乳酸杆菌生物防治黄曲霉毒素污染玉米的应用与机制研究

本文推荐了一项利用本地发酵食品分离的乳酸杆菌（Lactobacillus spp.）抑制黄曲霉生长并降解黄曲霉毒素（AFB1、AFB2、AFG1、AFG2）的创新研究。研究通过体外和体内实验证明，所选菌株可显著抑制真菌径向生长，并在玉米样品中实现最高68%的真菌菌群减少率。利用液相色谱-串联质谱（LC–MS/MS）技术进一步证实了毒素的降低甚至完全清除，为开发安全、高效的生物防腐剂提供了新策略。

　　

引言

玉米是全球种植最广泛的谷物作物，但在布基纳法等农业国家，其产业链发展受制于采收、干燥和储存条件不当导致的霉菌污染问题。黄曲霉毒素主要由黄曲霉（Aspergillus flavus）和寄生曲霉（Aspergillus parasiticus）产生，是威胁人类与动物健康的重要真菌毒素。传统的物理与化学防霉方法因导致环境问题、病原抗性及食品感官品质下降而应用受限。近年来，基于微生物的生物防治策略，特别是乳酸菌（Lactic Acid Bacteria, LAB）的应用，展现出巨大潜力。乳酸菌为革兰氏阳性、无芽孢、兼性厌氧菌，可分泌多种抗真菌化合物，在食品生物保鲜（biopreservation）中发挥重要作用。本研究旨在从本地发酵食品（如fura和gapal）中分离乳酸杆菌，评估其抑制产毒霉菌生长及降解黄曲霉毒素的效果，为开发绿色安全的控霉手段提供依据。

材料与方法

样品与菌株来源

研究从本地市场采集9份fura和gapal样品，经富集培养和稀释分离，最终筛选出4株具有高抗真菌潜力的乳酸杆菌菌株（GNc、GNd、F3a、G3Lab1）。用于抗真菌测试的霉菌包括黄曲霉参考菌株UBOCC-A-106031、寄生曲霉UBOCC-A-111042以及从玉米中分离的本地黄曲霉菌株（AF1、AF2、AF3、AP1、AP2）。

体外抗真菌实验

采用覆盖培养技术（double-layer agar）评估乳酸杆菌对霉菌的抑制效果。将乳酸杆菌划线于MRS培养基，覆盖含霉菌孢子（10³ spores/mL）的麦芽提取物软琼脂，30°C培养48–72小时后观察抑制带。依据抑制带占培养皿面积的比例评定抑制活性等级：无抑制（-）、弱抑制（+，0.1%–3%）、中等抑制（++，3%–8%）和强抑制（+++，>8%）。

体内拮抗实验与毒素检测

选取11份高污染玉米样品，以两种剂量（D1: 62 mL/124 g玉米；D2: 124 mL/124 g玉米）的乳酸菌液处理，浸泡3小时后通风干燥。以未处理玉米为对照，采用湿润滤纸法（Ulster法）培养7天，计数感染籽粒并计算侵染率。通过液相色谱-串联质谱（LC–MS/MS）分析黄曲霉毒素B1、B2、G1、G2的含量，免疫亲和柱纯化后以Zorbax Eclipse XDB C18柱分离，质谱检测。方法验证符合ISO 16050:2003，各毒素线性相关系数（R²）均达0.999以上，回收率在87%–105%之间。

统计分析

数据采用Excel和RStudio处理，进行方差分析（ANOVA）与Tukey检验（p < 0.05），主成分分析（PCA）用于评估处理效果与变量间关系。

结果与讨论

乳酸杆菌的分离与特性

从样品中分离出11株乳酸杆菌，经形态和生化鉴定（革兰阳性、过氧化氢酶阴性、氧化酶阴性）筛选出4株用于后续实验。菌落呈圆形或透镜状、白色至灰色、不附着琼脂。

霉菌的形态学特征

显微镜下观察，黄曲霉菌株分生孢子梗透明无隔，顶囊球形，产孢结构单列或双列，孢子大小2–7 μm。本地分离株与参考菌株在菌柄纹理、囊泡直径和孢子形态上具有典型黄曲霉属特征。

抗真菌活性分析

体外实验显示，所有4株乳酸杆菌均能显著抑制霉菌径向生长，抑制效果因菌株与目标霉菌不同而异。其中F3a对AF2、GNc对AP1、GNd对AF2、G3Lab1对参考菌株均表现出较强抑制，抑制带最高超过培养皿面积的8%。差异可能与菌株营养需求及所产抗真菌代谢物（如有机酸、细菌素）的种类和量有关。

体内防治效果

乳酸菌处理显著降低了玉米籽粒的霉菌侵染率。F3a菌株在D2剂量下对所有样品平均减少霉菌68%，D1剂量下为58%。主成分分析（PCA）显示，处理后的样品中黄曲霉（Aspergillus flavus）和黑曲霉（Aspergillus niger）等霉菌数量显著减少，表明乳酸菌处理对田间污染控制具有实际应用潜力。

黄曲霉毒素降解效果

初始毒素检测显示，87.09%的玉米样品污染黄曲霉毒素B1（15.65–291.88 ppb）。经乳酸菌处理后，毒素含量显著下降，四种菌株制备的制剂对黄曲霉毒素B1的降解率在6.63%至100%之间。平均来看，F3a菌株效果最佳（平均降解率68.4%），且D2剂量普遍优于D1。PCA分析证实处理组与未处理组间存在显著差异（p < 0.05）。

毒素降解机制可能涉及两种途径：一是生物吸附，即毒素与菌体细胞壁成分（如肽聚糖、磷壁酸、多糖）通过氢键、范德华力等非共价结合；二是生物降解，通过乳酸菌产生的酶（如蛋白酶、内酯酶）裂解毒素分子结构。热灭活菌体仍具吸附能力，说明物化吸附为主导机制之一，但活性菌可能同时存在代谢降解作用。环境因素（pH、温度、初始毒素浓度）及菌株特异性是影响降解效率的关键。

结论

本研究成功自传统发酵食品中筛选出具有高效抗真菌与毒素降解能力的乳酸杆菌菌株，开发的生物制剂能显著抑制黄曲霉生长并降低玉米中黄曲霉毒素污染，为粮食采后生物防护提供了可靠、环保的解决方案。后续工作需扩大样本量，优化制剂配方与应用工艺，推动其在实际仓储与田间环境中的规模化应用。