特點，已成為人們飲食中必不可少的營養(yǎng)來源[11]。因加工和保藏方式的局限性，多數水產品仍以鮮銷為主。然而，由于水產品水分含量高，富含蛋白質等營養(yǎng)物質，且肌肉組織脆弱，內源性蛋白酶活躍，在貯運過程中極易腐敗變質。目前，以使用天然無毒的生物保鮮劑為主的綠色生物保鮮技術廣受關注，并逐漸應用于水產品的貯運、加工及消費過程中。利用植物乳桿菌及其代謝產物為載體，開發(fā)出天然的生物保鮮劑，不僅有安全綠色、穩(wěn)定高效的優(yōu)勢，還解決了水產品易腐敗變質的問題，在延長產品貨架期的同時進一步拓寬了水產品的銷路[12]。

2.1 植物乳桿菌的抑菌機理

2.1.1 通過產生有機酸降低pH來抑制微生物的繁殖

不同種類的植物乳桿菌有不同的抑菌機理，一般認為植物乳桿菌的抑菌性與其能產生有機酸類物質及形成極低的pH環(huán)境有關。劉佳秀等[13]發(fā)現海洋魚類來源的L.plantarumY12對Pseudomonasspp.具有抑制作用，這與其能夠降低魚肉保藏過程中的pH值有關，進而防止魚肉的腐敗變質。何艷霞[14]利用高效液相色譜法(HPLC)分析L.plantarumDT2-4 發(fā)酵液中起抑菌作用的物質主要為有機酸，如苯乳酸、乳酸和醋酸等。植物乳桿菌通過產生有機酸來調節(jié)環(huán)境的pH，形成酸性環(huán)境來抑制水產品中微生物的生長繁殖。

2.1.2 通過產生大分子有機物質來抑制微生物的繁殖

研究發(fā)現，植物乳桿菌能夠產生脂肪酸等抑菌物質，滲透進入致病菌細胞與其質膜結合，改變細胞膜的滲透性而致死亡細胞，或改變細胞膜的流動性來抑制致病菌的生長[15]。陸春波等[16]借助組學方法分析植物乳桿菌發(fā)酵上清液代謝物組的變化規(guī)律，得出植物乳桿菌DY6的主要抑菌物質為有機酸和脂肪酸；此外，植物乳桿菌在代謝過程中能夠產生蛋白類抑菌物質，進而抑制微生物的生長。孫夢瑩等[17]從梭魚和鴉片魚腸道中各分離出一株植物乳桿菌S2-6和Y3-1，在代謝中能夠產生蛋白類抑菌物質，進而抑制大腸桿菌的生長。因此，植物乳桿菌可以通過產生大分子有機類抑菌物質，調節(jié)微生物細胞膜的通透性和流動性來抑制其生長繁殖。

2.1.3 通過調節(jié)群體感應抑制微生物的繁殖

微生物群體感應(quorum sensing，QS)，簡稱群體感應，是細菌在增殖過程中分泌化學信號、調節(jié)群體行為的一種方式[18]。植物乳桿菌可以通過調節(jié)細菌的群體感應系統(tǒng)，抑制細菌形成生物膜和產生毒力因子等代謝過程，從而抑制細菌在生物體表面的生長和繁殖。張騰等[19]從AI-2/LuxS群體感應出發(fā)，研究植物乳桿菌信號分子生成與生物膜形成的關系，發(fā)現植物乳桿菌HE-1具有產生AI-2信號分子的關鍵基因，能抑制病原微生物的生長。呂欣然等[20]發(fā)現植物乳桿菌XCT-1對大菱鲆體表分離的溫和氣單胞菌具有群體感應抑制活性，可顯著抑制毒力因子和生物膜的形成。

2.2 植物乳桿菌在水產品保鮮中的應用

植物乳桿菌作為新型生物防腐保鮮劑，近年來逐漸應用于水產品保鮮領域。崔天琦等將植物乳桿菌的細菌素粗提物應用于鰱魚魚丸的保鮮，發(fā)現菌株JY-22細菌素粗提物可有效抑制魚丸中地衣芽孢桿菌和蠟樣芽孢桿菌的生長繁殖，具有良好的保鮮效果，延長產品貨架期至少3 d。Lü等[21]從傳統(tǒng)發(fā)酵酸菜中分離得到一株植物乳桿菌菌株DL3，對銅綠假單胞菌和腐敗希瓦氏菌具有較強的降解作用。進一步研究發(fā)現，植物乳桿菌DL3處理能有效抑制草魚片中腐敗菌的生長繁殖，減緩蛋白質的降解，保持魚片的感官品質[22]。唐文靜等[23]將植物乳桿菌與其他益生菌制成復合乳酸菌，并應用于海鱸魚塊的保鮮，發(fā)現復合乳酸菌能顯著抑制魚塊中假單胞菌和腐敗希瓦氏菌的生長繁殖，有效延長了魚塊的貨架期。

3 植物乳桿菌在水產品加工中的應用研究

水產品含有豐富的氨基酸且配比平衡，消化率高，此外，富含ω-3和ω-6脂肪酸，極大程度地滿足了人體必需脂肪酸的需求[24]。然而，由于加工或貯藏方式不當容易使水產品產生腥味，發(fā)生腐敗變質。發(fā)酵是最傳統(tǒng)的保藏食品的方式，不僅能用來保存食品，而且能改善食品的風味。利用乳酸菌發(fā)酵水產品，可以充分利用水產食品原料中優(yōu)質的蛋白質、脂肪酸、維生素以及少量碳水化合物，不但能產生大量的風味物質，而且能提升水產品的色、香、味等感官品質。

3.1 植物乳桿菌在發(fā)酵水產品中的應用

利用發(fā)酵方法處理水產品不僅使產品具有風味獨特、營養(yǎng)價值高的優(yōu)勢，還可以提升產品品質，延長貨架期[25]。但由于傳統(tǒng)發(fā)酵的周期長、工序復雜及原材料的特殊性，在發(fā)酵過程中很可能滋生腐敗微生物并產生生物胺等物質，進而降低發(fā)酵產品的品質及安全性[26]。乳酸菌發(fā)酵水產品具有一定的優(yōu)越性，其中植物乳桿菌也被列入發(fā)酵菌種之一。近年來很多學者發(fā)現，當環(huán)境pH>4.5時，植物乳桿菌通過產生亞硝酸鹽還原酶分解亞硝酸鹽，再借助乳酸發(fā)酵，使環(huán)境pH迅速低于4.5；后期亞硝酸鹽的降解則得益于H+降解NO2-[27]。利用植物乳桿菌的這一特性，發(fā)酵出的產品更加安全、營養(yǎng)。

Hu等[28]在鰱魚魚糜中添加了由植物乳桿菌和其他益生菌復配而成的發(fā)酵劑后，發(fā)現該復合發(fā)酵劑能促進魚肉中蛋白質的水解，提高游離氨基酸的含量，并形成魚糜特有的發(fā)酵風味。張洵[29]利用植物乳桿菌、葡萄球菌以及酵母菌復配發(fā)酵白鰱魚糜，明顯提高了魚糜中的氨基酸總量和不飽和脂肪酸含量。許女等[30]篩選出對亞硝酸鹽和生物胺有顯著降解作用的植物乳桿菌，并將其成功應用于魚肉發(fā)酵香腸中，為研究乳酸菌降解亞硝酸鹽和生物胺的機理和基因工程育種等方面奠定了基礎，對發(fā)酵肉制品的質量安全控制、營養(yǎng)功能提升也具有重要意義。王洋等[31]將植物乳桿菌Y9與松鼠葡萄球菌SL4復配制備發(fā)酵鱘魚腸，不僅發(fā)酵快速，而且產品的感官品質和理化特性極佳。除了制作魚肉香腸外，利用植物乳桿菌發(fā)酵水產品還有很多其他方面的應用。解萬翠等[32]采用植物乳桿菌與酵母菌和霉菌復配，混合發(fā)酵制得的蝦醬具有低鹽、發(fā)酵期短、產品性質穩(wěn)定等優(yōu)勢。張根生等[33]用植物乳桿菌發(fā)酵鯉魚肉干，通過正交試驗確定了發(fā)酵工藝參數，最終制得的魚干酸味適中、彈性和韌性好且口味獨特，研究結果為風干魚制品的生產提供了參考。利用植物乳桿菌進行發(fā)酵，極大地縮短了發(fā)酵時間，加快了發(fā)酵劑的發(fā)酵速率，同時也提升了產品的風味和營養(yǎng)價值，更為水產品副產物的高值化利用提供了新的思路。

3.2 植物乳桿菌在水產品脫腥及風味改善中的應用

水產品中腥味物質組成復雜，其形成原因主要包括水質環(huán)境、浮游生物、體內生物酶或微生物的氧化分解等[34]。目前采用的脫腥方法主要有物理法、化學法、生物法和復合法等，其中植物乳桿菌不僅能去除水產品的腥味，而且能形成新的風味物質，具有增香作用。密更等[35]綜述了人工接種乳酸菌發(fā)酵魚糜的研究進展，發(fā)現植物乳桿菌和短乳桿菌幾乎存在于所有自然發(fā)酵的魚制品中，賦予魚制品更好的口感、風味及品質特性。

裘迪紅等[36]采用植物乳桿菌發(fā)酵草魚肉，可有效減少魚肉中的土腥味，而且增加了魚肉中的香氣成分。單一的植物乳桿菌能夠改善水產品的風味，與其他菌協同發(fā)酵時效果更佳。張洵研究發(fā)現，在白鰱魚糜中接種植物乳桿菌、木糖葡萄球菌以及釀酒酵母菌，制得的魚糜制品有特殊的香味，且氨基酸總量和多不飽和脂肪酸含量明顯上升。王蔚新[37]利用植物乳桿菌120和戊糖片球菌220發(fā)酵酸魚，發(fā)現植物乳桿菌通過降低體系的pH值為釋放大量游離氨基酸，產生大量風味物質。游剛等[38]采用植物乳桿菌、腸膜明串珠菌和戊糖片球菌復合發(fā)酵六齒金線魚肉，不但使魚肉自身的不良風味明顯降低，而且增加了發(fā)酵魚肉特有的風味。

植物乳桿菌不僅能改善和豐富水產品的風味，改善其感官品質，還能提高產品的安全性。有研究表明，植物乳桿菌在去除水產品腥味、異味和產香的同時，還能去除胺類等致癌物質[39]。Zeng等[40]從酸魚中分離出植物乳桿菌和戊糖片球菌，混合發(fā)酵鯉魚碎肉，產品中未檢出組胺和精胺。于海鳳[41]用植物乳桿菌發(fā)酵鲅魚罐頭，制得的產品味道鮮美、風味物質豐富、嘌呤含量低，且產品中未檢出三甲胺、二甲胺等物質。利用植物乳桿菌的這一特性可擴大其在水產品加工及產品開發(fā)中的應用。

4 植物乳桿菌在改善水產品營養(yǎng)及功能特性中的應用研究

4.1 植物乳桿菌在水產養(yǎng)殖中的應用

植物乳桿菌作為食品中常用的益生菌，可分泌乳酸，抑制有害菌，幫助分解膽固醇及脂類，提高動物免疫力和健康水平。廖志勇等[42]將植物乳桿菌添加到大黃魚的飼料中，能提高魚的體重增長率和攝食率，增強抵抗力。周曉波等[43]發(fā)現在羅非魚飼料中添加植物乳桿菌，能夠顯著提升魚增重率和特定生長率，降低魚血清膽固醇以及尿素氮含量。胡宗福等[44]將飼料中添加植物乳桿菌，使細鱗鮭腸道菌群物種多樣性和豐富度降低，益生菌豐度增加，促進細鱗魚的生長。劉敏等[45]從健康養(yǎng)殖的虹鱒腸道分離出植物乳桿菌L1212可作為益生菌，用于虹鱒口服疫苗載體及魚類飼料添加劑的開發(fā)。

4.2 植物乳桿菌在提高水產品功能特性方面的研究

植物乳桿菌是一種公認的益生菌，具有口腔益生特性，可以調節(jié)人體腸道功能，增強機體免疫力和降低膽固醇等多種益生功能。研究表明，攝入一定量的植物乳桿菌可以顯著抑制有害微生物的生長，促進有益微生物的繁殖，從而保持腸道內菌群的平衡，降低腸道疾病的發(fā)生率。Kim等[46]報道，在飲食中適量攝入添加植物乳桿菌的水產品可以增強人體細胞抗誘變的能力。張根生等采用植物乳桿菌發(fā)酵真空包裝鯉魚肉干，發(fā)現經常食用可改善人體內的腸道微生物，顯著降低腸道疾病的發(fā)生。陳小芳等[47]用植物乳桿菌對白蝦進行發(fā)酵軟化處理，發(fā)現白蝦殼的脆度下降、韌性增強，肉質風味佳，不僅有利于鈣的吸收，而且大大提高了蝦殼資源的利用率。將植物乳桿菌用于水產品，充分利用水產品的高營養(yǎng)價值和植物乳桿菌的益生特性，更大限度地提升了水產品的營養(yǎng)價值和功能特性。譚汝成等[48]利用自然發(fā)酵魚鲊中分離的植物乳桿菌和戊糖片球菌進行魚鲊的接種發(fā)酵，可明顯改善魚鲊氨基酸的組成，提高魚鲊的營養(yǎng)價值和感官品質。武瑞赟等[49]利用類植物乳桿菌L-ZS9發(fā)酵鱘魚骨酶解液，可顯著提高鱘魚骨酶解液中游離鈣的含量。王悅齊等[50]采用干酪乳桿菌、植物乳桿菌和戊糖片球菌混合發(fā)酵帶魚，有效提高了產品的抗氧化活性，混合發(fā)酵劑對產品的不飽和脂肪酸氧化有明顯的抑制作用。

5 結論與展望

植物乳桿菌作為一種來源廣泛、對人體健康有益的優(yōu)勢乳桿菌，目前已被廣泛應用于食品、藥品、動物飼料、工業(yè)生產和醫(yī)療保健等領域，具有巨大的市場需求和發(fā)展?jié)摿?。水產品因具有高蛋白、低脂肪、營養(yǎng)豐富、味道鮮美等特點而深受消費者的喜愛。近年來，植物乳桿菌也逐漸應用于水產品中，主要包括防腐保鮮、水產發(fā)酵制品、水產品脫腥及風味改善、水產品的營養(yǎng)及功能特性改善等方面，提升了水產品的品質，但目前大多數研究還集中在基礎層面，對于更深層次作用機制方面的研究還很少，今后還需進一步深入探究植物乳桿菌發(fā)揮其有益功能的分子機制，為植物乳桿菌在水產品中更好地應用奠定基礎。