应用于食品工业的天然肽类防腐剂.pdf

农技服 务。 2 0 0 7 。 2 4 ( 2 ) ： 1 0 51 0 6 责任编辑陈静责任校对张瑜 应用于食品工业的天然肽类防腐剂 王宜文。 杜 兵 ( 贵州大学生命食品科学 与工程 系，贵州贵阳 5 5 0 0 2 5 ) 摘要 对几种用于食品防腐的肽类防腐剂的来源结构， 抗茵性能等作一综述。 关键词肽类； 防腐剂； 食品 中图分类号1 S 3 文献标识码B 文章编号1 0 0 4 8 4 2 1 ( 2 0 町) 0 2 1 0 5 0 2 食品的防腐问题是食 品保存 的关键， 因而一直是食品 科学领域的研究热点和难点因食品中含有大量的蛋白质、 碳 水化合物和脂类等营养物质。 成为微生物天然的 良好培养 基 ， 只要条件适宜 ， 微生物就会大量繁殖， 导致食品失去固有 的色 、 香、 味、 形而腐败变质。通常为防止腐败变质， 人们普 遍采用 向食品中添加防腐剂的方法。国内 t- x ,： t 食品防腐剂 的合成 、 筛选 、 抗菌性能和抗菌机理进行了大量的实验研究 。 在食品中添加高浓度食盐、 食糖 、 醋( 乙酸) 、 乙醇或化学防腐 剂( 如苯甲酸 、 山梨酸及盐类 、 对羟基苯甲酸脂类等) 是人们 保存食品的传统方法。但这些化学合成的食品防腐剂使用 过程中或多或少会对食品的风味产生一定的不 良影响， 同 时 ， 这些防腐剂因在食品加工中的添加量都较大， 容易造成 超标而对人体不利， 而难以满足现代食品加工的需要。 随着社会生活水平的不断提高和消费者对健康的13 益关 注， 人们对防腐剂之类的食品添加剂在安全陛能上提出了更高 的要求 ， 研究者开始把目光投向天然防腐剂的开发。在天然防 腐剂中， 肽类防腐剂， 由于其安全无毒害， 甚至对人体有保健作 用而受到人们的广泛关注。笔者就研究最多的几种肽类防腐 剂的来源、 结构 、 抗菌性能等作一综述 ， 以期能使读者对天然肽 类防腐剂有更深入的了解， 用以指导实践应用。 1 溶菌酶 溶菌酶( L y s o z y m e ) 是一种专 门作用于细胞壁的水解酶， 最初是由 F l e m i n g 1 9 2 2 年在人的唾液 、 眼泪中发现 ， 随着研究 的不断深入 ， 在蛋清、 哺乳动物乳汁、 植物和微生物中都发现 有溶菌酶的存在。它对人体安全无毒 、 无副作用， 且具多种 营养与药理作用 ， 是一种高安全性的天然防腐剂。 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 值为 3 时能耐 1 0 0 加热 4 0 m i n ， 在 陛和碱性条 件下耐热I生 较差， D H值为 7 时 l 0 o 处理 1 0 m i n 失去活性。 鸡蛋清溶菌酶是溶菌酶类 的典型代表， 也是了解最清楚 的溶菌酶之一。它由 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值为 6 7 ， 最适温度为 5 0 。按作用的微生物不同可将溶菌酶分为 3 大类 ： 细菌细 胞壁溶解酶 、 酵母细胞壁溶解酶和霉菌细胞壁溶解酶。 从 2 o 世纪 6 o 年代起 ， 人们发现微生物也产生溶菌酶。 目前发现的微生物溶菌酶大体有 以下 5 种： 内 N一乙酰己 糖胺酶 ： 此酶可破坏细菌细胞壁肽聚糖中的 一l ， 4糖苷键； 酰胺酶： 能切断细菌细胞壁肽聚糖中 N A M ( N一乙酰胞壁 作者简介王宜文( 1 9 8 6 一 ) ， 男， 贵州贵阳人 ， 本科在读， 研究方向： 食品 检 测 与加 工。 收稿 日期2 0 0 7 - 0 1 1 0 酸) 与肽“ 尾” 之间的 N 一乙酰胞壁酸 一 L 一 丙氨酸键； 内肽 酶： 使肽“ 尾” 及肽“ 桥” 内的肽键断裂 ： p 一 1 ， 3 、 p 一1 ， 6 一葡 聚糖和甘露聚糖酶： 此酶分解酵母细胞的细胞壁 ： 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肽聚糖组成， 而革 兰氏阴性菌只有内壁层为肽聚糖， 因此溶菌酶主要对革兰氏 阳性菌起作用而对革兰氏阴性菌作用不大。 2 昆虫抗菌肽 昆虫是世界上最大的生物种群， 具有极强的适应能力和 防御能力 ， 除海洋外 ， 其他的生态环境都有昆虫 的分布。人 们对昆虫的体液免疫及生化性质进行了深入研究后 ， 发现经 细菌、 菌疫苗、 某些化学物质及超声波诱导处理， 昆虫体内能 产生一些杀死细菌的物质 ， 称之为抗菌肽。到 目前为止， 在 昆虫中已发现了大量的抗细菌肽、 抗真菌肽以及既抗细菌又 抗真菌的抗菌肽( c e c r o p i n ) 。在食品防腐剂领域研究最多的 是抗菌肽， 最初是从西哥罗佩蛾 的免疫淋 巴中发现的， 后来 在其它昆虫甚至在猪肠中都发现了抗菌肽的类似物。 抗菌肽的一个典型结构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； 第 5 l 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 r i s t e n s e n等认为通道的形成可分为 3 个步骤 ： 抗菌肽分子通过静电作用被吸附到膜表面； 抗 菌肽分子中的疏水尾巴插入细胞膜 ； 抗菌肽分子的两性分 子 a 螺旋插入膜 中， 多个抗菌肽分子共同作用形成离子通 道 。而 F i n k 等认为抗菌肽作用于细胞膜时， N端的亲水螺旋 区结合在膜表面， 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 白质凝聚而失活， 细胞膜变性而形成离子通道。 3 鱼精蛋白 鱼精蛋白( p r o t a m i n e ) 是一种在鱼类精核中发现的聚阳离 子肽， 具有广谱抑菌活性， 能抑制枯草杆菌、 巨大芽孢杆菌、 地衣形芽孢杆菌等的生长， 分子富含赖氨酸和精氨酸。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 基酸中有 2 1 个为精氨酸， 由于其多为阳离子， 非两亲性质， 因 而无法插入细胞膜内而形成膜通道， 所以鱼精蛋白不会引起细 胞的水解或改变细胞膜的通透性。鱼精蛋白的作用机制是抑 制线粒体电子传递系统中的一些特定成分， 抑制一些与细胞膜 有关的新陈代谢过程。鱼精蛋白适用于在较宽的 p H值范围 维普资讯 1 0 6 农技服务 2 0 0 7芷 内使用， 在中性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则效果明显下降。鱼精蛋白的热稳定 性高， 它可以与食品热处理过程并用。鱼精蛋白的抗菌活性受 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， 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。 4 乳酸链球菌素 早在 1 9 2 8年， 美国 R o g e r 等人发现乳酸链球菌的代谢产 物能抑制保加利亚乳杆菌， 在其后的 2 o多年中， 许多科学家 对其结构、 功能进行了深入的研究。1 9 8 9 年联合国粮食及农 业组织 世界卫生组织( F A 0 砌) 、 食品添加剂联合专家委 员会给予乳酸链球菌素作为食品防腐剂的国际承认后， 迄今 为止 ， 已有英 、 美 、 法等 5 0 多个国家和地 区批准乳酸链球菌 素作为食品防腐剂， 我国也在 1 9 9 0 年批准使用。中国科学院 微生物研究所、 中国食品发酵工业研究所和浙江省天台制药 厂银象分厂联合研制开发的产品也 已投产。 乳酸链球菌素( N i 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 ， 活性分子常是二聚体或是四聚体。乳酸 链球菌素中含有 5 个不同于其他蛋 白质的二硫键( 胱氨酸和 甲硫氨酸) ， 另外还含有脱氢丙氨酸 ， 甲基脱氢丙氨酸等不饱 和氨基酸。乳酸链球菌素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值 2 5 时溶解度为 1 2 ， o H值 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0 0 2m o l L盐酸溶解， 然后加 入到食品中。在 p H值2 0 时或更低的稀盐酸中可以经1 1 5 6 灭菌而不失活， 但在 p H值 5 0 灭菌时失活 4 0 ， p H值6 8 时将丧失 9 0 的活力。这种热 稳 定性与其分子中的5 个硫 醚桥密切相关。乳酸链球菌素加入食品后， 稳定性大大提 高， 食品中的大分子与小分子物质x ,L L 酸链球菌素有防护作 用。因此 ， 用乳酸链球菌素来防止腐败的食品必须具有稳定 的酸性。乳酸链球菌素与热处理杀菌作用是互相促进的， 加 入少量的乳酸链球菌素( O 2 4 一l O m g k g ) 可以较大提高腐败 微生物的热敏感性。同样， 热处理也提高了细菌对乳酸链球 菌素的热敏感性 ， 可以降低热处理强度 ， 保证 良好品质。另 外， 辐射处理和乳酸链球菌素相结合， 山梨酸与乳酸链球菌 素配合使用等可以弥补抗菌谱的缺点， 而发挥广泛的防腐作 用。 人们 已经发现乳酸链球菌素的 6 种类型 ， 分别为 A， B ， c ， D ， E 和 z 。其中对乳酸链球菌素 A 、 乳酸链球菌素 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 ， 乳酸链球菌素 A第 2 7 位氨基酸残基是组氨酸 ， 乳酸链球菌素 z则是天冬酰胺。从分子水平上探寻乳酸链 球菌素的抑菌机理一直是研究的热点。乳酸链球菌素作用 的位点主要是细胞膜。P a l m e r i 等对乳酸链球菌素存在下双 层脂膜电流和电势测量后 ， 证实了乳酸链球菌素形成膜通道 的能力。细胞质内小分子和离子通过管道流失 ， 更严重则导 致细胞溶解而达到杀菌防腐 目的。 乳酸链球菌素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。乳酸链球菌素对孢子的 作用有两点值得注意： 大多数情况下， 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 素残留量， 以提供对任何存在孢子的连续作用； 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素越敏感。如 经 1 2 1 C 热处理 3 m i n后存活下来的孢子比未经加热损伤的孢 子x ,L L 酸链球菌素敏感 1 O 倍以上。这也是乳酸链球菌素特别 适用于热加工食品防腐保鲜的重要原因。 G B 2 7 6 0 1 9 9 6 规定 ， 罐头、 植物蛋 白饮料最大使用量为 0 2 g k g ； 乳制品、 肉制品最大使用量为 O 5 。 5 防御素 防御素是近年来发现的广泛存在于动物和植物体内的 一 类阳离子抗菌活性肽。它们通常都是由 2 & 一5 4个氨基酸 残基组成 ， 分子内富含精氨酸和由半胱氨酸形成的分子内二 硫键。防御素具有广谱 、 高效的杀菌活性， 能有效地 杀死革 兰氏阳性菌 、 革兰 氏阴性菌、 某些真菌、 螺旋体、 被膜病毒等 微生物， 因而对防御素的研究已成为当前国际食品添加剂行 业中一个令人关注的热点问题。 除了抗菌防腐外， 对于人体而言， 防御素可起调理素的 作用。在人体内分泌系统中， 可抑制甾醇类激素的分泌 ； 在 体外， 防御素还可增强脂蛋白与内皮细胞 、 脂蛋 白与内层平 滑肌细胞的结合能力。 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| ， 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 I A m n t sDV B a l d w inRL B i0 c h s 打 y ， 1 9 9 7 3 6 ： 1 4 9 6 1 5 0 4 2 W a n gWd， D a v i d K S r r t h e t a 1 J B i d o g ic a l C h e r l s t r y 1 9 9 8 ， 2 7 3 ( 4 2 ) ， 2 7 4 3 8 274 4 8 3 姜明 ， 尚德静等 食品科学， 1 9 9 3 ， 1 4 ( 1 1 ) ： 1 1 1 3 4 卢晓风， 杨星勇等 药学学报， 1 9 9 9 3 4 ( 2 ) ： 1 5 6 1 6 0 5 H a I 1 y SR J W M e t a 1 E u r J B i o c h e m， 1 9 9 6 ， 2 4 1 ： 7 1 6 7 2 2 6 l X d m e li A 。P e p e M e t a l T k i n S o l id F d m s ， 1 9 9 6 2 8 4 ： 8 2 2 8 2 4 7 O l a r t W C D o d d HM H o rnN e t a l A p p l i e d a n dE n v i r o n n ma a l M i c r d i d o - ，1 9 9 6 ， 6 2 ( 8 ) ： 2 6 6 2 9 6 9 8 c i f ld y VK ， E幽蚰 B e t a 1 E u r J B l o d a ma ， 1 9 9 7 247 ： 1 1 4一l 2 0 9 松 田敏生 N e w F o o d h r 1 9 9 1 3