某某公司天然肽类食品防腐剂的研究动态.PDF

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1、肉粪 工 业 天然肽类食品防腐剂的研究动态 李香春李洪军( 西南农业大学食品科学学院重庆4 0 0 7 1 6 ) 息报 道 摘要主要 舟绍天然肽类 防腐剂 、溶 菌酶 、昆虫抗菌肽 、Ni s i n和鱼精蛋 白的研究成果与 发展趋势 。 关键 词 肽类防腐剂 溶菌酶昆虫抗菌 肽Ni s i n ，鱼 精蛋白 国内外对食品防腐剂的合成 、筛选 、抗苗性能 苗增殖速度 其作用机理是杀菌。在食 品领域研究 和抗菌机理进行 了大量的实验研究 。在食 品中添加 是多的则是昆虫抗苗多肽 ( C e c rop i n ) 。 高浓度食盐 、食糖 、醋 ( 乙酸) 、乙醇或化学防腐 剂是人们保存食 品的

2、传统方法。但这些小分子食 品 成分可降低水分活度，使苗体蛋白变性 ，并影响和 改变细胞形态和细胞结构 ，其机理主要是使苗体脱 水 。由于添加量大 ，所 以通常会掩盖或破坏食 品自 然风味。为寻找保持食品固有色 、香、味的天然 防 腐剂进行 了长 期的研究 。主要 集中在研 究开发广 谱、高教 、低毒 、天然的食 品防腐剂。 1 天然防腐剂 的主要来源 1 1 植 物 性 天然 防腐 剂 Kn o b l o c h ( 1 9 9 8 )等对植物芳香精油 的抗菌性 能进行了研究 ，其抗菌性能则基于抗苗剂在菌体细 胞膜双磷脂层中的溶解度 ；而精 油中的类萜类降低 生物膜 的稳定性并 干扰能量代谢

3、的酶促反应。佐藤 昭子 ( 1 9 9 0 ) 、马慕英 ( 1 9 9 3 ) 、席屿芳等( 1 9 9 3) 研究 出大蒜 、洋葱 、生姜汁液 中辛辣组 份可抗青 、 绿霉菌。Ky u n g和 F l e mi n g( 1 9 9 4 )发 现不舍辛 辣 成分的白菜汁液在酸性条件下对乳酸菌有一定抑制 作用。H o f f ma n n等 ( 1 9 9 2 ) 曾报道植 物糖苷也 有 抗真菌活性。 日本 Mu r o i 和 Ku b o等人发现苹果中 最有效的抗菌 活性 物质 是 己稀醛 ，绿 茶中是 n e r o 1 e c l o l ，腰果中是漆树 酸。 1 2动 物性 天

4、然 防腐剂 近年来 人们发现经细菌、疫苗、某些化学物 质及超声波诱导处理后，昆虫体液内产生一些杀菌 的物质，其中有一类由数 十个氨基酸残基组成 ，称 为抗菌多肽。姜明等也从柞蚕中诱导出抗菌肽 ，在 p H 3 6 ，浓度 2 以上时 ，杀 菌速度大于大肠杆 4 4 2 0 0 2年第 4期 总第 2 5 2期 1 3 微 生物 防腐 剂 用发酵法生产溶菌酶作为食品防腐剂是成功先 例 N a k a mu r a 等人采用酶修饰法先后合成 了溶菌酶 一环糊精和溶苗酶一半乳甘露聚糖 ，这些糖蛋 白抗 菌活性 比溶 菌酶 更 高，还 具 有 良好 的乳 化性 能。 I b r a h i m 等合成

5、了脂酰基 溶菌酶 ，其抗菌性依脂肪 酸烷链增长 而提高。N o r ma n ( 1 9 9 4 )发现 乳酸链 球菌肚 ( n l s i n ) ，枯草杆菌 素 ( s u b t i l i n )等微 生物 抗菌肽中含有 的稀有氨基 酸及环肽结构是抗菌活性 的原因所在。 2 天然肽类防腐剂的研究 在天然防腐剂中 ，有一大类属肽类防腐剂由 于其安全无毒害，且对人体有一定营养保健作用而 受到人们广泛关注 ，成为防腐剂的研究热点 2 1 溶 菌酶 溶苗酶 L y s o z y me是一种专门作用于 细胞 壁的 水解酶 ，存在于人的唾液 、眼泪、蛋清、哺乳动物 乳汁、植物和微生物中。它对人体

6、安全无毒 ，无副 作用 ，且具多种营养与药理作用 ，所 以是一种安全 的天然防腐剂。 溶菌酶是一种 比较稳定的碱性蛋 白质 ，在酸性 条件下最稳定。在 p H 3时 能耐 1 0 0 加热 4 0 mi n ， 在 中性和碱性条件下耐热性较差 ，p H 7时 1 0 0 处 理 1 0 rai n就失活。研究最多 的鸡蛋清溶菌酶 由 1 2 9 个氨基酸残基组成 具有 4个二硫键 ，分子相对质 量为 1 4 0 0 0 ，最适 p H为 6 7最适温度为 5 O 目前发现的微生物溶菌酶大体有以下 5种。( 1 )内 一乙酰己糖胺酶 ，此酶可破坏细菌细胞 壁肽 聚糖 维普资讯 http:/ 肉

7、类 工 业 中的 口 一1 ，4糖苷键 。( 2 )酰胺酶 ，能切断细菌细 胞壁肽聚糖中 N AM 与肽 “ 尾”之问的 N 一 乙酰胞 壁酶一L _ I 丙氨酸键 。 ( 3 )内肽酶 ，使肽“ 尾”及 肽 “ 桥 ”内 的肽键 断裂。( 4 ) 1 ，3 、 l ，6 葡聚糖和甘露 聚糖酶 ，此 酶分解 酵母细胞 的细胞 壁。( 5 )壳多糖酶 ，分解霉菌细胞壁。因为革兰氏 阳性菌细胞壁几乎全部 由聚多糖组成，因此主要对 革兰氏阳性菌起作用。 2 2昆虫抗 菌肽 抗菌肽的一个 典型特征是在一个长的疏水 片段 后面连有 一个 强碱性 的 N一端 区域。昆虫抗菌 肽 ( C e c r o p

8、 i n )由 3 7个氨基酸残基组成 ，N端呈碱性 ， 带正电荷 ，亲水 ；C端酰胺化 ，中性或微酸性 ，不 带 电荷或少 量负 电荷 ，疏水。5 1 2位和 2 5 3 7 位构成 2个螺旋 区域。 抗菌肽的抗菌机理是在微生物细胞膜上形成通 道 ，引起细胞质溢流。关于通道形成的具体过程有 不同的几种假说 ，C h i s t e n s e n等认 为通 道的形成 可 分为 3个步聚 ：( 1 )抗菌肽分子通过静电作用 披吸 附到膜表面；( 2 )抗菌肽分子中的疏水尾巴插入细 胞膜 ； ( 3 )抗菌 肽分子的两性分子 n螺旋插入 膜 中 ，多个 抗菌 肽分子共 同作 用形 成离 子通 道

9、。而 F i k等认为抗菌肽作用于细胞膜时 ，N端 的两亲 螺 旋结合在膜表面 ，只有 C端的疏水螺旋插入膜 中， 进而形成离子通道。C l a g u e 等认 为抗菌肽通过作用 于膜蛋白，引起蛋白质由凝聚失活 ，细胞膜变性而 形成离子通道 。 2 3 鱼精 蛋 白 鱼精蛋白是一种在鱼类精核中发现的聚阳离子 肽 ，有广谱抑菌活性 ，能抑制枯草杆菌、巨大芽孢 杆菌 、地衣形芽孢杆菌等的生长 ，分子富含蛋 白质 和精氨酸 。 从分子组成上看，鱼精蛋 白不具有两亲性 ，因 为分子中的 3 2个氨基酸中 2 1个为精氨酸 ，由于其 多为阳离子、非两亲性质 ，而无法插入细胞膜内而 形成膜通道。鱼精蛋白

10、的作用机制是抑制线粒体电 子传递系统中的一些特定成分 ，抑制一些细胞膜有 关的新陈代谢 过程。 鱼精蛋 白适用于较大 p H范 围内使用 ，在 中性 信息报道 和偏碱性条件下防腐效果更好。目前应用最广的防 腐剂多为酸型防腐剂 ，只在酸性条件下有效 ，而在 中性乃至偏碱性的食品中使用 ，效果明显下降 鱼 精蛋 白的开发使用就 可拓 宽防腐 剂使 用的 p H 范 围，而且不需调整对象食 品的 p H 鱼精蛋 白的热 稳定性 ，使它可以与食品热处理并用。而它的抗菌 活性可受食品中无机盐的影响 ，而略有下降 ，尤其 是二价金属离子影 响较 大，主要 营养成 分蛋白质 、 脂肪、糖类对鱼精蛋白的抗菌活

11、性影响较小 ，这使 它在富含糖类和蛋 白质类 的食 品中应用成 为可能。 但根据国外报道，从鱼精蛋白的进化特点考虑 ，在 含核酸较多的食品或含酸性多糖类较 丰富的食品中 其抗菌效果相对较低。 2 4 乳酸链球 菌素 乳酸链球菌素( Ni s i n )是乳酸 链球菌 在变性 乳介质中发酵生成 的一种小分子多肽抗菌物质 ，由 3 4个氨基酸残基组成 ，分子量为 3 5 1 0道尔顿 ，括 性分子常是二聚体或是 四聚体。N i s l n中含 有 5个 不同于其它蛋白质的二硫键 ( 硫氨酸和甲硫氨酸 ) ， 另外还含有脱氢丙氨酸( D HA) ，甲基脱氢丙氨酸 ( D HB )等 不饱 和氨 基酸

12、 。 Ni s i n的溶解度和稳 定性 与溶液 的 p H值有关 ， p H值越低 ，稳定性越高 ，溶解度也提高。如 ：p H 2 5时溶解度为 1 2 ；p H 5 0时下降到 4 ；在中 性和碱性条件下几乎不溶解，应用时要先用 O ， 0 2 N 盐酸溶解 ，加入食 品中。在 p H 2 0时或更低 的稀 盐酸 中可以经 1 1 5 6 灭菌丽不失活，但在 p H 5 0 灭菌时失 活 4 O ，p H 6 8时将丧失 9 O 的活力 。 这种热稳定性与其分子 中的 5个 硫醚 桥密切相关 。 Ni s i n 加入食 品后 ，稳定性大大 提高，食 品中 的大 分子 小分子 物质 对 N

13、i s l n有 防护 作 用。因此 ，用 Ni s l n来防腐的食品必须具有稳定 的酸性。而 Ni s i n 与热处理杀菌作用是互相促进的 ，加入少量 的 Ni s i n ( 0 2 4 1 0 p p m)可 以大大提高腐败微生物的热 敏感性 。同样 ，热处理也提高 了细菌对 Ni s i n的热 敏感性 ，可以降低热处理强度 ，保证 良好品质 另 外，辐射处 理和 Ni s i n相结合 ；山梨 酸与 Ni s l n配 合使用等可以弥补抗菌谱 的歃点 ，丽发挥广泛的防 腐作用。 人们已经发 现 Ni s i n的 6种 类型 ，分别 为 A， 2 0 0 2年第 4期总第 2 5

14、 2期4 5 维普资讯 http:/ 肉粪 工 业 B，C，D，E和 z 。其 中对 Ni s i n ANi s i n Z两种类 型的研究最活跃。二者性质基本相 同仅在结构上 有一个氨基酸差异 ，Ni s i n第 2 7位氨基酸残基是组 氨酸 ( Hi s ) ，Ni s i n Z则是天冬酰胺 ( A s n ) 。 从分子水平上探 寻 Ni s i n的抑茵机理一直是研 究的热点。Ni s i n作用的位点主要是细胞膜 。P a h e 等对 N i s l n存在下双层脂膜 电流 和电势 测量后 证实了 Ni s i n形成 膜通道 的能力。细胞质 内小分子 和离子通过管道流失 ，

15、更严重则导致细胞溶解而达 到杀菌防腐 目的。 Ni s i n不能抑制革兰 氏阴性菌、酵母菌和霉菌 专抑制革兰 氏阳性 菌，特别是细菌芽孢。Ni s i n对 孢子的作用有两点值得注意 ： ( 1 )太多数情况下， 对细菌孢子的作用方式是抑制孢子萌发而不是杀死 孢子。它对于热加工食品防腐的重要意义在于必须 在整个货架期中保持足够的乳酸链球菌肽残 留量 ， 以提供对任何存在孢子的连续作用 ；( 2 )另一个重 要发现是孢子越受到热损伤，就变得对乳酸链球菌 肽越敏感 。如经 1 2 1 热处理 3 mi n后存 活下来的 孢子 比未经加 热损 伤的孢子对 Ni s i n敏感 1 0倍 以 上。这

16、也是 Ni s i n特别适用于热加工食 品防腐保鲜 的重要 原 因 。 GB 2 7 6 o _ _ 8 6 规 定，罐装食 品，植物蛋 白食品 最大使用量为 0 2 g k g ；乳制品、肉制品最大使用 量为 0 5 g k g ；一般参考量为 0 1 -0 2 g k g 。 3 天然肽类防腐剂研究趋势 3 1 应用基 因工程方法生产 天然肽类防腐剂多为动物体正常蛋 白质 ，故安 全性很高，而且像溶菌酶 ，鱼精蛋 白等对人体还有 一定保健作用 ，所 以是一类值得大力开发的食品防 腐剂 。但蛋清、鱼类精巢等 原料 的供应量很有限 ， 因而妨碍了这些防腐剂的广泛使用 。目前人们正尝 试通过基

17、 因工程在 微生 物中直接表达抗菌肽基 因， 但这可能造成缩主微 生物 自杀而 不能获 得表达产 物，以融合蛋 白质的形式表达抗菌肽基 因，虽然可 克服这 一缺点 ，但仍有表达产物少的问题。 3 2肽 的分子 改 造 天然 防腐 剂与 目前 广泛使用 的化 学 防腐剂相 4 6 2 0 0 2年第 4期总第 2 5 2期 息报道 比，抗菌谱窄 ，抗菌效果差。所 以，人们试 图通过 分子修饰来提高抗菌性能。例如对 昆虫抗菌构效关 系的研究表明 ，螺旋与抗菌肽的活性密切相关 改 变两性分子螺旋的螺旋度会影响抗菌肽的活性 。如 用螺旋度倾 向高的氨基酸残基代替螺旋倾 向低的残 基 ，抗菌肽的活性将明

18、显提高，相反 ，降低抗菌肽 两性分子 n 螺旋度将导致抗菌活性的急剧下 降，可 见两性分子螺旋在维 持抗菌 肽活性 中起着重 要作 用。溶菌酶被咖啡酸共价修饰后 ，修饰产物可强烈 抑制大肠杆菌等格兰氏阴性菌的生长 ，大大加宽 了 溶菌酶的抗菌谱。溶菌酶被环糊精和半乳甘露聚糖 修饰后，不仅抗菌活性稳定 ，而且具有 良好的乳化 性能，加工性能大为增强 。所以，抗菌肽类分子的 改造和设计已成为获得新抗菌肽的主要途径。 3 3与其他防腐剂联合使 用 天然肽类防腐剂常和其他添加剂配合使用增强 其抗菌效果。例如螯合剂 E D TA，E DT A可从革 兰 氏阴性菌 中部分除去含脂多糖的外层膜 ，因而降低

19、了其对其他 防腐剂 的抗性 。例 如，溶菌酶 、Ni s i n 等一般 只能作用于革兰 氏阳性菌 ，但与 E D TA配 合使用时他们对革兰氏阴性菌 的抑制能力也大为增 强 。 4 结束语 随着生活水平 的不断提 高和对健康 的 日益关 注，人们对防腐剂之类的食品添加剂在安全性能上 提出了更 高的要求 ，因此 ，人们开始把 目光投向于 天然防腐 剂 它 已成 为食 品领域一个 重要研 究课 题 ，由于肽类防腐剂所具有的安全无毒害 ，甚至对 人体有一定营养保健作用等优点 ，其研究开发无疑 是一个很 有前途的重要课题 ，肽类防腐剂具有广阔 的发展前景。 参考文献 1 宁正 祥 ，王若峰 谭 龙飞 食 品发 酵工业 ，1 9 9 5 ( 6 ) ： 7 2 2 郭新竹 宁正 样 食 品发酵与工业 2 0 0 0 ，( 2 ) ：7 2 3 朱小乔 ，剂通 讯 食 品发酵工业 2 0 0 1 。( 4 ) ：6 6 4往南 州，钟 立人等 食品科学 ，加0 0 ，( 4 ) 4 3 5 庄绪 亮 ，马桂荣 生命 与化 学 ，1 9 9 8( 2 ) ：3 7 ( 收稿 日期2 0 0 l l 2 1 2 ) 维普资讯 http:/