聚赖氨酸的应用与制备

背景及概述^[1-2]

近年来，食品腐败变质问题、食品安全问题一直受到全世界人民的密切关注。由于食品腐烂变质给世界农副产品、水产、果蔬等食品产业带来的经济损失不可小觑。聚赖氨酸这种天然的生物代谢产品，以其杀菌能力强、抑菌谱广、水溶性和热稳定性良好的优点，可作为一种安全、高效且不影响食品风味的食品防腐剂，应用于多种农副产品、饮料、营养保健品等之中。聚赖氨酸已经在日本、美国等国家作为食品添加剂得到了广泛的应用，而我国生物添加剂在食品中的应用仍未得到批准，但其特性优点和应用前景已经得到了重视。

应用^[1]

1.聚赖氨酸在食品中的应用

聚赖氨酸是一种生物防腐剂，其也是人体必需氨基酸———赖氨酸的聚合物。由于ε-PL的抗菌性和安全性，添加微量的ε-PL就能达到抑菌的目的，而且不会影响食品的风味，已经广泛应用于食品工业很多领域。在日本，ε-PL已被批准为食品防腐剂，并应用于米饭、面条、鱼类寿司等多种日常烹饪菜品中（ε-PL一般为500mg/L）；即食菜品ε-PL含量一般为100mg/L，在寿喜烧、沙拉、乳蛋糕乳脂中也有使用ε-PL。FDA建议ε-PL用于加工食品含量为5~50mg/L。

1）肉及肉制品

ε-PL可以延长肉制品的货架期，比如400mg/L的ε-PL通过抑制微生物的生长繁殖，控制pH值的上升和TVB-N的积累，从而很好地抑制冷鲜猪肉品质的下降。ε-PL、甘氨酸和食用酒精复配对牛肉干的防腐保鲜效果显著，比原牛肉干产品的货架期长，口感品质好。ε-PL应用于广式腊肠也发挥了很好的防腐保鲜效果。综上，ε-PL对肉制品有很好的保鲜防腐效用。

2）水产类

食品中水产由于其营养成分多且含量高、水分多、pH值接近中性的特点，极易发生腐败变质，其中微生物是最为主要的原因。在3~5℃的环境中，0.1%ε-PL处理3min南美白对虾可以延长2~3d的货架期，0.1%ε-PL处理的鱼肉将同样可以延长货架期。

3）淀粉类食品

面条、米饭、馒头、年糕等均是高淀粉类食物，pH值在中性和弱碱性之间。由之前所述可知，ε-PL不同于大多食品防腐剂的最适抑菌pH值范围为弱酸性，ε-PL在中性、弱碱性和弱酸性均有良好的抑菌效果，所以将ε-PL添加至米饭、湿面条中均达到了很好的抑菌保鲜效果，延长了保质期。研究ε-PL对米饭保鲜效果，没有经过ε-PL添加的米饭在48h后颜色泛黄，并伴有恶臭味道；相对比较而言添加了10mgε-PL的米饭，颜色和味道都没有明显变化。

2. 聚赖氨酸在医学方面的应用

由前文所述可知，ε-PL具有高聚合多价阳离子态特性，其可以与有阴离子的物质产生强的静电作用，并且拥有很好的生物膜穿透能力，因此ε-PL可应用于药物载体这一方面。ε-PL与海藻盐复合体制成缓释胶囊，由于ε-PL可以改变海藻酸盐膜的通透性，所以可以达到逐渐释放胶囊内容物的目的，实现膜的缓释功能，以此来达到更好的疗效。例如，解放军总医院基础所的一项科研成果就是用海藻酸钠-聚赖氨酸-海藻酸钠（APA）微囊化嗜铬细胞（BCC）注入的脊髓蛛网膜，起到镇痛作用，APA膜也有很好的免疫隔离效果。研究发现，把ε-PL与治疗肿瘤、白血病的药物氨甲嘌呤聚合，可以提高药物的疗效。

3.聚赖氨酸在生物领域的应用

在研究人表皮细胞时发现ε-PL可以加快表皮细胞贴壁、集落和膜片的形成，并且没有对培养的表皮细胞产生不利影响。ε-PL不仅对细胞有吸附力ε-PL包埋的支架对软骨细胞吸附能力增强，还发现ε-PL具有促进细胞发挥正常功能，比如促进细胞分泌。

制备^[3]

1.生物合成

聚赖氨酸的生物合成途径目前还不清楚。据日本学者推测，是由L-赖氨酸聚合酶催化单体赖氨酸聚合而成，所以聚赖氨酸的代谢途径可能经赖氨酸合成途径，最后由聚合酶催化合成见图：

2.聚赖氨酸的发酵

对筛选到的ε-PL产生菌进行了分类鉴定确定为白色链霉菌。白色链霉菌在形态特征方面，菌孢子丝简单分枝、密旋，颜色为灰色或灰棕色，组成孢子丝的孢子数量有数十个，孢子是1.2～1.5μm的椭圆形，具有多刺的表面结构。生长温度15～40℃(最适30℃)。同时S.Shima等研究了ε-PL的发酵生产条件，发现碳源中甘油和葡萄糖是的；有机氮源中硫酸铵和酵母膏的混合使用更有利于ε-PL的形成。在发酵过程中pH的下降，对于ε-PL的积累是至关重要的条件。ε-PL生产的最适温度是25～30℃，通气量的增加有利于ε-PL的积累。

主要参考资料

[1] 新型生物防腐剂———聚赖氨酸

[2] 生物防腐剂聚赖氨酸研究进展

[3] 聚赖氨酸的研究进展