聚赖氨酸的抑菌机理及应用

背景及概述^[1]

微生物食品防腐剂是天然防腐剂中的一大类，其是指通过微生物发酵的方法，从发酵液中提取分离得到有抑菌作用的物质，主要为多肽类物质。目前，国外一些发达国家批准使用微生物食品防腐剂有乳酸链球菌素(Nisin)、纳他霉素(Natamycin)和ε-聚赖氨酸。聚赖氨酸韵化学合成是在1947年首先完成的。其赖氨酸残基之间的酰胺键是由一氨基和一羧基缩合而成。1977年日本学者从放线菌培养过滤液中提取出一种含有25～30个赖氨酸残基的同型单体聚合物。这种赖氨酸聚合物是赖氨酸残基通过羧基和ε-氨基形成的酰胺键连接而成。故称为ε-聚赖氨酸(ε-PL)。

结构^[1]

聚赖氨酸是一种含有25～30个赖氨酸残基的同型单体聚合物多肽。这种赖氨酸聚合物是赖氨酸残基通过一羧基和ε-氨基形成的酰胺键连接而成，故称为ε-多聚赖氨酸。研究证明ε-PL比α一L有更强的抑菌活性，由于α-多聚赖氨酸有毒性，目前在国际市场上，ε-多聚赖氨酸作为食品防腐剂已经取代了α-多聚赖氨酸。

抑菌机理^[1]

研究发现，防腐剂主要是抑制微生物的呼吸作用，导致能量物质ATP和还原物质NADH亏缺，所有合成代谢受阻，活性的动态膜结构不能维持，代谢方向趋于水解，最后产生细胞自溶。实验表明，天然防腐剂ε-聚赖氨酸对大肠杆菌的呼吸有一定抑制作用，并与典型的呼吸途径抑制剂存在显著区别。同时ε-聚赖氨酸还作用于生物膜系统和蛋白合成系统，其与核糖体结合抑制蛋白和酶生物大分子的合成。因为生膜系统是微生物进行能量转化、物质代谢等生命活动的主要场所，所以ε-聚赖氨酸踞留生物膜后，可直接而迅速地破坏依赖于膜结构完整的能量代和细胞及细胞器赖以生存的对物质的选择性，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。

另外研究还表明对于ε-聚赖氨酸生产菌株，其本身具有与菌体细胞膜紧密结合e一聚赖氨酸降解酶，该酶起到保护细胞的作用。ε-聚赖氨酸的抑菌活性随肽链的缩短而降低，当肽链长度少于十个赖氨酸残基，ε-聚赖氨酸失去抑菌活性，因此可以推断十个氨基酸是形成具有生物活性的空间构象所必需的；同时还发现对ε-聚赖氨酸的氨基进行化学修饰会消除其抑菌活性，说明分子中的碱基基团对ε-聚赖氨酸抑菌活性有重要作用。因此了解ε-聚赖氨酸的空间结构，有助于阐明其功能和作用机理。

应用^[2]

1.ε-PL在食品保鲜防腐方面的应用

ε-PL之所以能取代Ot—PL成为优良的食品防腐保鲜剂，主要因其安全无毒、抑菌谱广、水溶性大、热稳定性好等优点。2003年美国食品和医药管理局(FDA)正式批准ε-PL为食品防腐剂，并广泛使用于Et韩美传统日常菜肴、果酱、色拉等。

2.ε-PL在医药研究中的应用

由于ε-PL带正电能与带负电的物质发生强的静电吸引力，易通过生物膜且不易分解，可以有效降低药物阻力且提高药物的转运效率。因此，ε-PL被广泛用于药物的缓释和靶向载体．如Sospedra等㈣以ε-PL为主链的分支聚合蛋白搭载生物大分子治疗肝炎病毒，取得良好疗效。2003年发现ε-PL可作为食疗剂，抑制肥胖。ε-PL能够有效分解含有胆盐和磷酸胆碱的乳剂，进而抑制脂肪酶活性，减少小肠对脂肪的吸收，达到抑制肥胖效果。此外，ε-PL在基因芯片的制造、电子材料、化妆品增白剂等均有重要用途。

制备^[3]

一种ε-聚赖氨酸的制备方法，所述方法为：将ε-聚赖氨酸盐酸盐(质量浓度95％)加入到水中，配制成质量浓度6-10％的ε-聚赖氨酸盐酸盐水溶液，调节pH值，获得pH值9-13的ε-聚赖氨酸盐酸盐水溶液，采用纳滤膜进行一次浓缩，取一次截留液加水稀释并再次采用纳滤膜浓缩，取再次浓缩的截留液重复稀释和浓缩至截留液中无氯离子检出，取最后一次浓缩的截留液再浓缩(纳滤膜浓缩)至ε-聚赖氨酸质量浓度20％以上后进行干燥，获得ε-聚赖氨酸。

主要参考资料

[1] 生物防腐剂一ε-聚赖氨酸研究进展

[2] ε-聚赖氨酸研究进展

[3] CN201610190625.ε-种ε-聚赖氨酸的制备方法