生物的天然免疫防御机制及在食品领域中的应用.doc

生物的天然免疫防御机制及在食品领域中的应用生物能够在自然进化选择过程中生存下来一是依靠它的基因物种优势二是依靠其自身的防御系统自然界每种生物的生长繁殖都离不开自身的防御机制人类赖以生存的食物主要来源于动物植物及其产物动植物在生长繁殖过程中形成了一整套防止微生物入侵的机制失去防御机制的动植物机体在自然物质循环过程中会被微生物分解动植物及其产物在转化为食品的过程中仍保留着防御微生物侵染的功能这些功能的探究有助于我们对食品防腐保鲜食品中天然抗菌物质的开发和营养保健免疫等功能性食品的开发与应用等方面进行研究。1 生物的免疫防御机制植物是生产者动物是消费者微生物是分解者三者协调统一进行自然界的物质循环和能量流动动物与动物之间动物与植物之间主要依靠食物链进行生态调节动植物与微生物之间的相互依存相互制约达到彼此之间的平衡在生物繁衍生息的历史长河中每种生物都形成了一整套维持自身与外界平衡的防御机制例如动物依靠自身的免疫系统来抵御微生物的入侵和维持机体的内部平衡植物有自身的防御机制保持与微生物和植物之间的协调统一相反微生物则依靠侵蚀或寄生其他生物来延续生命过程1.1 动物免疫系统动物经过数亿年的进化直到脊椎动物阶段才出现渐为完整的免疫系统高等动物和低等动物对病原微生物的防御机制不同主要包括天然防御屏障作用和特异性免疫防御系统(现代免疫的概念还包括机体的免疫监视和自身稳定功能)。1.1.1 高等动物的皮毛黏膜鱼爬行类两栖类的鳞片昆虫的外被鸟类卵的外壳等都构成了其防御的第一道屏障高等动物的吞噬细胞补体鸟类卵中的溶菌酶卵转铁蛋白牛乳中的乳转铁蛋白乳过氧化氢酶鱼类的鱼精蛋白和低等生物产生的化学物质构成了动物的第二道防线。1.1.2 针对侵入的病原微生物等抗原物质高等动物则产生相应的抗体或致敏淋巴细胞来杀死清除相应的抗原即特异性免疫系统动物防御的第一道和第二道防线构成其防御的非特异性免疫机制该机制是由遗传因素决定的先天形成的因此称为先天性免疫而特异性免疫是在后天条件下接触抗原物质后产生的针对该刺激物形成的特异性免疫机制称之为后天性免疫此外在动物体表和体内还存在大量的益生菌该类细菌形成了一道天然的微生态系统防御外界病原微生物的侵入屏障。1.2 植物的防御系统在自然界中植物总是处于大量病原体的威胁之下但它们却很少生病这是由于除天然的结构屏障和体内已存在的抗菌物质之外植物还具有一系列的防御机制植物可以识别入侵的病原体启动体内的防御系统将入侵物限制在特定位置使植物免受更大的侵害例如目前研究发现活性氧 (Reactive oxygen)在植物防御机制中可能起关键作用植物防御系统相对于动物的免疫系统尚未研究得十分清楚有人曾对植物的防御系统和动物的免疫系统做过详细的比较2 结果表明植物的防御反应系统类似于动物的免疫系统其中也存在着特异性杀伤作用和免疫接种反应等机制植物的防御系统主要包括物理化学和生物防御机制1.2.1 物理防御 天然植物的外层结构能赋予其防止腐败微生物侵染和破坏的物理屏障这些结构包括种子水果的外皮和坚硬的果壳等在植物生长过程中由于外界因素作用使其物理防御结构发生破裂这时植物同动物一样自身具有强大的修复作用重新形成坚固的屏障然而当它脱离植物体后一旦外层破裂水果和蔬菜就会很快遭到微生物的侵袭而腐败由此说明该天然物理屏障的保护作用。1.2.2 化学防御 在植物体内存在天然的具有抗菌能力的物质如丁香中的丁子香酚大蒜中的蒜素肉桂中的肉桂醛和丁子香酚芥末中的芥子油藿香中的丁子香酚和麝香草酚等十字花科(大白菜抱子甘蓝等)中葡萄糖苷水果蔬菜茶叶糖蜜和其他植物中的羟基肉桂酸的衍生物(p-香豆酸阿魏酸咖啡酸和绿原酸)等它们都具有杀伤微生物和抑制微生物繁殖的功效有资料表明4 所有植物都能产生杀伤外来微生物的物质该类物质在保持植物生物活性和延长生命期限方面起着重要的作用任何植物在生长过程中都会产生植物杀菌素杀菌素在高等植物组织中一般含量为0.5%。1.2.3 生物防御 与动物类似植物本身在生长过程中形成稳定的生态系统在植物体表和体内存在着维持生态平衡的益生菌这些益生菌的存在对侵入植物的微生物来说发挥着巨大的拮抗作用在植物生长旺盛期这种作用十分突出当植物生长到末期后这种作用将逐渐减弱甚至消失.2 动植物食品的免疫防御机制的变化动植物及其产物作为人类的食物来源在生长转化为天然食品或加工食品的过程中其本身的防御系统发生相应的变化原来封闭的自然封闭体系转变为开放体系免疫功能受到外界微生物的侵袭而发生变化变化的结果对食品贮藏等有很大影响如何利用动植物的天然防御系统延长食品的保藏期限是食品科学领域研究的课题之一.2.1 动物性食品动物具有较完整的防御组织系统在形成动物性食品过程中无论是先天性免疫还是后天性免疫体系都会受到破坏抵御微生物繁殖的机制将大大削弱但也存在一定的防御功能.2.1.1 肉类 肉类是主要的动物性食品在动物屠宰前肌肉是处于无菌状态的屠宰后的肉类食品本身就失去了防御机制(机械屏障和特异性免疫作用几乎完全消失) 且处于完全开放状态在自然条件下肉类中微生物大量繁殖但在屠宰后的一段时间里由于胴体内的生化反应仍在进行使肉的酸度下降呈弱酸性低pH 值可以抑制或杀死微生物仍具有一定的防腐作用.2.1.2 蛋类 蛋类在生物体内处于完全无菌状态当排到机体外后由于具有完整的屏障结构和化学防御物质如溶菌酶等物质的作用在自然条件下能够贮存相当长的时间随着时间的延长其防御功能逐渐减弱微生物侵入引起腐败变质.2.1.3 乳类 乳是哺乳动物母体形成的为子代提供营养的天然养料作为人类的重要食品来源乳类具有营养要素全营养价值高易被人体吸收等优点在健康动物体内乳处于完全封闭状态所以乳也是无菌的离开母体后就失去了免疫保护作用如果被微生物污染虽然在乳内有一定的抗菌因子(母源抗体和乳转铁蛋白乳过氧化氢酶)的存在也很难抵御微生物的作用而腐败变质.2.1.4 其它 动物性食品除肉蛋乳之外还有鱼类昆虫食品等这些动物存在结构屏障化学防御机制和低等的特异性免疫系统当动物死亡后随着防御系统的逐渐衰退生物体化学变化和微生物的侵入势必将造成其腐败变质相对而言一些昆虫产品如蜂蜜由于含高浓度的糖分和抗菌物质保藏期限则相对延长经微生物发酵的动物性食品虽然本身的防御机制减弱乃至消失但因发酵微生物的加入食品在短时间内形成新的微生物区系并成为优势菌他种微生物很难侵入形成相对稳定的状态的风味食品.2.2 植物性食品植物体多以它的根茎叶花果实等作为食品来源在植物生长发育过程中生物处于整体防御状态因此植物内部是无菌的当它们成熟与生物体分离后依靠外部的结构屏障和抗菌活性物质防御外界微生物的侵入水分含量较高化学防腐物质分泌较少屏障结构脆弱的植物性食品容易被微生物污染而发生腐败变质如水果蔬菜等水分含量低化学防腐物质分泌较多屏障结构坚固的植物性食品不易被微生物侵染而容易保存如谷类坚果等植物越趋于成熟其植物性食品的防御功能逐步加强生长着的植物在自身的生态环境中形成相对稳定微生物区系天然食品依靠其微生态区系可抵御外界微生物的侵袭当植物成熟后微生物区系逐步减弱生物屏障作用消失一些腐败的微生物将乘机侵入生长着的植物与植物性食品在抵御微生物侵袭方面具有明显的整体防御优势但成熟的根茎叶花果实等植物性食品在物理防御机制和化学抗菌与植物本身相比具有较大的增强.3 生物免疫防御系统在食品领域中的应用生物具有完整的防御机制将这些防御机制应用到食品防腐保鲜和保健食品开发等领域提高食品的高效性和功能性具有较大的应用价值.3.1 食品的防腐保鲜作用现代的食品保鲜方法多采用强大的物理化学因子杀伤食品表面及其内部的微生物该方法在杀伤微生物的同时也破坏了食品的营养成分和生物防御机制利用食品中天然的防御功能和自身的防腐物质进行食品防腐保鲜既可保持食品的天然属性又可防止食品微生物的生长繁殖方法主要从以下几个方面进行首先是充分利用生物的天然防御属性如物理屏障和化学抗菌物质进行食品保鲜贮藏其次是从植物中提取化学防腐物质应用到其他食品的防腐保鲜再次是利用生物发酵作用形成稳定的生态区系达到防腐保鲜的目的采用食品中天然防御系统来进行食品保鲜如鸡蛋保鲜涂膜技术水果的保鲜涂膜技术肉的产酸处理技术等人们运用食品中天然的酸性来保护动植物组织免遭微生物侵入的自然途径来防止食品腐败虽然动物机体的pH 值有利于大多数腐败微生物的繁殖但是其他内在因素的作用却使动物有机体得以生存和生长。3.2 天然抗菌物的开发与应用3.2.1 植物性抗菌物质 植物杀菌剂在食品保鲜及食品防腐中现已广泛应用如从水蓼中提取可以抑菌的味噌和抑制酵母菌生长的Polygodial 从唇形科植物百里香中提取抑菌剂从蒜素中提取消毒剂用于食品添加剂从竹子中提取杀菌剂用于制备保存鸡蛋面和稻米饭从菜叶中提取抑菌剂用于糕点的抑菌作用等聚赖氨酸是一种广谱防腐剂应用于食品加工业的各个领域如用于盒饭和方便菜肴面包点心奶制品冷藏食品和袋装食品等存在于柠檬橙柚柑橘葡萄等果皮中的果胶作为天然防腐剂已广泛应用于酸菜咸鱼牛肉饼等食品的防腐此外琼脂低聚糖茶多酚和各种植物提取物也在食品防腐领域得到广泛的应用。3.2.2 动物性抗菌物质 壳聚糖是从虾蟹壳中提取的一种多糖类物质具有广泛的抗菌作用在浓度为0.4%时对大多数细菌具有较强的抑制作用广泛运用在各类食品的防腐保鲜方面鱼精蛋白是存在鱼类成熟精子细胞核中与DNA相结合的碱性蛋白它在中性和碱性介质中显示出很强的抗菌能力并有较高的热稳定性对革兰氏阳性杆菌乳杆菌乳酸菌霉菌耐热芽孢杆菌等均有较强的抑制作用但对革兰氏阴性细菌抑制效果不明显鱼精蛋白主要作为面包蛋糕和菜肴制品的抑菌剂蜂胶中的多酚类化合物具有抑制和杀灭细菌的作用经过降解其最终产物是苯甲酸同时蜂胶还具有抗氧化性和医疗保健作用。3.2.3 微生物抑制剂(Microbial blocking agentMBA) 当微生物入侵动物机体时动物细胞黏膜会产生一系列的防卫因子它能阻碍微生物对其机体的吸附和生长繁殖并且能产生中和微生物的毒素物质如肉毒素分裂素等这种防卫因子就是MBA大肠杆菌沙门氏菌志贺氏菌等病原微生物会在动物黏膜表面引发类似的一些MBA 该诱发MBA 存在于动物的外分泌物中如牛乳唾液泪液活的生物体可以激活MBA 来保护组织但肉类等动物来源的产品在加工时会使这些活性物质几乎全部丧失其抑菌作用在了解MBA 的作用机制后就有可能在产品加工过程中添加MBA 从而实现对肉类牛乳等动物性食品的抑菌目的。4 结论生物在自然进化过程中形成了自身抵御外来病原生物侵入的免疫防御机制而来源于动植物的食品仍然部分保留着这种防御机制人类在获取食物的同时也认识了食物利用天然食品的防御机制进行食品防腐保鲜天然食品中抗菌物质的开发与应用及免疫食品的研制与使用将大有可为。参考文献1 James M Jay. 现代食品微生物学M.北京:中国轻工业出版社,20012 张红霞,华子春,沈萍萍.植物防御反应与动物免疫应答的比较及其对应性初探J.生物工程进展,2001(4) 46-503 姚开,等.食品非热力杀菌新技术J.食品与发酵工业, 2001(8):52-554 谢惠玲,等.植物杀菌作用及其应用研究J.河南农业大学学报,1997(12):367-3705 蔡以滢,陈珈.植物防御反应中活性氧的产生和作用J.植物学通报,1999,16(2):107-1126 谢俊杰,等.天然抗菌物在