天然微生物防腐劑溶菌酶在食品中的應(yīng)用研究

崔 紅

(遼寧現(xiàn)代服務(wù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，沈陽 110164)

防腐劑是一類能抑制食品微生物生長繁殖，延長保存時(shí)間的一類食品添加劑。根據(jù)其來源不同分為天然防腐劑和化學(xué)合成防腐劑。目前，我國食品工業(yè)生產(chǎn)過程中以化學(xué)合成防腐劑為主，尤其是山梨酸鉀和苯甲酸鈉因其價(jià)格低廉、防腐效果好在食品中得到廣泛應(yīng)用，但在廣泛使用化學(xué)合成防腐劑的同時(shí)，人們逐漸看到了它對人體的毒副作用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，天然防腐劑備受人們關(guān)注，目前，我國《食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》(GB 2760-2011)允許使用的天然防腐劑有乳酸鏈菌肽、納他霉素、溶菌酶和ε-聚賴氨酸(2014 年新增)，其中溶菌酶是國內(nèi)外研究較多的一種酶制劑。本文主要就溶菌酶的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、作用機(jī)理、提取方法，以及其在食品中的應(yīng)用展開論述，以期為研究人員提供參考。

1 溶菌酶的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)

1.1 結(jié)構(gòu)

1922 年，F(xiàn)leming 發(fā)現(xiàn)人的鼻涕、唾液、眼淚具有很強(qiáng)的溶菌活性，由于其具有溶菌作用，故命名為溶菌酶，全稱1，4-β-N-溶菌酶。溶菌酶是一種堿性球蛋白，相對分子量為14 300KD，由18 種、129 個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成的單肽鏈蛋白質(zhì)，分子中有4 個(gè)二硫鍵。1965 年P(guān)hillips 等人發(fā)現(xiàn)溶菌酶分子近橢圓形，大小為4.5nm ×3.0nm ×3.0nm，其空間結(jié)構(gòu)中α-螺旋占25%，疏水作用在其構(gòu)像中起到重要作用［1］。自1937年Abraham 與Robinson 從卵蛋白中分離出溶菌酶，迄今為止，人們已經(jīng)先后從植物、動(dòng)物和微生物體內(nèi)提取出溶菌酶，并根據(jù)來源將其分為三大類，見表1。

表1 溶菌酶的種類

1.2 性質(zhì)

溶菌酶是一種化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的葡萄糖苷酶，在干燥的室溫下可以長時(shí)間保存。純?nèi)芫甘前咨?或微黃色)結(jié)晶或不定型粉末，味甜、無臭，易溶于水，不溶于丙酮、乙醚等有機(jī)溶劑［2］。

溶菌酶是一種無毒蛋白質(zhì)，等電點(diǎn)為10.7～11.3，最適pH 6～7，最適溫度50℃。在酸性條件下溶菌酶活性很穩(wěn)定，當(dāng)pH 等于3 時(shí)，在100℃的高溫下，溶菌酶能耐受45min;當(dāng)pH 等于4.5 時(shí)，溶菌酶在100℃的高溫下耐受3min 也不會(huì)失活，但在中性或堿性條件下，溶菌酶的耐高溫性較差［3］。費(fèi)國琴［4］利用溶菌酶試劑盒對微生物酶學(xué)性質(zhì)的研究也充分表明了溶菌酶在酸性條件下穩(wěn)定，其對革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌均有一定的抑制作用，最低抑菌濃度0.005～0.6mg/mL。在應(yīng)用溶菌酶進(jìn)行生產(chǎn)時(shí)，由于生產(chǎn)環(huán)境環(huán)境和加工工藝等原因，溶菌酶極易失活。王彥等［5］研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)脲濃度高時(shí)，硫酸銨能很好地提高溶菌酶的復(fù)性回收率。董曉燕等［6］也發(fā)現(xiàn)，在適宜的鹽酸胍濃度下，利用十六烷基三甲基溴化和β-環(huán)糊精的協(xié)同作用，可以使溶菌酶100%復(fù)性。

2 溶菌酶的作用機(jī)理及提取方法

2.1 作用機(jī)理

微生物溶菌酶是一種的天然防腐劑，能夠有效地抑制微生物的生長，起到保鮮作用。它可以通過其活性中心水解細(xì)菌細(xì)胞壁肽聚糖上的N-乙酰胞壁酸與N-乙酸葡萄糖胺之間的β-1，4 糖苷鍵，將肽聚糖骨架結(jié)構(gòu)斷裂，使細(xì)胞壁受損，從而引起細(xì)菌破裂，最終導(dǎo)致細(xì)胞溶解，直至死亡［7］。由于革蘭氏陽性菌與革蘭氏陰性菌細(xì)胞壁中肽聚糖含量不同，革蘭氏陽性菌細(xì)胞壁90%有肽聚糖組成，故溶菌酶對其作用十分顯著;而革蘭氏陰性菌內(nèi)壁為肽聚糖結(jié)構(gòu)，外面有一層由脂多糖、磷脂和糖脂形成的外殼，故溶菌酶對其作用較弱。

2.2 提取方法

目前，溶菌酶主要從雞蛋清和蛋殼膜中提取，方法很多，而且各有優(yōu)勢，具體如表2 所示。

表2 溶菌酶的提取方法

3 溶菌酶在食品防腐中的應(yīng)用

3.1 溶菌酶在肉制品中的應(yīng)用

鮮肉含有豐富的營養(yǎng)成分，易被微生物腐敗變質(zhì)，儲(chǔ)存過程中，即使在低溫條件下，也不能徹底殺死微生物或抑制其生長，因而保鮮期較短。溶菌酶本身無毒害作用，還可以延長食品的保質(zhì)期，因此很多學(xué)者對其在肉制品中的保鮮作用做了大量研究。李永富［8］等在研究豬肉保鮮過程中發(fā)現(xiàn)，溶菌酶活力為80 000U/mL 時(shí)能夠較好的抑制微生物的生長繁殖，豬肉的色澤保持較好。如果與0.1% (w/v)異VC 鈉和5.0% (w/v)茁酶多糖復(fù)合保鮮效果更好，能夠有效抑制微生物生長繁殖。顧仁勇等［9］在研究溶菌酶、Nisin、山梨酸鉀用于冷鮮肉保鮮配比方案中發(fā)現(xiàn)，0.05%的溶菌酶和同濃度的Nisin 混合保鮮豬肉是效果較好，4℃下可保鮮12d，真空包裝可保鮮24d。王永剛等［10］在利用動(dòng)物源天然保鮮液對羊肉保鮮效果的研究中，跟蹤測定羊肉的相關(guān)理化指標(biāo)和感官指標(biāo)發(fā)現(xiàn)，最有效的復(fù)合保鮮液配方為:2.0g/L 蜂膠、1.0g/L 殼聚糖、0.2g/L 溶菌酶和0.2g/L魚精蛋白。該保鮮液能保鮮羊肉達(dá)21d 之久。康懷彬［8］在對低溫禽肉保鮮作用的研究中發(fā)現(xiàn)，0.05%Nisin、0.05%溶菌酶、1%雙乙酸鈉和2%乳酸鈉的復(fù)合保鮮液可將15～20℃禽肉保鮮期延長至20d。

在熟制肉制品中添加一定量的溶菌酶，也可有效延長這些食品的保質(zhì)期。Athina G 等［8］將溶菌酶與植物抗菌天然成分混合涂在半數(shù)的雞肉上，發(fā)現(xiàn)真空包裝在4℃下可儲(chǔ)存18d。2012 年，馬龍等［11］研究了溶菌酶對燒全雞優(yōu)勢腐敗菌的抑制作用，結(jié)果表明，溶菌酶能夠有效抑制該腐敗菌。相關(guān)的研究在對臘腸的報(bào)道中也可見。綜上我們可以看到，溶菌酶和其他天然防腐劑復(fù)合而成的保鮮劑，在鮮肉和熟制肉品的保鮮過程中確實(shí)有明顯的效果。

3.2 溶菌酶在乳制品中的應(yīng)用

溶菌酶作為一種非特異性免疫因子，對腸道中腐敗性微生物有特殊殺滅作用，在牛乳中添加溶菌酶能夠使牛乳具有殺菌和增強(qiáng)雙歧桿菌的的能力。有研究發(fā)現(xiàn)，在牛乳中加入0.05～1mg 溶菌酶，37℃保溫3h，可使牛乳中的雙歧桿菌含量與人乳幾乎無區(qū)別，有平衡嬰幼兒腸道菌群的作用。溶菌酶含量不同時(shí)人乳與牛奶之間主要區(qū)別之一，向牛乳中添加溶菌酶可使其更接近母乳，更適合嬰兒食用。目前，日本森將公司已經(jīng)采用蛋清溶菌酶保存嬰兒食用的乳制品。另外，在巴氏殺菌奶中也可用溶菌酶做保鮮劑。

干酪生產(chǎn)過程中，由于酪酸菌作用產(chǎn)生酪酸和氣體，易造成干酪膨脹，添加一定量的溶菌酶，可防止有微生物引起的發(fā)酵。德國早在1995 年發(fā)布的奶酪法規(guī)中就批準(zhǔn)，可以使用溶菌酶來阻止奶酪生產(chǎn)中引起的脹氣現(xiàn)象。我國《食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》 (GB2760—2011)中也允許在生產(chǎn)奶酪過程中，按照生產(chǎn)需要量添加適量的溶菌酶。其對于低鹽、高發(fā)酵pH 值、儲(chǔ)存溫度較高的奶酪［2］，如瑞士奶酪，能起到良好的防腐效果。

3.3 溶菌酶在水產(chǎn)品中的應(yīng)用

微生物是引起水產(chǎn)品腐敗變質(zhì)的主要原因，對水產(chǎn)品的保鮮實(shí)質(zhì)就是抑制其體內(nèi)酶活性，阻止引起腐敗變質(zhì)的微生物生長繁殖，延緩腐敗。溶菌酶對水產(chǎn)品的保鮮作用國內(nèi)外均有報(bào)道。2003 年，Hikima［12］通過研究發(fā)現(xiàn)，日本囊對蝦的C 型溶菌酶對多種弧菌及魚類的病原菌都有不同程度的殺菌作用。2010 年，藍(lán)蔚青等［13］研究發(fā)現(xiàn)，在4℃條件下，溶菌酶對帶魚具有明顯的保鮮作用。但從報(bào)道來看，單一使用溶菌酶對水產(chǎn)品進(jìn)行保鮮的不多，而將溶菌酶復(fù)合生物保鮮劑應(yīng)用在水產(chǎn)品中的研究較多。如Wang 等［14］利用溶菌酶-EDTA 復(fù)合劑有效降低了鱈魚李斯特菌數(shù)量，延長鱈魚保質(zhì)期。郭良輝等研究表明，溶菌酶、Nisin、山梨酸鉀等幾種復(fù)合保鮮劑可延長三角蚌的冷藏時(shí)間。2011 年，藍(lán)蔚青等［15］研究發(fā)現(xiàn)，溶菌酶與殼聚糖復(fù)合生物保鮮劑對帶魚具有保鮮作用。目前，國內(nèi)外有關(guān)溶菌酶復(fù)合保鮮劑在水產(chǎn)品中的應(yīng)用研究已經(jīng)較為成熟，但同時(shí)關(guān)于溶菌酶的最適作用條件及其純化等問題也有待進(jìn)一步研究。

3.4 溶菌酶在飲料中的應(yīng)用

低度酒中常用水楊酸做防腐劑，但其對人體有一定的毒副作用，所以人們考慮用無毒害的天然微生物防腐劑溶菌酶來替代水楊酸。最多的相關(guān)報(bào)道就是將其添加到清酒中去。清酒含有15%左右的乙醇，由于乙醇本身具有一定的防腐作用，因此，絕大多數(shù)微生物不能在清酒中生存。但有一種叫火落菌的乳酸菌能在清酒中生長繁殖，產(chǎn)酸，從而使酒變質(zhì)，若向清酒中添加溶菌酶便能有效抑制該菌生長，延長清酒的保質(zhì)期［6］。倪英等［16］報(bào)道，向葡萄酒中加入一定量的溶菌酶，還可大大減少二氧化硫的使用量。我國《食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》(GB2760—2011)中指出在發(fā)酵酒中溶菌酶的添加量為0.5g/kg［17］。此外，溶菌酶還可用于pH 6.0～7.5 的飲料和果汁的防腐。

3.5 溶菌酶在水果中的應(yīng)用

溶菌酶在抑制水果表皮細(xì)菌生長、防止水果腐爛、延長水果保鮮期等方面具有重要作用。早在1999 年時(shí)，張銀良等利用溶菌酶、氯化鈉、甘氨酸復(fù)合保鮮劑等草莓進(jìn)行保鮮，取得較好效果。吳曉英等在對楊梅的研究中發(fā)現(xiàn)，利用溶菌酶對楊梅進(jìn)行處理，大大降低了楊梅的爛果率和失重率。目前，溶菌酶在水果中的應(yīng)用報(bào)道較少，尤其是對于易腐爛的漿果類水果的防腐保鮮作用仍有待于進(jìn)一步研究。

除了上述食品中使用溶菌酶，在醬油、焙烤食品和保健食品中均有關(guān)于溶菌酶保鮮作用的報(bào)道。如陸正清、范蘊(yùn)瑩［18，19］等先后報(bào)道溶菌酶在醬油釀造中的防腐作用優(yōu)于其他化學(xué)防腐劑。對于蛋糕、面包等易腐敗變質(zhì)的食品，在制作過程中添加一定量的溶菌酶，可以起到較好的防腐效果。

溶菌酶作為一種安全、無毒副作用的天然微生物防腐劑越來越受到食品企業(yè)的關(guān)注，但同時(shí)很多問題也亟待解決，如溶菌酶分離提取方法的工業(yè)化生產(chǎn)還不成熟，成本較高;溶菌酶與其他食品添加劑的相互協(xié)同保鮮作用優(yōu)化配比等［20］。相信隨著溶菌酶研究的深入和成熟，其在食品中的應(yīng)用也會(huì)越來越廣泛，必將會(huì)給人們帶來更安全、更營養(yǎng)的食品。

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