乳酸菌清除霉菌毒素作用及其機制
霉菌毒素是一類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，霉菌毒素可以對人和動物引起一系列嚴重的危害。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、皮膚毒性及神經毒性等。目前，很多物理、化學方法用來控制霉菌毒素污染，但還沒有有效的方法來清除霉菌毒素。近年來研究表明，乳酸菌可以抑制霉菌生長并可以有效地清除霉菌毒素。
1 乳酸菌對霉菌毒素生成抑制作用
乳酸菌對霉菌毒素生成影響的資料多數是針對黃曲霉毒素。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，結果發(fā)現黃曲霉毒素產生速度受到抑制。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，結果發(fā)現黃曲霉生長沒有被抑制，但黃曲霉毒素生成很少甚至幾乎沒有生成，而在真菌分生孢子授精階段，在此培養(yǎng)液中添加葡萄糖，真菌產生黃曲霉毒素的能力并沒有恢復。Karunaratne等（1990）進行了嗜酸乳桿菌、保加利亞乳桿菌、植物乳桿菌等活菌及其代謝產物（無細胞濾液）對黃曲霉和黃曲霉毒素生成抑制作用的研究。發(fā)現它們的代謝產物在沒有抑制黃曲霉菌絲生長的條件下，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 乳酸菌對霉菌毒素產生的抑制機制
2.1 抑制霉菌生長
乳酸菌可抑制霉菌的生長，進而抑制了霉菌毒素的產生。許多乳酸菌具有抑制霉菌生長的活性。抑制霉菌生長主要機制是由于乳酸菌可以在代謝過程中產生一些小分子物質，如有機酸、無蛋白菌質、過氧化氫、蛋白質成分、羥基脂肪酸、酚類化合物等，并且乳酸菌的抑真菌效果要受到溫度、培養(yǎng)時間、培養(yǎng)基、pH值、營養(yǎng)因子等影響。
2.2 直接抑制霉菌毒素的生物合成
乳酸菌在生長過程中會直接產生抗霉菌毒素生成的代謝物。Coallier-Ascah等實驗結果表明，用乳酸桿菌培養(yǎng)液離心后的無細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可能是具有熱穩(wěn)定性的小分子物質。Karunaratne等認為，黃曲霉毒素生物合成的抑制并不是由于過氧化氫的產生和pH值的降低引起的。Gourama等（1991）通過實驗證明了乳酸桿菌無細胞提取液可以抑制黃曲霉毒素的生成。發(fā)現當透析袋分子篩在1000時并不能抑制黃曲霉毒素生成，但分子篩在6000~8000或者12000~14000時，透析液能夠很強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是什么。
2.3 乳酸菌對霉菌毒素的降解作用
Megalla等報道，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可以被轉化為B2a和R0兩種毒素形式，B2a是無毒性的。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轉化為B2a毒素形式。Rasic等也報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)酵乳制品過程中使乳制品產生了降解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。但乳酸菌種類多樣，可能隨著研究發(fā)展會發(fā)現能夠降解霉菌毒素的乳酸菌。
3 乳酸菌對霉菌毒素的吸附作用
3.1 乳酸菌對黃曲霉毒素的吸附作用
研究表明，一些乳酸菌在體內、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AFB1的吸附能力不同。El-Nezami等評估了5株乳酸桿菌在體外對黃曲霉毒素的吸附能力，發(fā)現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80%的AFB1。但對AFB2、AFG1、AFG2的吸附能力要弱。
3.2 乳酸菌對單端孢霉烯毒素吸附作用
El-Nezami等（2002c）進行了益生菌鼠李糖乳桿菌GG和鼠李糖乳桿菌LC-705對液體培養(yǎng)基中單端孢霉烯族毒素清除能力的研究。結果表明，不同乳酸菌清除單端孢霉烯族毒素的能力不同。無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能夠吸附所用實驗當中7種毒素當中的4種。兩菌株吸附毒素能力在18%~93%。兩菌株均不能結合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 乳酸菌對玉米赤霉烯酮（ZEN）的吸附作用
El-Nezami等對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行了研究。結果表明，兩種菌株對兩種毒素的清除能力在38%~46%。共同孵育3d未見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制是吸附作用而不是降解作用。清除進程仍然與乳酸菌菌種和毒素濃度有關。將乳酸菌與兩種毒素同時孵育，發(fā)現該兩種乳酸菌的吸附能力降低，這表明吸附兩種毒素的結合位點為細菌菌體表面相同的結合位點。
3.4 乳酸菌對赭曲霉毒素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OTA的敏感性和從液體培養(yǎng)基中清除OTA的能力。結果表明，大多數菌株對OTA不敏感，均具有吸附OTA的能力。對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OTA吸附能力。結果表明，在菌體生長過程中對OTA的清除率在8%~28%，沒有降解產物出現。這表明葡萄酒中的乳酸菌對OTA的清除是吸附作用。
3.5 乳酸菌對伏馬毒素的吸附作用
Niderkorn（2006）等首次在體外研究了乳酸菌對伏馬毒素的吸附作用。他們對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的能力進行了研究。結果表明，伏馬毒素B1清除沒有伏馬毒素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時不能吸附兩種毒素。
4 乳酸菌吸附霉菌毒素的機制
4.1 乳酸菌吸附AFB1機制
El-Nezami等（1998）對乳酸菌進行了熱處理和酸處理，結果表明滅活菌提高了他們對AFB1的清除能力。而且其他化學物質如NaOH、Na2CO3和異丙醇都沒有影響到乳酸菌結合能力。滅活菌可吸附AFB1說明了乳酸菌結合AFB1是發(fā)生在細胞壁上。Haskard等采用間接競爭ELISA方法證實了結合AFB1是乳酸菌的細胞表面成分。實驗證明，乳酸菌菌體表面的糖類和/或蛋白質成分在結合AFB1過程中起到重要作用，因為鏈酶蛋白酶E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AFB1的結合能力。Lahtinen等研究表明，乳酸菌細胞壁的肽聚糖對清除AFB1起到決定作用，而菌表多糖、細胞壁蛋白質及鈣、鎂離子對AFB1的結合無相關性。
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程中所涉及到的化學反應-疏水反應。該作用方式可以很好的闡釋他們之間的作用機理，因為熱和酸可引起蛋白質變性，蛋白質變性可以更多的暴露疏水區(qū)。而且當菌體細胞使用有機溶劑處理之后，所結合的毒素可迅速的被提取出來，這更加證實疏水作用在結合AFB1中起到重要作用。但疏水結合和靜電作用并沒能解釋乳酸菌與AFB1結合，因為在它們相互作用過程中，單價離子和雙價離子還有pH值（2.5~8.5）并沒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的機制，Bueno等建立起了一個數學模型，這個數學模型表明AFB1分子會附著菌體表面，并且經歷著從微生物表面的結合位點結合（吸附）和釋放（去吸附）過程。運用這個模型可以估計AFB1結合位點的數量、系統(tǒng)的平衡常數和細胞去除液體介質中AFB1的能力。而且通過這個模型，已經證明吸附AFB1菌株的能力與菌體呈現的結合位點的數量成正相關。
4.2 乳酸菌對ZEN吸附機制
乳酸菌對ZEN及α-玉米赤霉烯醇吸附過程中，菌體細胞的糖類和蛋白質成分參與了該結合過程。鏈酶蛋白酶E處理過的活乳酸菌并沒有降低其對ZEN及其衍生物的結合能力。但熱滅活和酸滅活乳酸菌再經鏈酶蛋白酶E處理后，會明顯影響它們的結合能力，這表明經過熱或酸處理后暴露的新的結合位點是蛋白質。脂肪酶沒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合，說明乳酸菌的脂肪酸在結合ZEN過程中沒有起作用。
4.3 乳酸菌對伏馬毒素吸附機制
乳酸菌清除伏馬毒素是細胞壁的吸附作用而不是共價結合或者將其代謝，因為滅活菌也完全的保留了結合伏馬毒素的能力。Niderkorn（2007）提出肽聚糖是伏馬毒素主要的結合位點。當乳酸菌使用物理或化學的方法滅活乳酸菌，乳酸菌吸附能力增強，但使用溶菌酶和變溶菌素后，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合過程中發(fā)揮了重要作用，因為水解伏馬毒素后，乳酸菌對其親和力下降，而失活游離胺基并沒有影響結合過程。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。因為水解之后，伏馬毒素B1中的羥基可與丙烷三羧酸鏈形成氫鍵，這樣形成的空間結構降低丙三羧酸與菌體肽聚糖相互作用。
5 結語
目前研究結果表明，乳酸菌具有清除霉菌毒素的作用主要有3種作用方式：①抑制霉菌的生長或直接抑制霉菌毒素的生成；②對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。各種乳酸菌對霉菌毒素的脫毒能力不同，有的乳酸菌可以對多種霉菌毒素起到脫毒作用，而有的乳酸菌還未見有脫毒能力，這就需要選擇對各種霉菌毒素具有高效脫毒的乳酸菌菌株，進而詳細研究其脫毒機理。這樣才能將其運用到生產實際中，減少霉菌毒素對人類和動物健康的危害。
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