棉子糖与甘油协同调控发酵乳中Reuterin生产：增强对金黄色葡萄球菌的抗菌效能及提升产品品质

《International Journal of Food Microbiology》：Raffinose and glycerol co-modulation of reuterin production in fermented milk: Antimicrobial efficacy against Staphylococcus aureus and quality improvement

本研究针对发酵乳生产中发酵菌种多样性有限及易受食源性病原体污染的问题，探讨了通过添加甘油和棉子糖来增强罗伊氏乳杆菌HLRE05产生广谱抗菌物质Reuterin的策略。研究通过优化添加剂浓度，显著提高了Reuterin产量至0.70±0.01 mg/mL，并发现棉子糖可有效抵消甘油单独添加对产品特性的不利影响，同时Reuterin能有效抑制金黄色葡萄球菌生长及生物膜形成，保障发酵及贮藏期安全。该研究为开发环保型食品保鲜策略及益生菌源抗菌剂的应用提供了新思路。

　　

发酵乳作为一种营养丰富且富含益生菌的食品，深受消费者喜爱。然而，其工业化生产仍面临两大挑战：一是可用于发酵的菌种多样性相对有限，限制了产品功能的进一步拓展；二是乳制品本身营养丰富，极易受到食源性病原体的污染，其中金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus）便是常见的污染源之一，它能形成生物膜，增强其在加工环境中的耐受性，给食品安全带来严重威胁。因此，开发能够有效抑制病原体且不影响甚至提升发酵乳品质的新型策略，成为食品科学领域的一个重要研究方向。

在此背景下，研究人员将目光投向了由特定益生菌产生的天然抗菌物质。罗伊氏乳杆菌（Limosilactobacillus reuteri）在代谢过程中能够利用甘油产生一种名为Reuterin（罗伊氏素）的广谱抗菌化合物。Reuterin对多种细菌、真菌乃至一些病毒都有抑制作用，且因其天然来源而更具安全性潜力。但如何在发酵乳体系中高效地诱导Reuterin的产生，并平衡其对产品理化性质（如酸度、持水力、流变特性）的影响，是实际应用的关键难点。此外，前期研究表明，单独添加甘油虽能促进Reuterin合成，但可能导致发酵乳pH升高、持水力下降和质构变差。是否有其他物质能够协同作用，在提升Reuterin产量的同时改善产品品质？为此，由Mengyu Zhou、Yingsheng Hu、Shihan He、Kui Zhao、Jieting Hu、Hua Wei和Zhihong Zhang组成的研究团队，以罗伊氏乳杆菌HLRE05为研究对象，探索了甘油与另一种碳水化合物——棉子糖（Raffinose）共同添加对发酵乳中Reuterin生产、抗菌效能及产品综合品质的协同调制作用。这项研究成果发表在《International Journal of Food Microbiology》上。

为开展本研究，研究人员主要运用了几个关键技术方法：首先，建立了发酵乳模型体系，接种罗伊氏乳杆菌HLRE05，并系统优化了甘油和棉子糖的添加浓度。其次，采用分光光度法定量检测发酵过程中Reuterin的产量。第三，通过测定pH值、持水力（Water-holding capacity, WHC）和流变学参数（Rheological properties）来全面评估发酵乳的理化品质。第四，通过测定最低抑菌浓度（Minimum Inhibitory Concentration, MIC）、最低杀菌浓度（Minimum Bactericidal Concentration, MBC）以及结晶紫染色法（Crystal violet staining）评估Reuterin对金黄色葡萄球菌的抑制效果和抗生物膜（Biofilm）活性。最后，在模拟发酵乳贮藏条件下，监测了Reuterin的稳定性及其对病原体污染的持续抑制能力，并测定了样品的抗氧化能力（Antioxidant capacity）。所有实验均设有重复以确保结果的可靠性。

Reuterin产量的优化

研究人员通过优化甘油和棉子糖的添加浓度，成功将罗伊氏乳杆菌HLRE05在发酵乳中产生的Reuterin产量显著提高至0.70 ± 0.01 mg/mL。这一结果表明，甘油作为Reuterin合成的直接前体，其充足供应是关键，而棉子糖的协同添加进一步优化了菌体的代谢环境，从而实现了Reuterin的高效合成。

Reuterin对发酵乳特性的影响

研究发现在仅添加甘油的体系中，Reuterin的产生会改变发酵乳的特性，具体表现为pH值升高、持水力（WHC）降低以及流变学品质（如粘弹性）受损。这可能是由于Reuterin的积累影响了乳酸菌的正常产酸代谢和酪蛋白胶束的凝乳过程。然而，引人注目的是，当同时添加棉子糖时，这些负面影响得到了有效抵消。棉子糖促进了酸的产生和凝乳形成，有助于维持甚至改善发酵乳的质地和稳定性。

Reuterin对金黄色葡萄球菌的抗菌效能

Reuterin表现出强大的抗菌活性，能有效抑制金黄色葡萄球菌的生长。测定显示其对金黄色葡萄球菌具有较低的最低抑菌浓度（MIC）和最低杀菌浓度（MBC），表明其抑菌和杀菌效果显著。更重要的是，Reuterin还能有效抑制金黄色葡萄球菌生物膜（Biofilm）的形成。在模拟发酵和贮藏实验中，添加了优化配方（甘油+棉子糖）的发酵乳中的Reuterin能够彻底消除人工引入的金黄色葡萄球菌污染，证明了其在真实食品基质中的实际防护能力。

贮藏期间Reuterin稳定性及产品品质变化

在整个贮藏期内，发酵乳中的Reuterin水平保持稳定，且浓度足以抑制常见食源性病原体的生长。值得注意的是，Reuterin的存在还防止了发酵乳在后期因过度产酸而导致的品质劣变（over-acidification）。在贮藏至第七天时，样品表现出最佳的持水力（WHC）和最高的抗氧化能力（Antioxidant capacity），这表明Reuterin的产生与棉子糖的添加共同作用，不仅保障了安全性，还提升了产品的功能特性。

本研究系统探讨了甘油和棉子糖协同调控罗伊氏乳杆菌HLRE05在发酵乳中生产Reuterin的策略。研究结论表明，通过优化添加剂浓度，可以显著提高Reuterin产量。棉子糖的加入有效缓解了单独使用甘油对产品理化性质的不利影响，起到了“扬长避短”的作用。所产生的Reuterin对金黄色葡萄球菌展现了卓越的抗菌和抗生物膜活性，能有效保障发酵乳在生产和贮藏过程中的微生物安全。此外，该策略还有助于维持产品在货架期内的理化稳定性，并赋予其良好的抗氧化特性。

这项研究的讨论部分强调了其重要意义。首先，它为解决发酵乳行业面临的菌种单一和病原体污染问题提供了一种创新且环保的解决方案，即利用益生菌自身产生的天然抗菌剂（Reuterin）来增强食品安全。其次，研究揭示了棉子糖在平衡Reuterin生产与产品品质方面的关键作用，为开发功能性发酵乳制品提供了新的配方思路。最后，该成果凸显了益生菌源抗菌剂（Probiotic-derived antimicrobials）在食品工业中的巨大应用潜力，不仅限于防腐，还可能延伸到提升产品营养功能和延长货架期等多个方面，为未来开发更安全、更健康、更稳定的发酵食品指明了方向。