展青霉素的研究進(jìn)展

展青霉素的研究進(jìn)展

青霉素是由綠霉、曲霉和絲綢霉代謝產(chǎn)生的有毒真菌代謝物。它也被稱為桿菌菌，它可以導(dǎo)致死亡、畸形、突變和免疫毒性。在食品生產(chǎn)中,受展青霉素污染的現(xiàn)象廣泛存在于蘋果、葡萄、橘子、玉米、奶酪和谷物等產(chǎn)品中,其中蘋果及以蘋果為加工原料的產(chǎn)品中展青霉素的污染最為嚴(yán)重。隨著展青霉素威脅生命健康的證據(jù)不斷浮現(xiàn),各相關(guān)機(jī)構(gòu)紛紛對食品中的展青霉素含量作出了限制?，F(xiàn)有的展青霉素清除方法,如清洗、揀選原料、吸附處理、澄清處理等,能夠不同程度的降低展青霉素的濃度,但并不能使展青霉素得到最終降解。展青霉素會進(jìn)入清洗用水,或富集到吸附材料及澄清后的固態(tài)沉淀中,若處理不當(dāng),則會成為更大的展青霉素污染源。目前展青霉素的降解方法,有輻照、臭氧氧化及添加化學(xué)物質(zhì)等,由于上述方法工業(yè)應(yīng)用難度大或影響產(chǎn)品品質(zhì)等因素,在應(yīng)用上存在很大的局限性。應(yīng)用以拮抗酵母為主的生物拮抗菌對水果采后病害的生物防治方法被認(rèn)為是最有希望取代化學(xué)殺菌劑控制水果采后病害的措施。值得注意的是,一些拮抗酵母能直接抑制病原真菌,更能分解真菌毒素。本文綜述生物拮抗菌對展青霉素的作用機(jī)制及其對蘋果上展青霉素的控制,以期為生物拮抗劑的發(fā)展及應(yīng)用提供參考。1酵母和酵母對展激素的降解研究結(jié)果表明蘋果汁中展青霉素的濃度在釀酒酵母無氧發(fā)酵過程中可以得到顯著降低,而且釀酒酵母菌種和培養(yǎng)條件的不同對降解效果存在一定的差異。Coelho等研究結(jié)果表明釀酒酵母(Saccharomycescerevisiae)在25℃條件下培養(yǎng)143h后,展青霉素的降解率為96%。Stinson等研究了8株釀酒酵母降解展青霉素的能力,8株受試酵母均可使展青霉素降解率達(dá)99%以上,其中6株酵母把展青霉素的濃度降至檢測限以下。Moss等研究證明釀酒酵母只能在無氧發(fā)酵過程中代謝展青霉素,而有氧條件下酵母增殖階段并沒有降解展青霉素的效果。Fuchs等測定了30株乳酸菌清除液體培養(yǎng)基中展青霉素的能力,篩選出一株雙歧桿菌(Bifidobacteriumanimalis),其對展青霉素的清除率為80%。釀酒酵母和乳酸菌適用于可發(fā)酵產(chǎn)品,但并不適合用于蘋果等水果上展青霉素的控制,適用范圍存在一定的局限性。近年來拮抗酵母在控制水果采后病害方面取得了巨大成效,一些拮抗酵母能直接抑制病原菌,更能分解真菌毒素,因此許多學(xué)者對拮抗酵母清除展青霉素的作用進(jìn)行了研究。Levy等通過體外試驗研究了畢赤酵母(Pichiamembranifaciens)和擲孢酵母(Sporobolomycesroseus)降解展青霉素的能力。Castoria等報道粘紅酵母(Rhodotorulaglutinis)和羅倫隱球酵母(Cryptococcuslaurentii)在體外試驗中可以分解展青霉素,LB培養(yǎng)中添加不同濃度的展青霉素(展青霉素初始濃度為100.0μg/ml、250.0μg/ml、和500.0μg/ml)并接種酵母菌培養(yǎng)10d后,羅倫隱球酵母對展青霉素的降解率分別為47%、29%和16%,粘紅酵母對展青霉素的降解率分別為82%、61%和42%。Coelho等研究了奧默畢赤酵母(Pichiaohmeri)對展青霉素的降解作用,25℃靜置培養(yǎng)2d后,奧默畢赤酵母對展青霉素的降解率為83%;培養(yǎng)5d后展青霉素含量減少了99%;經(jīng)過15d的培養(yǎng)后,展青霉素的濃度降低到未檢出水平。Reddy等研究了2株美極酵母(Metschnikowiapulcherrima)(MACH1和GS9)體外降解展青霉素的能力,培養(yǎng)基中展青霉素初始濃度分別為5.0μg/ml、7.5μg/ml、10.0μg/ml、15.0μg/ml,酵母濃度為1ml1×108個,25℃、200r/min搖床培養(yǎng)MACH1菌株48h內(nèi)能完全降解展青霉素,GS9菌株在72h內(nèi)完全降解展青霉素。此外,Ricelli等驗證了8株葡萄糖桿菌(Gluconobacteroxydans)降解展青霉素的能力,培養(yǎng)基中展青霉素的初始濃度為10.0μg/ml,于30℃、175r/min條件下培養(yǎng)32h后,葡萄糖桿菌對展青霉素的降解率超過90%。畢赤酵母、擲孢酵母、粘紅酵母、羅倫隱球酵母等酵母均能在有氧條件下有效地降解展青霉素,克服釀酒酵母和乳酸菌適用范圍的局限性,使生物拮抗菌降解展青霉素的研究具有更深遠(yuǎn)的意義。2釀酒酵母降解展激素的能力酵母清除展青霉素的機(jī)制有2種假說。第一種假說認(rèn)為,真菌毒素含量的下降可能與酵母細(xì)胞壁上葡聚糖、甘露聚糖等細(xì)胞成分的吸附作用有關(guān)。Yue等研究了10株滅活的酵母菌株減少蘋果汁中展青霉素含量的效果,結(jié)果顯示處理24h后有8株無活性酵母對蘋果汁中展青霉素的清除率超過50%,最佳清除率為72%。Topcu等研究了腸道菌屎腸球菌(Enterococcusfaecium)對展青霉素的清除作用,體外試驗培養(yǎng)48hM74菌株對展青霉素的清除率為15.8%～41.6%,EF031菌株對展青霉素的清除率為19.5%～45.3%;第二種假說認(rèn)為,展青霉素的生物降解是酵母發(fā)酵過程中產(chǎn)生的誘導(dǎo)酶的酶促反應(yīng)作用的結(jié)果。Coelho等用奧默畢赤酵母體外降解展青霉素的試驗中,培養(yǎng)15d后培養(yǎng)基的pH值從初始4.0降低至3.3,因為展青霉素在這個pH范圍內(nèi)性質(zhì)穩(wěn)定不容易分解,排除展青霉素分解的因素,可以認(rèn)為展青霉素含量降低是奧默畢赤酵母代謝作用的結(jié)果,并非細(xì)胞壁的吸附作用所致。Sumbu等報道釀酒酵母在展青霉素濃度為50.0μg/ml的培養(yǎng)基中培養(yǎng)3h后轉(zhuǎn)接到展青霉素濃度超過200.0μg/ml的培養(yǎng)基中,與未經(jīng)過預(yù)培養(yǎng)的酵母相比,預(yù)培養(yǎng)后的酵母對高濃度的展青霉素表現(xiàn)出耐受性,未經(jīng)過預(yù)培養(yǎng)的酵母在高濃度展青霉素中降解展青霉素的能力被完全抑制,預(yù)培養(yǎng)后的酵母仍然具有較高的降解展青霉素的能力,這表明釀酒酵母在低展青霉素濃度培養(yǎng)基中(50.0μg/ml)預(yù)培養(yǎng)產(chǎn)生了誘導(dǎo)作用,提高了釀酒酵母對高濃度展青霉素(超過200.0μg/ml)的耐受性,使其在高濃度展青霉素中仍能降解展青霉素。環(huán)己酰亞胺是一種蛋白質(zhì)生化合成抑制劑,Sumbu等研究結(jié)果表明當(dāng)在蘋果汁中添加展青霉素和環(huán)己酰亞胺時,環(huán)己酰亞胺阻斷了蛋白質(zhì)的合成,展青霉素不能被降解。當(dāng)添加展青霉素3h后再加入環(huán)己酰亞胺,與不添加環(huán)己酰亞胺組相比,釀酒酵母對展青霉素的降解速率降低,但降解作用并沒有停止,展青霉素的含量不斷下降,結(jié)果表明這3h內(nèi)釀酒酵母合成的蛋白質(zhì)具有酶催化活性,而不是合成了簡單參與化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)底物。Castoria等驗證了活酵母菌體和經(jīng)高壓蒸汽滅菌的失活菌體體外清除展青霉素的能力,結(jié)果顯示滅活酵母菌不具備清除展青霉素的能力,表明能降低展青霉素含量的是活體酵母,而不是酵母壁的吸附作用。Harwig等研究結(jié)果顯示酵母發(fā)酵14d后展青霉素被完全降解了。用酵母在蘋果汁中進(jìn)行發(fā)酵,然后濾除菌體并在濾液中添加展青霉素,果汁中展青霉素水平?jīng)]有明顯的降低,說明使展青霉素減少是因為活體酵母,而不是酵母發(fā)酵的代謝產(chǎn)物。Reddy等用美極酵母菌株(MACH1和GS9)降解展青霉素,酵母細(xì)胞經(jīng)超聲波破碎處理后用乙酸乙酯提取,結(jié)果未檢測出展青霉素,這表明美極酵母菌株對展青霉素的清除并非由于酵母細(xì)胞吸收展青霉素而是展青霉素被美極酵母徹底降解。Moss等研究了3株商業(yè)生產(chǎn)用的釀酒酵母菌株在無氧發(fā)酵過程中降解展青霉素的機(jī)制,展青霉素用14C標(biāo)記,經(jīng)高效液相、薄層層析和核磁共振光譜分析結(jié)果顯示釀酒酵母降解展青霉素產(chǎn)生2個主要的產(chǎn)物:展青霉素生物合成的直接前體E-ascladiol及其異構(gòu)體Z-ascladiol。Castoria等用體外試驗和體內(nèi)模擬系統(tǒng)試驗研究了膠紅酵母對展青霉素的生物降解作用,薄層層析分析結(jié)果顯示,與對照組相比膠紅酵母降解展青霉素樣品中出現(xiàn)了一些額外的點,經(jīng)檢測這些物質(zhì)并不是Ascladiol。Castoria等分析了紅冬孢酵母(Rhodosporidiumkratochvilovae)LS11菌株生物降解展青霉素的機(jī)制,展青霉素用13C標(biāo)記,同位素標(biāo)記跟蹤顯示Desoxypatulinicacid來自于紅冬孢酵母對展青霉素的生物降解,這表明紅冬孢酵母對展青霉素的降解途徑不同于膠紅酵母對展青霉素的降解途徑。不同種屬的菌株對展青霉素的降解途徑存在差異,但展青霉素的降解都需要活體酵母,展青霉素的降解不是酵母細(xì)胞對展青霉素的吸附作用所致,而是酵母發(fā)酵過程中產(chǎn)生的誘導(dǎo)酶的酶促反應(yīng)作用的結(jié)果。展青霉素的生物降解機(jī)制的研究對于生物拮抗菌控制水果及其制品上展青霉素的控制具有重要的理論意義。紅冬孢酵母對展青霉素的降解途徑有別于膠紅酵母對展青霉素的降解途徑,這使得畢赤酵母、粘紅酵母、羅倫隱球酵母等對展青霉素降解機(jī)制的研究具有重大的科研價值,對于進(jìn)一步使用拮抗酵母控制蘋果等產(chǎn)品中展青霉素的含量及提高產(chǎn)品品質(zhì)方面具有重要的應(yīng)用價值。3不同微生物酵母對蘋果上展激素積累量的影響國際上許多微生物學(xué)家及食品科技工作者對拮抗菌控制水果采后病害進(jìn)行了廣泛研究,但是應(yīng)用拮抗菌控制蘋果上展青霉素積累量的研究目前尚處于起步階段。Castoria等研究發(fā)現(xiàn)某些拮抗酵母可以抑制蘋果上由擴(kuò)展青霉合成的展青霉素的量。Morales等報道在冷藏條件下(1℃)成團(tuán)泛菌(Pantoeaagglomerans)處理組蘋果上展青霉素的積累量顯著低于對照。Castoria等研究了膠紅酵母處理對蘋果上擴(kuò)展青霉引起的展青霉素的積累量的影響,該研究將蘋果打洞接種酵母菌懸液和擴(kuò)展青霉孢子懸浮液,23℃90%RH避光培養(yǎng)6d,第4d和第6d分別測定蘋果上展青霉素積累量,研究結(jié)果顯示膠紅酵母處理顯著降低了展青霉素的積累量。Lima等研究了羅倫隱球酵母(Cryptococcuslaurentii)與低劑量的殺菌劑Boscalid(BOSC)或Cyprodinil(CYPR)結(jié)合使用,紅冬孢酵母(Rhodosporidiumkratochvilovae)與低劑量的殺菌劑Boscalid(BOSC)結(jié)合處理對蘋果上展青霉素積累量的影響,結(jié)果表明這3個結(jié)合處理措施能有效地降低蘋果上展青霉素的產(chǎn)生量。Tolaini等研究結(jié)果顯示,25℃培養(yǎng)6d后,與對照組[展青霉素含量(0.410±0.140)ng/mg]相比,羅倫隱球酵母LS28菌株對展青霉素產(chǎn)生量的降解率為80%,展青霉素含量為(0.08±0.01)ng/mg。香菇培養(yǎng)濾液與羅倫隱球酵母結(jié)合處理組蘋果上展青霉素產(chǎn)生量為(0.004±0.001)ng/mg,展青霉素含量得到顯著降解(約99%),香菇培養(yǎng)濾液顯著增強(qiáng)了羅倫隱球酵母LS28抑制展青霉素產(chǎn)生量的作用。羅倫隱球酵母、畢赤酵母和粘紅酵母等酵母在水果采后病害生物防治上已經(jīng)表現(xiàn)出良好的生物防治效果,其對蘋果上展青霉素積累量的控制效果也已經(jīng)得到驗證,但展青霉素的合成受諸多因素影響,拮抗菌抑制擴(kuò)展青霉合成展青霉素的影響機(jī)制尚不明確,其對展青霉素的控制效果還不夠理想,應(yīng)用生物拮抗菌控制水果上展青霉素的積累量還需要進(jìn)一步的研究。羅倫隱球酵母等對蘋果上展青霉素積累量的控制研究對于提高生產(chǎn)商的經(jīng)濟(jì)效益,保障消費者的權(quán)益等方面都具有重要的經(jīng)濟(jì)及社會意義。4展激素的生物降解目前,生物拮抗菌在體外條件下能對展青霉素有很好的清除作用,也能很好地控制水果及其制品上展青霉素含量,同時又能抑制水果及其制品上致病微生物,如擴(kuò)展青霉等,所以運用拮抗菌的方法進(jìn)行水果采后保鮮及展青霉素含量的控制是非常安全有效的。展青霉素的生物