地衣芽孢桿菌在食品工業(yè)中的應(yīng)用！

地衣芽孢桿菌是一種*的安全無毒的革蘭氏陽性菌。由于地衣芽孢桿菌能產(chǎn)豐富的蛋白酶,能提高營(yíng)養(yǎng)利用效率、提高動(dòng)物免疫功能以及抑制致病菌的效果，在食品工業(yè)方面已經(jīng)有廣泛的應(yīng)用。本文主要綜述地衣芽孢桿菌在食品工業(yè)方面的應(yīng)用及其相關(guān)機(jī)理研究。

地衣芽孢桿菌是一種廣泛分布于土壤和其他自然環(huán)境的革蘭氏陰性菌。地衣芽孢桿菌具有營(yíng)養(yǎng)要求簡(jiǎn)單、對(duì)不良環(huán)境有*抵抗能力、產(chǎn)酶種類多且產(chǎn)量高、耐熱性強(qiáng)、抑制致病菌以及安全無毒等諸多優(yōu)良特性，因此比較適合用于工業(yè)生產(chǎn)，已經(jīng)被多個(gè)機(jī)構(gòu)認(rèn)定為GRAS工業(yè)菌株。地衣芽孢桿菌應(yīng)用范圍較廣，能有效預(yù)防水產(chǎn)動(dòng)物腸炎，分解水中有毒有害物質(zhì)，能促進(jìn)飼料中營(yíng)養(yǎng)素降解，能調(diào)整腸道菌群失調(diào)，減少腸道細(xì)菌感染，能產(chǎn)生抗性物質(zhì)從而抑制致病菌生長(zhǎng)繁殖，因此地衣芽孢桿菌在水產(chǎn)業(yè)、畜牧業(yè)、林業(yè)、食品工業(yè)和醫(yī)藥行業(yè)均有廣泛的應(yīng)用。近年來，地衣芽孢桿菌由于其安全性、產(chǎn)酶豐富以及能抑制致病細(xì)菌的特性在食品工業(yè)上的應(yīng)用也越來越多。對(duì)地衣芽孢桿菌在食品工業(yè)中的應(yīng)用及相關(guān)機(jī)理進(jìn)行綜述。

一、地衣芽孢桿菌基本生物學(xué)特征

地衣芽孢桿菌是一種在土壤中常見的革蘭氏陽性嗜熱細(xì)菌，其適合生長(zhǎng)溫度為30℃，但酶的適合分泌溫度為37℃，地衣芽孢桿菌還能產(chǎn)生許多具有熱溫度性較強(qiáng)的蛋白酶，而且抵抗惡劣環(huán)境的能力比較強(qiáng)。

地衣芽孢桿菌與解淀粉芽孢桿菌的親緣關(guān)系z(mì)近，兩者DNA同源性在9%~15%。地衣芽孢桿菌培養(yǎng)菌落呈圓形，表面不光滑。鏡檢菌株為直桿狀，兩端呈圓形，芽孢有運(yùn)動(dòng)能力。能利用丙酸鹽是地衣芽孢桿菌才具有的生化特征，地衣芽孢桿菌還具有淀粉水解、利用檸檬酸鹽、明膠液化、硝酸鹽還原以及精氨酸脫水酶生產(chǎn)能力。根據(jù)以上生理生化特征結(jié)合16SrDNA序列可以對(duì)地衣芽孢桿菌進(jìn)行鑒定。

二、地衣芽孢桿菌在食品中的應(yīng)用

1、地衣芽孢桿菌的安全性研究

地衣芽孢桿菌已經(jīng)被多家機(jī)構(gòu)認(rèn)定為GRAS菌株，有關(guān)地衣芽孢桿菌致病性案例均為創(chuàng)傷等繼發(fā)性感染病例。目前還沒有地衣芽孢桿菌突破皮膚、消化道和呼吸道黏膜等人體天然屏障的報(bào)道，因此地衣芽孢桿菌是非人類致病菌。目前幾乎未見關(guān)于地衣芽孢桿菌引起食物中毒的報(bào)道。地衣芽孢桿菌長(zhǎng)期應(yīng)用于生產(chǎn)食品工業(yè)用酶制劑，因此地衣芽孢桿菌食品安全性較高。

1972年地衣芽孢桿菌開始被大規(guī)模應(yīng)用于淀粉酶生產(chǎn)，1981年；地衣芽孢桿菌生產(chǎn)的食品加工用淀粉水解酶和其他蛋白酶被美國(guó)食品和藥物管理局鑒定為GRAS級(jí)；1989年，丹麥衛(wèi)生部*給予基因重組地衣芽孢桿菌菌株工業(yè)應(yīng)用的環(huán)境認(rèn)證和生產(chǎn)許可；1991年NIH引入了地衣芽孢桿菌的GLSP標(biāo)準(zhǔn)，以指導(dǎo)其大規(guī)模培養(yǎng)。目前，地衣芽孢桿菌工業(yè)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)為：地衣芽孢桿菌作為宿主細(xì)胞應(yīng)該無芽孢突變株，作為遺傳操作載體，內(nèi)源性質(zhì)粒宿主不包括蠟狀芽孢桿菌。

2、地衣芽孢桿菌在釀造業(yè)中的應(yīng)用

地衣芽孢桿菌由于其豐富的產(chǎn)酶能力和良好的環(huán)境適應(yīng)能力而被應(yīng)用于釀造工業(yè)，被認(rèn)為是醬香型白酒高溫大曲中*的微生物。劉桂君等從牛欄山酒廠生產(chǎn)用大曲中分離純化得到地衣芽孢桿菌，用所得液體菌株做種子制備麩曲添加到酒醅中，所得地衣芽孢桿菌基酒比普通基酒乙酸乙酯含量提高，酒體協(xié)調(diào)、自然，說明地衣芽孢桿菌的添加能提高牛欄山二鍋頭基酒的質(zhì)量。

研究人員從醬香型生產(chǎn)用高溫大曲中篩選得到3株產(chǎn)醬香地衣芽孢桿菌，以麩皮為培養(yǎng)基，所得地衣芽孢桿菌于55℃發(fā)酵6d，發(fā)酵液中可檢測(cè)到乙偶姻、四甲基吡嗪和呋喃扭爾等產(chǎn)醬香細(xì)菌發(fā)酵產(chǎn)生的特征性產(chǎn)物。

從茅臺(tái)酒生產(chǎn)用大曲中分離純化得到兩株地衣芽孢桿菌和一株枯草芽孢桿菌，在制曲工藝條件下，對(duì)3株芽孢桿菌的固態(tài)發(fā)酵代謝產(chǎn)物分析得知，其共同的代謝產(chǎn)物為二甲基吡嗪、*基吡嗪、四甲基吡嗪、呋喃扭爾、丁二醇、丁烯酸和異戊酸等酒類風(fēng)味物質(zhì)，說明地衣芽孢桿菌對(duì)于茅臺(tái)酒風(fēng)味的呈現(xiàn)有十分重要的作用。

3、地衣芽孢桿菌酶制劑在食品加工中的應(yīng)用

地衣芽孢桿菌產(chǎn)生的蛋白酶具有較強(qiáng)的水解能力，因此在動(dòng)物食品加工及水解大豆產(chǎn)多肽方面應(yīng)用廣泛。大豆是一種優(yōu)質(zhì)高蛋白脂肪作物，可制成各類食品，豆粕是大豆提取油后的副產(chǎn)品。其中豐富的蛋白可以采用地衣芽孢桿菌蛋白酶加以利用，制成肽類飲料。研究人員從土壤中分分離得到高產(chǎn)蛋白酶的地衣芽孢桿菌，用該地衣芽孢桿菌以大豆分離蛋白為原料進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)，通過對(duì)發(fā)酵條件進(jìn)行優(yōu)化，大豆多肽得率達(dá)到70%，其中大豆蛋白多肽含量可達(dá)19.2mg/mL，而且所得大豆多肽發(fā)酵液具有良好的口感，可作為食品原料，具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。

研究人員用地衣芽孢桿菌2709堿性蛋白酶水解玉米渣，酶解后可溶性肽的含量明顯升高。經(jīng)過HPLC對(duì)酶解產(chǎn)物分析發(fā)現(xiàn)酶解后多肽分子量分布范圍為3000~10000Da。他用所得的短肽制備了多肽飲料。李紅梅等研究發(fā)現(xiàn)，控制地衣芽孢桿菌堿性蛋白酶對(duì)玉米蛋白的水解條件，可以改變玉米蛋白的結(jié)構(gòu)和乳化性能。

用2709地衣芽孢桿菌堿性蛋白酶對(duì)高度變性的脫脂豆粕進(jìn)行水解處理，水解pH為9.7，發(fā)現(xiàn)酶用量超過532U/mL時(shí)，豆粕的氮溶指數(shù)可達(dá)80%~90%，z大氮溶指數(shù)達(dá)90.5%，說明豆粕被地衣芽孢桿菌蛋白酶水解的比較*。在35℃條件下水解24h，酶濃度高于1000U/mL時(shí)對(duì)大豆蛋白的*高水解度可達(dá)65%，該條件比較有利于多肽飲料的制備。

利用地衣芽孢桿菌作為出發(fā)菌株，以提取油后的麻瘋樹餅粕作為培養(yǎng)基進(jìn)行固體發(fā)酵生產(chǎn)蛋白酶，研究表明，地衣芽孢桿菌于30℃發(fā)酵3d，蛋白酶產(chǎn)量達(dá)到z大值為7465U/g，對(duì)麻瘋樹餅粕利用較為充分。

4、地衣芽孢桿菌在養(yǎng)殖業(yè)中的應(yīng)用

由于地衣芽孢桿菌對(duì)致病菌有一定的抑制作用，而且地衣芽孢桿菌所產(chǎn)生的豐富的蛋白酶能促進(jìn)腸道消化，因此地衣芽孢桿菌在飼料添加劑方面有較廣泛的應(yīng)用。辛娜等將主要成分為地衣芽孢桿菌的芽孢桿菌制劑添加到蛋雞飼料中，發(fā)現(xiàn)飼料的轉(zhuǎn)化率得到提高，蛋雞的發(fā)病率明顯減少，而且雞蛋的蛋殼硬度相比對(duì)照組增加2.55%，產(chǎn)蛋率有所提高并且破蛋率降低，同時(shí)還能改善蛋黃顏色。劉曉琳等將地衣芽孢桿菌添加到斷奶仔豬的飼料中，結(jié)果表明，地衣芽孢桿菌組平均日增重比對(duì)照組高13.89%，而且地衣芽孢桿菌料肉比比對(duì)照組低15.49%，該組的腹瀉率比對(duì)照組低17.31%，差異極顯著，說明地衣芽孢桿菌的添加能減少仔豬發(fā)病，提高其生產(chǎn)性能。

任永軍等在肉兔飼料中添加地衣芽孢桿菌和枯草芽孢桿菌各占一半的復(fù)合菌劑，結(jié)果表明，試驗(yàn)組乳酸桿菌、雙歧桿菌的數(shù)量顯著增加，腸道內(nèi)容物pH明顯降低，血清中免疫球蛋白和補(bǔ)體含量顯著提升，復(fù)合菌劑的添加可以促進(jìn)肉兔腸道發(fā)育，刺激腸道益生菌的增值，同時(shí)還可提高機(jī)體的免疫功能。

地衣芽孢桿菌在水產(chǎn)養(yǎng)殖方面也有一定的應(yīng)用價(jià)值。丁賢等發(fā)現(xiàn)用含有地衣芽孢桿菌的飼料投喂南美白對(duì)蝦，結(jié)果發(fā)現(xiàn)對(duì)蝦體內(nèi)脂肪酶、淀粉酶以及蛋白酶的含量均明顯高于未喂地衣芽孢桿菌的對(duì)蝦，且地衣芽孢桿菌組對(duì)蝦的發(fā)病率較低，體重及產(chǎn)量明顯高于未喂地衣芽孢桿菌組。例如劉克琳等在飼料中添加1%的地衣芽孢桿菌，結(jié)果鯉魚的免疫器官內(nèi)T、B淋巴細(xì)胞壁比對(duì)照組鯉魚成熟得更快，產(chǎn)量也更高，產(chǎn)生相應(yīng)抗體也有所增加，免疫功能有所增強(qiáng)。異育銀鯽投喂含地衣芽孢桿菌的飼料后，對(duì)嗜水氣單菌的抗感染力顯著增強(qiáng)。在澳大利亞海蝦養(yǎng)殖過程中，“熒光菌侵染病”曾經(jīng)使海蝦大量死亡，這是由于具有熒光的弧菌引發(fā)的，在施用含地衣芽孢桿菌等益生菌后，水體中弧菌數(shù)量顯著減少。菲律賓對(duì)蝦養(yǎng)殖場(chǎng)中也出現(xiàn)大量熒光菌，在加入抗生素后，效果不明顯，而加入地衣芽孢桿菌等益生菌后，有害熒光菌數(shù)量明顯減少，對(duì)蝦的成活率顯著提升。

5、地衣芽孢桿菌在糧油植物病蟲防治中的應(yīng)用

由于地衣芽孢桿菌有豐富的蛋白酶和許多不同分子量大小的多肽，其中部分蛋白和多肽具有較強(qiáng)的抗菌活性。因此地衣芽孢桿菌菌液在糧油植物病蟲防治方面有較廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

孫啟利等研究發(fā)現(xiàn)地衣芽孢桿菌W10培養(yǎng)菌液對(duì)油菜菌核病菌有加強(qiáng)的抑制作用。當(dāng)?shù)匾卵挎邨U菌W10抗菌蛋白質(zhì)量濃度為100μg/mL時(shí)，對(duì)菌絲生長(zhǎng)的抑制率大于90%，成立后菌核萌發(fā)推遲，明顯抑制子囊孢子萌發(fā)和芽管伸長(zhǎng)，病菌菌絲出現(xiàn)斷裂，細(xì)胞膜通透性改變，電解質(zhì)滲漏電導(dǎo)率增加。當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)量濃度達(dá)100μg/mL時(shí)，防治效果達(dá)71.8%，相當(dāng)于1000μg/mL的腐霉利。因此，地衣芽孢桿菌W10可作為新型生物農(nóng)藥單獨(dú)使用或聯(lián)合多菌靈等復(fù)配使用。

彭化賢等從來自四川省簡(jiǎn)陽市汕優(yōu)63水稻根際分離篩選得到208個(gè)細(xì)菌菌株對(duì)稻瘟病菌具有較強(qiáng)的抑制能力，主要包括地衣芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌和地衣芽孢桿菌等，抑菌帶寬度大多在15.1~25mm。說明地衣芽孢桿菌在防治稻瘟病方面有較好的應(yīng)用前景。地衣芽孢桿菌除防治病蟲外，還能在一定程度上提高糧食作物的品質(zhì)。趙國(guó)緯等研究了地衣芽孢桿菌發(fā)酵液、發(fā)酵上清液及菌體對(duì)打田玉米和盆栽玉米的作用，結(jié)果表明，地衣芽孢桿菌L3發(fā)酵液相對(duì)對(duì)照組能顯著減少水稻稻瘟病的發(fā)生，并明顯增加水稻的穗粒數(shù)和干粒重，提高水稻的品質(zhì)和產(chǎn)量。他們還采用地衣芽孢桿菌L3對(duì)玉米進(jìn)行葉面噴施和灌根處理，發(fā)現(xiàn)地衣芽孢桿菌在發(fā)酵過程中可以產(chǎn)生玉米素、玉米素核苷和細(xì)胞分裂素等生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，地衣芽孢桿菌組平均株高，平均直徑和干粒重菌比對(duì)照組有顯著提高，從而提高玉米的品質(zhì)和產(chǎn)量。丁志剛等將地衣芽孢桿菌培養(yǎng)液按秸稈不同質(zhì)量比噴灑于秸稈表面，在作用不同時(shí)段后取樣，發(fā)現(xiàn)其中粗纖維、酸性木質(zhì)素、酸性洗滌纖維呈下降趨勢(shì)，而秸稈中蛋白含量上升，說明地衣芽孢桿菌處理小麥和水稻能顯著提升小麥秸稈和水稻稻草品質(zhì)。

三、地衣芽孢桿菌作用機(jī)理研究

地衣芽孢桿菌能產(chǎn)生豐富的蛋白酶，而且能作為益生菌調(diào)節(jié)動(dòng)物的腸道功能，增強(qiáng)動(dòng)物的機(jī)體免疫能力，減少飼養(yǎng)動(dòng)物的發(fā)病率，還能作為生物農(nóng)藥防治植物病害，改善農(nóng)作物的品質(zhì)，許多研究者對(duì)于地衣芽孢桿菌的作用機(jī)理進(jìn)行了研究。

1、地衣芽孢桿菌的抑菌功能

地衣芽孢桿菌對(duì)多種動(dòng)植物病原菌具有加強(qiáng)的抑制作用。唐麗娟等研究了地衣芽孢桿菌W10對(duì)分離自番茄灰霉病果的灰葡萄孢的抑制作用進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)病菌在W10培養(yǎng)濾液中培養(yǎng)3h出現(xiàn)原生質(zhì)收縮和空泡現(xiàn)象，5h后菌絲細(xì)胞尤其是頂端細(xì)胞膨大成為球狀；培養(yǎng)7h則出現(xiàn)菌絲細(xì)胞壁破損，原生質(zhì)外滲和菌絲斷裂。W10培養(yǎng)濾液對(duì)灰葡萄孢的*抑制率可達(dá)*，即使將W10培養(yǎng)濾液稀釋100倍，對(duì)灰葡萄孢的抑制率仍達(dá)67.7%。W10培養(yǎng)濾液還能明顯抑制灰葡萄孢產(chǎn)孢，還能明顯推遲菌核的萌發(fā)時(shí)間。對(duì)培養(yǎng)濾液進(jìn)行硫酸銨沉淀，發(fā)現(xiàn)上清液沒有抑菌活性，沉淀的抑菌活性較高，說明W10分泌的抗菌物質(zhì)為蛋白。Batrakov研究發(fā)現(xiàn)，地衣芽孢桿菌603菌株能分泌一種對(duì)于多變棒桿菌有明顯抑制作用的新型脂肽。W10菌株作用于蘋果輪紋病菌菌絲，能使得細(xì)胞壁破損，并使菌絲呈螺旋狀扭曲畸形。李玉峰等研究了地衣芽孢桿菌代謝物對(duì)馬鈴薯晚疫病病菌菌絲生長(zhǎng)、游動(dòng)孢子釋放和萌發(fā)以及孢子囊萌發(fā)產(chǎn)生芽管的抑制作用。結(jié)果表明，地衣芽孢桿菌代謝物對(duì)馬鈴薯晚疫病菌的游動(dòng)孢子釋放和萌發(fā)有明顯的抑制作用，對(duì)孢子囊萌發(fā)和菌絲生長(zhǎng)抑制作用則相對(duì)較弱。

2、地衣芽孢桿菌調(diào)節(jié)腸道及提高免疫功能機(jī)理研究

地衣芽孢桿菌在生長(zhǎng)繁殖過程中能產(chǎn)生維生素B1、B2、B6、C和K2，為動(dòng)物提供維生素營(yíng)養(yǎng)，作為益生菌顆粒保藏時(shí)以孢子形式存在，不易死亡。孢子在動(dòng)物腸道內(nèi)能迅速?gòu)?fù)活，消耗大量氧氣，維持腸道厭氧環(huán)境，從而抑制致病菌的生長(zhǎng)。而且復(fù)活的孢子能產(chǎn)生多種高活性的水解酶類，降解飼料中各種有機(jī)物，促進(jìn)動(dòng)物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收。劉陽等研究了地衣芽孢桿菌KL6對(duì)鯉魚生產(chǎn)性能及消化酶活性的影響，研究發(fā)現(xiàn)，地衣芽孢桿菌KL6對(duì)金黃色葡萄球菌有較明顯的抑制作用，但對(duì)大腸桿菌和沙門氏桿菌抑制效果不明顯。地衣芽孢桿菌活菌數(shù)隨模擬胃液pH下降而下降，經(jīng)腸液處理4h，地衣芽孢桿菌KL6的存活率為84.4%，當(dāng)菌劑添加量為0.5%時(shí)，鯉魚食糜蛋白酶活性比對(duì)照組提高了43.26%，食糜淀粉酶活性比對(duì)照組提高了5.45%，胰臟蛋白酶活性提高了15.32%菌劑添加量為2.0%時(shí)，腸組織蛋白酶活性比對(duì)照組提高了25.59%，說明地衣芽孢桿菌KL6增強(qiáng)了鯉魚機(jī)體消化酶活性，促進(jìn)其生長(zhǎng)。潘康成將地衣芽孢桿菌制成微生態(tài)制劑，飽喂斷奶家兔40d，結(jié)果表明，飼喂地衣芽孢桿菌組家兔的血清白清抗體對(duì)RHD病毒的特異性血凝抑制價(jià)和血清免疫球蛋白的含量明顯高于對(duì)照組，說明地衣芽孢桿菌能促進(jìn)家兔的體液免疫功能。

3、地衣芽孢桿菌體外消化功能研究

地衣芽孢桿菌能產(chǎn)生大量蛋白酶，因此能夠分解麥麩，稻草以及豆粕等，因此在食品加工方面應(yīng)用較廣泛。

如燕紅等研究了地衣芽孢桿菌對(duì)稻草的降解作用，研究發(fā)現(xiàn)，地衣芽孢桿菌產(chǎn)酶的同時(shí)木質(zhì)纖維素降解糖化，上清液中總糖含量于4h增加到*值，然后下降到一定程度保持恒定，還原糖含量隨發(fā)酵進(jìn)行不斷下降，該菌株對(duì)稻草的降解過程中結(jié)晶度未發(fā)生明顯變化，該菌株對(duì)稻草中各組分都有一定程度的降解，利用掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，該菌株主要作用稻草的薄壁細(xì)胞，使其發(fā)生嚴(yán)重皺縮。曹煜成等測(cè)定地衣芽孢桿菌胞外產(chǎn)物蛋白酶、淀粉酶以及胞外產(chǎn)物消化脂肪的*適合條件，發(fā)現(xiàn)60℃時(shí)蛋白酶活力*，鎂離子、鋅離子和銅離子可抑制蛋白酶活力，鈷離子、鐵離子和鋇離子能抑制脂肪酶活力，鎂離子和鋅離子能使其活力升高，金屬離子對(duì)淀粉水解影響較小，當(dāng)胞外產(chǎn)物濃度升高時(shí)，水解蛋白質(zhì)的活力后降低。

四、結(jié)語與展望

地衣芽孢桿菌由于其豐富的產(chǎn)酶性能，而且其能產(chǎn)生豐富的抗菌物質(zhì)，能調(diào)節(jié)動(dòng)物腸道功能，提高動(dòng)物機(jī)體的免疫功能，減少農(nóng)作物病害的發(fā)生。因此在食品工業(yè)方面有較廣泛的應(yīng)用。

關(guān)于地衣芽孢桿菌的作用機(jī)理的研究雖然有一些報(bào)道，但其作用的抗菌物質(zhì)的結(jié)構(gòu)以及其與致病菌的相互作用的機(jī)制的研究還不夠深入。在未來可以從以下方面入手：1)研究地衣芽孢桿菌產(chǎn)生抗菌物質(zhì)的氨基酸序列，并對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測(cè)及驗(yàn)證；2)研究地衣芽孢桿菌抗菌物質(zhì)與致病菌中治病物質(zhì)的相互作用機(jī)制；3)研究地衣芽孢桿菌促進(jìn)機(jī)體免疫功能的作用物質(zhì)，并研究其作用機(jī)理及相關(guān)的作用途徑；4)深入研究地衣芽孢桿菌分泌的蛋白酶的作用機(jī)理并進(jìn)一步研究其在食品工業(yè)上的廣泛應(yīng)用。