乳酸菌清除霉菌毒素作用及其機(jī)制
霉菌毒素是一類(lèi)差異巨大的小分子量化合物，普遍存在于飼料及飼料原料中，霉菌毒素可以對(duì)人和動(dòng)物引起一系列嚴(yán)重的危害。如霉菌毒素具有致癌性、致突變性、致畸胎性、致雌激素異常、致出血、免疫毒性、腎毒性、肝毒性、皮膚毒性及神經(jīng)毒性等。目前，很多物理、化學(xué)方法用來(lái)控制霉菌毒素污染，但還沒(méi)有有效的方法來(lái)清除霉菌毒素。近年來(lái)研究表明，乳酸菌可以抑制霉菌生長(zhǎng)并可以有效地清除霉菌毒素。
1 乳酸菌對(duì)霉菌毒素生成抑制作用
乳酸菌對(duì)霉菌毒素生成影響的資料多數(shù)是針對(duì)黃曲霉毒素。Wiseman等將寄生曲霉的孢子添加到培養(yǎng)乳酸乳球菌3d的培養(yǎng)液中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)黃曲霉毒素產(chǎn)生速度受到抑制。Coallier-Ascah等將黃曲霉孢子與乳酸鏈球菌在LTB培養(yǎng)液中共同孵育，結(jié)果發(fā)現(xiàn)黃曲霉生長(zhǎng)沒(méi)有被抑制，但黃曲霉毒素生成很少甚至幾乎沒(méi)有生成，而在真菌分生孢子授精階段，在此培養(yǎng)液中添加葡萄糖，真菌產(chǎn)生黃曲霉毒素的能力并沒(méi)有恢復(fù)。Karunaratne等（1990）進(jìn)行了嗜酸乳桿菌、保加利亞乳桿菌、植物乳桿菌等活菌及其代謝產(chǎn)物（無(wú)細(xì)胞濾液）對(duì)黃曲霉和黃曲霉毒素生成抑制作用的研究。發(fā)現(xiàn)它們的代謝產(chǎn)物在沒(méi)有抑制黃曲霉菌絲生長(zhǎng)的條件下，但卻顯著降低了黃曲霉毒素的生成。Gourama等研究表明從青貯飼料中分離出的乳酸桿菌并不都具有對(duì)霉菌和黃曲霉毒素生成有影響，但從青貯飼料中分離出一株干酪乳桿菌假植物亞種371可顯著抑制黃曲霉毒素B1和G1的生成。
2 乳酸菌對(duì)霉菌毒素產(chǎn)生的抑制機(jī)制
2.1 抑制霉菌生長(zhǎng)
乳酸菌可抑制霉菌的生長(zhǎng)，進(jìn)而抑制了霉菌毒素的產(chǎn)生。許多乳酸菌具有抑制霉菌生長(zhǎng)的活性。抑制霉菌生長(zhǎng)主要機(jī)制是由于乳酸菌可以在代謝過(guò)程中產(chǎn)生一些小分子物質(zhì)，如有機(jī)酸、無(wú)蛋白菌質(zhì)、過(guò)氧化氫、蛋白質(zhì)成分、羥基脂肪酸、酚類(lèi)化合物等，并且乳酸菌的抑真菌效果要受到溫度、培養(yǎng)時(shí)間、培養(yǎng)基、pH值、營(yíng)養(yǎng)因子等影響。
2.2 直接抑制霉菌毒素的生物合成
乳酸菌在生長(zhǎng)過(guò)程中會(huì)直接產(chǎn)生抗霉菌毒素生成的代謝物。Coallier-Ascah等實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，用乳酸桿菌培養(yǎng)液離心后的無(wú)細(xì)胞上清液可顯著降低黃曲霉毒素合成，提出起抑制作用的物質(zhì)可能是具有熱穩(wěn)定性的小分子物質(zhì)。Karunaratne等認(rèn)為，黃曲霉毒素生物合成的抑制并不是由于過(guò)氧化氫的產(chǎn)生和pH值的降低引起的。Gourama等（1991）通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了乳酸桿菌無(wú)細(xì)胞提取液可以抑制黃曲霉毒素的生成。發(fā)現(xiàn)當(dāng)透析袋分子篩在1000時(shí)并不能抑制黃曲霉毒素生成，但分子篩在6000~8000或者12000~14000時(shí)，透析液能夠很強(qiáng)的抑制黃曲霉毒素的生成。但研究人員還未確定能夠抑制霉菌毒素生物合成的小分子物質(zhì)是什么。
2.3 乳酸菌對(duì)霉菌毒素的降解作用
Megalla等報(bào)道，在用乳酸乳球菌ATCC-11454接種的發(fā)酵乳中，乳中的黃曲霉毒素B1可以被轉(zhuǎn)化為B2a和R0兩種毒素形式，B2a是無(wú)毒性的。盡管黃曲霉毒素R0有毒性，但與毒素B1相比，則毒性要低很多。而且酸奶的酸性環(huán)境可以促使黃曲霉毒素B1轉(zhuǎn)化為B2a毒素形式。Rasic等也報(bào)道在含有黃曲霉毒素B1的酸奶和其他酸性發(fā)酵乳中，AFB1的含量降低，但沒(méi)有指出是否被降解。由于Megalla等研究AFB1的降解情況是在乳制品中，有可能降解AFB1是由于乳酸菌在發(fā)酵乳制品過(guò)程中使乳制品產(chǎn)生了降解AFB1的成分。因此，要確定乳酸菌能夠降解AFB1需要在純培養(yǎng)基中才能確定。但乳酸菌種類(lèi)多樣，可能隨著研究發(fā)展會(huì)發(fā)現(xiàn)能夠降解霉菌毒素的乳酸菌。
3 乳酸菌對(duì)霉菌毒素的吸附作用
3.1 乳酸菌對(duì)黃曲霉毒素的吸附作用
研究表明，一些乳酸菌在體內(nèi)、體外都具有吸附黃曲霉毒素B1（AFB1）的能力，但不同的乳酸菌菌株對(duì)AFB1的吸附能力不同。El-Nezami等評(píng)估了5株乳酸桿菌在體外對(duì)黃曲霉毒素的吸附能力，發(fā)現(xiàn)益生菌株鼠李糖乳桿菌GG和鼠李糖乳桿菌LC-705具有高效清除AFB1的能力。在含有20μg/ml的AFB1溶液中，他們能夠吸附超過(guò)80%的AFB1。但對(duì)AFB2、AFG1、AFG2的吸附能力要弱。
3.2 乳酸菌對(duì)單端孢霉烯毒素吸附作用
El-Nezami等（2002c）進(jìn)行了益生菌鼠李糖乳桿菌GG和鼠李糖乳桿菌LC-705對(duì)液體培養(yǎng)基中單端孢霉烯族毒素清除能力的研究。結(jié)果表明，不同乳酸菌清除單端孢霉烯族毒素的能力不同。無(wú)論是活菌還是滅活菌，鼠李糖乳桿菌GG清除能力要顯著高于鼠李糖乳桿菌LC-705。鼠李糖乳桿菌GG能夠吸附所用實(shí)驗(yàn)當(dāng)中7種毒素當(dāng)中的4種。兩菌株吸附毒素能力在18%~93%。兩菌株均不能結(jié)合3-乙酰脫氧雪腐鐮刀菌烯醇。而且HT-2毒素僅能被GG和LC-705滅活菌清除。
3.3 乳酸菌對(duì)玉米赤霉烯酮（ZEN）的吸附作用
El-Nezami等對(duì)益生菌鼠李糖乳桿菌GG和鼠李糖乳桿菌LC-705從液體培養(yǎng)基中清除ZEN及其代謝物α-玉米赤霉烯醇的能力也進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，兩種菌株對(duì)兩種毒素的清除能力在38%~46%。共同孵育3d未見(jiàn)ZEN和α-玉米赤霉烯醇的代謝物。熱處理和酸處理乳酸菌仍具有清除ZEN和α-玉米赤霉烯醇的能力。這表明該兩種乳酸菌清除兩種毒素的機(jī)制是吸附作用而不是降解作用。清除進(jìn)程仍然與乳酸菌菌種和毒素濃度有關(guān)。將乳酸菌與兩種毒素同時(shí)孵育，發(fā)現(xiàn)該兩種乳酸菌的吸附能力降低，這表明吸附兩種毒素的結(jié)合位點(diǎn)為細(xì)菌菌體表面相同的結(jié)合位點(diǎn)。
3.4 乳酸菌對(duì)赭曲霉毒素A（OTA）的吸附作用
Piotrowska等篩選了9株乳酸桿菌和乳球菌，研究了它們對(duì)OTA的敏感性和從液體培養(yǎng)基中清除OTA的能力。結(jié)果表明，大多數(shù)菌株對(duì)OTA不敏感，均具有吸附OTA的能力。對(duì)OTA吸附率在50%以上的有嗜酸乳桿菌CH-5、鼠李糖乳桿菌GG、植物乳桿菌BS、短乳桿菌及舊金山乳桿菌。DelPrete等研究了葡萄酒中乳酸菌對(duì)OTA吸附能力。結(jié)果表明，在菌體生長(zhǎng)過(guò)程中對(duì)OTA的清除率在8%~28%，沒(méi)有降解產(chǎn)物出現(xiàn)。這表明葡萄酒中的乳酸菌對(duì)OTA的清除是吸附作用。
3.5 乳酸菌對(duì)伏馬毒素的吸附作用
Niderkorn（2006）等首次在體外研究了乳酸菌對(duì)伏馬毒素的吸附作用。他們對(duì)29株乳酸菌和3株屬于丙酸菌屬的菌株清除MRS培養(yǎng)基（pH值4.0）中伏馬毒素B1和B2的能力進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，伏馬毒素B1清除沒(méi)有伏馬毒素B2清除效率高。所有的菌株均具有清除兩種毒素的能力，但是清除能力有所差別，乳酸菌清除能力要高于丙酸菌屬。乳酸菌清除伏馬毒素B1和B2要受到pH值影響，在pH值7時(shí)不能吸附兩種毒素。
4 乳酸菌吸附霉菌毒素的機(jī)制
4.1 乳酸菌吸附AFB1機(jī)制
El-Nezami等（1998）對(duì)乳酸菌進(jìn)行了熱處理和酸處理，結(jié)果表明滅活菌提高了他們對(duì)AFB1的清除能力。而且其他化學(xué)物質(zhì)如NaOH、Na2CO3和異丙醇都沒(méi)有影響到乳酸菌結(jié)合能力。滅活菌可吸附AFB1說(shuō)明了乳酸菌結(jié)合AFB1是發(fā)生在細(xì)胞壁上。Haskard等采用間接競(jìng)爭(zhēng)ELISA方法證實(shí)了結(jié)合AFB1是乳酸菌的細(xì)胞表面成分。實(shí)驗(yàn)證明，乳酸菌菌體表面的糖類(lèi)和/或蛋白質(zhì)成分在結(jié)合AFB1過(guò)程中起到重要作用，因?yàn)殒溍傅鞍酌窫和高碘酸（高碘酸可氧化羥基成為酮基和碳酸）降低了熱處理菌、酸處理菌和活菌對(duì)AFB1的結(jié)合能力。Lahtinen等研究表明，乳酸菌細(xì)胞壁的肽聚糖對(duì)清除AFB1起到?jīng)Q定作用，而菌表多糖、細(xì)胞壁蛋白質(zhì)及鈣、鎂離子對(duì)AFB1的結(jié)合無(wú)相關(guān)性。
另外，在尿素等抗疏水劑處理熱滅活及酸滅活乳酸菌之后，乳酸菌清除AFB1的能力顯著下降，這表明乳酸菌和霉菌毒素之間相互作用的過(guò)程中所涉及到的化學(xué)反應(yīng)-疏水反應(yīng)。該作用方式可以很好的闡釋他們之間的作用機(jī)理，因?yàn)闊岷退峥梢鸬鞍踪|(zhì)變性，蛋白質(zhì)變性可以更多的暴露疏水區(qū)。而且當(dāng)菌體細(xì)胞使用有機(jī)溶劑處理之后，所結(jié)合的毒素可迅速的被提取出來(lái)，這更加證實(shí)疏水作用在結(jié)合AFB1中起到重要作用。但疏水結(jié)合和靜電作用并沒(méi)能解釋乳酸菌與AFB1結(jié)合，因?yàn)樵谒鼈兿嗷プ饔眠^(guò)程中，單價(jià)離子和雙價(jià)離子還有pH值（2.5~8.5）并沒(méi)有顯著影響它們之間的作用。
為了闡明在體外乳酸菌和釀酒酵母清除AFB1的機(jī)制，Bueno等建立起了一個(gè)數(shù)學(xué)模型，這個(gè)數(shù)學(xué)模型表明AFB1分子會(huì)附著菌體表面，并且經(jīng)歷著從微生物表面的結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合（吸附）和釋放（去吸附）過(guò)程。運(yùn)用這個(gè)模型可以估計(jì)AFB1結(jié)合位點(diǎn)的數(shù)量、系統(tǒng)的平衡常數(shù)和細(xì)胞去除液體介質(zhì)中AFB1的能力。而且通過(guò)這個(gè)模型，已經(jīng)證明吸附AFB1菌株的能力與菌體呈現(xiàn)的結(jié)合位點(diǎn)的數(shù)量成正相關(guān)。
4.2 乳酸菌對(duì)ZEN吸附機(jī)制
乳酸菌對(duì)ZEN及α-玉米赤霉烯醇吸附過(guò)程中，菌體細(xì)胞的糖類(lèi)和蛋白質(zhì)成分參與了該結(jié)合過(guò)程。鏈酶蛋白酶E處理過(guò)的活乳酸菌并沒(méi)有降低其對(duì)ZEN及其衍生物的結(jié)合能力。但熱滅活和酸滅活乳酸菌再經(jīng)鏈酶蛋白酶E處理后，會(huì)明顯影響它們的結(jié)合能力，這表明經(jīng)過(guò)熱或酸處理后暴露的新的結(jié)合位點(diǎn)是蛋白質(zhì)。脂肪酶沒(méi)有影響乳酸菌和霉菌毒素的相互作用但尿素卻降低了它們的結(jié)合，說(shuō)明乳酸菌的脂肪酸在結(jié)合ZEN過(guò)程中沒(méi)有起作用。
4.3 乳酸菌對(duì)伏馬毒素吸附機(jī)制
乳酸菌清除伏馬毒素是細(xì)胞壁的吸附作用而不是共價(jià)結(jié)合或者將其代謝，因?yàn)闇缁罹餐耆谋Ａ袅私Y(jié)合伏馬毒素的能力。Niderkorn（2007）提出肽聚糖是伏馬毒素主要的結(jié)合位點(diǎn)。當(dāng)乳酸菌使用物理或化學(xué)的方法滅活乳酸菌，乳酸菌吸附能力增強(qiáng)，但使用溶菌酶和變?nèi)芫睾?，影響到肽聚糖后乳酸菌吸附能力被抑制。另外，伏馬毒素分子鏈中的丙三羧酸在結(jié)合過(guò)程中發(fā)揮了重要作用，因?yàn)樗夥R毒素后，乳酸菌對(duì)其親和力下降，而失活游離胺基并沒(méi)有影響結(jié)合過(guò)程。Niderkorn等也使用分子模擬方法解釋伏馬毒素B1親和力降低的原因。因?yàn)樗庵螅R毒素B1中的羥基可與丙烷三羧酸鏈形成氫鍵，這樣形成的空間結(jié)構(gòu)降低丙三羧酸與菌體肽聚糖相互作用。
5 結(jié)語(yǔ)
目前研究結(jié)果表明，乳酸菌具有清除霉菌毒素的作用主要有3種作用方式：①抑制霉菌的生長(zhǎng)或直接抑制霉菌毒素的生成；②對(duì)霉菌毒素的降解作用。③乳酸菌具有吸附霉菌毒素的能力從而起到脫毒的效果。各種乳酸菌對(duì)霉菌毒素的脫毒能力不同，有的乳酸菌可以對(duì)多種霉菌毒素起到脫毒作用，而有的乳酸菌還未見(jiàn)有脫毒能力，這就需要選擇對(duì)各種霉菌毒素具有高效脫毒的乳酸菌菌株，進(jìn)而詳細(xì)研究其脫毒機(jī)理。這樣才能將其運(yùn)用到生產(chǎn)實(shí)際中，減少霉菌毒素對(duì)人類(lèi)和動(dòng)物健康的危害。
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