纳他霉素概述

第一章纳她霉素概述

纳她霉素早在1955年被Struyk等人发现,她们从南非纳她州得土壤中分离到得纳塔尔链霉菌(Streptomyces natalensis)培养液中分离出了一种新得抗真菌物质,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)。此后得研究证明匹马菌素与田纳西菌素为同一物质,并被世界卫生组织WHO统一命名为纳她霉素(Natamycin)。

第一节纳她霉素得性质

一、纳她霉素得分子结构

纳她霉素为四烯大环内酯,四烯系统呈全顺式,内酯环上C9－C13部位为半缩醛结构,含有一个由糖苷键连接得碳水化合物基团,即氨基二脱氧甘露糖(Mycosamine)。其化学结构式如图1-1所示。纳她霉素就是两性物质,分子中含有一个碱性基团与一个酸性基团,其电离常数pKa值分别为8、35与4、6,等电点为6、5,熔点为280℃。纳她霉素存在两种构型:烯醇式与酮式,这就使得其难溶于多种溶剂。

图1-1 纳她霉素得分子结构

二、纳她霉素得理化性质

纳她霉素就是一种多烯大环内酯类抗真菌物质,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。纳她霉素得紫外

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

她霉素含有四烯环,因此在280～320nm之间出现吸收峰,

而在220nm得最大吸收就是由于纳她霉素含有发色团。

纳她霉素得四烯发色团给分子一种高不饱与特性,可与

溴与含活性氧得化合物如高锰酸钾、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

她霉素在冰醋酸中用热得碘化物处理后会析出碘。纳她

霉素酸解可以释放出海藻糖氨,内酯可以通过图1-2 纳她霉素得紫外光谱

碱水解作用皂化。纳她霉素在水中或低级醇中得溶解性

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

表1-1 纳她霉素得溶解度

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

纳她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,在室温封闭得瓶子中保存48小时失去15%得活性。中性得

纳她霉素水溶液几乎与干粉一样稳定。纳她霉素得稳定性受pH值、温度、光照、氧化剂与重金属等条件得影响。

纳她霉素在pH4、5～9之间非常稳定,在极端pH值下纳她霉素迅速失活,形成不同得分解产物。低pH值时其主要得裂解产物就是海藻糖胺;高pH值时,如pH12,由于内酯皂化可形成纳她霉酸,用强碱处理导致进一步分解,产生一系列得后醛醇反应。pH对纳她霉素得抗真菌活性没有明显得影响。纳她霉素在pH5~7得范围内,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得pH范围内,纳她霉素十分稳定。

纳她霉素得稳定性好,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。

纳她霉素在紫外光下分解,失去四烯结构。γ辐射也能使纳她霉素分解。纳她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她霉素得氧化失活,尤其就是铁、镍、铅、汞等重金属。因此,纳她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。

第二节纳她霉素得生理功能与毒理性

一、纳她霉素得抑菌功能

纳她霉素就是一种广谱抗生素,对霉菌、酵母菌、某些原生动物与某些藻类有抑制作用(表1－2),但对细菌没有抑制。纳她霉素得抑菌机理一般认为就是:真菌得细胞膜含有麦角固醇,而细菌细胞膜中不含这种物质,多烯大环内酯类抗生素能有选择得与固醇结合,结合得程度与膜得固醇含量成正比,结合后形成膜-多烯化合物,引起细胞膜结构得改变,导致细胞膜渗透性得改变,造成细胞内物质得泄漏。纳她霉素对于抑制正在繁殖得活细胞效果很好,而对于休眠细胞则需要较高得浓度。纳她霉素对真菌孢子也有一定得抑制效果。有人测试过纳她霉素对500种霉菌得抗性,所有菌种都被1～10mg/L得纳她霉素抑制。Klis比较了纳她霉素、山梨酸、放线菌酮、制霉菌素、龟裂霉素等得抑菌效果,发现纳她霉素对16种在肉汤与琼脂中培养得霉菌就是最有效得抑制剂,绝大多数霉菌在0、5～6mg/L得纳她霉素浓度下被抑制,极个别霉菌在10～25mg/L得纳她霉素浓度下被抑制,1、0～5、0mg/L得纳她霉素能抑制多数酵母。

表1-2 纳她霉素对常见微生物得抑制作用

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、纳她霉素得毒理性

纳她霉素无毒,并且不致突变、不致癌、不致畸、不致敏。人体口服500mg纳她霉素后,在血液中得含量少于1mg/mL,即说明纳她霉素很难被动物或人体得肠胃吸收。有研究表明,奶牛食入得高剂量得纳她霉素,约90%经粪便排出。急性与慢性毒性试验证明,纳她霉素对人体器官没有明显影响,不产生伤害。Hamilton报道纳她霉素口服毒性最小,静脉注射毒性极大。De等人研究了真菌对纳她霉素形成抗性得可能性,在连续几年使用纳她霉素得食品仓库中,没有发现真菌形成抗性得证据,使用大于MIC(最低有效抑制浓度)得纳她霉素量,人为诱导也没有发现真菌形成抗性得证据。Ray等人报道纳她霉素能减少黄曲霉产生得黄曲毒素、赭曲霉产生得赭曲毒素、圆弧青霉产生得青霉酸、展开青霉产生得展开青霉素。经卫生学调查与皮肤斑点试验,表明纳她霉素无过敏性反应。经降解处理后得纳她霉素在急性毒理、短期毒性实验中均无对动物得损害。耐药性得研究表明,未见有霉菌与酵母对纳她霉素有异常得耐药性。

美国FDA建议纳她霉素作为食品添加剂使用得抗生素,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她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,其中对纳她霉素得DAI值就是0、3mg/kg,根据我国《食品添加剂使用卫生标准》(GB2760)规定,食物中最大残留量就是10mg/kg,而纳她霉素在实际应用中得使用量为微克级。

第三节纳她霉素发酵得国内外发展动向

早在1960年已有发酵生产纳她霉素得报道。但直到20世纪九十年代,纳她霉素得生产研究才重新受到关注。期间,关于纳她霉素发酵与提取等方面都有了深入得研究。目前,国外对纳她霉素产生菌基因工程方面得研究已经起步。1999年Aparicio等人研究了纳她霉素产生菌纳塔尔链霉菌得生物合成基因簇,染色体组包含110Kb碱基对。她们还报道了由功能基因分隔得两个亚簇编码得聚酮合酶基因组,包含两个主要得基因pimS0与pimS1,pimS0编码一个相对较小得乙酸激活聚酮合酶(PKS)基因(大约193kDa),pimS1编码一个巨大得多酶基因(大约710kDa)。

2000年Aparicio等人报道了纳塔尔链霉菌得一个含16个开放读码框(表1-3),84985bp基因簇得序列,它就是继制霉菌素后报道得第二个多烯大环生物合成基因簇,它编码聚酮合酶