天然抑菌剂：新型微生物源天然食品防腐剂及其抑菌性能_吴京平

Dieulevenx 于 1998 年首次报道其抑菌机理， 并在进 一步研究苯乳酸对不同生长期菌体的作 用 时 发 现， 抑菌性能与细胞的生长周期无关， 故以此 推 测 苯 乳 而 在 细 胞 壁 上， 可见与 酸的 作 用 位 点 不 是 细 胞 膜， 溶菌 酶 的 抑 菌 机 制 较 相 似 。 Strom 等 于 2005 年 研 究苯乳酸对 丝 状 真 菌 A. nidulans 蛋 白 质 组 学 的 影 响， 发 现 苯 乳 酸 改 变 了 其 蛋 白 质 的 表 达， 推测苯乳 酸可能的作 用 位 点 之 一 是 真 菌 细 胞 中 的 苯 丙 氨 酸 该酶催化苯丙氨酸脱氢产生嘧啶 以 合 成 核 脱氢酶， 苷， 根据是苯乳酸与苯丙氨酸脱氢酶的一 般 底 物 相 似而产生抑制 4. 3
［ 67］ ［ 56］
。
。
3
3. 1
聚赖氨酸 （ ε -poly-lysine ， ε -PL ）
理化特性 聚赖氨酸是一类由 25 30 个 L-赖氨酸中 ε -氨 结 构 式 为：
基和 α -羰基通过 酰 胺 键 结 合 而 成 的 直 链 状 多 聚 氨 基 酸， 其 分 子 H ［ HN （ CH 2 ） 4 CH CH ］ ε -PL 为 淡 n OH ，
New Natural Microbial Food Preservatives and Their Antibacterial Action
WU Jing-ping
（ Normal College of Beijing Union University ， Beijing 100011 ，China ）

NH 2
［ 10 ］
黄色粉末， 吸 湿 性 强， 略 有 苦 味， 易 溶 于 水， 微溶于 不溶于乙醚 、 乙酸乙酯等有机溶剂 乙醇， 。它不 受 pH 值 影 响， 热 稳 定 性 高 。 分 子 量 在 3 600 4 300 之间的 ε -PL 抑菌活性最好， 分子量低于 1 300 则失去抑菌活性 。 其抑菌 的 最 适 pH 值 为 5 8， 即 在中性或微 酸 、 微 碱 性 环 境 中 均 有 较 强 的 抑 菌 性， 而在酸性和碱性条件下， 抑菌效果不 太 理 想 。 由 于 聚 赖 氨 酸 是 混 合 物， 所 以 没 有 固 定 的 熔 点， 高于 250ħ 开 始 软 化 分 解 。 其 红 外 光 谱 特 征 显 示： 在 1 680 收峰 。 3. 2 抑菌机制 ε -PL 呈高聚合多价阳离子状态， 抑菌机理主要 1 640 cm － 1 和 1 580 1 520 cm － 1 处 有 强 吸
DOI:10.16255/j.cnki.ldxbz.2011.01.002
2011 年 3 月 第 25 卷第 1 期总 83 期 北京联合大学学报（ 自然科学版） Journal of Beijing Union University （ Natural Sciences ） Mar. 2011 Vol. 25 No. 1 Sum No. 83
［ 34］
6 活
7， pH = 3 时能耐受 100ħ 加 酸性溶液中较稳定，
［ 8］
热 40 min ， 而在 pH = 7 时 100ħ 加热 10 min 就会失 。 抑菌机制 溶菌酶具有 水 解 球 菌 细 胞 中 肽 聚 糖 的 特 殊 作 用， 能 够 溶 解 许 多 细 菌 的 细 胞 膜， 使细胞膜的糖蛋 白类加水 发 生 分 解 而 引 起 溶 菌 现 象 。 它 具 有 选 择 性分解微生物的细胞壁， 而不作用于其他 物 质 的 优 点 。 溶菌酶仅对细菌 、 酵母菌和霉菌的 细 胞 壁 具 有 破坏作用， 可以使细胞壁中的糖苷键 、 肽 键 等 断 裂， 主要作用于 N-乙酰胞壁酸（ NAM ） 与 N-乙酰葡萄糖 1， 4 糖 苷 键， 重新构成一种多 胺（ NAG ） 之 间 的 β 糖 。 这种多糖是细菌细胞壁的主要成 分， 它经过溶 菌酶的作 用 后， 使细胞因渗透压不平衡而引起破 裂， 最后导致细胞溶解而死亡 2. 3 抑菌特性 溶菌酶是一种良 好 的 抑 菌 蛋 白， 按其作用于微 即细菌细胞壁溶解酶 、 生物的种类不同可分为 3 类， 酵母菌细胞壁溶解酶和霉菌细胞壁溶解酶 。 其对革 兰氏阳性菌 、 好 气 性 孢 子 形 成 菌、 枯 草 杆 菌、 地衣型 芽孢杆菌等均有良好的抗 菌 能 力， 尤其对溶壁微球 菌的溶菌能力最强 。 溶菌酶本身是一种无毒 、 无害 、 安全性很高的蛋白质， 且具有一定的保健作用 。
。
2
2. 1
溶菌酶 （ Lysozyme ）
理化特性 溶菌酶（ 胞 壁 质 酶 或 N-乙 酰 细 胞 质 聚 糖 水 解
酶） 是一种专 门 作 用 于 微 生 物 细 胞 壁 的 水 解 酶， 多 存在 于 哺 乳 动 物 的 乳 汁 、 体 液 和 禽 类 蛋 白 中， 植物 和微生物 中 也 存 在 。 溶 菌 酶 为 白 色 或 微 黄 色 结 晶 体或 无 定 形 粉 末， 是 一 种 比 较 稳 定 的 碱 性 蛋 白 质， 含有 129 个氨 基 酸， 相 对 分 子 质 量 为 14 300 ， 易溶 于水， 不 溶 于 丙 酮 及 乙 醚， 遇 丙 酮、 乙醇易产生沉 淀， 等电点 10. 5 11. 0 ， 最适温度 50ħ ， 最适 pH 值
Abstract ： The natural food preservatives in common source is classified into botanic ，animal and microbial of natural food preservative. The microbial preservatives are favored more and more by people because of its superiority. The five new productions of natural food preservatives from physical and chemical properties ，antibacterial mechanism and antibacterial action were summarized in order to provide evidence for the research and development of new typical ，safety and high effective natural microbial food preservatives. Key words ： natural microbial food preservatives ； physical and chemical properties ； antibacterial mechanism ； antibacterial action 以及某些酵 母 菌 、 真 菌、 食用菌和聚赖氨酸等
［ 收稿日期 ］ 2010 － 10 － 12
1
1. 1
乳酸链球菌肽 （ Nisin ）
理化特性 乳酸链球菌肽 （ Nisin ） 又 称 乳 酸 链 球 菌 素 或 乳
球菌肽， 是经蛋白质发酵提取的一种多肽 抗 菌 素 物 质 。 Nisin 一般 为 可 流 动 的 白 色 或 灰 白 色 粉 末， 易 在水中的溶解度约为 49. 0 mg / L ， 溶于酸性介质中，
［ 9］
2. 2
。
抑菌机制 乳酸菌素抑菌的精确机制目前虽 未 完 全 清 楚，
但基本可以 认 为 Nisin 与 敏 感 细 胞 细 胞 膜 （ 靶 细 胞 膜） 的相互作 用 是 抑 菌 的 关 键 点， 而孔道的形成则 Nisin 与 膜 的 是 Nisin 作用的主 要 方 式 。 研 究 显 示， 相互作用受到膜脂质种类的制约， 本质上受 控 于 静 电作用 。 带大量 正 电 荷 的 C 端 是 最 初 与 阴 性 脂 相 互结合的位点 。 Nisin 与 细 菌 膜 通 过 结 合 、 插 入、 孔 道等多步 过 程 形 成 孔 道 复 合 物， 耗散质子动力势 （ PMF ） 成分， 终 止 细 胞 的 一 系 列 能 量 反 应， 导致细 氨基酸 、 离子等小分子溶质 迅 速 渗 漏， 引 胞内 ATP 、 起膜内外能差的消失， 直接或者通过对其它 细 胞 毒 素的敏化 作 用 引 起 细 胞 的 死 亡 。 孔 道 的 形 成 与 敏 “偶合分子基团 ” 感细胞膜表面的 有关， 是一个非选 （ bar择性 、 短暂 的 、 规 格 离 散 的 多 态 孔， 有“桶 板 ” “楔入 ” （ wedge ） 两种模式 rel-stave ） 和 1. 3 抑菌特性 Nisin 能 够 抑 制 大 部 分 革 兰 氏 阳 性 菌 （ 如 乳 杆 菌、 微球菌 、 葡萄球菌 、 肠球菌和链球菌属等） 的生长 和繁殖， 还包括对产芽孢杆菌（ 如肉毒芽孢杆菌） 、 耐 热腐败菌（ 如嗜热脂肪芽孢杆菌） 、 生孢梭菌等的抑 制作用 。 一般情况 对 革 兰 氏 阴 性 菌 基 本 不 起 作 用， 但在某些特定条件下， 如加热 、 冷冻 、 降低 pH 值和经 EDTA 及其他表面活性剂处理， 即对外膜破裂的革兰 氏阴性菌（ 如沙门氏菌 、 大肠杆菌 、 假单胞菌等） 也有 致死作用 。 通常对酵母菌和霉菌无效
［ 12］
0
引言
随着食品工 业 的 快 速 发 展 以 及 人 们 对 食 品 安
。
开发研制来 自 微 生 物 的 天 然 食 品 防 腐 剂 是 寻 求 新 型防腐剂应用于食品工业的重要方向， 具有广阔的 发展前景 。
天然食品防腐剂的研究与 开 发 已 全性要求的提高， 成为食品工业的研究热点之一， 也是今后防 腐 剂 发 展的主要 方 向 。 天 然 食 品 防 腐 剂 按 其 来 源 的 不 同 可分为植物源天然防腐剂 、 动物源天然防腐 剂 以 及 微生物源天然防腐剂等类型， 其中微生物源 防 腐 剂 又常被称 为 生 物 抗 菌 剂 。 现 已 从 微 生 物 中 得 到 的 天然防腐剂有细菌素类的乳酸菌素和小菌 素 、 放线 霉菌类的米曲霉发酵产生 的 曲 酸 菌类的纳他霉素 、
［ 作者简介 ］ 吴 京 平 （ 1957 — ） ， 女， 北 京 市 人， 北京联合大学师范学院副教授， 研究方向为有机化学、 食品添加剂和生 物技术等 。
56
北京联合大学学报（ 自然科学版）
2011 年 3 月
溶解度随 pH 值的 下 降 而 升 高， 在中性及碱性条件 下几乎不 溶 解 。 其 生 物 活 性 随 着 碱 性 的 增 强 而 减 弱 。 Nisin 在 天 然 状 态 下 主 要 有 Nisin A 和 Nisin Z N-末 端 两种存在形式， 结构中均含有 34 个 氨 基 酸， C-末 端 为 赖 氨 酸， 为异亮氨酸， 经硫醚键构成 5 个 内环， 其分子组成为 C 134 H 228 N 42 O 32 S 3 ，相对分 子 量 为 3. 51 kD 1. 2
Biblioteka Baidu
新型微生物源天然食品防腐剂及其抑菌性能
吴京平
（ 北京联合大学 师范学院，北京 100011 ）
［ 摘
要 ］ 天然食品防腐剂按其来源不同可分为植物源天然防腐剂 、 动物源天然防腐剂以及 微
越来越受到人们的 生物源天然防腐剂等类型 。 天然微 生 物 源 食 品 防 腐 剂 由 于 其 本 身 的 优 越 性 ， 溶 菌 酶、 聚 赖 氨 酸、 苯乳酸及曲 青睐 。 主要对 5 种新型 微 生 物 源 天 然 食 品 防 腐 剂 （ 即 乳 球 菌 肽 、 酸 ） 的理化特性 、 抑菌机制和抑菌特 性 等 进 行 了 概 括 和 论 述 ， 旨 在 为 我 国 新 型、 安 全、 高效微生物 源天然食品防腐剂的研究和开发提供参考 。 ［关键词 ］ 微生物源天然食品防腐剂 ； 理化特性 ； 抑菌机制 ； 抑菌特性 ［中图分类号 ］ TS 201. 3 ［ 文献标志码 ］ A ［文章编号 ］ 10050310 （ 2011 ） 01005504
第 25 卷第 1 期
吴京平：新型微生物源天然食品防腐剂及其抑菌性能
57
表现在对微生物细胞膜结构的破坏， 从而引 起 细 胞 的物 质 、 能 量 和 信 息 传 递 中 断， 还能与细胞内的核 糖体结合影响生物大分子的合成， 最终导致 细 胞 的 死亡
［ 10 ］
4. 2
抑菌机制 目前关 于 苯 乳 酸 抑 菌 机 理 的 研 究 报 道 较 少，