對ε—聚賴氨酸性質(zhì)的認識

摘 要： ε-聚賴氨酸（ε-poly-1ysine，ε-PL）是一種防腐性能優(yōu)良和商業(yè)價值巨大的微生物類食品防腐劑。與其他生物防腐劑比相較，ε-PL在防腐保鮮方面的表現(xiàn)更趨于完美。2003年10月，F(xiàn)DA批準新型天然食品防腐劑ε-聚賴氨酸為安全食品保藏劑。ε-PL在日本已實現(xiàn)工業(yè)化的微生物發(fā)酵，但是在國內(nèi)還處于實驗室階段，開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的ε-PL生物防腐劑預(yù)計產(chǎn)生的經(jīng)濟效益和社會效益勢必極為可觀。

關(guān)鍵詞： ε-聚賴氨酸 理化性質(zhì) 生物活性 防腐機制

在理化性質(zhì)上 ε-聚賴氨酸（ε-PL）是一種由賴氨酸單體組成的均聚多肽，含有25～30個賴氨酸殘基的同型單體，殘基之間通過ɑ-羧基和ε-氨基連接。ε-PL的分子式是C180H362N6003l，重量平均分子量（Mw）為4700，分子量分布（Mw/Mn）為1.14；數(shù)平均分子量（Mn）為4090，聚合度一般為25～30；熔點為172.8℃；轉(zhuǎn)晶點為88℃；沒有固定的熔點，250℃以上開始溶化分解。化學(xué)結(jié)構(gòu)式如圖1.1所示，根據(jù)目前報道，還不能確定ε-PL具有二維和三維空間結(jié)構(gòu)。ε-PL顏色為淺黃色，具有良好的水溶性，但不溶于乙醇、甲醇等有機溶劑；熱穩(wěn)定性強，在80℃和120℃分別加熱處理60min和20min，仍有抑菌能力。在ε-PL抑菌活性較高的分子量區(qū)間為3600～4300，當分子量低于1300時，ε-PL無抑菌作用。通過紅外光譜對ε-PL進行分析，最強吸收峰在1680～1640cm■和1580～1520cm■ 。

圖1-1 ε-聚賴氨酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)式

在生物活性上ε-PL是一種具有抑菌作用的多肽，在人體內(nèi)可分解成賴氨酸，且賴氨酸是必需的氨基酸之一，世界各國允許在食品中強化賴氨酸。相關(guān)試驗表明，ε-PL與化學(xué)防腐劑相比具有良好安全性，其急性口服毒性僅為5g/kg。Hiraki J[1]等研究表明，ε-PL極安全的標準是每日最大含量6500μg/g；當高達20000μg/g時，未發(fā)現(xiàn)ε-PL的致癌性。ε-PL具有抗菌譜的抑菌性。人們在研究中發(fā)現(xiàn)，ε-PL在中性和微酸性環(huán)境中，對革蘭氏陽性菌、革蘭陰性菌、酵母菌屬、真菌等均有一定的抑菌效果。但相比前兩位，ε-PL對酵母菌、真菌的抑菌濃度要高一些，為128μg/mL～256μg/mL。此外，ε-PL還具有一定的抗噬菌體能力。

表1 ε-PL和ɑ-PL對供試菌的抑菌效果

傳統(tǒng)研究表明，防腐劑的作用機理主要包括以下三點：（1） 作用于功能蛋白或關(guān)鍵酶，引起代謝過程受阻；（2） 作用于細胞壁和細胞膜系統(tǒng)，使細胞的能量、物質(zhì)和信息傳遞中斷；（3）作用于遺傳微粒或遺傳物質(zhì)結(jié)構(gòu)，使遺傳性狀發(fā)生改變。

研究表明，ε-PL的抑菌性能與其一級結(jié)構(gòu)有關(guān)。Delihas N等[2]在對ε-賴氨酸系的聚合物抑菌性的研究表明：n=8的ε-PL對E coli K-12的作用很微弱，而n=9時，其最小抑菌濃度為12μg/mL，隨著n的增大，ε-PL的抗菌活性越來越強，當n=15時，其抗菌活性和高聚合度（25～30）的ε-PL相同。Sshtm S和Sakai H等[3]也證明，ε-PL的抑菌活性與肽鏈長度成正比，肽鏈長度低于10個賴氨酸殘基的ε-PL完全無抑菌作用。另外，發(fā)現(xiàn)ε-PL的氨基經(jīng)化學(xué)修飾，其抑菌活性也會消失，這表明ε-PL中的堿性基團可能與抑菌活性有重要關(guān)系。酒井平一、島昭二等研究了ε-PL對噬菌體的抑制作用，結(jié)果表明，ε-聚賴氨酸抗病毒作用的最主要的因素是s.聚賴氨酸中的L-Lys的單體數(shù)，其活性隨L-Lys的殘基數(shù)的增加而增強；研究同時還發(fā)現(xiàn)ε-PL的抗病毒作用在于噬菌體的形態(tài)而不在于病毒的核酸種類。

Hoy T等發(fā)現(xiàn)當ε-PL作用于生物膜后，影響細菌的呼吸作用，同時ε-PL還可能會結(jié)合胞內(nèi)的核糖體，從而抑制酶和蛋白的合成，影響細胞膜和蛋白合成系統(tǒng)。分析認為這可能與菌株進行物質(zhì)代謝和能量轉(zhuǎn)化的主要場所之一，細胞膜有關(guān)，由于ε-PL的疏水多肽帶有正電荷，則可以與細胞壁中帶負電的物質(zhì)結(jié)合，當ε-PL吸附到細胞膜上時，會直接而迅速地破壞細胞與細胞器賴以生存的物質(zhì)，以及依靠膜結(jié)構(gòu)的完整性進行能量代謝，破壞細胞內(nèi)外能差平衡，抑制蛋白質(zhì)、多糖等生物的合成，最終導(dǎo)致細胞死亡。

參考文獻：

[1]Hiraki J，Ichikawa T，Ninomiya S，et a1.Use of ADME studies to confirm the safety of ε-Poly-L-lysine as a preservative in food[J].Regulatory Toxicology and Pharmacology，2003，37（2）：328-340.

[2]Delihas N，Riley L W，Loo W，et a1.High sensitivity of Mycobacterium species to the bactericidal activity by polylysine[J]. FEMS Microbiol Lett，1995，132（3）：233-237.

[3]Shoji shima.Poly-lysine produced by Streptomyes[J]. Agric Biol Chem，1977，41（9）：1807-1809.

[4]酒井平一，島昭二.聚賴氨酸生產(chǎn)和利用[J].Amino Acid andNucleic Acid，1985，43（10）：902-903.