《食品科学》：扬州大学关成冉副教授等：鼠李糖乳酪杆菌高分子质量代谢产物的抑菌作用

食源腐败菌主要是指导致食品腐败变质的微生物，包括革兰氏阴性菌如沙门氏菌（Salmonella enterica）、大肠杆菌（Escherichia coli）、铜绿假单胞菌（Pseudomonas aeruginosa），革兰氏阳性菌如枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）、金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）、单核细胞增生李斯特菌（Listeria monocytogenes）和各类真菌生物等生物体。它们具有侵入、复制和存活于人类宿主细胞的能力，从而导致可能致命的疾病。食源腐败菌可能会出现在原料、加工、运输、储藏等环节，不仅会导致食品的腐败，影响食品的感官和营养价值，并且一旦摄入腐败菌污染的食品会危害人体健康，更甚者会危及生命。

生物被膜是自然界中80%以上细菌生长最为普遍的一种模式，是细菌为了对抗恶劣环境所分泌的胞外基质构建的高度组织化的三维空间结构，由多糖、蛋白质、糖肽、核酸和脂质等成分组成，可以黏附于食品表面、食品加工接触面及加工设备、医疗器械、人和动物体内外，显著提升微生物的环境适应性和生存竞争力，增强抗逆性与清除难度。在食品加工过程中，S. aureus、E. coli和S. enterica不仅能单独形成生物被膜，还能联合形成混合菌生物被膜。张钰皎等研究发现乳源腐败菌生物被膜不仅会对食品加工设备、加工厂地板和墙壁表面等造成污染，还会导致食品的交叉污染、保质期降低等问题。因此寻找绿色、安全、高效的抑菌方法成为保障食品安全的迫切需求。

乳酸菌是“公认安全”的微生物，其代谢产物如有机酸、H2O2、细菌素等，可以抑制某些致病菌或腐败菌的生长繁殖，开发乳酸菌代谢产物作为抑菌剂具有一定的应用潜力。目前，乳酸菌来源的抑菌物质研究主要集中在胞外上清液中的小分子成分，但也有研究发现乳酸菌来源的大分子物质也具有抑菌活性，如表面活性剂、胞外多糖、脂磷壁酸等。Ahimou等研究发现干酪乳酪杆菌TM1B和副干酪乳酪杆菌N2产生的生物表面活性剂能够通过与细菌细胞之间的相互作用，抑制E. coli和P. aeruginosa的生长。Ahn等研究发现植物乳植杆菌中提取的脂磷壁酸能够抑制S. aureus生物被膜发育所需的关键分子产生聚-N-乙酰氨基葡萄糖的ica操纵子，还能够增加S. aureus自身诱导剂-2的释放，从而抑制S. aureus生物被膜的形成和聚集。

扬州大学食品科学与工程学院的陈昊暄、刘一平、关成冉*等以常见的食源性致病菌为指示菌，探究Lacticaseibacillus rhamnosus YT的3 种代谢产物（表面活性剂、脂磷壁酸、胞外多糖）的抑菌特性，进一步对生牛乳中残留微生物进行分离鉴定，分析3 种代谢产物对乳源微生物的抑菌效果，以期为开发绿色、安全、高效的抑菌方法，降低食品污染风险，满足消费者对绿色、安全食品的需求提供新策略。

1 不同代谢成分的抑菌效果

1.1 不同代谢成分的抑菌圈及抑菌曲线

为研究L. rhamnosus YT不同代谢成分（表面活性剂、胞外多糖、脂磷壁酸）对细菌的抑制效果，分别用质量浓度为50 mg/mL和100 mg/mL的3 种不同的代谢成分对6 种细菌（E. coli、S. enterica、S. aureus、P. aeruginosa、B. subtilis、L. monocytogenes）进行滤纸片法抑菌实验，并通过滤纸片法测定其抑菌能力。不同质量浓度的3 种代谢成分抑菌效果如图1所示，当代谢成分质量浓度为50 mg/mL时，只有表面活性剂与脂磷壁酸对S. enterica、E. coli的抑菌圈直径≥10 mm，抑菌效果较好，胞外多糖则未出现抑制效果，3 种代谢产物均未对B. subtilis、S. aureus、L. monocytogenes、P. aeruginosa表现出抑制效果；当代谢成分质量浓度为100 mg/mL时，3 种代谢产物对S. enterica的抑菌圈直径均≥10 mm，表面活性剂与脂磷壁酸对E. coli的抑菌圈直径同样大于10 mm，脂磷壁酸对B. subtilis、L. monocytogenes、P. aeruginosa的抑菌圈直径则均小于10 mm。

为进一步明确3 种成分的抑菌效果，以S. enterica和E. coli为指示菌，分别添加50 mg/mL L. rhamnosus YT菌体的3 种代谢成分与指示菌进行共培养，以添加等体积的PBS为对照。如图2所示，对照组在培养3 h后快速进入对数生长期，并于12 h时达到稳定期。添加代谢产物的实验组，S. enterica、E. coli的生长速率和最终活菌数均低于对照组，在各生长阶段的生长速率和活菌数情况为对照组＞胞外多糖组＞脂磷壁酸组＞表面活性剂组。对比图1，50 mg/mL的胞外多糖对S. enterica和E. coli无明显的抑菌圈，但在本实验中，相同质量浓度的胞外多糖可以抑制这两种指示菌的生长，这可能与两种实验方法的差异、胞外多糖的分子特性以及胞外多糖可能的抑菌机制等因素有关。滤纸片法以抑菌圈直径作为直观判断标准主要反映短期内代谢产物对菌体生长的直接抑制能力，对快速、强效的抑菌物质更为敏感；而生长曲线法通过监测菌液吸光度变化，捕捉长时间共培养下代谢产物对菌体生长趋势的累积影响，能相对灵敏地反映轻微的生长抑制现象。另外，相比于脂磷壁酸和表面活性剂两种高分子化合物，胞外多糖作为高分子质量多糖，其在琼脂中的扩散能力较弱，难以在滤纸片法中形成有效的浓度梯度，因而无法形成明显的抑菌圈。而在液体培养体系中，胞外多糖可均匀分布于培养基中，从而在生长曲线中表现出抑制效果。代谢产物在不同测定方法下表现出不同的抑菌效果，反映了抑菌作用的非直接性与扩散限制性。后续将对3 种代谢产物具体的抑菌机制进行研究，进一步解释其在不同测定方法下的抑菌差异。

1.2 不同代谢成分的MIC

MIC是衡量抑菌物质活性强度的核心指标。以S. enterica和P. aeruginosa为指示菌，分别采用微量二倍稀释法测定不同代谢成分的MIC，结果如图3所示。3 种代谢成分对S. enterica与P. aeruginosa的MIC不同（分别为60～100 mg/mL和80～150 mg/mL），即使同一种代谢成分对不同的指示菌MIC也不同，相较于脂磷壁酸与胞外多糖，表面活性剂对S. enterica与P. aeruginosa的MIC较低。

2 不同代谢成分对细菌生物被膜形成的抑制能力

2.1 指示菌生物被膜形成能力测定

为明确6 株菌的生物被膜形成能力，采用结晶紫法对6 株菌生物被膜形成量进行测定，结果以OD590表示。如图4所示，P. aeruginosa的生物被膜形成能力更强，E. coli具有中等生物被膜形成能力，S. enterica、B. subtilis、S. aureus的生物被膜形成能力较弱，L. monocytogenes不成膜，选取强成膜菌P. aeruginosa与弱成膜菌S. enterica进行后续实验。

2.2 代谢成分抑制生物被膜形成的质量浓度

为排除代谢成分对生物被膜形成的抑制是因为抑制菌体的生长，需先明确3 种代谢成分不抑制P. aeruginosa与S. enterica生长的质量浓度（亚抑菌浓度），排除3 种代谢成分通过对P. aeruginosa与S. enterica生长的抑制或杀菌活性而影响其生物被膜形成的情况。在P. aeruginosa与S. enterica中添加1/4 MIC的代谢成分，以添加PBS为对照组，绘制生长曲线，如图5所示，对照组在培养3 h后快速进入对数生长期，并于12 h时达到稳定期。添加表面活性剂可抑制指示菌的生长速率和活菌数，培养12 h时，S. enterica和P. aeruginosa的活菌数较对照分别降低13.00%和11.80%，随时间延长，抑制作用减弱。添加脂磷壁酸的抑菌效果弱于表面活性剂，培养12 h后，S. enterica和P. aeruginosa的活菌数较对照分别降低3.50%和5.90%。添加胞外多糖后S. enterica和P. aeruginosa的生长速率和活菌数与对照组差异较小。与对照组相比，添加代谢产物培养12 h时对菌体的生长抑制率均低于15.00%，属于亚抑菌水平，故1/4 MIC代谢成分抑制细菌生长效果不明显，可用于抑制生物被膜形成的研究。

2.3 不同代谢成分对早期生物被膜形成的抑制能力

为探究L. rhamnosus YT代谢成分对细菌早期生物被膜形成的影响，本研究将1/4 MIC代谢成分与指示菌共培养后测定生物被膜的形成量。如图6所示，3 种代谢成分对S. enterica及P. aeruginosa形成生物被膜均表现出不同程度的抑制作用。其中，表面活性剂对S. enterica及P. aeruginosa生物被膜抑制率分别为43.33%和36.26%，抑制效果最强；脂磷壁酸对S. enterica及P. aeruginosa生物被膜抑制率次之，分别为29.72%和24.19%；而胞外多糖对S. enterica及P. aeruginosa生物被膜的抑制作用最弱。

2.4 不同代谢成分对成熟生物被膜的破坏作用

为进一步研究L. rhamnosus YT代谢产物对成熟生物被膜的破坏效果，将代谢成分分别与S. enterica和P. aeruginosa的成熟生物被膜共培养，并采用结晶紫法对成熟生物被膜形成量定量。如图7所示，3 种代谢成分对S. enterica和P. aeruginosa的成熟生物被膜均表现出一定的破坏作用，对S. enterica和P. aeruginosa成熟生物被膜的破坏率均为表面活性剂＞脂磷壁酸＞胞外多糖，同时，对S. enterica成熟生物被膜的破坏作用高于P. aeruginosa的成熟生物被膜。当进一步提高代谢产物质量浓度为MIC时，3 种代谢成分对于S. enterica和P. aeruginosa成熟生物被膜的破坏率明显大于1/4 MIC。

3 不同代谢成分对生牛乳中微生物的抑菌效果

3.1 生牛乳中微生物的分离鉴定

采用平板分离法对生牛乳中的细菌进行分离、纯化，并采用16S rDNA测序技术进行鉴定。如图8所示，从生牛乳中分离出8 株菌，根据系统发育树和16S rDNA序列，归属于鲍曼不动杆菌（条件致病菌）、乳酸乳球菌（乳酸菌）、吉氏库特氏菌（芽孢菌）。这些菌株需进一步研究其特性以评估对乳制品质量的潜在影响。菌株L-3鉴定为乳酸乳球菌（Lactococcus lactis），常用于乳制品生产，其存在可能对生牛乳的自然发酵过程有积极作用，但也需关注其与其他腐败菌的相互作用。菌株M-1鉴定为吉氏库特氏菌（Kurthia gibsonii），属于芽孢杆菌科，在乳制品中若大量繁殖可能导致风味改变或腐败，需进一步监测其生长特性。

3.2 不同代谢成分对生牛乳中微生物的抑菌效果

为进一步研究不同代谢成分对生牛乳中微生物的抑菌效果，对生牛乳中分离出的8 种微生物进行抑菌实验。如图9所示，通过滤纸片法测定不同代谢成分的抑菌能力，质量浓度60 mg/mL的表面活性剂对8 种微生物的抑菌圈直径范围为9.00～14.00 mm，质量浓度120 mg/mL的脂磷壁酸对8 种微生物的抑菌圈直径范围为9.00～10.00 mm，质量浓度120 mg/mL的胞外多糖对8 种微生物暂未表现明显的抑菌效果。

讨论与结论

本实验首先研究了表面活性剂、脂磷壁酸、胞外多糖在两种质量浓度下对6 种细菌指示菌的抑菌效果，根据滤纸片法和生长曲线测定法，3 种代谢成分的抑菌能力排序为表面活性剂＞脂磷壁酸＞胞外多糖，抑菌能力和代谢成分具有浓度依赖性。除质量浓度外，抑菌物质的抑菌效果还和指示菌有关，如3 种代谢成分对S. enterica、E. coli的抑菌效果优于B. subtilis、S. aureus、L. monocytogenes、P. aeruginosa。蒋佳芸等研究发现，在相同浓度下，乳酸片球菌（Pediococcus acidilactici）HAO2018的胞外多糖对S. aureus、志贺氏菌（Shigella castellani）和阪崎克罗诺杆菌（Cronobacter sakazakii）展示出一定的抑制作用，但对鼠伤寒沙门氏菌（Salmonella typhimurium STM）、L. monocytogenes、P. aeruginosa和E. coli则不具有抑菌作用。以S. enterica和P. aeruginosa为指示菌，测定3 种代谢成分的MIC，与另外两种代谢成分相比，表面活性剂的MIC低于脂磷壁酸和胞外多糖的MIC，说明表面活性剂抑菌活性高于脂磷壁酸和胞外多糖。本研究中3 种代谢产物对S. enterica和P. aeruginosa的MIC范围分别为60～100 mg/mL和80～150 mg/mL，抑菌活性虽弱于乳酸对S. enterica和P. aeruginosa的MIC（约为1.25 mg/mL）， 但高于啤酒花提取物对S. enterica和P. aeruginosa的MIC（≥150 mg/mL）。这表明L. rhamnosus YT的3 种代谢产物，尤其是表面活性剂，具备作为天然抑菌剂的开发潜力，但其效率相较于某些高效抑菌剂仍有提升空间。这3 种代谢成分抑菌能力的差异源于各自特殊的结构， 表面活性剂通常是由疏水部分（如脂肪酸链）和亲水部分（如氨基酸、肽、多糖）构成的脂肽类或糖脂类两亲性分子，其疏水尾部可插入细菌细胞膜，形成离子通道或破坏膜完整性，导致细胞内容物泄漏；脂磷壁酸是细胞壁上的两亲性磷酸多糖聚合物，其核心结构是由甘油磷酸酯或核糖醇磷酸酯重复单元组成的聚合物链，虽也具有亲水和疏水基团，但疏水性弱于表面活性剂，不直接进行膜攻击，更倾向于竞争性抑制细菌黏附或干扰信号传导从而发挥抑菌作用，因而其抑菌作用一般速度较慢，强度不如表面活性剂直接；胞外多糖由重复单糖单元（如葡萄糖、半乳糖）组成，由于分子质量大、扩散性差，主要通过空间位阻或改变微环境间接影响细菌生长，因而其直接抑菌能力较弱。在后续研究中，将通过细胞膜完整性检测（如碱性蛋白酶和核酸物质泄漏量等）、扫描电镜观察及群体感应信号检测等方法，进一步验证3 种代谢产物对细菌的作用方式。

细菌以生物被膜的形态存在使其具有对抗菌药物渗透、免疫清除和机械清除的多重防护机制，导致相关污染难以控制和根除，成为食品污染防控的难点。为研究3 种代谢产物的抑生物被膜活性，本实验先明确了6 种指示菌生物被膜形成能力，选取一株强成膜菌P. aeruginosa与一株弱成膜菌S. enterica进行后续实验。在生物被膜研究中，通常抑菌物质需要采用特定的浓度，最大限度地减少因细菌数量减少对生物被膜生物量测定造成的直接干扰，从而更清晰地揭示代谢产物对生物被膜基质结构的直接作用。由于前面已经明确3 种代谢产物在1/4 MIC条件下对指示菌的生长抑制作用相对较小，为使添加的代谢物质不抑制菌体生长而仅对生物被膜的形成产生影响，采用1/4 MIC的代谢产物研究其对生物被膜的作用。结果表明，3 种代谢成分均能抑制P. aeruginosa和S. enterica生物被膜的形成，对弱成膜菌S. enterica生物被膜形成的抑制效果强于P. aeruginosa，且表面活性剂的抑制效果最好。另外，虽然成熟生物被膜的胞外基质更致密，形成物理屏障，显著减缓抗生素渗透，从而产生扩散 耐药性，3 种代谢成分对P. aeruginosa和S. enterica成熟的生物被膜也具有一定的破坏作用，且具有浓度依赖性。目前关于乳酸菌来源的这3 种代谢产物抑制生物被膜的研究相对较少，但有研究发现Burkholderia thailandensis的长链鼠李糖脂对生物被膜的抑制率在50%～90%之间，来自Bacillus amyloliquefaciens的脂肽类生物表面活性剂对生物被膜的抑制率高达96%和99%。Lactiplantibacillus plantarum来源的脂磷壁酸可以抑制Enterococcus faecalis生物被膜的形成。胞外多糖对生物被膜抑制效果明显不如其他两种代谢物。关于胞外多糖抑制生物被膜形成的研究鲜见报道，相反有研究发现胞外多糖在特定情况下有助于生物被膜的生成，Brindhadevi等报道称胞外多糖有助于菌体的黏附并对生物被膜的形成具有促进作用。

另外，对生牛乳中分离的微生物进行16S rDNA测序并构建系统发育树，分离得到8 种微生物。3 种代谢产物对这8 种微生物展现出不同的抑菌效果，表面活性剂抑菌效果最好，脂磷壁酸抑菌效果次之，胞外多糖暂未表现出明显的抑菌效果，后续会根据这8 种微生物是否对食品品质造成影响，研究3 种代谢成分是否对其生物被膜的形成产生影响。

本研究证实了L. rhamnosus YT代谢产物作为天然抑菌剂的潜力。然而，要将其成功应用于真实的食品体系，其环境稳定性是必须考量的关键因素。未来研究需系统评估这些代谢产物在不同食品基质模型中对温度（如巴氏杀菌或贮藏温度）、pH值（尤其在发酵乳制品或酸性饮料的pH值范围内）及离子强度等条件的耐受性，此外，可通过微胶囊化、脂质体包埋等技术进一步提高其稳定性，拓展其在乳制品、肉制品等易腐食品中的防腐应用。

作者简介

通信作者：

关成冉 副教授

扬州大学食品科学与工程学院

2004年9月-2008年7月就读于青岛农业大学，取得理学学士学位。2008年9月-2011年6月就读于扬州大学，取得农学硕士学位。2011年9月-2016年6月就读于江南大学，取得工学博士学位。现于扬州大学食品科学与工程学院担任研究生导师，主要从事基因工程、发酵工程及乳酸菌功能性研究；先后主持国家自然科学基金面上项目、江苏省自然科学基金项目“基于细胞密度的枯草杆菌自诱导表达系统的表达调控机制及适用性研究”，先后在国内外学术刊物上发表论文40余篇；以第一发明人申请国家发明专利7 项。主要研究方向为脂磷壁酸和胞外多糖以及微塑料等方面的研究成果。

第一作者：

陈昊暄 研究生

扬州大学食品科学与工程学院

2020年9月-2024年7月就读于哈尔滨学院，主要研究方向为食品科学与工程，并取得理学学士学位。2025年9月至今就读于扬州大学，主要研究方向为农产品与食品质量安全，目前仍在科研的路途上努力前行

引文格式：

陈昊暄, 刘一平, 刘雪, 等. 鼠李糖乳酪杆菌高分子质量代谢产物的抑菌作用[J]. 食品科学, 2026, 47(9): 138-146. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20251024-181.

CHEN Haoxuan, LIU Yiping, LIU Xue, et al. Antibacterial effects of high-molecular-mass metabolites from Lacticaseibacillus rhamnosus[J]. Food Science, 2026, 47(9): 138-146. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20251024-181.

实习编辑：林安琪；责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。图片来源于文章原文及摄图网

为对标农业农村部2035年科技规划及“十四五”“十五五”发展方向，推动农产品加工与储运的工程化、智能化、绿色化升级，由湖南省农业科学院、湖南农业大学、北京食品科学研究院、国际食品科技联盟（IUFoST）、中国农业大学、岳麓山工业创新中心主办，湖南大学、中南林业科技大学、长沙理工大学、湖南中医药大学、湘潭大学、岳麓山实验室协办，中国食品杂志社、洞庭实验室、湖南省食品科学技术学会、湖南省农产品加工与质量安全研究所、湖南农业大学食品科学技术学院、Springer Nature-《Agricultural Products Processing and Storage》杂志承办的“第二届农产品加工与食品制造国际学术研讨会—创新引领绿色智造，AI赋能科技进步”，将于2026年9月19-20日（9月18日会议报到）在中国 湖南 长沙召开。

长按或微信扫码进行注册

北京食品科学研究院、中国食品杂志社和全国糖酒会组委会将于2026年10月15-17日在江苏省南京市南京国际博览中心举办第115届全国糖酒会食品科技成果交流会。食品科技成果交流会期间举办食品科技成果展，本届科技成果展以我国当前食品产业科技需求为导向，重点邀请“十四五”以来获得国家和省部级重要科研项目支持产出的食品科技新成果、新技术、新产品参展，并针对企业技术需要开展精准对接服务。扫描下方二维码即可申请展位。

会议招商招展

联系人：杨红；电话：010-83152138；手机：13522179918（微信同号）