溶菌酶及其在食品工业中的应用

溶菌酶及其在食品工业中的应用Research advances in egg bioactive component—lysozyme and its applications infood industry徐敬宜徐永平* 刘姝金礼吉?(请确认是否少写了作者姓名) XU Jing-yi XU Yong-ping*LIU Shu Yu Wang?Yongsheng Ma?（1.大连理工大学环境与生命学院生物科学与工程系,山东大连116024；2.国家精细化工重点实验室,山东大连116012）（1.Department of Bioscience and Biotechnology,School of Environmental and Biological Science and Technology,Dalian University of Technology, Dalian,Shangdong116024,China；2.State Key Laboratory of Fine Chemicals,Dalian University of Technology,Dalian,Shangdong116012,China）摘要：溶菌酶是一种对人安全且具有保健作用的蛋白酶，是国际公认的绿色天然酶制剂。

它在食品工业中被广泛用作食品添加剂和防腐剂。

溶菌酶广泛存在于人、动植物及微生物体内，尤以鸡蛋清中含量较高，具有巨大的开发应用价值。

关键词：溶菌酶；鸡蛋；溶菌性；食品Abstract:Lysozyme is a bacteriolytic enzyme commonly found in nature and is present in almost all secreted body fluids and tissues of human and animals. It has also been isolated from some plants,bacteria and bacteriophages.The chicken egg white is a rich and easily available source of lysozyme.Lysozyme is used as an antimicrobial agent in various foods,either as a preservative or to control microbial processes in cheese,beer and wine production. Keywords:Lysozyme；Egg；Bacteriolytic；Food溶菌酶（Lysozyme，法定编号：EC3.2.1.17，美国化学文摘服务社（CAS）编号[9066-59-5]）是一种安全性很高，且具有一定保健作用的蛋白酶。

溶菌酶能选择性地分解微生物及植物细胞壁，对人体细胞不会产生降解作用，常作为绿色天然防腐剂被广泛应用于食品、医药等行业。

WHO（World Health Organization）及许多国家，如奥地利、澳大利亚、比利时、丹麦、芬兰、法国、德国、意大利、日本、西班牙和英国都公基金项目：国家自然科学基金（项目编号：30371053）作者简介：徐敬宜(1980－),女,大连理工大学环境与生命学院在读研究生。

通讯作者：徐永平E-mail:bam@收稿日期：2005-10-29认溶菌酶的无毒性，并核准其可作为治疗性物质在一些食品中使用[1]。

溶菌酶普遍存在于鸟类、哺乳类甚至一些噬菌体体内，它是迄今研究的最为深入的蛋白酶之一，在过去的30年里，各国学者发表了10000多篇关于溶菌酶的结构和功能的论文。

所有溶菌酶中，鸡蛋清溶菌酶（Hen Egg White Lysozyme,HEWL）可能是研究最为透彻的，在蛋白质结构数据库中有将近150种不同的X-射线衍射结构，对其进行的NMR研究也逾200项[2]。

随着溶菌酶新的生物活性不断被发现，其市场需求也在逐渐提高。

人、动植物及微生物中均含有溶菌酶，其中鸡蛋清里含量较高，为3.5%[3]，且来源丰富，因此可作为工业上规模化生产溶菌酶的原料。

目前我国鸡蛋产量已位居世界前列，正处于由初步利用向深加工转变的阶段，因此，了解鸡蛋的生物活性成分—溶菌酶的研究近况十分必要。

1溶菌酶的结构及性质1.1结构自然存在的HEWL由129个氨基酸残基组成。

人们首先利用X射线衍射分析解释了溶菌酶的结构与功能，并弄清了它与其作用底物的结合形式。

近年来已分离出多种不同来源的溶菌酶并确定了其一级结构。

且有研究表明HEWL的三级结构对保持其甜味感和酶活性是必要的[4]。

由于HEWL的三维空间结构已经研究的很清楚，而且可以以一种相对纯净的形式低成本获得原始蛋白，HEWL是研究蛋白质结构和功能时经常选用的模型[5～7]。

1.2物理化学性质溶菌酶是一种碱性球蛋白，其纯品为白色粉状晶体。

无臭、微甜，易溶于水和盐溶液，遇碱易被破坏，不溶于丙酮、乙醚。

最适溶菌温度为50℃，最适pH值为7.5。

溶菌酶的化学性质稳定，干燥条件下可于室温长期存放。

溶菌酶在水中加热时稳定，但在蛋清中加热会因和其他蛋白的巯基（-SH）作用而较不稳定，导致溶菌性下降[8]。

1.3溶菌活性溶菌酶是糖苷水解酶，作用于N-乙酰胞壁酸（NAM）及N-乙酰葡萄糖胺（NAG）之间的β-1,4糖苷键，从而水解细菌细胞壁中的肽聚糖，故具有溶菌能力[9]。

它对一些革兰氏阳性菌非常有效，但通常对革兰氏阴性菌，包括一些主要的食源性病原体无效。

目前，一些研究发现溶菌酶有非酶活性和非溶菌模式的抗菌作用，而且其抗菌谱可以通过对溶菌酶进行预处理而得到扩大[10]。

预处理方法包括溶菌酶的变性，多聚糖的共价结合，通过基因修饰使脂肪酸或其他化合物与溶菌酶的C-末端疏水肽段结合，用外膜渗透剂如EDTA、聚阳离子处理，或高静压力处理等[11]。

2在食品工业中的应用2.1溶菌酶作为食品添加剂在食品工业中，溶菌酶可以作为婴儿食品的添加剂，主要用于牛奶的“人奶化”（尤其在欧洲）。

人奶与牛奶的主要不同之一即为溶菌酶的含量，添加溶菌酶可使牛奶更适合婴儿食用，提高婴儿的免疫力[12]。

此外，溶菌酶对牛奶中革兰氏阳性菌、好气性孢子形成菌、枯草杆菌、地衣型芽孢杆菌等作用非常强。

同时，它能促进牛奶中双歧杆菌生长[13]。

每吨牛奶加入0.05～0.1mg溶菌酶，37℃保温3h，可使牛奶中双歧杆菌的含量与人奶无显著差别，从而保证婴儿肠道内双歧杆菌的良好增殖[8]。

但是目前国内有规模的生产厂家很少，生产工艺还不够统一和规范。

此外，全世界的乳酪产业（除北美）都在使用溶菌酶。

在半硬干酪中加入0.001%的溶菌酶，可防止香味物质丁酸的损失。

1985年11月22日，德国发布了奶酪法规（第五版），对旧的法规作了修改，准许在半硬奶酪的生产中使用溶菌酶，阻止由于厌氧孢子增殖体（如酪梭杆菌）的作用所引起的胀气。

溶菌酶在茶饮料生产上也有很好的应用前景。

茶汤属于低酸性饮料，引起茶饮料变质的微生物主要为细菌。

为保证饮料安全及贮藏性，必须对茶饮料进行杀菌处理。

常规方法处理后对其品质和风味影响很大，而溶菌酶的杀菌和其在酸性溶液中较稳定的特性，使其在解决这一问题上有很大的潜力[14]。

2.2溶菌酶作为防腐剂溶菌酶是一种无毒性的高盐基蛋白质，由于其溶菌性，而具有防腐和杀菌作用，安全性很高。

目前溶菌酶已作为一种防腐剂，广泛应用于水产品、肉制品、水果蔬菜、蛋糕、清酒、料酒及饮料中，欧洲已经用其代替亚硫酸盐作为防腐剂。

马美湖等[15]利用溶菌酶、乳酸菌肽进行了冷却肉保鲜的实验研究，发现当两种保鲜剂单独使用时，溶菌酶的保鲜效果明显地优于对照组，也优于乳酸链球菌肽组。

抗菌浓度和抗菌谱是抗菌食品保藏中的两个首要问题，很多文献都有报道溶菌酶和乳酸菌肽（Nisin）的抗菌谱有重叠，两者的混合使用抑菌能力更强，电子显微镜扫描的结果显示出两者的协同作用对细胞的破坏度更大[16]。

在前面研究的基础上，马美湖[17]结合山梨酸钾(PSS)保鲜成分，证实溶菌酶、乳酸菌肽和山梨酸钾的配合性使用，能有效延长冷却肉的冷藏保鲜时间。

经30d的冷藏，各项指标均能基本保持鲜肉的商品状态。

采用浓度为2.5‰的乳酸菌肽，2.5‰的溶菌酶和2‰的山梨酸钾，用乳酸将这种冷却肉保鲜液调pH值至4.5，保鲜效果良好。

Gill等[18]研究了溶菌酶和EDTA作为火腿和腊肠的防腐剂对粪肠球菌（Enterococcus faecalis）和绿色魏斯氏菌（Weissella viridescens）的作用效果，体外实验表明两者具有抑菌交互作用。

章银良[19]研究发现0.5%，甘氨酸1.5%），对草莓的保鲜溶菌酶与甘氨酸复合使用时（溶菌酶0.07%，CaCl2效果最好，优于溶菌酶单独使用的情况。

溶菌酶还可与其他防腐剂，如植酸、聚合磷酸盐、甘氨酸配合使用，可大大提高防腐效果。

日本用溶菌酶代替水杨酸用于清酒的防腐取得了很好的成效。

清酒中大部分微生物不能生存，但有一种叫做火落菌的乳酸菌则能生长，并引起产酸和产生臭味。

以往通常加水杨酸作防腐剂，但因其有一定毒性，而使其应用受限。

目前，日本已成功用鸡蛋清溶菌酶代替水杨酸作防腐剂[20]。

此外，溶菌酶还可应用于饮料的防腐[21]。

溶菌酶在目前新兴的活性包装（active packaging）中亦有很好的应用前景。

活性包装是指通过包装使食品与环境互相协调而产生所需的效果。

食品表面微生物滋生是导致食品变质的主要原因，现正开发可以缓释一种抗微生物滋生成份的包装材料，从而可大幅度提高食品储存期并提高食品品质。

但溶菌酶的使用成本及其缓释动力学等相关问题还有待进一步研究解决[22]。

2.3在葡萄酒发酵中的应用由于溶菌酶对细菌的特异性作用，在葡萄酒制造业中，可以利用其控制苹果酸、乳酸发酵[23]。

Green等[24]用1993年的黑比诺酒评价了溶菌酶对乳酸菌生长的抑制作用，结果显示溶菌酶能有效抑制乳酸菌的产生。

在接种乳酸菌的黑比诺酒中，酒精发酵完成后的第15d，乳酸菌密度达到1×108CFU/mL（CFU，菌落形成单位），但如果加入溶菌酶，则抑制了乳酸菌的生长，各个接种浓度的葡萄酒中乳酸菌均于55d后才达到上述浓度。

同样是由于抑止乳酸发酵，蛋清中溶菌酶的存在通常被认为是鸡全蛋液不利于乳酸菌生长的主要原因。

所以国内外学者在利用乳酸菌发酵原理开发鸡蛋发酵食品时，很多研究在鸡蛋液中添加了牛奶，促进乳酸菌在鸡蛋液中生长的作用。

董开发等[25]以保加利亚乳杆菌（Lactobacillus bugaricus）和嗜热链球菌（Streptococcus thermophilus）作为发酵剂，发现鸡蛋清和蛋黄混合后的鸡全蛋液中存在有活力的溶菌酶，可以导致实验用的乳酸菌对牛乳的凝乳能力推迟2h；二段杀菌法可以有效地使鸡全蛋液中溶菌酶失活94%，因此可以促使乳酸菌在鸡全蛋液中生长。