張夢(mèng)梅，劉書(shū)亮,2,*

（1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，四川 雅安 625014；2.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)食品加工與安全研究所，四川 雅安 625014）

重金屬是環(huán)境中最主要的污染物之一，國(guó)內(nèi)外許多地區(qū)的土壤、地表水、地下水、污泥中都存在重金屬污染問(wèn)題[1]。重金屬在其存在的環(huán)境中很難被轉(zhuǎn)化，可以通過(guò)工業(yè)廢水、城市生活廢水、醫(yī)療廢水以及礦山廢水向自然環(huán)境中釋放，并沿食物鏈逐步富集，導(dǎo)致嚴(yán)重的生態(tài)和健康問(wèn)題。研究發(fā)現(xiàn)，重金屬影響生物體的免疫、繁殖、遺傳、代謝、血液循環(huán)等功能[2-3]。因此，重金屬的清除對(duì)人類健康起著至關(guān)重要的作用。近年發(fā)展起來(lái)的生物吸附技術(shù)是指利用生物體本身的化學(xué)結(jié)構(gòu)和成分特性吸附金屬離子，是一種較為新穎的去除重金屬的方法，具有高效、綠色、低成本、易控制等優(yōu)點(diǎn)。植物、動(dòng)物、微生物都可作為生物吸附的材料。而微生物吸附因其種類繁多、來(lái)源廣泛等優(yōu)點(diǎn)，受到了學(xué)者的廣泛關(guān)注。

乳酸菌是人體與動(dòng)物消化道正常菌群的重要成員之一，具有多種生理功能[4-9]，包括緩解乳糖不耐癥、改善便秘和腹瀉、促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收、預(yù)防和治療疾病、增強(qiáng)機(jī)體免疫力等。許多種類的乳酸菌是安全的食品級(jí)微生物[10]，以其為基礎(chǔ)的發(fā)酵菌劑已廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥行業(yè)中。已有許多文獻(xiàn)證明乳酸菌可以吸附重金屬[11-13]。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于乳酸菌吸附重金屬的研究多集中于吸附菌株的篩選、影響因素分析上，但對(duì)吸附機(jī)理的研究還不夠系統(tǒng)、透徹和全面，尤其對(duì)分子機(jī)制的研究相對(duì)較少。研究發(fā)現(xiàn)乳酸菌可用于去除食品中的重金屬，也可用于預(yù)防、緩解重金屬對(duì)生物的毒性[11]。本文聚焦于乳酸菌吸附重金屬的影響因素、機(jī)理及應(yīng)用研究進(jìn)展，并進(jìn)行了綜述與展望。

1 吸附重金屬的乳酸菌及影響其吸附的因素

1.1 吸附菌株

目前已發(fā)現(xiàn)乳酸桿菌屬（Lactobacillus）、腸球菌屬（Enterococcus）、雙歧桿菌屬（Bifidobacterium）、明串珠菌屬（Leuconostoc）、魏斯氏菌屬（Weissella）等乳酸菌具有吸附重金屬的能力。這些菌株多來(lái)源于土壤、發(fā)酵食品、動(dòng)物腸道內(nèi)容物及排泄物。研究表明，具有吸附能力的菌株對(duì)重金屬有一定的耐受性[11]，但也有部分菌株對(duì)重金屬的去除能力與耐受性無(wú)相關(guān)性，如糊精片球菌（Pediococcus dextrinicus）和乳酸片球菌（P. acidilactici）[12]。表1列舉了部分近年來(lái)國(guó)內(nèi)外分離得到的具有重金屬吸附能力的乳酸菌菌株信息。

表 1 乳酸菌對(duì)重金屬的吸附情況Table 1 Published studies on heavy metal biosorption by lactic acid bacteria

1.2 影響乳酸菌吸附的因素

1.2.1 pH值

pH值是影響乳酸菌吸附重金屬的重要因素，溶液pH值影響金屬離子的溶解性和細(xì)胞表面基團(tuán)的電離狀態(tài)。pH值較低時(shí)：溶液中H+濃度增加，與金屬離子競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合位點(diǎn)；同時(shí)，細(xì)胞表面的官能團(tuán)被質(zhì)子化，所帶正電荷增加，使得重金屬離子的吸附減少。pH值升高時(shí)，細(xì)胞表面暴露出更多的羧基、磷酸基、氨基等負(fù)電基團(tuán)，與帶正電荷的金屬離子結(jié)合。但溶液pH值增加到一定程度時(shí)，金屬離子可能會(huì)形成氫氧化物沉淀[21]，此時(shí)溶液中游離的金屬離子減少，從而抑制吸附的進(jìn)行。

1.2.2 溫度

溫度對(duì)吸附的影響主要表現(xiàn)在以下3 個(gè)方面：1）影響活性菌體的生理代謝活動(dòng)；2）影響金屬-微生物復(fù)合物的穩(wěn)定性；3）影響細(xì)胞壁的結(jié)構(gòu)與其吸附物質(zhì)的電離。

1.2.3 接觸時(shí)間

重金屬的微生物吸附過(guò)程一般可分為兩個(gè)階段。反應(yīng)初期細(xì)胞表面存在大量可用的結(jié)合位點(diǎn)，因此該階段金屬離子可快速被吸附。隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，吸附率的增加逐漸變緩，最終達(dá)到平衡。鼠李糖乳桿菌（L. rhamnosus）LC-705在吸附重金屬鎘時(shí)，5 min時(shí)吸附量開(kāi)始緩慢上升，1 h時(shí)達(dá)到平衡，吸附量在1～4 h內(nèi)無(wú)明顯變化[28]。也有研究發(fā)現(xiàn)，吸附量在后期略有下降的趨勢(shì)[20]。這是因?yàn)殡S著時(shí)間的延長(zhǎng)，受試菌表面的吸附活性位點(diǎn)逐漸飽和，吸附的過(guò)程中也可能存在解吸現(xiàn)象。

1.2.4 重金屬濃度

通常在較低濃度下生物吸附率大，隨著濃度升高，吸附量增加，高濃度時(shí)生物吸附量趨于平衡，吸附率明顯降低。這是因?yàn)檩^高的初始濃度使得細(xì)胞與底物之間相互作用的可能性更高，從而導(dǎo)致底物的吸附量隨濃度的增加而增加。當(dāng)重金屬的結(jié)合位點(diǎn)數(shù)量一定時(shí)，其濃度升高，而結(jié)合位點(diǎn)趨近飽和，不足以完全地吸附有毒有害物質(zhì)，吸附率逐漸下降。

1.2.5 微生物用量

一定范圍內(nèi)，重金屬的吸附量隨微生物用量的增加而增加[29]，到達(dá)平衡點(diǎn)后，吸附量會(huì)隨微生物用量的增加而降低。隨著微生物用量的增加，可用于吸附目標(biāo)物質(zhì)的活性位點(diǎn)隨之增加[24]；微生物用量過(guò)大時(shí)，部分菌體細(xì)胞產(chǎn)生絮凝作用[30-31]，無(wú)法充分分散在體系中，減少了吸附位點(diǎn)和吸附的表面積。

1.2.6 共存物質(zhì)

研究表明，其他陽(yáng)離子的存在一定程度上影響了菌株對(duì)目標(biāo)金屬的吸附。Mg2+、Ca2+、Zn2+、Fe2+不會(huì)影響發(fā)酵乳桿菌（L. fermentum）對(duì)Pb2+的吸收，但Fe2+的存在明顯抑制了長(zhǎng)雙歧桿菌（B. longum）對(duì)Pb2+的吸附效果[32]。

1.2.7 菌體預(yù)處理

乳酸菌吸附主要作用于細(xì)胞表面，對(duì)細(xì)胞進(jìn)行預(yù)處理能夠不同程度地改變其與金屬離子結(jié)合的能力。常用的預(yù)處理手段包括加熱、煮沸、冷凍、干燥等物理方法，或用無(wú)機(jī)、有機(jī)試劑及酶處理菌體，如酸、堿、鹽、甲醇、丙酮、溶菌酶、蛋白酶等。通過(guò)破壞細(xì)胞壁，改變菌體細(xì)胞表面結(jié)構(gòu)，從而增加菌體表面的有效吸附位點(diǎn)，達(dá)到提高菌體吸附能力的目的。胺化的干酪乳桿菌（L. casei）DSM20011可以通過(guò)將帶負(fù)電的羧基轉(zhuǎn)變?yōu)閹д姷陌被钥焖傥剿械腁s5+，而未處理的和甲基化的菌體無(wú)吸附As5+的能力[26]。

2 乳酸菌吸附重金屬的機(jī)理

2.1 吸附機(jī)理研究方法

乳酸菌吸附重金屬機(jī)理的探索可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：1）細(xì)胞各組分吸附能力；2）細(xì)胞表面形態(tài)學(xué)分析；3）參與吸附的官能團(tuán)；4）細(xì)胞內(nèi)主要氨基酸變化。

研究各細(xì)胞組分的吸附能力常采用組分分離法和逐層剝離法。這兩種處理方式均可研究胞外多糖（exopoly saccharides，EPS）、細(xì)胞壁、細(xì)胞壁磷壁酸（teichoic acid，TA）、細(xì)胞壁肽聚糖（peptidoglycan，PG）、細(xì)胞周質(zhì)及原生質(zhì)體對(duì)重金屬的吸附能力。掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡則是通過(guò)觀察細(xì)胞形態(tài)及微觀結(jié)構(gòu)的變化來(lái)分析吸附機(jī)理。邵鑫等[33]采用掃描電子顯微鏡分析鼠李糖乳桿菌（L. rhamnosus）ATCC 53103吸附鎘前后的細(xì)胞微觀結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)Cd2+能使細(xì)胞微觀結(jié)構(gòu)受到嚴(yán)重破壞，低質(zhì)量濃度（25 mg/L）處理后觀察到細(xì)胞出現(xiàn)變性、扭曲、凹陷、皺褶等現(xiàn)象，高質(zhì)量濃度（300 mg/L）處理后明顯觀察到細(xì)胞壁穿孔、絲狀黏連物增多。通過(guò)透射電子顯微鏡及能量色散X射線分析，可知乳酸菌對(duì)重金屬的吸附發(fā)生于細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞外[34]。

吸附過(guò)程中作用官能團(tuán)的判定可以采用傅里葉變換紅外光譜或拉曼光譜，同時(shí)也可采用化學(xué)掩蔽法進(jìn)行分析。Singh等[35]利用紅外光譜對(duì)未吸附/吸附As3+的嗜酸乳桿菌（L. acidophilus）菌體進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)O—H和C—O處的峰發(fā)生位移，推測(cè)羥基和羧基參與了吸附。Gerbino等[36]首次將拉曼光譜用于微生物吸附重金屬的研究，結(jié)果表明高加索乳桿菌（L. kefir）CIDCA 8348和JCM 5818對(duì)重金屬的吸附主要依靠細(xì)胞表面的羧酸鹽、磷酸鹽和多糖。殷瑞杰[37]利用化學(xué)掩蔽法研究植物乳桿菌（L. plantarum）CCFM8661菌體吸附Pb2+過(guò)程中主要作用基團(tuán)，發(fā)現(xiàn)羧基和氨基分別經(jīng)鹽酸-甲醇溶液、甲醛-甲酸溶液處理后，菌體對(duì)鉛離子的吸附率分別下降了79.11%和81.41%。

Tong Yanjun等[25]通過(guò)高效液相色譜法分析了細(xì)胞內(nèi)游離氨基酸的變化，發(fā)現(xiàn)隨著Mn2+濃度上升，精氨酸、賴氨酸、天冬氨酸和谷氨酸含量下降，推測(cè)這4 種氨基酸可能參與合成絮凝Mn2+的胞外蛋白。

2.2 乳酸菌吸附重金屬機(jī)理

一般認(rèn)為，微生物吸附分為生物吸附和生物積累兩個(gè)階段[24]。生物吸附又稱細(xì)胞表面吸附、被動(dòng)吸附，該階段通過(guò)細(xì)胞表面的官能團(tuán)及胞外產(chǎn)物進(jìn)行結(jié)合，此過(guò)程快速、可逆且無(wú)能量消耗。生物積累又稱主動(dòng)吸收，通過(guò)細(xì)胞表面的一些轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白將表面吸附的重金屬轉(zhuǎn)移至胞內(nèi)，并在細(xì)胞中積累，此過(guò)程用時(shí)長(zhǎng)、速率慢、不可逆、需消耗能量。Mrv?i?等[38]認(rèn)為腸膜明串珠菌（L. mesenteroides）ID9261和短乳桿菌（L. brevis）ID9262對(duì)Cu2+的吸附過(guò)程可分為兩個(gè)階段：第一階段為前3 h，吸附快速，重金屬主要結(jié)合于細(xì)胞壁；第二階段用時(shí)長(zhǎng)、吸附速率慢，金屬被轉(zhuǎn)運(yùn)至胞內(nèi)。Mrv?i?等[24]進(jìn)一步通過(guò)傅里葉變換紅外光譜和電子顯微鏡研究腸膜明串珠菌（L. mesentero）、短乳桿菌（L. brevis）和植物乳桿菌（L. plantarum）對(duì)Zn2+的吸附，結(jié)果表明Zn2+的去除同時(shí)包含被動(dòng)吸附和主動(dòng)攝入兩個(gè)過(guò)程，被動(dòng)吸附過(guò)程主要將重金屬結(jié)合于細(xì)胞壁，而主動(dòng)攝入過(guò)程中重金屬則因內(nèi)源性代謝進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)。

乳酸菌吸附重金屬的過(guò)程中可能同時(shí)存在著幾種機(jī)理，由多種基團(tuán)、多種細(xì)胞組分共同作用。如發(fā)酵乳桿菌（L. fermentum）ME3和長(zhǎng)雙歧桿菌（B. longum）46主要通過(guò)離子交換和沉淀反應(yīng)吸附鎘和鉛[32]。糞腸球菌（E. faecalis）RW 2-4與鎘結(jié)合的機(jī)制包括離子交換、靜電引力、絡(luò)合反應(yīng)、胞內(nèi)擴(kuò)散，作用官能團(tuán)包括羥基、羧基、磷酸基、酰胺基、烴基，參與的細(xì)胞組分包括蛋白、多糖、脂肪酸和核酸[39]。

2.2.1 吸附的主要部位及組分

2.2.1.1 細(xì)胞壁

細(xì)胞壁是細(xì)胞與外界環(huán)境直接接觸的第一場(chǎng)所，同時(shí)也是與重金屬結(jié)合的主要場(chǎng)所。乳酸菌為革蘭氏陽(yáng)性菌，細(xì)胞壁主要由PG、（脂）TA、蛋白質(zhì)和多糖組成。PG中含有較多的TA和糖醛酸TA（teichuronic acid，TUA）。PG、TA和TUA都含有大量的羧基、羰基和磷酸二酯鍵等負(fù)電荷基團(tuán)，可作為與重金屬的結(jié)合位點(diǎn)。

多數(shù)乳酸菌，尤其是乳桿菌，細(xì)胞壁表面存在S層蛋白（表層蛋白）[40]。S層蛋白能通過(guò)其表面的羧基、磷酸基等負(fù)電基團(tuán)有效結(jié)合金屬離子。研究表明，去除S層蛋白后希爾加德氏乳桿菌（L. hilgardii）DSM 20176對(duì)Cu2+、Fe2+的吸附量減少，對(duì)Zn2+、Mn2+的吸附量增加[21]。Gerbino等[41]通過(guò)傅里葉變換紅外光譜對(duì)高加索乳桿菌（L. kefir）的S層蛋白與重金屬間的交互作用進(jìn)行了分析，結(jié)果表明其交互作用主要通過(guò)天冬氨酸和谷氨酸殘基側(cè)鏈上的羧基實(shí)現(xiàn)。但Gerbino等[42]比較了完整菌體、去除S層蛋白菌體和S層蛋白三者的吸附能力以及有/無(wú)S層蛋白的菌體與Pb2+作用前后的存活率，最終認(rèn)為高加索乳桿菌（L. kefir）的S層蛋白主要作用是保護(hù)菌體細(xì)胞抵抗Pb2+的不利影響，而不是參與對(duì)Pb2+的吸附。

2.2.1.2 EPS

EPS是天然的生物分子混合物，可參與調(diào)節(jié)胃腸道功能和機(jī)體免疫。乳酸菌產(chǎn)生的EPS種類較多，化學(xué)結(jié)構(gòu)存在明顯差異，不同的菌株對(duì)重金屬的吸附能力也有所不同。有研究表明，重金屬可被EPS截留并快速運(yùn)輸至細(xì)胞膜內(nèi)，之后逐步釋放，細(xì)胞內(nèi)的金屬隨著時(shí)間延長(zhǎng)而減少[17]。而植物乳桿菌（L. plantarum）CCFM8610菌體的EPS不參與Cd2+的吸附[43]。

EPS對(duì)重金屬的吸附主要通過(guò)金屬離子與EPS酸性功能團(tuán)的負(fù)電荷之間的靜電相互作用實(shí)現(xiàn)的。熱處理會(huì)破壞或改變EPS對(duì)金屬離子的吸附。當(dāng)溫度由15 ℃升至30 ℃時(shí)，源自泡菜的植物乳桿菌（L. plantarum）70810的EPS對(duì)Pb2+的吸附量從10.11 mg/g增至21.15 mg/g，但當(dāng)溫度增加至45 ℃時(shí)，其吸附量?jī)H為12.36 mg/g[44]。

2.2.1.3 其他

Kinoshita等[45]通過(guò)金屬親和層析柱獲得了綠色魏斯氏菌（W. viridescens）MYU 205的一個(gè)分子質(zhì)量為14 kDa的Hg2+結(jié)合蛋白，該蛋白有一個(gè)NAD（P）結(jié)合位點(diǎn)和CXXC模體。CXXC是金屬硫蛋白的典型序列之一，可結(jié)合Cu2+、Zn2+、Cd2+、Hg2+、Co2+等金屬[46-47]。普遍認(rèn)為金屬硫蛋白與重金屬結(jié)合能力為Hg2+≥Ag2+＞Cu2+＞Cd2+＞Pb2+＞Zn2+[45]。另有學(xué)者認(rèn)為，胞內(nèi)游離氨基酸可能也會(huì)參與錳的細(xì)胞內(nèi)吸附[25]。

2.2.2 吸附機(jī)理

目前，對(duì)乳酸菌吸附重金屬的機(jī)理研究尚未完全清晰，根據(jù)已有研究可知其吸附機(jī)理主要包括離子交換、表面絡(luò)合、金屬轉(zhuǎn)化作用、無(wú)機(jī)微沉淀等。

2.2.2.1 離子交換

離子交換是微生物細(xì)胞壁上原本結(jié)合的金屬離子被另一些結(jié)合能力更強(qiáng)的金屬離子競(jìng)爭(zhēng)取代，從而使溶液中的目標(biāo)金屬離子濃度降低的過(guò)程。離子交換受溶液pH值的影響，其最佳反應(yīng)pH值為3～6。Halttunen等[19]在吸附實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，發(fā)酵乳桿菌（L. fermentum）ME3、長(zhǎng)雙歧桿菌（B. longum）46和乳雙歧桿菌（B. lactis）Bb12的吸附能力隨著pH值的改變而變化，pH 6時(shí)對(duì)鎘、鉛的吸附量最大，因此推測(cè)該過(guò)程涉及離子交換機(jī)制。隨后，Halttunen等[32]報(bào)道Mg2+、Ca2+、Fe2+、Zn2+、Pb2+會(huì)不同程度地抑制長(zhǎng)雙歧桿菌（B. longum）46對(duì)Cd2+的吸附。

2.2.2.2 表面絡(luò)合

細(xì)胞壁中的羥基、羧基、酰胺基、磷?；?、氨基、巰基等含O、N、S的官能團(tuán)能與重金屬離子配位，發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)。已證明源自植物乳桿菌（L. plantarum）70810的EPS中的一些官能團(tuán)（羥基、羧基、羰基和氨基）參與了Pb2+的生物吸附[44]。

2.2.2.3 金屬轉(zhuǎn)化作用

乳酸菌菌體中的一些組分具有氧化還原能力，可以改變吸附在其上的金屬離子的價(jià)態(tài)，使該金屬毒性降低。該機(jī)制使得乳酸菌能在較高的金屬濃度下存活，獲得一定的抗性，并降低介質(zhì)的毒性。在生物吸附過(guò)程中，來(lái)自細(xì)胞壁上的還原性糖上的半縮醛基團(tuán)中的自由醛基能作為電子供體，使Ag+還原為Ag，同時(shí)醛被氧化成相應(yīng)的酸[48]。

2.2.2.4 無(wú)機(jī)微沉淀

重金屬離子通過(guò)物理或化學(xué)作用在微生物的細(xì)胞壁上形成無(wú)機(jī)沉淀的過(guò)程就是無(wú)機(jī)微沉淀，該過(guò)程受pH值、溫度、共存離子等因素的影響。某些金屬能以硫酸鹽、磷酸鹽或碳酸鹽等沉淀物的形式沉積于細(xì)胞壁或細(xì)胞內(nèi)部。熊婧[39]利用透射電子顯微鏡比較了屎腸球菌（E. faecium）MT 3-5和高濃度Cd2+水溶液培養(yǎng)后的細(xì)胞形態(tài)，發(fā)現(xiàn)吸附后的細(xì)胞形態(tài)發(fā)生了明顯的變化，細(xì)胞壁上有黑色小顆粒附著，推測(cè)是Cd2+與磷酸基團(tuán)形成的微沉淀。

2.2.2.5 分子機(jī)制

目前對(duì)乳酸菌吸附重金屬的分子機(jī)制研究較少。糞腸球菌（E. faecalis）LZ-11中對(duì)Cd2+的抗性及吸附的相關(guān)基因?yàn)閜px、cadA和dsbA。推測(cè)LZ-11對(duì)Cd2+的吸附機(jī)制為：Cd2+通過(guò)Mg2+、Zn2+、Ca2+轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)進(jìn)入菌體細(xì)胞；進(jìn)入胞內(nèi)的Cd2+一部分由P型ATP酶轉(zhuǎn)運(yùn)至胞外與Ppx分泌的PO43?形成沉淀，一部分在細(xì)胞內(nèi)與PO43?形成磷化物沉淀；同時(shí)DsbA蛋白在細(xì)胞質(zhì)中結(jié)合游離的Cd2+離子以防止Cd2+與游離的巰基結(jié)合，保護(hù)硫氧還蛋白和其他蛋白，提高菌株的鎘耐受性[34]。Tong Yanjun等[25]發(fā)現(xiàn)植物乳桿菌（L. plantarum）CCFM436的mnth基因轉(zhuǎn)錄表達(dá)的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白MntH 1-3可能促進(jìn)了Mn2+的跨膜運(yùn)輸，同時(shí)該轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白也受MntR的反向調(diào)控，以此來(lái)維持細(xì)胞內(nèi)Mn2+的平衡。

3 乳酸菌吸附重金屬的應(yīng)用

3.1 食品中重金屬的去除

重金屬能通過(guò)多種途徑污染食品，導(dǎo)致食品中有毒重金屬含量超標(biāo)，食用后在體內(nèi)蓄積，嚴(yán)重威脅人體健康。對(duì)于動(dòng)物性食品而言，在飼料中添加具有吸附能力的乳酸菌可以降低其中的重金屬含量。在肉雞日糧中添加以乳酸菌屬為活性成分的益生菌，并同時(shí)飼喂鉛含量分別為160 mg/kg和320 mg/kg的水，發(fā)現(xiàn)添加益生菌劑后血清鉛質(zhì)量濃度分別下降13 μg/dL和19 μg/dL[49]。Bhakta等[16-17]考察了重金屬吸附菌株屎腸球菌（E. faecium）Pb12[16]、羅伊氏乳桿菌（L. reuteri）Cd 70-13和Pb 71-1[17]在魚(yú)腸道內(nèi)的存活能力和定植能力，發(fā)現(xiàn)該菌株可以添加到魚(yú)類飼料中，以去除魚(yú)類腸道內(nèi)的重金屬。

對(duì)于植物性食品而言，可從外源生長(zhǎng)環(huán)境（灌溉水及土壤）對(duì)重金屬進(jìn)行控制，也可直接采取一些方法對(duì)食品原材料和加工成品進(jìn)行處理，如以乳酸菌、酵母菌為發(fā)酵體系，利用大米發(fā)酵液進(jìn)行發(fā)酵降鎘[50]，或除去液體食品中的重金屬。研究表明，乳酸菌用于果汁發(fā)酵可以提高果汁的感官和防腐特性，且具有一定的保健功效[51-53]。Zhai Qixiao等[54]將植物乳桿菌（L. plantarum）CCFM8610用于去除水果汁和蔬菜汁中的鎘，2 h時(shí)的去除率為67%～82%。

3.2 預(yù)防、緩解重金屬毒性

某些具有吸附能力的安全級(jí)微生物可以作為用于動(dòng)物飼料或食品中的重金屬清除劑，也可加入到膳食中通過(guò)日常飲食對(duì)重金屬毒性起到預(yù)防和緩解作用，但目前仍停留在實(shí)驗(yàn)階段，未能推廣應(yīng)用。當(dāng)飼料中鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)不高于0.02‰時(shí)，加入乳桿菌復(fù)合物能明顯降低鎘對(duì)肉雞器官（肝臟、腎臟）及組織（雞腿肉、雞胸肉）中鐵分布的負(fù)面影響[55]。Jama等[56]通過(guò)小鼠肝細(xì)胞體內(nèi)及體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在食物中添加一定量的鼠李糖乳桿菌（L. rhamnosus）、嗜酸乳桿菌（L. acidophilus）和長(zhǎng)雙歧桿菌（B. longum）凍干菌劑可以減輕鎘誘發(fā)的基因毒性，其主要機(jī)制可能為實(shí)驗(yàn)菌株對(duì)鎘的吸附。研究表明，植物乳桿菌（L. plantarum）CCFM8661不但具有良好的鉛結(jié)合能力，而且能有效降低實(shí)驗(yàn)鼠血液及組織中鉛含量，恢復(fù)血液中氨基酮戊酸脫水酶的活性，維持谷胱甘肽的含量、谷胱甘肽過(guò)氧化物酶和超氧化物歧化酶的活力，降低活性氧、丙二醛的含量，并且表現(xiàn)出比二巰基丁二酸更好的保護(hù)效果[57]。Zhai Qixiao等[58]利用具有鎘吸附特性的植物乳桿菌（L. plantarum）CCFM8610開(kāi)發(fā)出了一款酸豆乳產(chǎn)品，該產(chǎn)品能有效緩解慢性鎘暴露對(duì)小鼠造成的毒性損傷。

4 結(jié) 語(yǔ)

重金屬污染潛伏期長(zhǎng)，不易從環(huán)境中去除，會(huì)通過(guò)水源、氣體和土壤進(jìn)入到食物鏈，最終進(jìn)入人體?，F(xiàn)階段，關(guān)于乳酸菌去除重金屬離子的影響因素和機(jī)理已有研究，其中吸附機(jī)理的研究一直是學(xué)者探索的一個(gè)重要領(lǐng)域，但至今仍沒(méi)有形成一個(gè)完整、詳細(xì)的理論體系，尤其是在基因水平調(diào)控機(jī)理的研究上相對(duì)薄弱。乳酸菌吸附法在去除食品中的重金屬以及預(yù)防、緩解重金屬毒性等方面具有較大的潛力，尤其是具有重金屬吸附能力的益生菌在食品中的應(yīng)用將是今后研究的重要方向。對(duì)此內(nèi)容展開(kāi)深入研究，并結(jié)合重金屬脅迫技術(shù)和基因工程技術(shù)，對(duì)于系統(tǒng)全面地揭示微生物對(duì)重金屬的吸附機(jī)理、馴化和構(gòu)建具有高耐受能力、高吸附能力的菌株并有效應(yīng)用于實(shí)際具有重要意義。

大多數(shù)乳酸菌能安全地應(yīng)用于食品中。對(duì)于無(wú)需發(fā)酵的食品，可添加滅活的乳酸菌菌體用于去除其中的重金屬，吸附結(jié)束后采用離心、過(guò)濾等方法分離菌體，對(duì)食品質(zhì)量和消費(fèi)者無(wú)風(fēng)險(xiǎn)；對(duì)于發(fā)酵食品而言，可將乳酸菌作為發(fā)酵劑添加于食品中。另一方面，可制成乳酸菌類微生態(tài)制劑用于人體或動(dòng)物，以預(yù)防、緩解重金屬蓄積帶來(lái)的不良影響。乳酸菌對(duì)水溶液中的重金屬有較好的吸附能力，但在食品體系中吸附能力有不同程度地下降[21]。食品體系成分復(fù)雜，pH值、有機(jī)酸、脂類、酚類物質(zhì)等均有可能影響乳酸菌對(duì)重金屬的吸附率，不僅如此，人體消化道環(huán)境也極其復(fù)雜，在多種因素影響下乳酸菌是否能發(fā)揮其吸附作用還需進(jìn)一步探索，乳酸菌作為重金屬吸附劑的應(yīng)用還應(yīng)進(jìn)行更為全面和深入的研究。