鱼精蛋白的研究与开发

鱼精蛋白的研究与开发
在食品工业中，防腐剂是最重要的食品添加剂之一。

化学合成防腐剂如苯甲酸及其钠盐、山梨酸及其钾盐等仍是目前食品工业中大量使用的防腐剂，但由于这些防腐剂在使用时添加量较大，对食品的色香味等产生不良的影响，：并且具有相当大的生理毒性，在食品中的应用受到限制。

因此，开发新型、高效、低毒的天然食品防腐剂逐渐成为研究的热点。

目前，国内外已，k人一些植物动物或采用微生物发酵法生产和开发出天然防腐剂，鱼精蛋白就是其中的一种。

鱼精蛋白也称为精蛋白，是一种碱性蛋白质，存在于许多鱼类的精细胞中，常与DNA结合在一起，形成核甙鱼精蛋白。

由于其生化组成的特点，鱼精蛋白不仅具有促使细胞发育繁殖的作用，而且一旦将其分离出来，就能有效抑制多种食品腐败菌的生长和繁殖，同时，它还具有降血压、促消化、抗菌消毒、抑制肿瘤的生长、治疗糖尿病等多种作用。

在医学领域里，鱼精蛋白也得到了广泛应用，它可延迟或阻止胰岛素释放，或作为肝素解毒剂等“。

鱼精蛋白作为一种新型的食品防腐剂，因其具有很高的卫生安全性，正日益受到食品加工业的广泛关注。

1 鱼精蛋白的基本特性
自1937年McClean口报道了鱼精蛋白具有抑菌活性以来，Miller等于1942年、Negroni和Fisher等于1944年研究发现鱼精蛋白具有阻止细菌生长的功能。

从二十世纪八十年代后期开始，鱼精蛋白作为一种化学防腐剂的替代品出现在食品添加剂行列。

鱼精蛋白是一种多聚阳离子肽，其分子量小，通常在一万以下，一般由30个左右的氨基酸组成，其中2／3以上是精氨酸，等电点为10～12，可溶于水和稀酸，加热不凝固。

按其氨基酸的组成，这些鱼精蛋白大致分为以下三类：(1)单鱼精蛋白(Monoprotamine)：碱性氨基酸只有精氨酸一种，这一类有鲱精蛋白，鲭鱼的鲭精蛋白，虹鳟鱼的精蛋白等；
(2)双鱼精蛋白(Diprotamine)：碱性氨基酸含有精氨酸和组氨酸与赖氨酸的一种，这一类有鲤鱼的鲤精蛋白；(3)三精蛋白：此类鱼精蛋白含有全部3种碱性氨基酸，如鲟精蛋白。

目前，国内外大多数学者认为鱼精蛋白并不是单一成分，而是由相互非常类似的数种组分组成的混合物。

国外一些学者在研究鱼精蛋白时，也发现鱼精
蛋白是经过组蛋白一中间蛋白一精蛋白这一过程转变而来，并且发现中间蛋白有两种结构异构体，这可能就是鱼精蛋白分子结构中含有两种或更多组分的原因。

2 鱼精蛋白的制备
鱼精蛋白存在于雄性个体的精巢组织中，是在精子成熟过程中代替组氨酸的。

不同鱼的鱼精蛋白的提取分离方法稍有差异，一般终产物为鱼精蛋白的无机盐。

鱼精蛋白的提取工艺一般先用一定浓度的氯化钠或柠檬酸溶液匀浆破细胞，然后分离得到核蛋白或细胞核组分，再用硫酸进行两次抽提，抽提液经真空过滤，滤液用95％Z醇沉淀，离心分离，重复操作后，适量热水溶解沉淀物，用1M NaC1调pH9—10，离心，上清液用95％乙醇沉淀，离心，沉淀再溶于热水中，用10％硫酸调pH5—6，再用乙醇沉淀，离心，沉淀用丙酮洗两次，乙醚洗涤一次，真空干燥后就可得到鱼精蛋白。

鱼精蛋白在提取分离过程中易混入其它物质如核酸、杂蛋白等，可采用葡聚糖凝胶柱层析法纯化。

如将Sephadex G一25按常规处理后装柱( 2．6 x 50cm)，用0．1 molfl~KC1—0．05mol／L t6s—HC1洗脱液(pH7。

5)洗脱，鱼精蛋白溶液浓度为10 20mg／ML，280nm紫外检测，收集活性组分。

纯化后的鱼精蛋白可采用SDS一聚丙烯酰氨凝胶电泳法对其进行鉴定，纯度高的鱼精蛋白经电泳、染色和脱色后，在凝胶上呈单一谱带。

3 鱼精蛋白的抑菌特性
3．1 鱼精蛋白的抑菌作用
鱼精蛋白具有广谱抑菌潘I生，能抑制枯草杆菌、巨大芽孢杆菌、地衣形芽孢杆菌等的生长，对革兰氏阳性菌、酵母、霉菌也具有明显抑制效果。

Miller等人研究了鱼精蛋白对几种革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的抑菌效果，发现革兰氏阳性菌对鱼精蛋白特别敏感，而对革兰氏阴性菌几乎没有作用。

王南舟等人研究了鲑精蛋白对6株细菌、3株霉菌和2株酵母的抗菌特性，结果显示鲑精蛋白对这些菌株均有很强的抑制作用，尤其对霉菌、酵母的抑制作用更强”。

鱼精蛋白还能抑制好气性细菌孢子发芽后的发育，若与加热灭菌法并用，则效果更好，而且能有效地抑制肉毒梭状芽孢杆菌中的A型、
B型及E型菌的发育。

鱼精蛋白以游离型和盐类型两种形式存在，游离型的抗菌效果比盐类型更显著，但稳定性不如后者，因而在高温处理时盐类型的活I生比游离型高。

对各种微生物来说，因菌种与I 生状差异，鱼精蛋白的最小抑制浓度(MIC)也不同。

3．2 鱼精蛋白的抑菌机理
最早提出鱼精蛋白抑菌机理的是Miller等人，他们认为鱼精蛋白对革兰氏阴性菌的呼吸系统有抑制作用，从而能够抑制细菌的生长
p 。

后来的研究发现，鱼精蛋白的抑菌功能可能与其是一种多聚阳离子肽有关。

由于精氨酸是一种含有胍基的碱性氨基酸，带正电，正是由于这些带有正电荷的胍基的大量存在，多聚阳离子肽一鱼精蛋白会与细胞壁上带负电的胞壁酸或是与细胞膜上带负电的磷脂
产生静电作用，这种作用的结果破坏了细胞壁或细胞膜的通透性，从而抑制了细菌的生长。

Arden等认为，从分子组成上看，精蛋白为多阳离子肽，而非两亲性质，故其无法插人细胞膜内形成膜通道，所以也不会引起细胞的溶解或改变细胞膜的透I生。

其作用机理是抑制了线粒体电子传递系统中的一些特定成分，从而抑制了细胞的新陈代谢，因为经鱼精蛋白处理后，发现细胞ATP含量降低，氨基酸的转运受到抑制，这就表明产生质子动力的能力受损，这可能是精蛋白与细胞膜上带负电的分子发生静电作用，定位于膜表面，与膜中那些涉及营养运输或生物合成系统的蛋白质作用，使那些蛋白的功能受损，从而最终使细胞的新陈代谢功能丧失而使细胞死亡。

钟立人等认为鱼精蛋白主要是以分子中多聚精氨酸或多聚精氨酸与其它少数几个氨基酸以某一种结构或形式和细菌细胞壁结合，破坏细胞壁的形成，从而达到其抑菌效果㈣。

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3．3 影响鱼精蛋白抑菌活性的因素
3．3．1 t温度和时间
加热后鱼精蛋白抗菌潘眭会增强。

因此加入鱼精蛋白后食品经过加热处理，其保存性显著提高，但这一现象仅限于蛋白质含量低的食品，而在豆奶、水产糜制品等蛋白质含量高的食品中效果却不明显。

一般来说，在5—50℃的温度下，加入食品中的鱼精蛋白在90min 内其抗菌活性无显著差异，而在120cI=时鱼精蛋白仍具抗菌眭能，
故温度和时间对鱼精蛋白抑菌作用的影响不明显。

3．3．2 pH
鱼精蛋白的抗菌活性，在食品环境的pH值为6．0以上时有明显的效果，随着pH值的增加活性增强，但在pH值为5．0以下时其抗菌效果微弱。

因此鱼精蛋白适用于碱性食品的防腐保存，而不太适于酸性食品的防腐保存。

如在pH6—9的范围内，鱼精蛋白对金黄色葡萄球菌的MIC均小于500mg／kg，且随着pH
的升高MIC逐渐减小。

3．3．3 金属离子
食品中金属离子对鱼精蛋白抑菌效果的影响较大，起削弱鱼精蛋白抗菌能力的作用；金属离子的浓度越大，影响越大。

从不同类别的金属离子对鱼精蛋白的抗菌影响程度来看，同等浓度下二价金属盐类的菌残存率高于一价盐类。

一般当离子强度高于0．15 0．20 mol ／L时，枯草杆菌的存活率会加大，其中Ca、Mg离子比Na、K离子对鱼精蛋白抗菌性的影响大。

因此在盐用量较多的盐藏食品、发酵食品、钙镁强化食品或者矿物质丰富的食品中使用鱼精蛋白时必须慎重。

EDTA是一种金属离子螯合剂，它可以与溶液中的金属离子通过共价键相结合，消耗溶液中的金属离子，因而能增强鱼精蛋白的抗菌活性””。

3．3．4 有机成分·
食品中的碳水化合物、蛋白质、脂肪等有机成分几乎对鱼精蛋白的抑菌作用没有影响。

同一有机成分的不同浓度对鱼精蛋白的抗菌效果影响不大，但高浓度的蛋白有对鱼精蛋白抗菌性产生影响的倾向。

根据鱼精蛋白的生化特性，在含核酸、酸性多糖的食品(如海藻类食品)中使用鱼精蛋白时其抗菌效果相对较
低。

3．3．5 菌种及其生长状况
鱼精蛋白的抗菌性随微生物种类的不同而异。

对于同一种菌类，其所处的新陈代谢状况也会影响鱼精蛋白的效果，处于生长旺盛时期的菌类更易受鱼精蛋白的作用，而处于生长休眠期的菌类受到的影响要小。

此外，对于那些能合成蛋白水解酶的微生物来说，由于鱼精蛋白容易被水解分解，其对它们是不起作用的
4 鱼精蛋白的应用
鱼精蛋白作为一种天然食品防腐剂，不但抑菌范围广，热稳定性好，而且卫生安全，因而具有十分广阔的应用前景。

鱼精蛋白可有效延长鱼糜制品的保质期。

当鱼精蛋白的添加量为1％时，鱼糜制品在12℃下有效保存期为8天，而当添加量低于0．4％H,-j"，鱼糜制品在12℃下有效保存期仅为2天。

在一项米饭保存实验中，接种葡萄球菌及加入鱼精蛋白提取物于30℃保存比对照能明显延长保存期”。

在牛奶中添加0．05％鱼精蛋白，能在15℃下保存5 6天，而不添加鱼精蛋白的牛奶第4天就开始变质。

切面中添加了同样量的鱼精蛋白后可保存3 5天，对照组2天后就变质。

日本已成功地将鱼精蛋白作为食品防腐剂应用于饭团、乳油、马铃薯等食品的保藏和保鲜中。

如将鱼精蛋白制剂按0．3％添加乳蛋糕油中调匀，在30℃培养箱中放置96h，添加组的细菌数96h后为2．6×10 ，而对照组的细菌数48h后已超过10 ，可见鱼精蛋白有明显抑制细菌繁殖效果。

为了更好地发挥鱼精蛋白抑菌效果，可将其与甘氨酸、醋酸钠、乙醇、单甘油酯等并用，鱼精蛋白的抗菌性有相乘效果。

山梨酸(钾)为酸型防腐剂，pH6以下时防腐效果较好，而鱼精蛋白正好相反，pH6以上时抗菌效果明显。

若将二者并用，不但能够在较宽的pH值范围内具有抗菌效果，而且还能得到两者并用的复合抗菌效果。

如将0．08％鱼精蛋白与0．2％13_1梨酸钾混合使用可在pH4～10范围内抑制霉菌的生长。

由于鱼精蛋白对革兰氏阴性菌几乎不起作用，因此，可利用加热先杀死不耐热的革兰氏阴性菌，这样不但可降低杀菌温度、缩短杀菌时间，还不会破坏食品的色香味，尤其是维生素，从而提高食品的质量。

5 发展
鱼精蛋白自人们认识至今，研究者已对其制备、生化结构、功能性质以及应用等方面进行了广泛而又深入的研究，取得了很大成果。

鱼精蛋白在食品、医药上具有广泛的应用，其广谱、高效、安全的杀菌活性向我们展现了一条开发新型、理想的食品防腐剂途径。

虽然如此，但我们也应该清醒地认识到鱼精蛋白的研究还存在一些问题，如鱼精蛋白的抗菌机理还没有统一的认识；其提取、纯化等过程也较为复杂，大规模的工业化生产还受到限制。

这些问题的解决，需要其它科学技术的投入，更需要广大科研工作者不懈的努力。