展青霉素的研究进展

展青霉素的研究进展

青霉素是由绿霉、曲霉和丝绸霉代谢产生的有毒真菌代谢物。它也被称为杆菌菌，它可以导致死亡、畸形、突变和免疫毒性。在食品生产中,受展青霉素污染的现象广泛存在于苹果、葡萄、橘子、玉米、奶酪和谷物等产品中,其中苹果及以苹果为加工原料的产品中展青霉素的污染最为严重。随着展青霉素威胁生命健康的证据不断浮现,各相关机构纷纷对食品中的展青霉素含量作出了限制。现有的展青霉素清除方法,如清洗、拣选原料、吸附处理、澄清处理等,能够不同程度的降低展青霉素的浓度,但并不能使展青霉素得到最终降解。展青霉素会进入清洗用水,或富集到吸附材料及澄清后的固态沉淀中,若处理不当,则会成为更大的展青霉素污染源。目前展青霉素的降解方法,有辐照、臭氧氧化及添加化学物质等,由于上述方法工业应用难度大或影响产品品质等因素,在应用上存在很大的局限性。应用以拮抗酵母为主的生物拮抗菌对水果采后病害的生物防治方法被认为是最有希望取代化学杀菌剂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。本文综述生物拮抗菌对展青霉素的作用机制及其对苹果上展青霉素的控制,以期为生物拮抗剂的发展及应用提供参考。1酵母和酵母对展激素的降解研究结果表明苹果汁中展青霉素的浓度在酿酒酵母无氧发酵过程中可以得到显著降低,而且酿酒酵母菌种和培养条件的不同对降解效果存在一定的差异。Coelho等研究结果表明酿酒酵母(Saccharomycescerevisiae)在25℃条件下培养143h后,展青霉素的降解率为96%。Stinson等研究了8株酿酒酵母降解展青霉素的能力,8株受试酵母均可使展青霉素降解率达99%以上,其中6株酵母把展青霉素的浓度降至检测限以下。Moss等研究证明酿酒酵母只能在无氧发酵过程中代谢展青霉素,而有氧条件下酵母增殖阶段并没有降解展青霉素的效果。Fuchs等测定了30株乳酸菌清除液体培养基中展青霉素的能力,筛选出一株双歧杆菌(Bifidobacteriumanimalis),其对展青霉素的清除率为80%。酿酒酵母和乳酸菌适用于可发酵产品,但并不适合用于苹果等水果上展青霉素的控制,适用范围存在一定的局限性。近年来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,因此许多学者对拮抗酵母清除展青霉素的作用进行了研究。Levy等通过体外试验研究了毕赤酵母(Pichiamembranifaciens)和掷孢酵母(Sporobolomycesroseus)降解展青霉素的能力。Castoria等报道粘红酵母(Rhodotorulaglutinis)和罗伦隐球酵母(Cryptococcuslaurentii)在体外试验中可以分解展青霉素,LB培养中添加不同浓度的展青霉素(展青霉素初始浓度为100.0μg/ml、250.0μg/ml、和500.0μg/ml)并接种酵母菌培养10d后,罗伦隐球酵母对展青霉素的降解率分别为47%、29%和16%,粘红酵母对展青霉素的降解率分别为82%、61%和42%。Coelho等研究了奥默毕赤酵母(Pichiaohmeri)对展青霉素的降解作用,25℃静置培养2d后,奥默毕赤酵母对展青霉素的降解率为83%;培养5d后展青霉素含量减少了99%;经过15d的培养后,展青霉素的浓度降低到未检出水平。Reddy等研究了2株美极酵母(Metschnikowiapulcherrima)(MACH1和GS9)体外降解展青霉素的能力,培养基中展青霉素初始浓度分别为5.0μg/ml、7.5μg/ml、10.0μg/ml、15.0μg/ml,酵母浓度为1ml1×108个,25℃、200r/min摇床培养MACH1菌株48h内能完全降解展青霉素,GS9菌株在72h内完全降解展青霉素。此外,Ricelli等验证了8株葡萄糖杆菌(Gluconobacteroxydans)降解展青霉素的能力,培养基中展青霉素的初始浓度为10.0μg/ml,于30℃、175r/min条件下培养32h后,葡萄糖杆菌对展青霉素的降解率超过90%。毕赤酵母、掷孢酵母、粘红酵母、罗伦隐球酵母等酵母均能在有氧条件下有效地降解展青霉素,克服酿酒酵母和乳酸菌适用范围的局限性,使生物拮抗菌降解展青霉素的研究具有更深远的意义。2酿酒酵母降解展激素的能力酵母清除展青霉素的机制有2种假说。第一种假说认为,真菌毒素含量的下降可能与酵母细胞壁上葡聚糖、甘露聚糖等细胞成分的吸附作用有关。Yue等研究了10株灭活的酵母菌株减少苹果汁中展青霉素含量的效果,结果显示处理24h后有8株无活性酵母对苹果汁中展青霉素的清除率超过50%,最佳清除率为72%。Topcu等研究了肠道菌屎肠球菌(Enterococcusfaecium)对展青霉素的清除作用,体外试验培养48hM74菌株对展青霉素的清除率为15.8%～41.6%,EF031菌株对展青霉素的清除率为19.5%～45.3%;第二种假说认为,展青霉素的生物降解是酵母发酵过程中产生的诱导酶的酶促反应作用的结果。Coelho等用奥默毕赤酵母体外降解展青霉素的试验中,培养15d后培养基的pH值从初始4.0降低至3.3,因为展青霉素在这个pH范围内性质稳定不容易分解,排除展青霉素分解的因素,可以认为展青霉素含量降低是奥默毕赤酵母代谢作用的结果,并非细胞壁的吸附作用所致。Sumbu等报道酿酒酵母在展青霉素浓度为50.0μg/ml的培养基中培养3h后转接到展青霉素浓度超过200.0μg/ml的培养基中,与未经过预培养的酵母相比,预培养后的酵母对高浓度的展青霉素表现出耐受性,未经过预培养的酵母在高浓度展青霉素中降解展青霉素的能力被完全抑制,预培养后的酵母仍然具有较高的降解展青霉素的能力,这表明酿酒酵母在低展青霉素浓度培养基中(50.0μg/ml)预培养产生了诱导作用,提高了酿酒酵母对高浓度展青霉素(超过200.0μg/ml)的耐受性,使其在高浓度展青霉素中仍能降解展青霉素。环己酰亚胺是一种蛋白质生化合成抑制剂,Sumbu等研究结果表明当在苹果汁中添加展青霉素和环己酰亚胺时,环己酰亚胺阻断了蛋白质的合成,展青霉素不能被降解。当添加展青霉素3h后再加入环己酰亚胺,与不添加环己酰亚胺组相比,酿酒酵母对展青霉素的降解速率降低,但降解作用并没有停止,展青霉素的含量不断下降,结果表明这3h内酿酒酵母合成的蛋白质具有酶催化活性,而不是合成了简单参与化学反应的反应底物。Castoria等验证了活酵母菌体和经高压蒸汽灭菌的失活菌体体外清除展青霉素的能力,结果显示灭活酵母菌不具备清除展青霉素的能力,表明能降低展青霉素含量的是活体酵母,而不是酵母壁的吸附作用。Harwig等研究结果显示酵母发酵14d后展青霉素被完全降解了。用酵母在苹果汁中进行发酵,然后滤除菌体并在滤液中添加展青霉素,果汁中展青霉素水平没有明显的降低,说明使展青霉素减少是因为活体酵母,而不是酵母发酵的代谢产物。Reddy等用美极酵母菌株(MACH1和GS9)降解展青霉素,酵母细胞经超声波破碎处理后用乙酸乙酯提取,结果未检测出展青霉素,这表明美极酵母菌株对展青霉素的清除并非由于酵母细胞吸收展青霉素而是展青霉素被美极酵母彻底降解。Moss等研究了3株商业生产用的酿酒酵母菌株在无氧发酵过程中降解展青霉素的机制,展青霉素用14C标记,经高效液相、薄层层析和核磁共振光谱分析结果显示酿酒酵母降解展青霉素产生2个主要的产物:展青霉素生物合成的直接前体E-ascladiol及其异构体Z-ascladiol。Castoria等用体外试验和体内模拟系统试验研究了胶红酵母对展青霉素的生物降解作用,薄层层析分析结果显示,与对照组相比胶红酵母降解展青霉素样品中出现了一些额外的点,经检测这些物质并不是Ascladiol。Castoria等分析了红冬孢酵母(Rhodosporidiumkratochvilovae)LS11菌株生物降解展青霉素的机制,展青霉素用13C标记,同位素标记跟踪显示Desoxypatulinicacid来自于红冬孢酵母对展青霉素的生物降解,这表明红冬孢酵母对展青霉素的降解途径不同于胶红酵母对展青霉素的降解途径。不同种属的菌株对展青霉素的降解途径存在差异,但展青霉素的降解都需要活体酵母,展青霉素的降解不是酵母细胞对展青霉素的吸附作用所致,而是酵母发酵过程中产生的诱导酶的酶促反应作用的结果。展青霉素的生物降解机制的研究对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论意义。红冬孢酵母对展青霉素的降解途径有别于胶红酵母对展青霉素的降解途径,这使得毕赤酵母、粘红酵母、罗伦隐球酵母等对展青霉素降解机制的研究具有重大的科研价值,对于进一步使用拮抗酵母控制苹果等产品中展青霉素的含量及提高产品品质方面具有重要的应用价值。3不同微生物酵母对苹果上展激素积累量的影响国际上许多微生物学家及食品科技工作者对拮抗菌控制水果采后病害进行了广泛研究,但是应用拮抗菌控制苹果上展青霉素积累量的研究目前尚处于起步阶段。Castoria等研究发现某些拮抗酵母可以抑制苹果上由扩展青霉合成的展青霉素的量。Morales等报道在冷藏条件下(1℃)成团泛菌(Pantoeaagglomerans)处理组苹果上展青霉素的积累量显著低于对照。Castoria等研究了胶红酵母处理对苹果上扩展青霉引起的展青霉素的积累量的影响,该研究将苹果打洞接种酵母菌悬液和扩展青霉孢子悬浮液,23℃90%RH避光培养6d,第4d和第6d分别测定苹果上展青霉素积累量,研究结果显示胶红酵母处理显著降低了展青霉素的积累量。Lima等研究了罗伦隐球酵母(Cryptococcuslaurentii)与低剂量的杀菌剂Boscalid(BOSC)或Cyprodinil(CYPR)结合使用,红冬孢酵母(Rhodosporidiumkratochvilovae)与低剂量的杀菌剂Boscalid(BOSC)结合处理对苹果上展青霉素积累量的影响,结果表明这3个结合处理措施能有效地降低苹果上展青霉素的产生量。Tolaini等研究结果显示,25℃培养6d后,与对照组[展青霉素含量(0.410±0.140)ng/mg]相比,罗伦隐球酵母LS28菌株对展青霉素产生量的降解率为80%,展青霉素含量为(0.08±0.01)ng/mg。香菇培养滤液与罗伦隐球酵母结合处理组苹果上展青霉素产生量为(0.004±0.001)ng/mg,展青霉素含量得到显著降解(约99%),香菇培养滤液显著增强了罗伦隐球酵母LS28抑制展青霉素产生量的作用。罗伦隐球酵母、毕赤酵母和粘红酵母等酵母在水果采后病害生物防治上已经表现出良好的生物防治效果,其对苹果上展青霉素积累量的控制效果也已经得到验证,但展青霉素的合成受诸多因素影响,拮抗菌抑制扩展青霉合成展青霉素的影响机制尚不明确,其对展青霉素的控制效果还不够理想,应用生物拮抗菌控制水果上展青霉素的积累量还需要进一步的研究。罗伦隐球酵母等对苹果上展青霉素积累量的控制研究对于提高生产商的经济效益,保障消费者的权益等方面都具有重要的经济及社会意义。4展激素的生物降解目前,生物拮抗菌在体外条件下能对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,同时又能抑制水果及其制品上致病微生物,如扩展青霉等,所以运用拮抗菌的方法进行水果采后保鲜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