乳酸杆菌后生元的抗菌、抗氧化及抗炎功能特性与代谢谱系研究

本研究针对食源性致病菌防控及天然防腐剂需求，聚焦Lacticaseibacillus acidophilus（LA）和Lactiplantibacillus plantarum（LbP）的后生元功能特性。通过体外实验发现，LA后生元对Shigella dysenteriae和Escherichia coli抑菌效果显著，而LbP后生元对Bacillus cereus更具针对性；两者复配（MLAP）可协同降低致病菌存活率（MIC低至6.25 mg/mL）。LA后生元展现出更强抗氧化能力（DPPH清除率68.73%）及总酚（2515±1.41 mg GAE/L）、总黄酮（1687±0.92 mg Qu/100g）含量；LbP后生元则富含蛋白质（338 μg/g）。代谢谱分析鉴定出16种主要活性成分（如乳酸、丙酸等），且后生元均无细胞毒性。本研究为后生元作为天然食品防腐剂和功能添加剂提供了理论依据。

　　

在食品安全与健康领域，食源性致病菌如痢疾志贺菌（Shigella dysenteriae）、大肠杆菌（Escherichia coli）和蜡样芽孢杆菌（Bacillus cereus）的污染始终是重大公共卫生挑战。传统化学防腐剂虽有效，但可能引发消费者对安全性和健康影响的担忧。近年来，乳酸菌（Lactic Acid Bacteria, LAB）及其代谢产物——后生元（Postbiotics）因其天然、安全的特性，成为替代传统防腐剂的研究热点。后生元是益生菌在发酵过程中产生的可溶性代谢产物，包括有机酸、细菌素、短链脂肪酸（Short-Chain Fatty Acids, SCFAs）等。与活的益生菌相比，后生元具有稳定性高、易于储存和运输、无需考虑菌体存活率等优势，在食品工业和应用健康领域展现出巨大潜力。然而，不同菌株来源的后生元其功能特性存在差异，系统评估其抗菌谱、抗氧化、抗炎活性及安全性的研究仍需深入。

为填补这一空白，由Sareh Davarzani、Naheed Mojgani等研究人员组成团队，在《Applied Ergonomics》上发表了一项研究，系统分析了源自Lacticaseibacillus acidophilus BLAC 258（LA）和Lactiplantibacillus plantarum BLP 272（LbP）的后生元的功能特性、代谢谱及安全性。研究通过琼脂扩散法、最小抑菌浓度（Minimum Inhibitory Concentration, MIC）测定评估抗菌活性；采用DPPH自由基清除实验、羟基自由基清除实验分析抗氧化能力；通过蛋白变性抑制实验和热诱导溶血实验评价抗炎效果；利用高效液相色谱（High Performance Liquid Chromatography, HPLC）、气相色谱-质谱联用（Gas Chromatography-Mass Spectrometry, GC-MS）等技术解析代谢物组成；并通过红细胞溶血实验和MTT法检测细胞毒性以确认安全性。

3.1. 抗菌活性分析

研究显示，LA后生元对Sh. dysenteriae和E. coli抑菌圈直径分别为21.33±1.3 mm和19.12±1.6 mm，抑菌作用显著；LbP后生元对B. cereus抑菌效果更佳（抑菌圈直径15.79±1.1 mm）。当两者以1:1比例复配为混合后生元（MLAP）时，表现出协同抗菌效应，对Sh. dysenteriae的MIC值降至6.25 mg/mL，对B. cereus和E. coli的MIC值为12.5 mg/mL。病原菌存活率实验进一步证实，MLAP在7.5 mg/mL浓度下可完全抑制Sh. dysenteriae，在17.5 mg/mL时有效抑制B. cereus。

3.2. 功能特性评估

在抗氧化能力方面，LA后生元的DPPH自由基清除率达68.73%，IC₅₀为15.56±3.5 mg/mL，显著高于LbP（57.35%）。总酚含量（Total Phenolic Content, TPC）和总黄酮含量（Total Flavonoid Content, TFC）测定结果与抗氧化活性一致，LA后生元的TPC（2515±1.41 mg GAE/L）和TFC（1687±0.92 mg Qu/100g）均高于LbP。抗炎实验表明，两种后生元均能剂量依赖性地抑制蛋白变性和热诱导溶血，其中LA在80%浓度下对蛋白变性的抑制率为56.06%，与标准药物双氯芬酸钠（61.28%）接近。

3.3. 代谢谱解析

代谢物分析共鉴定出16种主要成分，包括乳酸、乙酸、丙酸、丁酸等短链脂肪酸，以及苯乳酸、咖啡酸等酚类物质。LA后生元中乳酸含量最高（17.76±0.04 mg/mL），而LbP后生元中丙酸含量较高（9.32±0.12 mg/mL）。此外，LA后生元独有月桂硬脂酸和香草酸，LbP后生元中检测到甲酸。这些代谢物的差异可能与菌株特异性代谢途径有关。

3.4. 抗菌物质特性

酶处理实验显示，LbP后生元的抗菌活性在蛋白酶处理后完全丧失，表明其抗菌作用主要来源于细菌素（Bacteriocin）或类细菌素物质（Bacteriocin-Like Substances, BLIS）；而LA后生元的抗菌成分对热敏感（100°C处理5分钟即失活），可能属于热不稳定性抗菌肽。两者抗菌活性均不受过氧化氢酶、脂肪酶和溶菌酶影响，提示其作用机制不依赖于过氧化氢、脂类或糖类成分。

3.5. 安全性评价

溶血实验表明，即使在高浓度（200 mg/mL）下，两种后生元对人和兔红细胞均无溶血作用，对绵羊红细胞的溶血率仅为1.05%，远低于5%的安全阈值。细胞毒性检测（MTT法）进一步证实，后生元对猪肠上皮细胞（IPEC-J2）和正常人肺成纤维细胞（MRC5）的存活率无显著影响，细胞活性保持在97%以上，证明其生物相容性良好。

本研究系统阐明了LA和LbP后生元在抗菌、抗氧化、抗炎方面的显著功能特性，并揭示了其代谢物组成的菌株差异性。研究结果不仅为后生元作为天然食品防腐剂提供了科学依据，还为其在功能食品、膳食补充剂等领域的应用奠定了理论基础。后生元的协同抗菌效应及安全性特征，尤其适合用于替代化学防腐剂，延长食品货架期并保障消费安全。未来研究可进一步探索后生元在体内模型中的作用机制及在特定食品基质中的稳定性，以推动其产业化应用。