地衣芽孢杆菌是一种广泛分布于土壤和其他自然环境的革兰氏阴性菌。地衣芽孢杆菌具有营养要求简单、对不良环境有极强抵抗能力、产酶种类多且产量高、耐热性强、抑制致病菌以及安全无毒等诸多优良特性，因此比较适合用于工业生产，已经被多个国际机构认定为GRAS工业菌株[1]。地衣芽孢杆菌应用范围较广，能有效预防水产动物肠炎，分解水中有毒有害物质，能促进饲料中营养素降解，能调整肠道菌群失调，减少肠道细菌感染[2]，能产生抗性物质从而抑制致病菌生长繁殖，因此地衣芽孢杆菌在水产业、畜牧业、林业、食品工业和医药行业均有广泛的应用[3]。近年来，地衣芽孢杆菌由于其安全性、产酶丰富以及能抑制致病细菌的特性在食品工业上的应用也越来越多。对地衣芽孢杆菌在食品工业中的应用及相关机理进行综述。
1地衣芽孢杆菌基本生物学特征
地衣芽孢杆菌是一种在土壤中常见的革兰氏阳性嗜热细菌，其最适合生长温度为30℃，但酶的最适合分泌温度为37℃，地衣芽孢杆菌还能产生许多具有热温度性较强的蛋白酶，而且抵抗恶劣环境的能力比较强。地衣芽孢杆菌与解淀粉芽孢杆菌的亲缘关系最近，两者DNA同源性在9%~15%。地衣芽孢杆菌培养菌落呈圆形，表面不光滑。镜检菌株为直杆状，两端呈圆形，芽孢有运动能力。能利用丙酸盐是地衣芽孢杆菌才具有的生化特征，地衣芽孢杆菌还具有淀粉水解、利用柠檬酸盐、明胶液化、硝酸盐还原以及精氨酸脱水酶生产能力。根据以上生理生化特征结合16SrDNA序列可以对地衣芽孢杆菌进行鉴定[4]。
2地衣芽孢杆菌在食品中的应用
2.1地衣芽孢杆菌的安全性研究
地衣芽孢杆菌已经被多家机构认定为GRAS菌株，有关地衣芽孢杆菌致病性案例均为创伤、器官移植等继发性感染病例。目前还没有地衣芽孢杆菌突破皮肤、消化道和呼吸道黏膜等人体天然屏障的报道，因此地衣芽孢杆菌是非人类致病菌。目前几乎未见关于地衣芽孢杆菌引起食物中毒的报道。地衣芽孢杆菌长期应用于生产食品工业用酶制剂[5]，因此地衣芽孢杆菌食品安全性较高。1972年地衣芽孢杆菌开始被大规模应用于淀粉酶生产，1981年；地衣芽孢杆菌生产的食品加工用淀粉水解酶和其他蛋白酶被美国食品和药物管理局鉴定为GRAS级；1989年，丹麦卫生部首次给予基因重组地衣芽孢杆菌菌株工业应用的环境认证和生产许可；1991年NIH引入了地衣芽孢杆菌的GLSP标准，以指导其大规模培养。目前，地衣芽孢杆菌工业应用国际标准为：地衣芽孢杆菌作为宿主细胞应该无芽孢突变株，作为遗传操作载体，内源性质粒宿主不包括蜡状芽孢杆菌[1]。
2.2地衣芽孢杆菌在酿造业中的应用
地衣芽孢杆菌由于其丰富的产酶能力和良好的环境适应能力而被应用于酿造工业，被认为是酱香型白酒高温大曲中特有的微生物。刘桂君等从牛栏山酒厂生产用大曲中分离纯化得到地衣芽孢杆菌，用所得液体菌株做种子制备麸曲添加到酒醅中，所得地衣芽孢杆菌基酒比普通基酒乙酸乙酯含量提高，酒体协调、自然，说明地衣芽孢杆菌的添加能提高牛栏山二锅头基酒的质量[6]。张荣等[7]从酱香型生产用高温大曲中筛选得到3株产酱香地衣芽孢杆菌，以麸皮为培养基，所得地衣芽孢杆菌于55℃发酵6d，发酵液中可检测到乙偶姻、四甲基吡嗪和呋喃扭尔等产酱香细菌发酵产生的特征性产物。杨帆等[8]从茅台酒生产用大曲中分离纯化得到两株地衣芽孢杆菌和一株枯草芽孢杆菌，在制曲工艺条件下，对3株芽孢杆菌的固态发酵代谢产物分析得知，其共同的代谢产物为二甲基吡嗪、三甲基吡嗪、四甲基吡嗪、苯乙酸、呋喃扭尔、丁二醇、丁烯酸和异戊酸等酒类风味物质，说明地衣芽孢杆菌对于茅台酒风味的呈现有十分重要的作用。
2.3地衣芽孢杆菌酶制剂在食品加工中的应用
地衣芽孢杆菌产生的蛋白酶具有较强的水解能力，因此在动物食品加工及水解大豆产多肽方面应用广泛。大豆是一种优质高蛋白脂肪作物，可制成各类食品，豆粕是大豆提取油后的副产品。其中丰富的蛋白可以采用地衣芽孢杆菌蛋白酶加以利用，制成肽类饮料。乐超银等[9]从土壤中分分离得到高产蛋白酶的地衣芽孢杆菌，用该地衣芽孢杆菌以大豆分离蛋白为原料进行发酵生产，通过对发酵条件进行优化，大豆多肽得率达到70%，其中大豆蛋白多肽含量可达19.2mg/mL，而且所得大豆多肽发酵液具有良好的口感，可作为食品原料，具有较高的营养价值。翟瑞文[10]用地衣芽孢杆菌2709碱性蛋白酶水解玉米渣，酶解后可溶性肽的含量明显升高。经过HPLC对酶解产物分析发现酶解后多肽分子量分布范围为3000~10000Da。他用所得的短肽制备了多肽饮料。李红梅等研究发现，控制地衣芽孢杆菌碱性蛋白酶对玉米蛋白的水解条件，可以改变玉米蛋白的结构和乳化性能。郭敏亮等[11]用2709地衣芽孢杆菌碱性蛋白酶对高度变性的脱脂豆粕进行水解处理，水解pH为9.7，发现酶用量超过532U/mL时，豆粕的氮溶指数可达80%~90%，最大氮溶指数达90.5%，说明豆粕被地衣芽孢杆菌蛋白酶水解的比较完全。在35℃条件下水解24h，酶浓度高于1000U/mL时对大豆蛋白的最高水解度可达65%，该条件比较有利于多肽饮料的制备。吴远根等[12]利用地衣芽孢杆菌作为出发菌株，以提取油后的麻疯树饼粕作为培养基进行固体发酵生产蛋白酶，研究表明，地衣芽孢杆菌于30℃发酵3d，蛋白酶产量达到最大值为7465U/g，对麻疯树饼粕利用较为充分。
2.4地衣芽孢杆菌在养殖业中的应用
由于地衣芽孢杆菌对致病菌有一定的抑制作用，而且地衣芽孢杆菌所产生的丰富的蛋白酶能促进肠道消化，因此地衣芽孢杆菌在饲料添加剂方面有较广泛的应用。辛娜等[13]将主要成分为地衣芽孢杆菌的芽孢杆菌制剂添加到蛋鸡饲料中，发现饲料的转化率得到提高，蛋鸡的发病率明显减少，而且鸡蛋的蛋壳硬度相比对照组增加2.55%，产蛋率有所提高并且破蛋率降低，同时还能改善蛋黄颜色。刘晓琳等[14]将地衣芽孢杆菌添加到断奶仔猪的饲料中，结果表明，地衣芽孢杆菌组平均日增重比对照组高13.89%，而且地衣芽孢杆菌料肉比比对照组低15.49%，该组的腹泻率比对照组低17.31%，差异极显著，说明地衣芽孢杆菌的添加能减少仔猪发病，提高其生产性能。任永军等[15]在肉兔饲料中添加地衣芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌各占一半的复合菌剂，结果表明，试验组乳酸杆菌、双歧杆菌的数量显著增加，肠道内容物pH明显降低，血清中免疫球蛋白和补体含量显著提升，复合菌剂的添加可以促进肉兔肠道发育，刺激肠道益生菌的增值，同时还可提高机体的免疫功能。地衣芽孢杆菌在水产养殖方面也有一定的应用价值。丁贤等[16]发现用含有地衣芽孢杆菌的饲料投喂南美白对虾，结果发现对虾体内脂肪酶、淀粉酶以及蛋白酶的含量均明显高于未喂地衣芽孢杆菌的对虾，且地衣芽孢杆菌组对虾的发病率较低，体重及产量明显高于未喂地衣芽孢杆菌组。例如刘克琳等[17]在饲料中添加1%的地衣芽孢杆菌，结果鲤鱼的免疫器官内T、B淋巴细胞壁比对照组鲤鱼成熟得更快，产量也更高，产生相应抗体也有所增加，免疫功能有所增强。异育银鲫投喂含地衣芽孢杆菌的饲料后，对嗜水气单菌的抗感染力显著增强。在澳大利亚海虾养殖过程中，“荧光菌侵染病”曾经使海虾大量死亡，这是由于具有荧光的弧菌引发的，在施用含地衣芽孢杆菌等益生菌后，水体中弧菌数量显著减少。菲律宾对虾养殖场中也出现大量荧光菌，在加入抗生素后，效果不明显，而加入地衣芽孢杆菌等益生菌后，有害荧光菌数量明显减少，对虾的成活率显著提升。
2.5地衣芽孢杆菌在粮油植物病虫防治中的应用
由于地衣芽孢杆菌有丰富的蛋白酶和许多不同分子量大小的多肽，其中部分蛋白和多肽具有较强的抗菌活性。因此地衣芽孢杆菌菌液在粮油植物病虫防治方面有较广泛的应用价值。孙启利等[18]研究发现地衣芽孢杆菌W10培养菌液对油菜菌核病菌有加强的抑制作用。当地衣芽孢杆菌W10抗菌蛋白质量浓度为100μg/mL时，对菌丝生长的抑制率大于90%，成立后菌核萌发推迟，明显抑制子囊孢子萌发和芽管伸长，病菌菌丝出现断裂，细胞膜通透性改变，电解质渗漏电导率增加。当蛋白质量浓度达100μg/mL时，防治效果达71.8%，相当于1000μg/mL的腐霉利。因此，地衣芽孢杆菌W10可作为新型生物农药单独使用或联合多菌灵等复配使用。彭化贤等[19]从来自四川省简阳市汕优63水稻根际分离筛选得到208个细菌菌株对稻瘟病菌具有较强的抑制能力，主要包括地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌等，抑菌带宽度大多在15.1~25mm。说明地衣芽孢杆菌在防治稻瘟病方面有较好的应用前景。地衣芽孢杆菌除防治病虫外，还能在一定程度上提高粮食作物的品质。赵国纬等研究了地衣芽孢杆菌发酵液、发酵上清液及菌体对打田玉米和盆栽玉米的作用，结果表明，地衣芽孢杆菌L3发酵液相对对照组能显著减少水稻稻瘟病的发生，并明显增加水稻的穗粒数和干粒重，提高水稻的品质和产量。他们还采用地衣芽孢杆菌L3对玉米进行叶面喷施和灌根处理，发现地衣芽孢杆菌在发酵过程中可以产生玉米素、玉米素核苷和细胞分裂素等生长调节剂，地衣芽孢杆菌组平均株高，平均直径和干粒重菌比对照组有显著提高，从而提高玉米的品质和产量。丁志刚等[20]将地衣芽孢杆菌培养液按秸秆不同质量比喷洒于秸秆表面，在作用不同时段后取样，发现其中粗纤维、酸性木质素、酸性洗涤纤维呈下降趋势，而秸秆中蛋白含量上升，说明地衣芽孢杆菌处理小麦和水稻能显著提升小麦秸秆和水稻稻草品质。
3地衣芽孢杆菌作用机理研究
地衣芽孢杆菌能产生丰富的蛋白酶，而且能作为益生菌调节动物的肠道功能，增强动物的机体免疫能力，减少饲养动物的发病率，还能作为生物农药防治植物病害，改善农作物的品质，许多研究者对于地衣芽孢杆菌的作用机理进行了研究。
3.1地衣芽孢杆菌的抑菌功能
地衣芽孢杆菌对多种动植物病原菌具有加强的抑制作用。唐丽娟等[21]研究了地衣芽孢杆菌W10对分离自番茄灰霉病果的灰葡萄孢的抑制作用进行了研究，结果发现病菌在W10培养滤液中培养3h出现原生质收缩和空泡现象，5h后菌丝细胞尤其是顶端细胞膨大成为球状；培养7h则出现菌丝细胞壁破损，原生质外渗和菌丝断裂。W10培养滤液对灰葡萄孢的最高抑制率可达100%，即使将W10培养滤液稀释100倍，对灰葡萄孢的抑制率仍达67.7%。W10培养滤液还能明显抑制灰葡萄孢产孢，还能明显推迟菌核的萌发时间。对培养滤液进行硫酸铵沉淀，发现上清液没有抑菌活性，沉淀的抑菌活性较高，说明W10分泌的抗菌物质为蛋白。Batrakov[22]研究发现，地衣芽孢杆菌603菌株能分泌一种对于多变棒杆菌有明显抑制作用的新型脂肽。W10菌株作用于苹果轮纹病菌菌丝，能使得细胞壁破损，并使菌丝呈螺旋状扭曲畸形。李玉峰等[23]研究了地衣芽孢杆菌代谢物对马铃薯晚疫病病菌菌丝生长、游动孢子释放和萌发以及孢子囊萌发产生芽管的抑制作用。结果表明，地衣芽孢杆菌代谢物对马铃薯晚疫病菌的游动孢子释放和萌发有明显的抑制作用，对孢子囊萌发和菌丝生长抑制作用则相对较弱。
3.2地衣芽孢杆菌调节肠道及提高免疫功能
机理研究地衣芽孢杆菌在生长繁殖过程中能产生维生素B1、B2、B6、C和K2，为动物提供维生素营养，作为益生菌颗粒保藏时以孢子形式存在，不易死亡。孢子在动物肠道内能迅速复活，消耗大量氧气，维持肠道厌氧环境，从而抑制致病菌的生长。而且复活的孢子能产生多种高活性的水解酶类，降解饲料中各种有机物，促进动物对营养物质的吸收。刘阳等[24]研究了地衣芽孢杆菌KL6对鲤鱼生产性能及消化酶活性的影响，研究发现，地衣芽孢杆菌KL6对金黄色葡萄球菌有较明显的抑制作用，但对大肠杆菌和沙门氏杆菌抑制效果不明显。地衣芽孢杆菌活菌数随模拟胃液pH下降而下降，经肠液处理4h，地衣芽孢杆菌KL6的存活率为84.4%，当菌剂添加量为0.5%时，鲤鱼食糜蛋白酶活性比对照组提高了43.26%，食糜淀粉酶活性比对照组提高了5.45%，胰脏蛋白酶活性提高了15.32%菌剂添加量为2.0%时，肠组织蛋白酶活性比对照组提高了25.59%，说明地衣芽孢杆菌KL6增强了鲤鱼机体消化酶活性，促进其生长。潘康成[25]将地衣芽孢杆菌制成微生态制剂，饱喂断奶家兔40d，结果表明，饲喂地衣芽孢杆菌组家兔的血清白清抗体对RHD病毒的特异性血凝抑制价和血清免疫球蛋白的含量明显高于对照组，说明地衣芽孢杆菌能促进家兔的体液免疫功能。
3.3地衣芽孢杆菌体外消化功能研究
地衣芽孢杆菌能产生大量蛋白酶，因此能够分解麦麸，稻草以及豆粕等，因此在食品加工方面应用较广泛。如燕红等[26]研究了地衣芽孢杆菌对稻草的降解作用，研究发现，地衣芽孢杆菌产酶的同时木质纤维素降解糖化，上清液中总糖含量于4h增加到最大值，然后下降到一定程度保持恒定，还原糖含量随发酵进行不断下降，该菌株对稻草的降解过程中结晶度未发生明显变化，该菌株对稻草中各组分都有一定程度的降解，利用扫描电镜观察发现，该菌株主要作用稻草的薄壁细胞，使其发生严重皱缩。曹煜成等[27]测定地衣芽孢杆菌胞外产物蛋白酶、淀粉酶以及胞外产物消化脂肪的最适合条件，发现60℃时蛋白酶活力最高，镁离子、锌离子和铜离子可抑制蛋白酶活力，钴离子、铁离子和钡离子能抑制脂肪酶活力，镁离子和锌离子能使其活力升高，金属离子对淀粉水解影响较小，当胞外产物浓度升高时，水解蛋白质的活力后降低。
4结语与展望
地衣芽孢杆菌由于其丰富的产酶性能，而且其能产生丰富的抗菌物质，能调节动物肠道功能，提高动物机体的免疫功能，减少农作物病害的发生。因此在食品工业方面有较广泛的应用。关于地衣芽孢杆菌的作用机理的研究虽然有一些报道，但其作用的抗菌物质的结构以及其与致病菌的相互作用的机制的研究还不够深入。在未来可以从以下方面入手：1)研究地衣芽孢杆菌产生抗菌物质的氨基酸序列，并对其结构进行预测及验证；2)研究地衣芽孢杆菌抗菌物质与致病菌中治病物质的相互作用机制；3)研究地衣芽孢杆菌促进机体免疫功能的作用物质，并研究其作用机理及相关的作用途径；4)深入研究地衣芽孢杆菌分泌的蛋白酶的作用机理并进一步研究其在食品工业上的广泛应用。
作者:王聪 单位:张光杰安阳工学院
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