副干酪乳杆菌B1和植物乳杆菌O24的无细胞上清液：探索其抗氧化与抗菌潜力

乳酸菌（LAB）及其代谢产物因其在发酵过程中对食品保质期的延长作用以及对病原菌的拮抗作用而备受关注。这些微生物在发酵过程中不仅能够改善食品的风味、质地和营养价值，还能通过其代谢产物发挥生物保鲜作用。此外，乳酸菌的某些产品已被美国食品药品监督管理局（FDA）认定为“公认为安全”（GRAS），使其成为食品中合成防腐剂的理想替代品。

近年来，研究逐渐从使用活的乳酸菌转向探索非活性细胞及其生物分子衍生物，即无细胞上清液（CFS）和后生物制剂（postbiotics）。这些物质被认为是乳酸菌在生长过程中释放或产生的代谢产物和副产物，具有生物活性，能够为宿主带来健康益处。与活的乳酸菌相比，CFS和后生物制剂更容易获取、储存和运输，且在热处理过程中不需要保持细胞活性，从而扩大了其在食品中的应用范围。

研究方法

本研究选取了两种乳酸菌菌株：副干酪乳杆菌 B1（Lacticaseibacillus paracasei B1）和植物乳杆菌 O24（Lactiplantibacillus plantarum O24），旨在评估它们的无细胞上清液（CFS）作为抗氧化剂和抗菌剂的潜力。这两种菌株分别从波兰传统羊奶酪“Bundz”和传统发酵黄瓜泡菜中分离得到。实验设计了六种不同的处理方式，包括仅离心（C）、超声处理结合热处理（S）以及仅热处理（NS），以研究不同处理对CFS特性的影响。

抗菌活性测试

抗菌活性测试采用扩散法，针对单核细胞增生李斯特菌（Listeria monocytogenes）、鼠伤寒沙门氏菌（Salmonella Typhimurium）、大肠杆菌（Escherichia coli）和金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）这四种常见的食源性病原菌进行抑制测试。通过在含有病原菌的琼脂平板上打孔，加入不同处理的CFS样品，观察其形成的抑菌圈直径，以评估CFS的抗菌效果。

抗氧化活性测试

抗氧化活性测试包括三个部分：自由基清除活性、铁离子螯合活性和还原力（RP）。自由基清除活性通过ABTS自由基阳离子的褪色反应来测定，铁离子螯合活性则通过检测CFS对铁离子-菲罗津复合物形成的抑制程度来评估，而还原力则是通过测量CFS在特定条件下对三氯乙酸的还原能力来确定。

其他分析

此外，研究还对CFS的pH值、蛋白质和肽含量、生物胺含量以及有机酸含量进行了测定。这些分析有助于了解CFS的化学组成及其与抗氧化和抗菌活性之间的关系。

研究结果

抗菌活性

研究结果显示，植物乳杆菌 O24 的CFS在抗菌活性方面表现最为出色，尤其是对单核细胞增生李斯特菌的抑制效果最为显著。在不同处理方式中，超声处理结合热处理（S）的CFS并未显示出比仅热处理（NS）或仅离心（C）的CFS更强的抗菌活性。这表明超声处理在本研究中并未显著增强CFS的抗菌特性。

抗氧化活性

在抗氧化活性方面，两种菌株的CFS均表现出较强的自由基清除能力和铁离子螯合能力。然而，超声处理对CFS的抗氧化活性影响有限，仅在植物乳杆菌 O24 的CFS中观察到轻微的自由基清除活性增强。对于铁离子螯合活性，超声处理反而在某些情况下降低了CFS的活性。这可能是因为超声处理对CFS中负责螯合金属离子的结构产生了负面影响。

化学组成

CFS的化学组成分析显示，植物乳杆菌 O24 的CFS含有较高浓度的乳酸、柠檬酸和异丁酸等有机酸。这些有机酸的存在与CFS的抗菌活性密切相关，尤其是乳酸和柠檬酸。此外，CFS中未检测到生物胺，这表明这些CFS在食品安全方面是安全的。

细胞活性

通过流式细胞仪和扫描电子显微镜（SEM）对乳酸菌细胞的生理状态和形态变化进行分析，结果显示，热处理能够有效灭活乳酸菌细胞，而超声处理并未显著增强细胞的灭活效果。SEM观察到的细胞形态变化表明，超声和热处理并未对细胞造成明显的结构破坏，但细胞表面出现了粘附现象，这可能是由于细胞在应激条件下产生了胞外保护物质。

结论

本研究综合评估了副干酪乳杆菌B1和植物乳杆菌O24的无细胞上清液（CFS）作为天然抗氧化剂和抗菌剂的潜力。研究结果表明，植物乳杆菌O24的CFS在抗菌和抗氧化活性方面表现更为出色，尤其是对单核细胞增生李斯特菌的抑制效果显著。然而，超声处理并未显著增强CFS的抗菌或抗氧化特性，反而在某些情况下对铁离子螯合活性产生了负面影响。此外，热处理能够有效灭活乳酸菌细胞，确保CFS在食品中的安全性。

未来的研究需要进一步探索CFS的制备工艺，以提高其抗氧化和抗菌活性，并深入研究其在不同食品体系中的应用效果。同时，开展随机对照临床试验，以验证CFS的后生物制剂特性及其在食品中的功能性和实用性。通过这些研究，有望为食品工业提供一种天然、安全且有效的生物保鲜剂，满足消费者对天然食品的需求。

参考文献：1、Kęska P, Zielińska D, Karbowiak M, Kruk M, Lisiecka U, Stadnik J. The potential of cell-free supernatants from Lacticaseibacillus paracasei B1 and Lactiplantibacillus plantarum O24 as antioxidant and antimicrobial agents. Food Chem. Published online July 3, 2025. doi:10.1016/j.foodchem.2025.145408