综述：益生菌及其抗菌代谢产物：食品生物防腐的协同策略——综述

　　益生菌及其衍生物抗菌肽通过多机制协同抑制食品腐败菌和病原体，提升乳肉海鲜产品保质期，兼具营养和健康功能，但面临稳定性、法规和感官挑战。

　　
近年来，全球食品工业在应对食品安全和食品保鲜两大核心挑战上取得了显著进展。传统方法如高温灭菌、化学防腐剂及干燥冷藏虽有效，但存在营养流失、化学残留及环境负担等问题。与此同时，消费者对“清洁标签”和天然防腐的需求激增，促使科研人员重新审视生物技术手段。其中，益生菌及其衍生的抗菌肽（AMPs）因其多重协同机制成为研究热点，其应用已从基础研究逐步延伸到工业化生产。

### 一、益生菌与AMPs的协同防腐机制
益生菌作为活性微生物，通过两种主要方式增强食品安全性：**直接竞争排除**和**间接代谢抑制**。以乳酸菌为例，其代谢产物包括乳酸、过氧化氢及抗菌肽等。在发酵乳制品中，乳酸菌通过降低pH值（通常至4.5以下）形成物理屏障，抑制革兰氏阳性菌和霉菌的增殖。例如，某研究团队在酸奶中接种LGG（鼠李糖乳杆菌）和BB-12（双歧杆菌），发现其协同作用可将冷藏期从14天延长至21天，同时抑制Listeria monocytogenes等致病菌的增殖。

### 二、抗菌肽的分类与靶向抑制
AMPs是益生菌对抗微生物的核心武器，主要分为四类：**兰妥菌肽类（如Nisin）**、**非兰妥菌肽类（如Pediocin）**、**大热不稳定蛋白（如Lyclicin）**和**复合型抗菌肽（如Enterocin）**。其中，Nisin因广谱抗菌活性（对Listeria、Clostridium等革兰氏阳性菌）被欧盟批准为食品添加剂。其作用机制包括：1）与细胞壁肽聚糖结合形成孔洞，导致细胞内容物泄漏；2）干扰细胞膜脂质代谢；3）抑制生物膜形成。例如，在奶酪表面喷洒Nisin溶液，可使李斯特菌数量减少4个对数单位。

### 三、工业化应用场景与案例
#### （1）乳制品创新
益生菌在乳制品中的应用已形成成熟模式。以奶酪为例，接种L. plantarum和B. animalis后，其代谢产物（如乳酸、过氧化氢）协同抑制表面腐败菌，同时通过短链脂肪酸（SCFAs）增强产品抗氧化性。某企业通过定向筛选耐盐性强的益生菌菌株（如L. casei ZG1），成功将奶酪保质期从60天延长至90天，且无需添加化学防腐剂。

#### （2）肉类保鲜突破
在鲜肉和加工肉制品中，益生菌与AMPs的协同作用体现为三重防护：1）菌体本身作为生物屏障，如L. sakei在火腿中形成保护膜；2）代谢产物降低pH值（至5.0以下），抑制大肠杆菌增殖；3）抗菌肽定向清除致病菌。最新研究表明，将P. acidilactici的胞外过滤液（EFS）涂覆于香肠表面，可使李斯特菌和金黄色葡萄球菌的初始污染量降低3个对数单位，同时保持肉类嫩度和色泽。

#### （3）海鲜延长保鲜
针对海鲜易腐败的特点，益生菌的应用呈现多元化趋势。例如，在鳕鱼表面喷涂L. rhamnosus CFS时，其代谢的有机酸（如乳酸）可降低pH至4.8，同时释放的抗菌肽对Shewanella等腐败菌具有特异性抑制作用。更值得关注的是，巴氏杀菌后添加微胶囊化Nisin（包埋率>90%），可使三文鱼货架期从3天延长至7天，且风味评分保持稳定。

### 四、技术创新推动应用升级
#### （1）微胶囊化技术
传统微胶囊多采用脂质体，但易被胃酸破坏。新型水溶性载体如β-环糊精包埋Nisin，在模拟胃液（pH 2.0，37℃）中稳定性提升40%。某研究团队开发的果胶-壳聚糖复合微胶囊，可使AMPs在肠道释放率提高至75%，同时减少20%的添加剂量。

#### （2）智能包装系统
将抗菌肽直接嵌入可降解包装膜中，形成“活性包装”。例如，纳米纤维素膜负载的Pediocin PA-1，可使包装内pH稳定在5.2，持续抑制E. coli O157:H7增殖达30天。此类包装在即食肉类和预制菜领域应用前景广阔。

#### （3）合成生物学改造
通过基因编辑技术，已开发出新型工程菌株。如改造后的L. plantarum BG3-2，其Nisin产量提高3倍，且对耐热革兰氏阴性菌（如Vibrio）具有广谱抑制效果。动物实验显示，该菌株可使肉鸡肠道中大肠杆菌数量减少60%，同时提升血清免疫球蛋白IgA水平。

### 五、产业化瓶颈与解决方案
#### （1）稳定性问题
活菌益生菌在加工过程中易失活。解决方案包括：①采用冷冻干燥技术（如瞬间冷冻干燥，存活率>95%）；②开发耐高温突变株（如耐热处理120℃的L. casei THP）；③构建合成生物膜（如壳聚糖-乳酸菌共固定化系统，存活率从10%提升至85%）。

#### （2）法规限制
目前仅有少数国家（如欧盟、美国）批准特定益生菌作为食品添加剂。建议采取分阶段策略：初期以发酵乳制品为载体（如含≥10^8 CFU/g的益生菌酸奶），逐步过渡到肉制品和海鲜产品。对于纯AMPs（如Nisin），可申请作为食品级添加剂，目前已有8种获批用于乳制品。

#### （3）感官兼容性
抗菌肽可能影响食品风味。研究发现，将Pediocin与植物甾醇结合，可使苦味值（Bitterness Index）降低40%。在肉类处理中，添加0.1%的天然香草提取物（如迷迭香酸）可有效中和抗菌肽的异味。

### 六、未来发展趋势
1. **多组学指导的精准应用**
结合代谢组学（如LC-MS分析挥发性有机物）和宏基因组学，筛选对特定食品基质（如高脂奶酪、低pH果汁）最优的益生菌组合。例如，针对富含多酚的葡萄酒，可选用产过氧化氢酶的L. rhamnosus来增强酚类氧化物的抑菌活性。

2. **功能食品跨界融合**
开发益生菌-AMPs复合型营养补充剂。如将Nisin包裹在微囊化益生菌颗粒中，添加至即食燕麦中，既能抑制口腔致病菌（如(mut)*），又能通过益生菌调节肠道菌群。

3. **智能响应型生物膜**
利用纳米材料构建响应性生物膜，如温度敏感型海藻酸钠载体，当食品温度降至4℃时自动释放抗菌肽，解决冷链运输中防腐剂不足的问题。

### 七、总结
益生菌与AMPs的协同应用已从实验室走向产业化，在乳制品领域表现尤为突出。通过定向筛选耐酸、耐胆盐的菌株（如B. animalis BB-12），优化发酵工艺参数（温度、pH、接种量），结合微胶囊化技术提升稳定性，可使产品保质期延长30%-50%。未来，随着合成生物学和纳米技术的深度融合，预计在2025-2030年间，全球天然防腐剂市场规模将突破50亿美元，其中益生菌相关产品占比超过60%。这不仅是技术进步的体现，更是对食品工业可持续发展需求的精准回应。