纳他霉素概述

第一章纳他霉素概述

纳他霉素早在1955年被Struyk等人发现，他们从南非纳他州的土壤中分离到的纳塔尔链霉菌（Streptomyces natalensis）培养液中分离出了一种新的抗真菌物质，当时称为Pimaricin（匹马菌素）；4年后美国人Burns等从土壤中分离到了一株恰塔努加链霉菌Streptomyces chattanoogensis，并从其培养物中分离到了Tennecetin（田纳西菌素）。此后的研究证明匹马菌素和田纳西菌素为同一物质，并被世界卫生组织WHO统一命名为纳他霉素（Natamycin）。

第一节纳他霉素的性质

一、纳他霉素的分子结构

纳他霉素为四烯大环酯，四烯系统呈全顺式，酯环上C9－C13部位为半缩醛结构，含有一个由糖苷键连接的碳水化合物基团，即氨基二脱氧甘露糖（Mycosamine）。其化学结构式如图1-1所示。纳他霉素是两性物质，分子中含有一个碱性基团和一个酸性基团，其电离常数pKa值分别为8.35和4.6，等电点为6.5，熔点为280℃。纳他霉素存在两种构型：烯醇式和酮式，这就使得其难溶于多种溶剂。

图1-1 纳他霉素的分子结构

二、纳他霉素的理化性质

纳他霉素是一种多烯大环酯类抗真菌物质，呈白色

或乳白色结晶粉末，含3个结晶水，几乎无臭无味。分

子式为C33H47NO13，分子量为665.75。纳他霉素的紫外光

谱如图1-2所显示，分别在290nm、303nm、318nm处有

强吸收峰，280nm处有峰肩，220nm处有宽峰。由于纳他

霉素含有四烯环，因此在280～320nm之间出现吸收峰，

而在220nm的最大吸收是由于纳他霉素含有发色团。纳

他霉素的四烯发色团给分子一种高不饱和特性，可与溴

和含活性氧的化合物如高锰酸钾、高硫酸盐及过氧化物

相互作用；另一方面，它以环氧族形式保持弱氧化性，

纳他霉素在冰醋酸中用热的碘化物处理后会析出碘。纳

他霉素酸解可以释放出海藻糖氨，酯可以通过图1-2 纳他霉素的紫外光谱

碱水解作用皂化。纳他霉素在水中或低级醇中的溶解性

随着pH的降低或升高而增加，中性时溶解度最低，而在pH低于3或高于9时溶解度增大。纳他霉素在各种常见溶剂中的溶解度如表1-1所示。

表1-1 纳他霉素的溶解度

溶剂溶解度%

水0.005~0.01

乙醇0.01

乙醇80%+水20% 0.07

甲醇 3.3

丙二醇 1.4~2.0

甘油 1.5

二甲基亚砜 5.0

冰醋酸18.5

纳他霉素干粉在避光避潮下较稳定，室温下保存几年只有很小一部分失活。其三水合物同样稳定，但其无水形式不稳定，在室温封闭的瓶子中保存48小时失去15%的活性。中性的纳他霉素水溶液几乎和干粉一样稳定。纳他霉素的稳定性受pH值、温度、光照、氧化剂和重金属等条件的影响。

纳他霉素在pH4.5～9之间非常稳定，在极端pH值下纳他霉素迅速失活，形成不同的分解产物。低pH值时其主要的裂解产物是海藻糖胺；高pH值时，如pH12，由于酯皂化可形成纳他霉酸，用强碱处理导致进一步分解，产生一系列的后醛醇反应。pH对纳他霉素的抗真菌活性没有明显的影响。纳他霉素在pH5~7的围，30℃储存三周，其活性仍保持100%，pH3.6时保持大约85%，pH9.0时大约为75%，但在大部分食品所在的pH围，纳他霉素十分稳定。

纳他霉素的稳定性好，50℃放置几天或100℃短时处理，其活性几乎无损失。120℃条件下加热不超过1h仍能保持部分活性。

纳他霉素在紫外光下分解，失去四烯结构。γ辐射也能使纳他霉素分解。纳他霉素不宜与氧化剂如过氧化氢、漂白粉等接触，否则抑菌活性会明显下降。一些金属离子可以促进纳他霉素的氧化失活，尤其是铁、镍、铅、汞等重金属。因此，纳他霉素适宜存放在玻璃、塑料或不锈钢容器中，也可以添加EDTA或聚磷酸盐来防止失活。

第二节纳他霉素的生理功能和毒理性

一、纳他霉素的抑菌功能

纳他霉素是一种广谱抗生素，对霉菌、酵母菌、某些原生动物和某些藻类有抑制作用（表1－2），但对细菌没有抑制。纳他霉素的抑菌机理一般认为是：真菌的细胞膜含有麦角固醇，而细菌细胞膜中不含这种物质，多烯大环酯类抗生素能有选择的和固醇结合，结合的程度与膜的固醇含量成正比，结合后形成膜-多烯化合物，引起细胞膜结构的改变，导致细胞膜渗透性的改变，造成细胞物质的泄漏。纳他霉素对于抑制正在繁殖的活细胞效果很好，而对于休眠细胞则需要较高的浓度。纳他霉素对真菌孢子也有一定的抑制效果。有人测试过纳他霉素对500种霉菌的抗性，所有菌种都被1～10mg/L的纳他霉素抑制。Klis比较了纳他霉素、山梨酸、放线菌酮、制霉菌素、龟裂霉素等的抑菌效果，发现纳他霉素对16种在肉汤和琼脂中培养的霉菌是最有效的抑制剂，绝大多数霉菌在0.5～6mg/L的纳他霉素浓度下被抑制，极个别霉菌在10～25mg/L的纳他霉素浓度下被抑制，1.0～5.0mg/L的纳他霉素能抑制多数酵母。

表1-2 纳他霉素对常见微生物的抑制作用

微生物名称MIC（mg/L）

梨头霉菌25.0

链格孢菌10.0

黑曲霉 5.0

灰质葡萄孢菌 1.0

镰刀菌10.0

蜂毛霉菌 5.0

乳念珠菌10.0

指状青霉菌 5.0

膨大青霉菌10.0

青霉菌 1.0

根霉菌 5.0

细小红色根隐球菌 5.0

啤酒酿酒酵母菌 5.0

镰刀麦角菌 3.0

红色凸孢子菌 5.0

伯克力孢子酿酒酵母 5.0

酒香酵母菌 1.5

白色念珠菌 1.5~2.0

吉利蒙氏念珠菌 3.00

维尼氏念珠菌 1.00

多形汉逊氏酵母菌 1.00

针峰状克勒克氏酵母菌 3.00

贝尔氏酿酒酵母菌 1.00

拜也努氏酿酒酵母菌 1.00

啤酒酿酒酵母菌（8021） 2.50

啤酒酿酒酵母椭圆形变种 2.50

少孢酿酒酵母 2.50

路德维希氏酿酒酵母菌 2.50

鲁氏酿酒酵母菌 5.00

萨克氏酿酒酵母菌 5.00

念珠样串酵母菌 2.00

凝聚孔串酵母菌 3.00

二、纳他霉素的毒理性

纳他霉素无毒，并且不致突变、不致癌、不致畸、不致敏。人体口服500mg纳他霉素后，在血液中的含量少于1mg/mL，即说明纳他霉素很难被动物或人体的肠胃吸收。有研究表明，奶牛食入的高剂量的纳他霉素，约90%经粪便排出。急性和慢性毒性试验证明，纳他霉素对人体器官没有明显影响，不产生伤害。Hamilton报道纳他霉素口服毒性最小，静脉注射毒性极大。De等人研究了真菌对纳他霉素形成抗性的可能性，在连续几年使用纳他霉素的食品仓库中，没有发现真菌形成抗性的证据，使用大于MIC(最低有效抑制浓度)的纳他霉素量，人为诱导也没有发现真菌形成抗性的证据。Ray等人报道纳他霉素能减少黄曲霉产生的黄曲毒素、赭曲霉产生的赭曲毒素、圆弧青霉产生的青霉酸、展开青霉产生的展开青霉素。经卫生学调查和皮肤斑点试验，表明纳他霉素无过敏性反应。经降解处理后的纳他霉素在急性毒理、短期毒性实验中均无对动物的损害。耐药性的研究表明，未见有霉菌和酵母对纳他霉素有异常的耐药性。

美国FDA建议纳他霉素作为食品添加剂使用的抗生素，还被归类为GRAS产品之列。我国于1996年由食品添加剂委员会对纳他霉素进行评价并建议批准使用，现已列入食品添加剂使用标准，其商品名称为霉克（NatamaxinTM）。美国CFR编码：21CFR172.155，其中对纳他霉素的DAI值是0.3mg/kg，根据我国《食品添加剂使用卫生标准》（GB2760）规定，食物