细菌（bacterium）也称真细菌（eubacterium），是生物进化树上细菌域分支中的原核生物。细菌是一类细胞细短、结构简单、细胞壁坚韧、多以二分裂方式繁殖的水生性较强的原核生物。细菌是重要的微生物类群，在自然界分布广泛、种类繁多，是大自然物质循环的主要参与者。细菌与人类生产和生活关系密切。很多细菌在农业、医学、工业、环境等方面被广泛地应用；同时，一些病原菌也是引起部分传染性疾病的病原体，不少腐败细菌还会引起食品和工农业产品的腐烂变质。由于细菌具有生长繁殖迅速、容易发生遗传变异、基因组较小等多种有利性状，使得它们成为生命科学研究的模式生物，对揭示生命奥秘等发挥了重要作用。

一、细菌的群体感应现象

长期以来，人们认为细胞与细胞间的信息交流一般只在多细胞生物间发生，单个细胞对外界环境刺激的反应仅来源于周围环境中的化学信号。因为细菌是以单个细胞的方式存在于自然界中，所以认为细菌彼此之间没有交流，也无法感知自身种群或其他种群的数量变化。但最近几十年的研究证明，为了适应复杂多变的外界环境，细菌个体之间也存在信息交流，使其能像多细胞生物一样，行使单个细胞无法完成的功能。群体感应（quorum sensing，QS）是指许多细菌都能合成并释放一种被称为自诱导物质（autoinducer，AI）的信号分子，胞外的AI浓度能随细菌密度的增加而增加，当达到某一临界浓度时，大量的信号分子与转录激活因子结合形成复合物，激活其下游基因的表达，从而表现出单个细菌无法实现的生理功能，如产生毒素、形成生物膜、产生抗生素、生成孢子和产生荧光等。最近的研究表明，在许多与食品腐败有关的细菌和临床上重要的致病菌中都存在QS现象。人们越来越重视对该现象的研究，希望通过对QS现象的研究，阐明其与致病菌致病性和耐药性的关系及食品腐败菌的致腐原理，最终找到新型的抗生素和防腐剂，解决食品腐败和日益严重的细菌耐药性问题。

根据细菌合成的信号分子和感应机制的不同，QS系统主要分为四种类型：第一类是由N-酰基-高丝氨酸内酯（N-acyl-homoserine lactones，AHLs）介导的革兰阴性细菌QS系统，第二类是由自诱导肽（autoinducing peptide，AIP）介导的革兰阳性细菌QS系统，第三类是由呋喃硼酸二酯（AI-2）介导、在革兰阴性和革兰阳性细菌中都存在的细菌QS系统，第四类是由人类产生的应激激素肾上腺素和去甲肾上腺素介导的种间AI-3群体感应系统。

1.AHLs介导的革兰阴性细菌QS系统

大多数革兰阴性菌（gram-negative bacterium，G ^-）之间主要以AHLs作为信号分子，通过LuxI/LuxR信息传递回路作为标准机制进行语言交流。AHLs是水溶性、膜透过性分子，可以自由出入细胞膜以保持膜内外浓度的一致，被称为第一类自诱导剂AI-1。此系统中LuxI类蛋白负责合成AHLs，LuxR类蛋白为调节蛋白，负责识别AHLs并启动一系列的调节基因。AHLs是由LuxI类蛋白酶催化脂肪酸代谢途径中的酰基-酰基载体蛋白的酰基侧链与S-腺苷甲硫氨酸（S-adenosyl methionine）中的高丝氨酸部分结合，并进一步内酯化而生成的。尽管不同G ^-的QS系统有所差别，但其AHLs类信号分子都是以相同的五元内酯环结构为主体，差别只是酰基侧链的有无及侧链的长短不同（图2-1）。LuxI能够自动维持低水平地表达AHLs类信号分子合成酶，使AHLs通常保持在较低的浓度水平，并不断扩散到周围环境中。

图2-1 信号分子AHLs的基本结构

蛋白LuxR是与信号分子AHLs结合的受体蛋白，同时也是目标基因的转录激活元件。LuxR蛋白有着相似的高级结构，一般N端为信号分子AHLs的结合区域，C端则为保守的螺旋-转角-螺旋（helix-turn-helix，HTH）结构，能够与目的基因特异性结合。AHLs与LuxR蛋白结合形成调节复合物。该复合物能调节下游靶基因的转录表达。由于该信号转导机制是正反馈调节，能使AHLs信号分子合成量迅速增加，从而使群体感应现象更加明显。不同属微生物之间，其LuxR蛋白的一级结构具有较大的差异。在自然环境中，尽管许多AHLs信号分子具有相似的结构，但由于不同微生物中LuxR蛋白具有特殊的AHLs酰基结合框，每种微生物都只能对其自身的群体感应信号进行识别、监控并做出反应。

LuxI/LuxR型QS系统最早发现于海洋细菌费氏弧菌（Vibrio fischeri）。该菌与一些海洋生物共生。宿主为费氏弧菌提供营养丰富的生存环境，同时可以利用该菌发出的光捕食、逃生以及觅偶。费氏弧菌的QS系统模型如图2-2所示，已经成为研究G ^-细菌群体感应的模式系统。LuxI和LuxR两种蛋白调控着荧光素酶操纵子基因（luxICDABE）的表达。LuxI编码AHLs合成酶，当AHLs浓度达到一定阈值后进入细胞与LuxR蛋白结合，AHL-LuxR复合物启动编码荧光素酶操纵子的转录。AHL-LuxR复合物在增强荧光强度的同时也能促进LuxI的表达，从而形成反馈调节。迄今为止，已发现70余种G ^-细菌中的群体感应都与费氏弧菌由LuxI/LuxR蛋白调控的群体感应系统相似（表2-1）。

图2-2 费氏弧菌LuxI/LuxR型QS调控机制示意

表2-1 几种革兰阴性细菌的群体感应系统

2.AIP介导的革兰阳性细菌QS系统

革兰阳性细菌（gram-positive bacterium，G ⁺）主要是以修饰过的寡肽（autoinducing peptide，AIP）为信号分子。信号分子分泌到培养基中，并在高细胞密度下不断积累，然后通过双组分的感应蛋白感应所产生的AIP信号分子，从而调控特定基因的表达。几种由AIP介导的G ⁺细菌群体感应系统见表2-2。

表2-2 几种由AIP介导的G ⁺细菌群体感应系统

G ⁺细菌的群体感应基因表达的调控机制如图2-3所示。前导肽（pro-peptide）在细胞内合成，经修饰加工为成熟的AIP信号分子。AIP不能自由穿透细胞壁，需通过ABC转运系统（ATP binding cassette）才能到达细胞发挥作用。AIP随菌体浓度的增加而增加。当其浓度达到一定阈值时就会与位于细胞膜上的信号识别系统相互作用。该信号识别系统为双组分磷酸蛋白激酶（图2-3，H和D）。AIP结合后可引起激酶的组氨酸磷酸化并最终使细胞内受体蛋白的天冬氨酸也磷酸化，磷酸化的受体蛋白与特定靶位结合，从而启动目的基因（target genes）的表达，使细菌做出相应的生理行为变化。AIP是一类短肽分子，不具有典型结构。其氨基酸残基数量在5～17个，一般为8～9个。C端第5位是一个保守的半胱氨酸，它与C末端的氨基酸残基通过硫酯键相连，形成类脂。

图2-3 AIP介导的G ⁺细菌QS系统（H和D为双组分磷酸蛋白激酶）

3.AI-2介导的QS系统

细菌已经发展出适应不同需要的多种语言，除了种内的特异性交流之外，还拥有种间的非特异性交流。细菌的种间交流起源于对哈氏弧菌（Vibrio harveyi）的研究。哈氏弧菌的信号系统可产生AI-1（AHLs）和AI-2两种自诱导分子。两种AIs能用于感应菌群密度，其中AI-1负责种内交流，AI-2负责种间交流。在哈氏弧菌中AI-1的合成并不依赖于LuxI蛋白，而是由一种与LuxI家族蛋白无任何同源性的LuxLM蛋白合成；但是合成AI-1的机理却与LuxI蛋白催化合成AHLs的机理相似。研究表明，信号分子AI-2是一种呋喃硼酸二酯，其结构如图2-4所示。它的合成依赖于LuxS蛋白。

图2-4 AI-2信号分子的结构

哈氏弧菌AI-1响应的感应分子为LuxN，AI-2的感应分子为LuxP和LuxQ（图2-5）。LuxP是一个可溶的周质蛋白，被认为是AI-2的主要受体。LuxP能够与AI-2复合，并且能与LuxQ相互作用释放出AI-2信号分子。LuxN和LuxQ都是杂合双组分调节蛋白，都具有感受激酶区和响应调节蛋白区。LuxN和LuxQ共同作用于一个磷酸转移酶LuxU，LuxU将磷酸化信号转移到LuxO响应调节蛋白。细胞密度较低时，缺乏足够的信号分子，LuxN、LuxQ感受蛋白自身磷酸化，相应的磷酸化级联过程导致LuxO被磷酸化，LuxO控制着一个假定阻遏蛋白（用X表示）的转录，抑制发光酶基因luxCDABE的表达。在高细胞密度下，分别结合了AI-1、AI-2信号分子的感受蛋白LuxN和LuxQ通过一系列的作用使LuxO蛋白去磷酸化，从而阻止阻遏蛋白的转录，使发光酶基因luxCDABE得以表达；另外，发光酶基因luxCDABE的表达需要一个转录激活因子蛋白LuxR的协助。然而，哈氏弧菌中的LuxR与来自费氏弧菌和其他G ^-群体感应细菌的LuxR并不相同。

图2-5 哈氏弧菌中AI-2介导的QS系统

细菌可以识别自身生成的AI-2分子，也可以识别其他细菌产生的AI-2，对AI-2信号分子的敏感性和特异性较低。AI-2作为G ^-和G ⁺交流的通用AIs广泛存在于细菌中，目前已在80多种细菌中发现了AI-2的合成酶基因luxS，如产气荚膜梭菌（Clostridiumperfringen）、发光杆菌（Photobacterium）、大肠杆菌（Escherichia coli）、鼠伤寒沙门菌（Salmonella typhimurium）、枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）、金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）等。

4.AI-3介导的QS系统

Sperandio等人在肠出血性大肠杆菌（Entero hemorrhagic E.coli，EHEC）中发现了一种新的信号分子AI-3。该信号分子影响EHEC毒性因子的表达。AI-3是一类完全不同于AI-2的新型化合物，且其合成并不依赖于LuxS蛋白。虽然目前还未弄清AI-3的分子结构，但研究发现肾上腺素（epinephrine）和去甲肾上腺素（norepinephrine）（图2-6）具有与AI-3分子相同的作用。AI-3介导的QS系统存在于多种细菌中，如沙门菌、紫色杆菌（Chromobacterium violaceum）、流感嗜血杆菌（Haemophilus influenzae）、土拉弗朗西斯菌（Francisella tularensis）、胡萝卜软腐欧文菌（Erwinia carotovora）等。

图2-6 具有与AI-3信号分子相同作用的肾上腺素和去甲肾上腺素

某些细菌还能分泌一些其他类型的化合物来作为AIs，如野油菜黄单胞菌（Xanthomonas campestris）利用一种新型的扩散信号（diffusible signal factor，DSF）来调控其致病性；希瓦菌（Shewanella baltica）能分泌二酮哌嗪（diketopiperazines，DKPs）类物质作为AIs来调控其食品致腐性；铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa）能分泌一种与毒力因子有关的喹诺酮类AIs等。细菌QS系统类型由于AIs的不同而多种多样。除上述几种QS类型之外，微生物间是否还存在其他类型的QS系统还有待进一步的研究。

5.QS的检测方法

QS的检测方法主要有生物法和仪器法两种。生物法是利用报告菌株检测目标菌QS现象的方法，即将具有QS现象的菌株敲除AIs分泌基因使其自身不能分泌AIs，但当其感受到外源AIs时会表达特定性状，如发光、产生毒素、形成生物膜、生成毒性因子、产生抗生素和生成孢子等。通常报告菌株有其自身的QS检测类型和检测范围，在具体检测过程中需要根据实际情况选择所需报告菌株。生物法具有高效、廉价、操作简单等优点，是检测细菌QS最常用的方法。

同时，生物检测法存在敏感度低、不能准确鉴定AIs结构等缺陷。近年来，高效液相色谱法（HPLC）、液相色谱-质谱联用法（HPLC-MS）、气相色谱法（GC）、气相色谱-质谱联用法（GC-MS）、红外光谱和核磁共振等一些仪器法已越来越普遍地用来鉴定AIs。该方法通常将目标菌的AIs用有机溶剂提取出来，然后用仪器来进行检测。如Thiel等用GC-MS法鉴定了AI-2的结构；Cataldi等用GC-MS法在耶尔森菌（Yersinia）检测到7种类型AHLs。G ⁺细菌中的AIP种类较多，难以分离，目前没有有效的生物检测法。仪器法是检测AIPs的有效手段，Junio等利用HPLC-MS法检测了金黄色葡萄球菌中的4种AIPs。但是仪器法也存在着成本高、前处理复杂、操作繁琐等缺陷。

6.QS对食品腐败和安全的影响

（1）食品源细菌QS的研究进展引起食品腐败和细菌性食源性疾病的主要因素是微生物的生长和大量繁殖。食品腐败是指在微生物和其他因素的共同作用下，使食品原有的色、香、味和营养成分发生了改变，导致食品质量降低或完全丧失食用价值的过程。其本质是微生物分泌的降解酶分解了食品中的蛋白质、脂肪和碳水化合物等营养成分。细菌性食源性疾病是指通过摄食污染致病菌的食物，由进入人体的致病菌引起的通常具有感染性的疾病。细菌分泌的胞外蛋白酶、几丁质酶、脂肪酶、卵磷脂酶、糖苷酶、果胶酶等水解酶和表达的毒力因子是导致食品腐败和引起食源性疾病的主要因素，许多细菌水解酶的分泌和毒力因子的表达受QS的调控。QS对食品腐败和食品源细菌致病性的影响已成为目前研究的热点。

QS通过调控食品体系中优势腐败菌的生长代谢来调控食品的腐败进程，目前已在水果、蔬菜、肉、水产品等食品原料和加工产品中检测到AIs。AIs的种类和含量随食品种类、储藏条件和储藏时间的不同而有所不同。QS在调控食品腐败的同时，其活性和稳定性也受到食品环境的影响。随着食品腐败程度的加剧，pH的上升会引起AHLs稳定性下降甚至降解，从而降低QS对食品腐败的干涉能力。鲜牛乳含有能抑制细菌产生AHLs的有效活性成分；肉类食品中的短链脂肪酸对AI-2活性的抑制率高达99%。这是因为AIs具有不稳定性，并且食品成分复杂，食品可能含有一定的AIs类似物。另外食品环境中还存在一些能够降解或窃取AIs的细菌，如铜绿假单胞菌、大肠杆菌等能够降解或窃取AI-2和AHLs。

（2）食品源腐败菌的QS常见食品源腐败菌，如假单胞菌属（Pseudomonas）、不动杆菌属（Acinetobacter）、莫拉菌属（Moraxella）、乳酸菌属（Lactobacillus）和肠杆菌属（Enterobacter）等均有QS现象。食源性细菌利用QS系统完成交流、合作和欺骗等行为，为自身生存提供有利条件。AIs通过QS系统调控着腐败菌某些性状的表达，如生物膜的形成、水解酶的分泌和生长动力学参数等，进而调控细菌的致腐特征。

假单胞菌属是乳制品、禽肉类和水产品等高蛋白食品中常见的优势腐败菌，研究已证明其致腐能力受QS调控。目前研究最详细的是铜绿假单胞菌的QS系统，其含有两套QS系统，分别为LasR/LasI和RhlR/RhlI。巴氏杀菌牛乳源荧光假单胞菌（Pseudomonasfluorescens）的延滞期和最大生长速率均受AHLs和α-氨基-γ-丁基内酯的调控。食品的保质期取决于食品中优势腐败菌的延滞期和最大生长速率，因此AHLs介导的QS系统通过调控牛乳中优势腐败菌荧光假单胞菌的生长动力学参数来影响牛乳的腐败速率。AHLs还可以调控鱼源假单胞菌嗜铁素的产生和蛋白酶活力。乳酸菌是真空包装和气调包装食品的优势腐败菌，也是食品发酵工业中的常用细菌。乳酸菌能够利用G ⁺特有的寡肽和AI-2介导的QS系统进行交流。气调包装牛肉源乳酸菌能利用自身分泌的AI-2来调控气调包装牛肉中优势腐败菌的数量。目前食品源腐败菌QS的研究还处于起步阶段，还有更多腐败菌QS系统有待人们去研究。

（3）食品源致病菌的QS食品在生产、加工、储藏和运输过程中污染的能产生人体不良后果的病原微生物称为食源性致病菌。食源性病原微生物通常分为两大类：一类为感染型，如可以在肠道中大量增殖的空肠弯曲菌（Campylobacter jejuni）、沙门菌和致病性大肠杆菌等；另一类为毒素型，如产生毒素的金黄色葡萄球菌和产生芽孢的蜡样芽孢杆菌（Bacillus cereus）等。许多食源性致病菌具备QS系统或者能够窃取环境中其他细菌分泌的AIs为己所用，来调控自身毒力基因的表达。细菌性食物中毒不仅威胁着人类健康，也造成一定程度的经济损失，因此有效抑制食源性致病菌是一项艰巨的任务。

沙门菌属和大肠埃希菌属是常见的食源性致病菌，在畜禽肉类、蛋类、乳类及其制品中较为常见。沙门菌生长及生物膜的形成受AIs调控。沙门菌具有3个QS系统。（a）SidA系统：沙门菌不具有编码AHLs的luxI基因，但该菌具有与luxR同源的sidA基因，且sidA能感受其他菌株分泌的AHLs并用于调节与生长和定植相关的基因rck和srgE的表达，进而间接调控生物膜的形成；（b）AI-2系统：沙门菌具有合成AI-2的LuxS酶，已有研究证明该菌生物膜的形成受AI-2的调控；（c）AI-3系统：沙门菌能够利用哺乳动物宿主产生的肾上腺素/去甲肾上腺素化合物作为AIs启动毒力基因表达，定植在宿主表面引起疾病。肠出血性大肠埃希菌中的E.coli O157∶H7是食品中的主要致病菌，产生的毒素能引起人出血性腹泻和肠炎。E.coli O157∶H7具有与沙门菌相似的QS系统，其生物膜形成受QS调控，进而调控其致病性。金黄色葡萄球菌也是造成人类食物中毒的常见致病菌之一。被污染食物在室温下放置5h以上时，该菌可以大量繁殖并产生肠毒素，90%以上的金黄色葡萄球菌能产生一种重要的抗吞噬因子——荚膜多糖。金黄色葡萄球菌的QS由寡肽（AIP）介导的Agr系统和AI-2介导的QS系统构成，其毒力因子的表达主要受前者的调控。食源性病原菌多数具有QS系统，大多数G ^-细菌具有与LuxI/LuxR同源的系统，G ⁺细菌一般具有LuxS或Agr系统。

7.QS抑制剂

（1）QS抑制剂的研究现状随着QS研究的逐步深入，QS抑制剂（QS inhibitor，QSI）已经成为食品保鲜剂领域的研究热点。QSI可以通过多种途径干扰微生物的QS系统，抑制微生物相关基因的表达。QSI干扰QS的途径主要有以下三种：①AIs类似物，如丁酰-S-腺苷蛋氨酸和L/D-S-腺苷高半胱氨酸等可以和AIs受体蛋白竞争结合从而干扰QS通路；②AIs降解酶，许多微生物可以分泌降解AIs的胞外猝灭酶，如酰基转移酶、氧化还原酶和内酯酶等，可以降解环境中的AIs从而阻止QS系统的启动；③利用拮抗剂阻断QS通路，目前报道的溴化呋喃酮、短链脂肪和肉桂醛等QSI都是通过拮抗形式发挥作用的。

QSI的来源主要有化学合成和天然产物提取。化学合成QSI的主要方法是以现有AIs或QSI的分子结构为模板，用化学方法对其结构进行改造，使其成为AIs类似物或提高其抑制活性。由于QS系统的不同，AIs之间可以互为类似物。从天然产物中提取是QSI的另一主要来源。天然产物提取物具有安全、绿色和来源广等优点，为其在食品中的应用提供了有利条件，但是也存在成分复杂、活性组分和作用机理不清楚等缺点。目前已从大蒜、大豆、番茄、甘菊、海藻和中药材等天然植物中提取出QSI。多酚、大蒜素和醛类等已知活性物质被认为是天然产物提取QSI的有效成分。QSI是一种潜在的食品保鲜剂，如何大量、高效制备QSI以及科学地将其应用于食品中，还有待于进一步的研究。

（2）QSI对食品源细菌致病致腐的影响阻断细菌QS系统是一种新型的食品保鲜方法。QSI既可以降低细菌的致病致腐性，又可以避免细菌产生抗药性，因此具有巨大的研究价值。溴化呋喃酮是已知活性较高的QSI，能够有效地抑制细菌AHLs和AI-2的活性。溴化呋喃酮及其类似物的作用靶点为LuxR、LasI和RhlI等受体蛋白，主要通过阻碍受体蛋白与启动子的结合而干扰QS系统，进而调控毒力因子的表达。但是，溴化呋喃酮的不稳定性和不安全性限制了其在食品加工中的应用。肉桂醛及其衍生物在亚抑菌浓度时对弧菌AI-2具有较高的抑制活性，其抑制机理和溴化呋喃酮相似。肉桂醛食用安全性高，是一种常见的保鲜剂和食品添加剂。

二、细菌抗药性

细菌感染曾经严重威胁着人类的生命和健康。自从抗生素的问世及广泛使用，许多感染性疾病得到了及时有效的预防、控制和治疗。但是，随着抗生素的广泛使用，细菌抗药性越来越严重，抗药范围越来越广，甚至出现了一些能对抗绝大多数抗生素的超级耐药菌株。越来越严重的细菌抗药性问题，已成为全球关注的危害人类健康的重大难题。

细菌抗药性是指细菌对当前的药物环境产生适应或细菌对药物不敏感。抗药性表型由抗药性和耐药性两类机制构成。抗药性是细菌基因组序列发生变化，具有可遗传性，如质粒水平转移、目标蛋白的基因突变、基因重组等；耐药性是基因组序列未变，由诱导因素引起基因表达的变化，主要包括细菌产生降解酶、改变细胞的渗透能力、抗生素作用的靶位发生改变和依靠外排泵排出抗生素。理论上，细菌耐药性可通过药物的合理、精准使用及科学的轮换用药从而消除或逆转，而基于基因突变的抗药性一旦出现，则使细菌获得稳定、高效、不可逆的抵抗力，难于抑制和消除。

1.细菌毒力

细菌毒力包括侵袭能力和毒素两个方面。侵袭能力是细菌识别宿主、黏附到靶细胞上，甚至是内化进入细胞的能力；毒素包括细菌内毒素和外毒素两类。内毒素是革兰阴性菌细胞壁的固有成分，在细胞死亡溶解时大量释放，毒力较弱，能引起较严重的炎症；外毒素是革兰阳性菌和少数革兰阴性菌在生长繁殖过程中产生并分泌到菌体外的毒性物质，毒性较强。

几乎所有病原菌，在不同属、种甚至是在同一种的不同菌株之间，无论是基因组大小或是基因组结构上都存在着较大的差异。细菌的适应能力或者说多功能性直接与基因组大小和结构有关。细菌基因组核心部分的结构常被其他DNA片段隔开，这些DNA片段与基因组核心部分的G+C含量和密码子使用方式差异较大。这种“灵活基因库”由菌株特异性的遗传信息套件组成，主要是可移动遗传因子（质粒、噬菌体、基因岛/毒力岛、IS因子和转座子等）。这些基因为细菌提供额外的生物学特性，帮助微生物提高对特定环境的适应性，如抗药性和抗有毒化合物的能力。稳定染色体的骨干和“灵活基因库”不断发生重复插入和删除，通过反复的水平基因转移，接连频繁地转移不同因子到核心染色体的相同位点，大部分菌株的特异性或病变型特异性的区域由此聚集起来。最近的研究表明，基因组的可塑性在宿主体内条件下似乎会加快，因为致病菌要适应各种宿主条件。在感染过程中，强大的选择压力施加于病原体，导致克隆的变化。

2.细菌抗药性的产生

抗生素在治疗微生物感染方面具有独特优势和良好效果，是治疗各种感染的最理想药物，由此导致了抗生素的滥用。不分情况地一律使用高效广谱抗生素，使得原本没有抗性的细菌在药物的诱导下逐步产生抗药性，间接筛选了更多抗药性的菌株。目前，我国抗菌药物的滥用现象极其严重，每年因为抗菌药物的不合理使用及滥用而导致数以万人的死亡。抗药的金黄色葡萄球菌、大肠埃希菌和肺炎链球菌（Streptococcus pneumoniae）的比例分别高达60%、50%和70%。更为严重的是，多重抗药菌株的出现使临床治疗中抗菌药物的选择出现困难。临床检测发现葡萄球菌的抗药性由5年前的17%上升到目前的34%；凝固酶阴性葡萄球菌的抗药性也已由5年前的25%上升到目前的77%。细菌抗药性的增强不仅表现在对抗菌药物耐受浓度的加大，还表现在产生了多重抗药性，目前一些细菌可以抗7～8种广谱抗生素，如1995年在丹麦从猪、鸡粪便中分离得到的肠球菌，对万古霉素、红霉素和原始霉素的抗药性分别为91%、53%和37%。

3.细菌抗药性的主要机制

细菌抗药性产生的原因是多方面的，主要可分为天然抗药性和获得性抗药性。有些微生物本身就有天然的抗药性。获得性抗药性是指菌株本身最初并没有药物抗性，由于长期抗生素的滥用，受抗菌药物的诱导或自身基因突变等原因获得了抗药基因，使得敏感菌株不断被消灭而抗药性菌株不断积累，对药物的抗性不断提高。目前普遍认为获得性抗药是细菌产生抗药性的主要因素。(www.daowen.com)

细菌对抗生素的抗性机制有以下五种：

（1）钝化酶 抗药菌株合成一定的钝化酶，通过该酶与抗菌药物反应，水解或修饰环境中或细胞内的抗菌药物，从而使抗菌药物失效。目前在诺卡菌（Nocardia）、分枝杆菌（Mycobacterium）和葡萄球菌中都发现了各种具有不同特性的能够破坏具有β-内酰胺结构抗生素的β-内酰胺酶。此外细菌产生的酰基转移酶、腺苷酰转移酶和磷酸转移酶等钝化酶，对氨基糖苷类抗生素某些保持抗菌活性所必需的基团进行修饰，使其与作用靶位核糖体的亲和力大为降低。

（2）抗生素作用靶位的改变 抗菌药物作用的关键是和细菌的作用靶点结合，改变或阻断菌株的代谢而起到杀菌治疗的作用。在抗生素的压力下某些菌株出现作用靶点的改变，或产生新的作用靶点而使抗菌药物失去活性。

（3）改变胞壁通透性 包括生物膜的形成和细胞壁的收缩等，细胞壁的主动运输功能是由一类运输蛋白决定的。在抗生素的压力诱导下，细菌的突变可以改变运输蛋白的组成和数量，使抗菌药物无法进入细胞内。

（4）膜的外排作用 细菌的物质转运体系中的主动运输机制在耗费能量的前提下可以主动将已进入细胞内的物质转运出去，抗菌物质在达不到最小抑菌浓度的情况下便失去了抑菌活性，从而使该菌表现出抗药性。

（5）菌膜等非特异性机制形成的抗药性 细菌的生存状态主要有两种：游离状态和附着于固体表面形成的生物膜状态。细菌生物膜（bacterial biofilm，BBF）又称菌膜，是指细菌吸附于惰性物体表面后，分泌多糖基质、纤维蛋白、脂蛋白等多糖蛋白复合物，使细菌相互粘连并将自身菌落聚集缠绕其中形成的膜样物。由于生物膜对细菌的保护作用，生物膜内的细菌几乎对所有的抗生素都不敏感，表现出极强的抗药性。一般使用高于正常剂量成百倍的药物也不易治愈。根据近年美国国立卫生研究院（NIH）的报告，60%以上的微生物感染是由生物膜细菌引起的。同样的原理，荚膜、作为休眠细胞的芽孢和胞囊也能使细菌具有抗药性。细菌在选择压力下，会发展一切可能的机制来对抗抗生素，因此一种细菌的抗药性通常是多种机制并存的。

4.细菌抗药性的获得途径

一些细菌本身具有抗药性，然而大部分细菌的抗药性主要是在抗生素药物的选择压力下通过自身基因突变，或直接从外源抗药性基因获得，即主要以质粒和转座子作为遗传传播载体，通过接合和转导等多种生物机制实现抗药性基因的传播和扩散。此外，细菌还能够转导病毒体内携带的抗药性基因。

一般情况下，细菌通过自身基因突变获得抗药性的概率很小，其自发突变率通常为10 ^-10～10 ^-5。如大肠杆菌暴露于高浓度链霉素时通过自身基因突变对链霉素产生抗性的概率约为10 ^-9。但是微生物体积小、增殖快、分布广，对细菌的突变起到放大作用。这是细菌的生存优势，也是其抗药性容易产生的物质基础。

水平基因转移（horizontal gene transfer）是携带有抗药性因子的基因物质（质粒、转座子等）在同属细菌之间，或在不同种属细菌之间散播的主要途径，其传递机制主要包括转导（transduction）、转化（transformation）和接合（conjugation）。其中，转导主要通过噬菌体在相似的菌属之间实现基因传递；转化主要是细菌直接获取其他细菌死亡或裂解后所释放的抗药性基因的过程；接合是通过细胞之间相互接触来实现外源染色体和基因的传递。接合被认为是细菌获得和散播抗药性的最为重要的机制。

5.细菌抗药性的控制策略

抗生素的发现及临床应用为人类健康做出了突出的贡献。但是由于抗生素的不当使用及细菌自身的进化发展，细菌抗药性问题日趋严重，对人类的健康造成了极大的威胁，成为全球关注的热点。2010年，在南亚发现了新型超级病菌NDM-1，其抗药性极强；2013年，在英国发现了LA-MASA超级细菌。超级细菌的不断出现再次证明了细菌抗药性问题的严重性。最近的研究还表明一种细菌产生抗药性的周期也越来越短。从一种新型抗生素临床应用开始，短短几年内就会出现抗药性菌株，速度极其快。因此，面对严峻的形势，一方面要求人们不断研究开发新的抗菌药物，另一方面对已有的抗菌药物发展策略和思路提出了挑战。

细菌抗药性是一个复杂的问题，既有细菌自身的因素，也有人类行为与卫生监督管理方面的外因。目前新的抗生素开发周期一般为十年左右，同时耗资巨大；而抗药菌的产生只需两年时间。细菌抗药性产生的速度远超于抗生素的研制开发速度。抗菌药物的研发史同时也是细菌抗药性的发展史。已产生抗药性的细菌其抗药性是可遗传的，即使没有抗生素压力也很难恢复到敏感状态。因此需要开发不同于原始作用靶点的新型抗生素。

因此需要从以下几方面来控制细菌的抗药性。

（1）合理使用抗生素 制定相关的干预政策以及加强药政管理。

（2）对抗菌药物进行“轮休” 周期性地交替使用一些具有相同治疗细菌感染的抗生素，避免一直使用一种抗菌药物诱发细菌抗药性。

（3）研制新型抗菌药物 传统的抗菌药物都是以细菌的蛋白质合成、细胞壁合成、叶酸合成等为作用靶点。然而由于细菌的适应性和进化性使其极易产生抗药性和菌群失调。最近有学者提出通过“抗毒力药物”（anti-virulence drugs）实现针对性地阻止致病因子的表达或使其失活，消除致病因子，使病原菌在正常增殖的条件下不产生致病性。这种药物不会对细菌的生长产生压力，因此理论上不会引起细菌抗药性的产生。

三、乳酸菌

乳酸菌（Lactic acid bacteria，LAB）是一类能利用可发酵碳水化合物产生大量乳酸的细菌的通称。乳酸菌是一群相当庞杂的细菌，目前至少可分为18个属，共有200多种。乳酸菌广泛存在于人、畜禽肠道中，在土壤、植物根际、人类食品和动物饲料中都发现有乳酸菌的存在。大多数乳酸菌无毒、无害，而且对人体和动植物具有较好的益生效果。乳酸菌也被称为“益生菌”，在工业、农业和医药等领域有着重要的应用价值。

1.概述

（1）乳酸菌的发现及其分类 乳酸菌与人类的关系十分密切，它的应用历史悠久。人类在四五千年前就已经开始饮用酸乳。在佛教教典、《齐民要术》和《圣经·创世纪》中都有制作酸乳的记载。1857年巴斯德首先发现了乳酸菌。1878年李斯特首次从酸败的牛乳中分离出乳酸菌的纯培养菌株乳链球菌（Streptococcus lactis）。1884年胡普首次将“酸乳细菌”命名为“乳酸菌”。1899年蒂赛发现双歧杆菌（Bifidobacterium bifidus）。1905年保加利亚微生物学家赛德蒙·格里戈罗夫首次发现并从酸乳中分离了保加利亚乳酸杆菌（Lactobacillus bulgaricus）。经过微生物学家的不懈努力，在自然界中发现了越来越多的乳酸菌。

直到20世纪60年代才逐渐确立乳酸菌的分类体系。乳酸菌不是分类学上的名词，它属于真细菌纲（Eubacteria）真细菌目（Eubacteriales）中的乳酸细菌科（Lactobacillaceae）。在自然界发现的乳酸菌在分类学上有30多个属。乳酸细菌科根据细胞呈球状或杆状，可分为乳酸杆菌族和链球菌族。乳酸杆菌族只包括杆状的乳酸菌，共包括五个属：乳酸杆菌属（Lactobacillus）、链条杆菌属（Catenabacterium）、假枝杆菌属（Ramibacterium）、运动杆菌属（Cillobacterium）和真细菌属（Eubacterium）。其中乳酸杆菌属多是食品工业的发酵菌种，如保加利亚乳酸杆菌和植物乳酸杆菌（Lactobacillus planetarium）。链球菌族的菌种为球状或稍长一些的椭圆球状，分为以下六个属：双球菌属（Diplococcus）、链球菌属（Streptococcus）、消化链球菌属（Peptostreptococcus）、肠球菌属（Enterococcus）、小球菌属（Pediococcus）和明串珠菌属（Leuconostoc）。

（2）乳酸菌的生理特征 乳酸菌在自然界分布广泛，但是其主要生活于营养丰富的有机环境中。在人为培养条件下，乳酸菌一般仅形成少量的菌体生物量，在固体培养基表面仅长出淡色小菌落（直径为1～2mm）；在液体培养基中菌体浓度也很低。这些特点是由其营养、代谢等生理特征所决定的。其主要特征有：①乳酸菌的蛋白质分解能力和氨基酸、维生素、嘌呤、嘧啶的合成能力较弱。乳酸菌的碳源谱较窄，最常用的碳源是单糖中的己糖，部分菌种能利用戊糖，只有极少数菌种能够利用淀粉。在培养乳酸菌时，普遍需要向它们提供富含各种肽类和氨基酸的有机氮源，如蛋白胨、酵母膏和牛肉膏等；另外许多乳酸菌还需要添加维生素、嘌呤、嘧啶（或其相应的核苷、核苷酸）作为生长因子。一般嘌呤、嘧啶的需要量为10～20μg/mL，而核苷、核苷酸的需要量为200～2000μg/mL。②乳酸菌一般都是耐氧性厌氧菌、兼性厌氧菌或专性厌氧菌，适合于在氧含量低或无氧的环境中生长，其只能通过糖类发酵和底物水平磷酸化方式低效率地获取少量能源，以此维持其生命活动和进行生物合成。③乳酸菌的主要代谢产物都是对其自身的正常生长繁殖有抑制作用的物质，如乳酸、乙醇和乙酸等。为了更好地培养乳酸菌，就必须更深入地了解它们的营养需求和代谢特性，以便在生产实践中寻找和设计一些营养丰富、要素全面、原料易取、效果良好的乳酸菌培养基。

（3）乳酸菌的生物学功能 乳酸菌作为定居肠道中的有益菌群具有多种保健作用。①促进蛋白质、单糖及钙、镁等营养物质的吸收，产生维生素B族等大量有益物质。②增加肠道有益菌群，改善人体胃肠道功能，恢复人体肠道内菌群平衡。③防治有些人种普遍患有的乳糖不耐症（喝鲜乳时出现的腹胀、腹泻等症状）。④抗菌作用。乳酸菌在体内发酵乳糖时，产生大量乳酸、乙酸，使肠内环境处于酸性。pH下降能抑制腐败细菌及其他有害菌，如葡萄球菌、李斯特菌和沙门菌等。不少乳酸菌能产生细菌素，对大肠杆菌素和金黄色葡萄球菌素等有拮抗作用。将乳酸菌用于保健食品，可以增强机体对致病菌的抵抗力。⑤降低血清胆固醇水平。乳酸菌菌体对胆固醇不仅有同化作用，还能抑制体内胆固醇生物合成酶的活性，减少体内胆固醇的合成。⑥增强免疫功能和预防肿瘤。乳酸菌具有抗肿瘤活性。这种活性是由乳酸菌本身及其代谢产物所致。⑦提高SOD酶活力，消除人体自由基，具有抗衰老、延年益寿的作用。

2.乳酸菌风味代谢物质及基因调控

乳酸菌在食品发酵中的一个重要功能就是它们能产生多种香味物质，赋予食品良好的风味和品质。这些香味物质主要包括双乙酰、乙偶姻、乙醛、酯及氨基酸代谢产物等。食用乳酸菌的遗传修饰将使发酵食品风味更好、功能更多、营养更丰富。

（1）双乙酰双乙酰是一种重要的食品风味物质，具有浓郁的奶油气味，是多种发酵乳制品如奶油、酸乳、乳酪和干酪等的重要风味物质，同时也是酿造业和酿酒业中重要的异味来源。乳酸乳球菌（Lactococcus lactis）和明串珠菌等乳酸菌可通过柠檬酸代谢生产α-乙酰乳酸，α-乙酰乳酸自发氧化脱羧生产双乙酰（图2-7）。由于乳酸发酵时柠檬酸含量低，以及α-乙酰乳酸脱羧酶的存在，导致α-乙酰乳酸脱羧形成乙偶姻，因此乳酸菌发酵只能产生很少的双乙酰，通常小于0.05mmol/L。双乙酰的产量受pH、柠檬酸浓度和氧气含量等条件的影响。在有氧条件下，双乙酰产量高，这可能与α-乙酰乳酸合酶、NADH氧化酶活力增加有关。但双乙酰的产量在更大程度上取决于所用的菌株，因此需要通过菌株选育、基因工程和代谢工程来获得双乙酰高产菌株。

图2-7 乳酸乳球菌双乙酰代谢途径

改变或调控与α-乙酰乳酸形成有关的代谢通路是提高双乙酰的可行方法。根据双乙酰的合成途径，可以通过以下方法来提高乳酸菌的双乙酰产量：选育性能更加优良的乳酸菌，如能将乳糖转化为双乙酰的菌株；利用基因工程过表达α-乙酰乳酸合酶和NADH氧化酶；使乳酸脱氢酶、丙酮酸甲酸裂解酶或α-乙酰乳酸脱羧酶失活等。其中，使α-乙酰乳酸脱羧酶缺失是一个很好的途径。

通常天然产生双乙酰的乳酸菌很少，只有代谢柠檬酸的乳酸菌才能产生双乙酰。乳酸乳球菌乳酸亚种（Lactococcus lactis subsp lactis）双乙酰生物型原始菌株通过柠檬酸发酵时双乙酰的产量为0.087～0.17mmol/L，自发突变α-乙酰乳酸脱羧酶失活型菌株在柠檬酸发酵时双乙酰产量可增加到0.84mmol/L。在双乙酰代谢相关的酶中，aldB编码α-乙酰乳酸脱羧酶，ilvBN编码α-乙酰乳酸合酶。可以通过基因操作使不产生双乙酰的菌株产生双乙酰。如乳酸乳球菌MG1363不能利用柠檬酸也不产双乙酰，通过双交换同源重组使其染色体上的aldB基因缺失，从其他乳酸乳球菌中克隆 ilvBN基因，并将其链接到质粒pFI749上，然后将重组质粒pFI749转化到乳酸乳球菌FI8076中。结果含有该质粒的α-乙酰乳酸脱羧酶缺陷型菌株FI8076在有氧条件下，α-乙酰乳酸和双乙酰的产量分别为1.48mmol/L和0.53mmol/L。利用这种方法可以使不利用柠檬酸的菌株产生双乙酰，从而增加了能产生双乙酰并用于乳品发酵的菌株。

（2）乙醛 乙醛是酸乳的主要风味成分，发酵乳中乙醛的含量是评价酸乳质量的重要指标之一。在乳酸菌生产乳酸的发酵过程中，乙醛可由氨基酸、核酸及丙酮酸代谢产生（图2-8）。在酸乳发酵过程中有些氨基酸先转化成中间体代谢产物丙酮酸然后合成乙醛，也有些氨基酸如苏氨酸在丝氨酸羟甲基转移酶（SHMT）的催化作用下可直接转化为乙醛。其中，苏氨酸生成乙醛被认为是乳酸菌生产乙醛的主要代谢途径。SHMT广泛存在于自然界生物体内，在保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌（Streptococcus thermophilus）中均有关于具有SHMT活性的报道。国内外一些学者把研究乙醛代谢途径的焦点放在SHMT上，对SHMT的调控做了大量的研究工作。

图2-8 乳酸菌的乙醛代谢途径

Chaves等报道了在嗜热链球菌中，SHMT能催化苏氨酸和甘氨酸、乙醛之间的相互转化。在培养基中添加适量的L-苏氨酸，发酵后乙醛的含量明显增加，这说明嗜热链球菌具有SHMT活性，在发酵过程中能转化过量的L-苏氨酸生成乙醛。作者还构建了编码SHMT的glyA基因缺陷菌株，发现缺陷菌株在酸乳发酵过程中乙醛生成量明显低于野生菌株；同时还可以通过过表达SHMT来提高乙醛的产量。从嗜热链球菌NIZOB130基因组中扩增得到glyA基因，将其插入质粒载体pNZ276中，获得由lacA启动子调控的含有glyA基因的重组质粒pNZ2305。将重组质粒pNZ2305转化到嗜热链球菌NIZOB130和AO54中，发现重组嗜热链球菌的SHMT活性显著提高，乙醛和叶酸的产量也有较大提高。因此，可以通过过表达glyA基因编码的SHMT来提高嗜热链球菌乙醛的产量，从而增加酸乳的风味。

3.乳酸菌的乳酸发酵

乳酸（lactic acid，LA）又称2-羟基丙酸（2-hydroxypropionic acid），是一种重要的多用途有机酸，广泛应用于食品、医药、化工、纺织、农业和环保等众多领域，用作酸味剂、调味品、防腐剂、鞣革制剂、植物生长调节剂、手性药物中间体和生物可降解材料等。乳酸是生物的代谢产物，广泛存在于动植物和微生物中。人与动物的血液和肌肉中有一定量乳酸存在，其在人体和动物中最重要的功能是把能量提供给肌肉组织。人在剧烈运动后，肌肉和血液中的乳酸量会骤增。

乳酸的分子式为C₃H₆O₃，分子中带羟基（—OH）和羧基（—COOH）两个官能团，是自然界中存在的一种羟基羧酸（hydroxycarboxylic acid），也是最简单的一种α-羟酸（alpha-hydroxy acid）。由于乳酸分子中存在着一个不对称碳原子（β-碳原子），有一个手性中心，因此乳酸存在着两种光学活性构型（图2-9）。人体和动物组织中只存在L-乳酸以及能够代谢L-乳酸的L-乳酸脱氢酶（L-lactic dehydrogenase，L-LDH），通常称为生理异构体（physiological isomer），不存在D-乳酸脱氢酶（D-LDH）。从营养学观点来看，乳酸的构型十分重要。人体可以吸收L-乳酸，但不能吸收D-乳酸。

图2-9 乳酸的两种光学活性构型

L-（+）-乳酸或S-（+）-乳酸旋光性为右旋（顺时针方向）

D-（+）-乳酸或R-（+）-乳酸旋光性为左旋（逆时针方向）

近年来，随着乳酸及其衍生物应用面的日益扩大，人们对微生物发酵法生产乳酸也日益关注。通过特定类型微生物的代谢活动，在以糖类为主原料的培养基中发酵生产乳酸，称为乳酸发酵（lactic acid fermentation）。能够大量生产乳酸的微生物有两种：一类是乳酸细菌；另一类是根霉属（Rhizopus spp.）真菌；在工业生产中目前大多采用前者。微生物发酵生产具有光学活性的乳酸，即L-乳酸或D-乳酸，具体产生哪种异构体由生产菌株细胞中存在L-LDH还是存在D-LDH而定。有些菌株兼有两种乳酸脱氢酶，故产生DL-乳酸。另外，有的菌株也可通过诱导产生乳酸消旋酶，在该酶的作用下产生DL-乳酸。如弯曲乳杆菌（Lactobacillus curvatus）最先产生L-乳酸，当L-乳酸积累到一定浓度时，诱导出一种乳酸消旋酶，可以把L-乳酸转变成D-乳酸，直至达到两种乳酸异构体数量上的平衡。

根据各种乳酸菌糖代谢发酵途径的不同，可以把乳酸菌分为同型乳酸发酵（homolactic fermentation）和异型乳酸发酵（heterolactic fermentation）两大类。同型乳酸发酵只产生一种发酵产物——乳酸。进行同型乳酸发酵的乳酸菌都存在糖酵解途径（EMP途径），并存在1，6-二磷酸果糖醛缩酶。该酶可把1，6-二磷酸果糖分裂为3-磷酸甘油醛。一个葡萄糖分子经EMP途径降解可产生两个乳酸分子和两个ATP分子，此过程不需要氧气。一些进行异型乳酸发酵的乳酸菌因缺乏EMP途径中的若干重要酶，如醛缩酶和异构酶，故其利用葡萄糖进行分解代谢和产能时，必须依赖戊糖磷酸途径（HMP途径）。在异型乳酸发酵中，葡萄糖的分解产物除乳酸外，还产生乙醇、乙酸和CO₂等多种代谢产物，产生的ATP也仅为同型乳酸发酵的一半。进行异型发酵的乳酸菌，因其途径、酶系和产物的差别，又可分为经典途径和双歧杆菌途径两种。具体代谢途径详见本书第五章第一节中“微生物的发酵途径”下“乳酸菌的发酵途径”。

4.乳酸菌素与胞外多糖

细菌素是细菌分泌的蛋白质或者多肽类物质，通常由质粒编码，吸附于敏感菌细胞表面特异受体，具有生物活性，有杀菌或抑菌作用，对同种近缘菌株呈现狭窄的活性抑制谱。乳酸菌素是乳酸菌在代谢过程中产生的具有抑制其他微生物生长的蛋白质或多肽类物质。大多数乳酸菌素的抑菌谱只限于革兰阳性细菌，只有少数乳酸菌素对革兰阴性细菌也能产生抑制作用。已经从各种乳酸菌的产物中分离到上百种乳酸菌素，根据其化学结构、分子质量大小及热稳定性，可将其分为羊毛硫类抗生素、热稳定性小分子肽、热不稳定性大分子肽和蛋白复合体四大类，其发挥作用需要与特定的碳水化合物或脂类结合。尽管大部分细菌仅能产生一种细菌素，但许多乳酸菌能产生数种乳酸菌素。

乳酸菌素的作用靶标是细胞膜。主要是利用其蛋白质结构上不同部位有不同的电价，可造成目标菌细胞膜结构部分改变。一般而言，其杀菌机制是先吸附在目标菌的细胞膜上，再侵入膜内而形成通透孔道，引起胞内物质如ATP、K ⁺等的流失或生化反应障碍，从而导致目标菌死亡。乳酸菌素的功能类似抗生素，但作用机制不同，具有专一性，完全不产生耐药性及毒性，而且不易被小肠中的胰蛋白酶破坏，可有效抑制病原菌的生长。

乳酸菌素能有效地抑制食品中常见的腐败菌和致病菌的生长，延长食品的保存期。乳酸菌素中研究最系统的是由乳酸乳球菌（Lactococcus lactis）产生的Nisin。早在1969年，Nisin就被联合国粮食及农业组织/世界卫生组织（FAO/WHO）食品添加剂联合专家委员会批准作为一种天然微生物防腐剂，应用于食品加工业。

在乳制品业，Nisin已成功用于乳酪、乳粉、鲜牛乳、奶油和酸乳等多种乳制品中。Nisin能使干酪中的芽孢杆菌量降至最低程度，有效抑制肉毒梭菌（Clostridium botulinum）的生长和毒素的产生，延长产品的保质期，并使其能在常温下保存。在肉制品业，Nisin能有效抑制肉制品中微生物的生长，尤其能抑制肉毒梭菌的生长。在肉制品加工中，可用Nisin替代或部分替代化学防腐剂，抑菌作用好，且不影响肉制品的色、香、味。在啤酒及果汁饮料业，Nisin能有效控制啤酒生产中嗜酸乳杆菌（Lactobacillus acidophilus）、啤酒片球菌（Pediococcus cerevisiae）和明串珠球菌引起的腐败，不影响啤酒的外观、风味等。在果汁中加入Nisin能阻止存活的酸土芽孢杆菌的生长，防止果汁及果汁产品的腐败变质。

乳酸菌胞外多糖（expolysaccharides，EPS）是由乳酸菌在生长代谢过程中发酵产生的、分泌于细胞外的、常渗入培养基中的一种糖类化合物。根据其所在位置可分为荚膜多糖和黏液多糖。E PS在解剖学上可分为三类：①大荚膜，简称荚膜，可在光学显微镜下看到，最低厚度为0.25μm，有相当大的外部表面积；②微荚膜，厚度在0.2μm以下，光学显微镜下看不到，可用免疫学方法检测，它是否作为细胞壁材料还存在争议；③黏液层，堆积在细胞表面，它的多糖成分常渗入培养基中。

自从报道乳酸菌E PS具有抗肿瘤作用以来，已引起许多学者的广泛关注。乳酸菌E PS主要有以下几方面的功能：①改善发酵乳的组织状态。David等发现利用产EPS的乳酸菌可提高Mozzarella干酪的水分，提高干酪的得率。②改善乳制品的质地。产EPS的嗜温性乳酸菌Lactococcus lactis subsp.1 actis和Lactococcus lactis subsp.cremoris用于发酵生产酸乳，所得产品如viili具有很好的口感。特别是在欧洲和美国，牛乳工业上广泛使用产EPS的乳酸菌作为出发菌株来生产酸乳。③改善菌株对肠道黏膜的吸附。E PS可以提高菌株对肠道表面的非特异性黏附。④抗肿瘤作用。目前认为乳酸菌E PS抗肿瘤作用可能有下述几方面的机制：影响肿瘤细胞的血液供应；多糖分子可以从腹膜腔吸附进入血液循环，活化的部分扩散回到腹膜腔内以直接影响肿瘤细胞；多糖分子或其一部分可以刺激一种器官或组织（如肾上腺和网状内皮系统）分泌某种物质作用于肿瘤细胞；E PS可通过多种途径如产生刺激细胞因子、竞争性拮抗存在于肿瘤宿主体内的免疫抑制因子等来增强机体的抗肿瘤功能。