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乳酸菌对真菌毒素的减毒研究进展（二）

花匠小妙招
2025-07-14 01:38

乳酸菌对真菌毒素的减毒研究进展（二）

发布时间：2022-10-10 16:27 作者：北纳生物编辑-陈丹

2 乳酸菌对真菌毒素的作用

乳酸菌是指可以利用葡萄糖、乳糖等发酵性糖类并使之转变成乳酸的微生物的总称。乳酸菌自古以来就被广泛应用于传统食品发酵中，不仅可以抑制腐败菌的生长、清除有害物质，还具有改善肝功能、降低血清胆固醇水平等作用，因此可作为食品和饲料的天然生物防腐剂。研究表明，乳酸菌可以通过生物吸附和生物降解进行减毒，生物吸附是指乳酸菌菌体与毒素分子以非共价方式结合，形成稳定的菌体-毒素复合物，参与复合物形成的乳酸菌吸附能力下降，不易被生物体吸收，因而大部分复合物易排出生物体外，达到减毒的目的。生物降解是指利用乳酸菌在其生长过程产生的代谢产物直接或间接抑制真菌毒素的产生。这两种方法不会影响食物和饲料的营养价值和感官特性。除此之外，与其他微生物相比，乳酸菌还具有在食品中使用更加安全、在人体肠道中能够自然生长、能适应多种胁迫环境等特性，因此在降解真菌毒素的微生物中应用最广泛。

2.1 乳酸菌对真菌毒素的抑制

乳酸菌对真菌菌株生长具有抑制作用，可以直接抑制真菌毒素的生成，这是由于它们对空间和营养物质的竞争以及有机酸和抗真菌代谢物的产生或这些因素的协同作用。主要作用机制包括：1）乳酸菌利用碳水化合物产生有机酸如乳酸、乙酸和丙酸，能够将酸碱度降低到低于真菌生长和抑制代谢的水平，从而抑制真菌菌株的生长。2）乳酸菌代谢产生其他的抗真菌代谢产物，如苯乳酸使真菌的细胞壁破裂，胞内蛋白流出而死亡；环二肽通过在细胞膜上形成孔道，增加细胞膜通透性，抑制真菌生长等。

真菌开始产生真菌毒素通常被认为与其生长有关，因为真菌毒素是在真菌生长阶段结束时开始产生的。因此，抑制真菌的生长通常被认为是避免真菌毒素产生的最有效策略。但是，只有抑制真菌的生长到无法产生真菌毒素的水平时，才可能避免真菌毒素的产生。表2总结了乳酸菌的抗真菌特性。

表2 乳酸菌抗真菌特性的研究概况

Gomaa等研究发现从埃及传统乳制品中分离出的不同乳酸菌产生的抗真菌代谢物对黄曲霉和寄生曲霉所产生的AFB1具有特异性影响，此外，1.5 mg/mL的苯乳酸虽然仅降低了15%的真菌生长率，但抑制了99%黄曲霉毒素的产生。Guimar?es等的实验结果表明，植物乳杆菌UM55菌株的无细胞上清液（cell-free supernatant，CFS）对黄曲霉毒素有91%的抑制作用，并认为乳酸菌的抗黄曲霉毒素特性取决于菌株产生乳酸、聚乳酸、羟基聚乳酸和吲哚乳酸的能力，与CFS中过氧化氢含量、pH值以及真菌的生长情况无关。曹冬梅利用弯曲乳酸杆菌进行黄曲霉毒素减毒实验，结果表明，乳酸造成的pH值降低可显著抑制黄曲霉生长而不能抑制黄曲霉毒素产生；但弯曲乳酸杆菌与黄曲霉共培养时，黄曲霉菌量和毒素的产量显著低于黄曲霉单独培养时，这表明乳酸菌对黄曲霉毒素的抑制作用是其代谢产物的多因素作用结果。

2.2 乳酸菌对真菌毒素的降解

Zheng Xiangfeng等发现干酪乳杆菌YZU01可以利用展青霉素诱导表达的胞外酶对展青霉素进行降解，干酪乳杆菌YZU01与展青霉素共同培养24 h后能够降解46.4%的展青霉素，48 h后能够降解95%的展青霉素，最终降解产物无显著毒性或毒性极低。一项关于乳酸菌对发酵奶油中赭曲霉毒素A的去除能力研究结果显示，利用乳酸菌对奶油发酵24 h后，赭曲霉毒素A的平均去除率在32%～52%之间，植物乳杆菌LU5的CFS抑菌活性最高。龚雪在探索植物乳杆菌LB-11对展青霉素的去除机制中发现，植物乳杆菌LB-11细胞壁对展青霉素的去除率为3.25%，胞内物质对展青霉素的去除率为20.77%，均显著低于完整细胞对展青霉毒素的去除率，推测该菌株主要是通过生物降解达到减毒毒的目的。Luz等的研究证实了酶促还原也是赭曲霉毒素A的减毒机理之一，胞外酶可将赭曲霉毒素A的酰胺键水解为无毒的赭曲霉毒素A-α。Fuchs等研究发现赭曲霉毒素A与嗜酸乳杆菌菌株在37 ℃培养4 h后，能够使缓冲溶液中的赭曲霉毒素A水平减少95%以上，嗜酸乳杆菌的活细胞比致死细胞能够更有效地去除赭曲霉毒素A，并可以降低赭曲霉毒素A对人体肝细胞的毒性，结果表明乳酸菌的代谢物也参与对赭曲霉毒素A的减毒。目前研究发现的能完全降解真菌毒素的乳酸菌较少，大部分乳酸菌都是通过生物吸附发挥减毒作用。

2.3 乳酸菌对真菌毒素的生物吸附

2.3.1 乳酸菌对黄曲霉毒素的吸附结合

目前认为乳酸菌对黄曲霉毒素的去除主要是通过吸附作用。Bueno等研究了12 个乳酸杆菌属吸附AFB1的能力，结果表明不同乳酸菌菌株的毒素去除率为25%～61%，用磷酸盐缓冲液和乙腈洗涤5 次吸附AFB1的乳酸菌后，仍有10%～50%的AFB1吸附在乳酸菌上；此外，该学者还检测了不同时间乳酸菌结合和释放毒素的百分比，结果表明这种结合是一个快速、可逆的过程。Haskard等在热或酸致死菌和活菌吸附AFB1的实验中发现，致死菌对AFB1的吸附能力增强，随后添加抗疏水剂进行处理，运用酶联免疫吸附测定法检测溶液中AFB1的残留量，结果表明胞外表面成分在吸附中起着主要作用，热或酸处理使得细胞表层蛋白变性，从而有更多的结合区域暴露于AFB1。用高碘酸或链霉蛋白酶E处理的鼠李糖乳杆菌（Lactobacillus rhamnosus GG，LGG）可以显著降低其与AFB1的结合量，AFB1主要与LGG的碳水化合物和蛋白质成分结合，即肽聚糖、磷壁酸、胞外多糖和S层蛋白（图1）。

图1 乳酸菌的细胞壁结构

Hernandez-Mendoza等以雷氏乳杆菌NRRL14171和干酪乳杆菌Shirota为研究对象，证实了磷壁酸缺乏会显著影响乳酸菌对AFB的吸附能力。Lahtinen等从LGG提取的胞外多糖没有表现出结合AFB1的能力，而去除胞外多糖的细菌保留了其有效结合AFB1的能力。用溶菌酶裂解LGG细胞，收集细胞壁物质，经酶消化纯化，由肽聚糖组成的细胞壁分离物能够有效地与AFB1结合，这表明AFB1的结合位点很可能包含在细胞壁的肽聚糖中。通过将LGG暴露于特定的蛋白水解酶和化学变性剂中，发现细胞壁蛋白和糖蛋白不会显著影响AFB1的结合位点。即AFB1在乳酸菌细胞壁中主要的结合位点位于磷壁酸、肽聚糖、表层蛋白（图2）。蒋采贝通过实验测得在pH 3.0、6.0和9.0条件下，随着pH值的下降，LGG对AFB1的结合能力显著增强；随着LGG菌体浓度的增加，LGG对AFB1的吸附率也逐渐增加，而后增加趋势逐渐变缓，这可能与可行的结合位点数量有关。

2.3.2 乳酸菌对伏马毒素的吸附结合

Dawlal等研究了传统发酵玉米食品中的优势乳酸菌在体外结合FB1和FB2的能力，所有被测试的实验室菌株都能结合FB1和FB2，尽管FB1和FB2具有相似的结构，但在所有实验中FB2的亲和性均高于FB1，且温度、pH值和不同菌株都会影响结合效率，乳酸菌-伏马菌素（FB1和FB2）复合物在pH 2和37 ℃的培养条件下是稳定的。Zhao Hongfei等的实验结果也证实了乳酸菌菌株对伏马毒素的去除能力具有特异性，植物乳杆菌B7和戊糖乳杆菌X8与FB2的结合程度高于FB1，植物乳杆菌B7与FB1和FB2的结合率分别为52.9%和85.2%，戊糖乳杆菌X8与FB1和FB2的结合率分别为58.0%和86.5%，结合效率随着pH值降低和温度升高而增加，其还发现了肽聚糖是主要的结合位点，肽聚糖的结构完整性越好，结合的伏马毒素就越多。质量分数10%的三氯乙酸和HCl处理均提高了伏马毒素的去除能力，而溶菌酶处理却相反，这可能是因为质量分数10%的三氯乙酸可以有效去除细胞壁的磷壁酸，并增加细胞壁的通透性。HCl可降解多糖的结构，从而暴露更多的结合位点，而溶菌酶可能破坏了肽聚糖的三维网络结构。

图2 AFB1与乳酸菌细胞壁成分的相互作用

Romina等在探究嗜酸乳杆菌去除FB1的机理中发现：1）培养时间不影响对FB1的去除；2）通过物理化学方法或溶菌酶等降解细菌壁多糖、脂质和蛋白质会增加结合力，而降解肽聚糖则部分降低了结合力；3）嗜酸乳杆菌通过弱的非共价相互作用与伏马毒素结合，这种结合过程是快速、可逆的；4）菌体和FB1浓度的变化均会影响结合效率，并且最终达到结合毒素和未结合毒素的一个平衡状态；5）疏水相互作用在结合中起主要作用，也可能存在一定程度的静电相互作用；6）在酸性条件下，可能由于伏马毒素中三羧酸结构的水解受到抑制，因此可以更好地与细菌细胞壁结合。

2.3.3 乳酸菌对展青霉素的吸附结合

Hatab等发现鼠李糖乳杆菌6149和双歧杆菌6071对展青霉素均有吸附去除作用，且活菌和致死菌对展青霉素的去除率没有明显差异，菌株的吸附去除能力与菌体活力、展青霉素初始浓度、培养时间、温度和pH值有关。Zheng Xiangfeng等发现干酪乳杆菌YZU01通过细胞壁吸附去除展青霉素的过程中，肽聚糖的物理结构不是主要影响因素，邻位羟基和羧基对展青霉素的吸附作用也不明显，碱性氨基酸、硫醇和酯类化合物对展青霉素的吸附具有重要影响。

Alaleh等以嗜酸乳杆菌和植物乳杆菌为益生菌生产合生菌型苹果汁，研究其对展青霉素的减毒作用。结果表明，苹果汁冷藏6 周后残留的展青霉素仅为初始浓度的8.77%，十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳结果证实展青霉素的去除依赖于较厚的表层蛋白，细胞壁表层蛋白为益生菌细胞与展青霉素的结合位点。此外，Wang Ling等研究发现除疏水相互作用有利于乳酸菌细胞对展青霉素的吸附外，静电相互作用也参与了展青霉素的吸附，且随着pH值的升高（4.0～6.0），静电相互作用增强。

2.3.4 乳酸菌对赭曲霉毒素的吸附结合

目前普遍认为赭曲霉毒素A吸附到乳酸菌细胞壁是乳酸菌减毒的主要机制，这不仅受到细胞壁的疏水相互作用影响，还受到电子供体-受体和Lewis酸碱相互作用的影响。Piotrowska的研究结果表明，27 株植物乳杆菌清除赭曲霉毒素A的作用存在明显的菌株特异性。采用吸附能力最强的3 株植物乳杆菌开展清除赭曲霉毒素A的研究时发现，热失活菌株和活性菌株对赭曲霉毒素A的吸附能力差异不显著。这是因为赭曲霉毒素A结构中含有羟基，而热处理后的菌体疏水能力增强。同样，Piotrowska等证实，嗜酸乳杆菌和鼠李糖乳杆菌在37 ℃条件下处理赭曲霉毒素A 5 d后，1 mg/L的赭曲霉毒素A分别下降了70%和87%，在磷酸盐缓冲液或乙腈水溶液洗涤下均存在大量的赭曲霉毒素A解吸附现象，这表明毒素与细胞壁的结合是可逆的。赵琳等采用植物乳杆菌清除赭曲霉毒素A的研究结果证实，30 ℃和37 ℃是植物乳杆菌吸附赭曲霉毒素A的最佳温度，同时起始菌体浓度、赭曲霉毒素A浓度、培养时间都会影响对赭曲霉毒素A的吸附效果。

2.3.5 乳酸菌对玉米赤霉烯酮的吸附结合

María等考察了4 株分离自猪直肠拭子的乳杆菌属和一株商用菌株（鼠李糖乳杆菌）对玉米赤霉烯酮的吸附能力，结果表明，玉米赤霉烯酮吸附量均在40%以上。Król等通过动力学研究发现，双歧杆菌与玉米赤霉烯酮的结合是一个快速的过程，在培养期间，前720 min玉米赤霉烯酮的吸附效率迅速提高，约88%的玉米赤霉烯酮被吸附到细菌细胞壁上，之后体系达到一个平衡状态。vek等证明了LGG和植物乳杆菌A1对玉米赤霉烯酮有明显的结合作用，这与培养基中细菌浓度和培养时间有关。随着培养时间延长，玉米赤霉烯酮的吸附率增加，当达到一定时间后，部分结合的玉米赤霉烯酮被释放回培养基中，说明毒素与细菌细胞的黏附反应是可逆的。

Zhao Lin等分离的27 株乳酸菌菌株对玉米赤霉烯酮的清除能力差异较大，清除能力在1.72%～47.80%之间。除细菌浓度外，玉米赤霉烯酮的去除还取决于培养基中毒素的浓度、细菌的活力和培养温度。这一结论与El-Nezami等的研究结果一致，并且后者发现，活的、热处理和酸处理的LGG与玉米赤霉烯酮均具有很高的结合性能，但经高碘酸盐处理后，其与玉米赤霉烯酮的结合效果显著降低，表明玉米赤霉烯酮主要与LGG细胞壁中的碳水化合物结合。用链霉蛋白酶E对活乳酸菌进行酶处理不会降低乳酸菌株结合玉米赤霉烯酮及其衍生物的能力。然而，同一种酶对热灭活和酸灭活乳酸菌的结合能力具有显著影响，这表明在热或酸处理后暴露的新结合位点是蛋白质，同时疏水相互作用参与了结合作用。此外，Niderkorn等报道了非活菌结合玉米赤霉烯酮的量高于活菌，表明热灭活处理引起的细胞壁构象的变化有利于结合位点的修饰或增加了结合位点的可及性。

2.3.6 乳酸菌对脱氧雪腐镰刀菌烯醇的吸附结合

Zhai Yaoyao等对液体培养物中50 μg/mL脱氧雪腐镰刀菌烯醇进行去除，结果表明，副干酪乳杆菌LHZ-1细胞壁对其去除率高达40.7%，而细胞培养上清液和细胞裂解液对脱氧雪腐镰刀菌烯醇的去除率分别只有10.5%和8.9%。与活的、非热灭活的细胞相比，热灭活乳酸菌细胞在液体培养基中显示出更强的降低脱氧雪腐镰刀菌烯醇水平的潜力。但在稳定性实验中，发现活细胞与脱氧雪腐镰刀菌烯醇之间的结合力可能比热灭活细胞更强。邹忠义等发现脱氧雪腐镰刀菌烯醇不仅能被植物乳杆菌菌株LP102的活细胞清除，还能被LP102的细胞壁、加热和酸处理的细胞清除；并且在培养过程中未检测到脱氧雪腐镰刀菌烯醇的代谢物，这说明植物乳杆菌菌株LP102去除脱氧雪腐镰刀菌烯醇的方式是物理结合，而不是生物转化。Niderkorn等在探究乳酸菌-脱氧雪腐镰刀菌烯醇的结合机制中发现，物理化学方法或溶菌酶等降解细菌壁多糖、脂质和蛋白质会促进结合，而降解肽聚糖则会部分抑制结合，说明肽聚糖在吸附过程中起着主要作用。

胡杉杉的实验结果表明热或酸灭活副干酪乳杆菌菌株比活菌对脱氧雪腐镰刀菌烯醇的去除效果更好，但活菌-脱氧雪腐镰刀菌烯醇复合物的稳定性强于灭活菌株，而且副干酪乳杆菌对毒素的吸附是可逆的，主要的作用部位是细胞壁上的肽聚糖。副干酪乳杆菌经尿素处理后，对脱氧雪腐镰刀菌烯醇的去除率降低至18.80%，这表明复合物结合和疏水相互作用有关。乳酸菌菌株的特异性以及不同真菌毒素本身的结构差异都会影响乳酸菌细胞壁对真菌毒素的结合能力。

2.4 乳酸菌对真菌毒素的体内减毒作用

目前，有关乳酸菌与真菌毒素相互作用的研究主要集中于体外实验，关于乳酸菌体内减毒作用的报道较少。Gratz等先前报道了在肠道黏液存在的情况下，益生菌混合物（LGG和鼠李糖乳杆菌LC）与AFB1结合的能力较差，并且更容易受到肠道内干扰因素的影响，认为这可能是AFB1在动物体内结合效果较差的原因。之后，Gratz等[69]研究发现LGG能调节大鼠对AFB1的摄取，减轻AFB1相关的生长停滞和肝损伤。此外，由于LGG-AFB1的结合，乳杆菌处理的大鼠粪便中AFB1含量增加。

Kumara等研究发现发酵乳杆菌（LC5/a）可以用于小鼠体内AFB1的结合和减毒，在LC5/a治疗的小鼠组织病理学检查中，天冬氨酸氨基转移酶、丙氨酸氨基转移酶、谷胱甘肽巯基转移酶和超氧化物歧化酶水平降低，小鼠血清中促炎性细胞因子（肿瘤坏死因子（tumor necrosis factor，TNF）-α、白细胞介素（interleukin，IL）-12、IL-6）水平也降低，使得受AFB1损伤的肝细胞质得到明显的改善并接近正常的组织水平。Hela等研究发现，从突尼斯传统黄油中分离的植物乳杆菌MON03（LP）对玉米赤霉烯酮引起的小鼠细胞毒性和遗传毒性具有保护作用，与单纯给予玉米赤霉烯酮组相比，LP与玉米赤霉烯酮同时灌胃可减少多染红细胞微核的数量和染色体畸变的频率，增加骨髓细胞的多色红细胞数量。此外，LP还成功地减轻了DNA断裂和这些基因及其靶蛋白表达的干扰。Garcia等研究发现，鼠李糖乳杆菌RC007作为饲料添加剂可以降低脱氧雪腐镰刀菌烯醇的肠道毒性。断奶仔猪摄入脱氧雪腐镰刀菌烯醇后，6 种炎性细胞因子（巨噬细胞炎性蛋白-3α、IL-10、IL-1β、TNF-α、IL-8和IL-22）的mRNA表达水平均显著增加，从而降低脱氧雪腐镰刀菌烯醇的生物利用度，并有助于维持胃肠道健康。

3 乳酸菌对真菌毒素减毒的应用

食物链中真菌毒素的污染不仅会给工业带来巨大的经济损失，还会危及人和动物的健康，为此，工业上需要大量的新型真菌抑制剂。目前乳酸菌菌株已被证实具有足够的潜力，可作为抗真菌保护剂，安全地在果汁、乳及乳制品、谷物及其制品、坚果以及动物饲料等多种食品中使用。某些定义明确的益生菌菌株（如干酪乳杆菌、植物乳杆菌和鼠李糖乳杆菌）具有双重功能，它们不仅能在适当的发酵条件下降解真菌毒素或从食物或饲料表面吸附真菌毒素，而且在食物或饲料中其还具有其他生物活性，可以为人和动物带来更多的健康益处。

3.1 乳酸菌对饲料中真菌毒素的降解

AFB1会使青贮饲料贮藏前3 d的pH值下降，21 d后丁酸浓度和最终pH值升高，在青贮饲料中添加适当的植物乳杆菌作为微生物接种剂能够降低这些负面影响，并且AFB1浓度在青贮后3 d线性下降[73]。Zielińska等的实验证明了4 种乳酸菌菌株（布氏乳杆菌、罗伊氏乳杆菌、植物乳杆菌和发酵乳杆菌）之间的协同相互作用可以导致玉米青贮饲料中的赭曲霉毒素A含量降低80%，从而提高饲料的安全性。

3.2 乳酸菌对食品中真菌毒素的降解

有关乳酸菌抑制坚果中真菌产毒能力的实验结果表明，人工感染黄曲霉的杏仁接种克氏乳杆菌FR7培养7 d后，AFB1和AFB2的含量分别下降了85.27%和83.94%。人工感染的花生接种该菌株后，赭曲霉毒素A含量降低到接种前的25%。筛自开菲尔酸奶中的kefirib菌株能够从牛奶中去除100%的玉米赤霉烯酮，但从乳酸菌培养基中只消除了60%的玉米赤霉烯酮。从自然经过苹果酸-乳酸发酵的杜罗葡萄酒中分离到的小球菌可将葡萄汁中赭曲霉毒素A转化为无毒的副产物赭曲霉毒素-α。Elsanhoty等将乳酸菌添加到含有50 μg/L AFM1的原奶中进行发酵，最终使AFM1质量浓度降到11.3 μg/L，达到了酸奶AFM1的安全限量水平。Ademola等发现经过乳酸菌发酵制得的玉米产品比其他方法生产的产品中总黄曲霉毒素平均水平低，这证明了采用传统食品发酵加工方法减少真菌毒素具有可行性。

4 结语

乳酸菌作为食品级菌株，因其功能性与安全性，已成为缓解食品或饲料真菌毒素污染的理想菌株。现有研究主要集中在真菌毒素的抑制和吸附方面，乳酸菌对真菌毒素的吸附作用有以下特点：1）菌株与真菌毒素的结合是一个可逆的过程，结合程度依赖于菌株和毒素剂量；2）菌株-毒素复合物的稳定性与菌株受到的环境条件、处理方式有关；3）由于菌株本身和真菌毒素结构的差异，不同菌株对同一真菌毒素的结合具有特异性，同一菌株也会对不同真菌毒素有不同的清除效率；4）细胞活性、菌体细胞起始浓度、真菌毒素浓度、培养时间和温度都是影响乳酸菌吸附真菌毒素的关键因素。然而有一些关键问题还有待阐明，如当菌株-毒素复合物通过胃肠道时，受胃肠道环境的影响，摄入的结合毒素复合物是否会释放，与未结合形式相比，结合毒素的毒性还需进一步研究。除此之外，以下几点在未来乳酸菌对真菌毒素的减毒研究中需要重点关注：1）乳酸菌抑制真菌毒素生成的代谢产物及其抑制的分子机制的阐明；2）在体内缓解真菌毒素毒性的乳酸菌筛选及其作用的分子机制；3）在食品生产过程中降解真菌毒素的乳酸菌的筛选及应用。以上几点研究的开展与加强能够补全与促进乳酸菌对真菌毒素从产品应用到体内减毒的全链条应用，将有利于拓展乳酸菌作为真菌毒素清除剂和功能性膳食补充剂工业化与产业化应用。

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