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ε-聚赖氨酸的研究进展及应用前景

   日期:2011-01-12     来源:发酵工业网    作者:发酵网    浏览:2050    评论:0    
  

目前,国外食品防腐剂行业已相当成熟,开发出了数十种天然食品防腐剂,建立了完备的法规。国内对天然食品防腐剂的研究起步较晚,目前尚属初级阶段,为适应市场需求,国内学者也做了大量的工作。生物技术的飞速发展,为开发、应用天然食品防腐剂开辟了一条崭新的途径。本文从ε-聚赖氨酸的结构、生产、应用等方面综合叙述ε-聚赖氨酸的研究现状及应用前景。

1 ε-聚赖氨酸的特点

ε-聚赖氨酸是一种由单一赖氨酸在a-羟基和ε-氨基形成酰胺键而连接成的多聚体直链氨基酸,含有有20~30个赖氨酸单体。到目前为止,还没有发现ε-PL具有确切的二维和三维空间结构。当聚合度低于十肽,会丧失抑菌活性。具有高抑菌活性的ε-多聚赖氨酸的分子量在3600~4300之间。

ε-PL能引起人们广泛的关注就在于可以作为食品保鲜剂,具有抑菌谱广、水溶性好、安全性高、热稳定性好、抑菌范围广等特点。

水溶性好:ε-聚赖氨酸在水中的溶解性强于游离赖氨酸,这样更便于在食品中的添加使用。

安全性:ε-聚赖氨酸是一种营养型抑菌剂,安全性高于其他化学抑菌剂,其急性口服毒性为5g/kg。赖氨酸是人体的一种必需氨基酸,也是许多国家(包括我国)允许在食品中强化的一种氨墓酸。

热稳定性较好:聚赖氨酸的热稳定性非常好,聚赖氨酸的水溶液在80℃处理60分钟、100℃处理30分钟、120℃处理20分钟后对大肠杆菌的最小抑制浓度不变,即说明其在高温情况下不分解,不失活。聚赖氨酸能够承受一般食品加工过程中的热处理,可以随原料一同进行灭菌处理,防止二次污染

抑菌范围广:聚赖氨酸具有广谱抑菌性,ε-聚赖氨酸发酵液对多种菌有抑制作用。其中作用明显的的菌为金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌、绿色木霉、啤酒酵母、红酵母。另外,对苏云金芽孢杆菌和玉米黑穗霉菌也有较强的抑菌效果。同时聚赖氨酸也具有一定的抗噬菌体的能力。

2 ε-聚赖氨酸的合成

ε-聚赖氨酸的合成有化学合成法、酶法和生物合成等方法。其中,采用白色链霉菌发酵制得多聚赖氨酸的合成方法较为理想。研究表明,ε-多聚赖氨酸的生物合成是非核糖体肽的合成,并且这个反应是由细胞膜上的酶来催化的,同时,这种酶也可催化AMP和ATP-PPi之间的转换反应。

3 ε-聚赖氨酸的提取

发酵醪液过滤除菌体后,滤液用NaOH调pH至8.5,再过滤除出沉淀,滤液用阳离子(H )交换树脂吸附,分别用醋酸和盐酸进行冲洗和洗脱,洗脱液用NaOH中和至pH 6.5,再进行减压蒸发浓缩,浓缩液用活性碳脱色后,加入乙醇和乙醚(2:1)混合液,过滤后得到的沉淀物即为ε-PL粗产品,如果要得到纯度更高的产品,可用色谱柱进一步分离纯化。

4 ε-聚赖氨酸应用

ε-聚赖氨酸由于其抗菌性和安全性已广泛应用到食品工业的各个领域。如用于面包点心、奶制品、肉制品、冷藏食品和袋装食品等。聚赖氨酸作为一种生物防腐剂,并且是人体必须氨基酸-赖氨酸的聚合物随着进一步的研究,其应用领域在不断增加。

ε-多聚赖氨酸添加于食品中仅需微量就能奏效,且不会影响食品味感,可做食品的天然保存剂。它天然安全,符合消费者的健康需求。在日本,利用ε-多聚赖氨酸作为食品保存剂的生产规模发展迅速,市场规模达数十亿日元。ε-多聚赖氨酸应用于糕点、面包食品中,能有效的抑制耐热性芽孢杆菌的增殖,延长保存期;应用于低糖低热量食品,如乳蛋白冰淇淋,奶油制品等,可改善其保存性;在低温软罐头食品中加微量ε-多聚赖氨酸可防止杀菌后产生异味;在冷藏食品中添加ε-多聚赖氨酸能起到保证质量的效果。

ε-聚赖氨酸在奶制品中的防腐保鲜作用:徐红华等人通过饱和试验设计研究了ε-聚赖氨酸和甘氨酸对牛奶的保鲜作用,结果表明单独使用ε-聚赖氨酸和甘氨酸,其抑菌能力明显低于二者混合使用的效果。

ε-聚赖氨酸在含淀粉类食品中的防腐保鲜作用:日本学者腾井正弘在米饭中添加0.4%--0.6%ε-聚赖氨酸-醋酸制剂研究对米饭的防腐作用,表明ε-聚赖氨酸的醋酸制剂有明显的抑菌作用,ε-聚赖氨酸在动物性食品中的防腐保鲜作用:将鸡肉、肉类浸渍在溶有0.12%ε-聚赖氨酸-甘氨酸制剂调味液中,再涂上面粉用油炸。这种炸鸡在30℃放置72hr,经细菌总数检测发现:浸渍过炸鸡中细菌总数为104个/g,而空白样中为108个/g以上。

在生物科学研究领域,多聚赖氨酸是电融合技术中的有效促融剂。研究表明:电脉冲对不同分子量多聚赖氨酸修饰的细胞膜的破坏程度,发现细胞膜吸附高分子量多聚赖氨酸会降低其破损临界电压。平均分子量为3970-132300的纳摩尔级浓度的聚赖氨酸能促进大麦原生质体的电融率,与葡聚糖相比,是其电融率的2倍。

5 ε-聚赖氨酸的抑菌机理

细胞膜是微生物进行能量转化、物质代谢的主要场所之一。ε-PL呈高聚合多价阳离子态,它能吸附到细胞膜上,破坏微生物的细胞膜结构,引起细胞的物质、能量和信息传递中断,并可导致胞内溶酶体膜破裂而诱导微生物产生自溶作用,最终导致细胞死亡。

6 ε-聚赖氨酸的应用前景

至今ε-PL发酵生产的研究已历经几十年,目前虽然ε-PL发酵生产已在日本实现工业化,ε-PI 作为一种天然、无毒、可生物降解的聚氨基酸,不仅在食品工业有广泛的应用,而且其在医药、环保、农业中的应用也将不断拓开。

ε-聚赖氨酸在目前的日本添加剂目录表中属于一种天然添加剂,1989年日本窒素公司首先用生物技术方法工业化生产聚赖氨酸,同年,日本在添加剂目录表中把ε-PL归属于一种天然添加剂,并允许使用。以后韩国也允许作为食品添加剂使用。在美国和欧洲,主要是使用山梨酸作为防腐剂,但自2003年7月10日FDA收到日本窒素公司的申请后,目前已正式批准(GRAS Notice No.GRN 000135.)该公司生产的的ε-PL作为天然食品添加剂。该公司还将逐步把ε-PL的应用拓展至纤维、化妆品及其他货品,甚至把ε-PL作为抗菌材料用于厨房及浴室用具中。

目前,国内对ε-聚赖氨酸的应用处于研发阶段,有关ε- PL在医药和基因芯片领域的应用研究开展得较多,在食品方面目前尚未列入使用卫生标准。因此,ε-聚赖氨酸的研究及食品防腐剂的应用具有广阔的前景和发展空间,ε- PL独特的物理化学性质可以应用到除了食品工业以外的其他很多领域,所以将来ε-PL会有巨大的需求。今后的研究重点是筛选到产聚赖氨酸的菌株,对其进行改造,大幅度提高产量;并加强基础研究,揭示其抑菌机理,同时加强应用研究。

 
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