溶菌酶高分子復(fù)合抗菌材料的研究進(jìn)展

梁勛，胡杰，汪樂川，況海銳，陳陽(yáng)，李真順

（長(zhǎng)江大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，湖北荊州434025）

1 溶菌酶的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及抑菌特性

溶菌酶（lysozyme，Lyz）又稱N-乙酰胞壁質(zhì)聚糖水解酶或胞壁質(zhì)酶，具有良好的生物相容性，能在不破壞機(jī)體的前提下有效殺傷病原微生物，但目前應(yīng)用最多的是C、G型兩種。C型蛋清溶菌酶由18種129個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成，分子量大約為14 300 u，內(nèi)部存在4個(gè)二硫鍵，在一定的高壓和高溫條件下二三級(jí)結(jié)構(gòu)不會(huì)改變，因此溶菌酶比其它蛋白更穩(wěn)定[1]。

溶菌酶是自然界中廣泛存在的天然抗菌物質(zhì)，在蛋清中含量最豐富，在食品中已經(jīng)有廣泛的應(yīng)用。溶菌酶的作用是破壞N-乙酰胞壁酸和N-乙酰氨基葡萄糖之間的β-1，4糖苷鍵，降低細(xì)胞壁穩(wěn)定性，導(dǎo)致胞壁內(nèi)外滲透壓不平衡從而發(fā)生破裂，內(nèi)容物溢出，細(xì)菌溶解死亡。革蘭氏陽(yáng)性菌細(xì)胞壁的主要成分是肽聚糖，但革蘭氏陰性菌細(xì)胞壁有很厚的多糖類物質(zhì)在外層，多糖阻礙了溶菌酶對(duì)肽聚糖的裂解，因此溶菌酶對(duì)革蘭氏陰性菌的殺菌效果不明顯。

近幾年，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在溶菌酶的化學(xué)修飾、物理改性、固載及納米材料方面的探索研究已有一定的報(bào)道[2-4]，將溶菌酶與其他高分子材料結(jié)合，形成復(fù)合物可增加溶菌酶的應(yīng)用場(chǎng)景，針對(duì)不同的使用情況可靈活變換，溶菌酶涂層可在固體物料表面使用，納米材料微膠囊等可在液體物料中使用，溶菌酶復(fù)合材料可對(duì)溶菌酶進(jìn)行控釋，防止溶菌酶的流失，提高溶菌酶活性、利用率和殺菌效率。因此復(fù)合材料可極大地拓寬溶菌酶的適用范圍。

2 溶菌酶高分子復(fù)合物抗菌膜材料

將溶菌酶與其他高分子聚合物結(jié)合形成薄膜，附著溶菌酶后的薄膜可應(yīng)用在食品包裝或直接應(yīng)用于食品物料的表面涂層，這種薄膜或涂層在抗菌的同時(shí)還兼具防水透氣的效果，可有效保護(hù)物料，提高溶菌酶的使用率，節(jié)約成本。

多糖和蛋白質(zhì)是目前應(yīng)用最廣泛的生物高分子物質(zhì)，天然多糖和蛋白質(zhì)自組裝體系能作為食品和藥物載體，并且方法簡(jiǎn)便，反應(yīng)條件溫和，無(wú)任何有毒表面活性劑、交聯(lián)劑等物質(zhì)，具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。在特定條件下，多糖分子的還原末端能和蛋白質(zhì)分子氨基酸側(cè)鏈的自由氨基發(fā)生美拉德反應(yīng)，形成多糖-蛋白質(zhì)的復(fù)合物。能有效提高蛋白質(zhì)的功能特性，比如起泡性，乳化性等。

2.1 溶菌酶膠原蛋白復(fù)合物

溶菌酶和膠原蛋白有利于食品物料的保鮮，Wang等[5]將膠原蛋白與溶菌酶結(jié)合制作出一種可食用的涂層，鮭魚經(jīng)過4種不同濃度的膠原溶菌酶處理后，在4℃下冷藏15 d，在儲(chǔ)存期間對(duì)其進(jìn)行物理、化學(xué)、微生物學(xué)和感官分析，最后發(fā)現(xiàn)所有的處理都顯著提高了新鮮鮭魚片的保鮮質(zhì)量，更好地抑制了細(xì)菌的生長(zhǎng)，且對(duì)減少樣品的重量損失具有很好的效果。膠原分子外存在大量的親水羧基和羥基，它們與水蒸氣分子之間可以形成氫鍵，能有效地阻止水蒸氣從樣品中蒸發(fā)，使樣品表面保持更多的水分。

2.2 多酚修飾溶菌酶

用兒茶素-溶菌酶復(fù)合物（catechin and lysozyme combination，CLC）摻入明膠薄膜和聚氯乙烯（polyvinyl chloride，PVC）薄膜包裹碎豬肉，在4℃下冷藏7 d，發(fā)現(xiàn)用兒茶素溶菌酶明膠薄膜（catechin-lysozyme incorporated gelatin film，CLGF）包裹的樣品表現(xiàn)出較少的重量損失和脫色，CLGF可以成功抑制冷藏豬肉中的脂質(zhì)氧化和微生物生長(zhǎng)，延長(zhǎng)其保質(zhì)期[6]。使用兒茶素能有效地使薄膜增塑，兒茶素還提供了膜的抗氧化性，該膜顯示出對(duì)李斯特菌的抗菌活性。通過該方法獲得的薄膜具有柔韌性和抗菌抗氧化性及控釋性能。

使用兒茶素與溶菌酶結(jié)合作用于魚明膠膜，沒有添加CLC的明膠膜具有最高的亮度。隨著CLC的增加，薄膜的透光率沒有顯著降低，薄膜透明度也沒有顯著降低（p＞0.05）。這些發(fā)現(xiàn)表明CLC摻入可以改善所得薄膜的機(jī)械、物理化學(xué)性質(zhì)，從而使薄膜更適用于活性食品包裝[7]。

2.3 溶菌酶多糖復(fù)合物

溶菌酶-殼聚糖涂層在保護(hù)雞蛋內(nèi)部質(zhì)量方面非常有效，將溶菌酶和殼聚糖復(fù)合，用于包覆雞蛋，可減少雞蛋的重量損失從而延長(zhǎng)了保質(zhì)期。殼聚糖的涂層也改善了蛋殼的強(qiáng)度[8]。溶菌酶-殼聚糖涂層是活性包裝，具有良好的應(yīng)用前景。可以成為現(xiàn)有技術(shù)的可行替代品，用于在長(zhǎng)期儲(chǔ)存期間保持新鮮雞蛋的內(nèi)部質(zhì)量。

酰化反應(yīng)制備的N-琥珀酰殼聚糖（N-succinylchitosan，NSC）與溶菌酶結(jié)合（NSC-Lyz），在最佳條件下溶菌酶的固載量高達(dá)89%[9]，主要是由于固載后的溶菌酶與NSC發(fā)生共價(jià)結(jié)合導(dǎo)致二級(jí)結(jié)構(gòu)改變，NSC-Lyz有良好的熱穩(wěn)定性、抑菌活性和保鮮效果，所制得的膜在拉伸強(qiáng)度、透光性、隔氧、阻水等方面也有比較好的性能。殼聚糖與溶菌酶的應(yīng)用在實(shí)際生產(chǎn)中也有其他方面的探索，Liburdi等[10]和Cappannella等[11]將固定在殼聚糖載體上的溶菌酶，用于葡萄酒中的乳酸菌的連續(xù)發(fā)酵，溶菌酶在固定化形式中比在游離形式中更有效。

溶菌酶和低甲氧基（low methoxyl，LM）果膠復(fù)合，開發(fā)可食用的抗菌膜能顯著降低溶菌酶抗菌活性。根據(jù)粒徑和電泳遷移率（zeta電位）結(jié)果顯示這可能是由于溶菌酶底物擴(kuò)散受限或酶遷移率降低[12]造成的。游離離子化羧酸基團(tuán)和LM果膠在靜電相互作用下結(jié)合，在配合物形成過程中，一些溶菌酶陽(yáng)離子位點(diǎn)游離于配合物表面，使配合物之間建立起果膠橋。因此，單個(gè)LM果膠分子可以通過靜電橋接形成聚集與多個(gè)絡(luò)合物結(jié)合，當(dāng)含有溶菌酶/LM果膠復(fù)合物的薄膜浸入水中時(shí)，加入產(chǎn)果膠分解酶的真菌，溶菌酶活性顯著增加，這可能是由于果膠酶水解后溶菌酶從復(fù)合物中解離發(fā)揮作用導(dǎo)致的。

通過美拉德反應(yīng)制備的溶菌酶-半乳甘露聚糖復(fù)合物具有良好的乳化性能和抗菌性能。半乳甘露聚糖與溶菌酶結(jié)合方式的美拉德反應(yīng)示意圖見圖1。

圖1 半乳甘露聚糖與溶菌酶結(jié)合方式的美拉德反應(yīng)示意圖[13]Fig.1 Lysozyme-galactomannan conjugate was prepared via a Maillard-type reaction[13]

研究表明溶菌酶-半乳糖甘露聚糖（lysozymegalactomannan）（質(zhì)量比 1∶1，pH 9.5，60℃，相對(duì)濕度79%）和E.coli IF0 12713在50℃條件下加熱，40 min后大腸桿菌活菌個(gè)體全部被殺滅。通過在260 nm處測(cè)定培養(yǎng)液上清，在有復(fù)合物存在的情況下，吸光度顯著增加[14]，這表明，在溶菌酶-半乳糖甘露聚糖復(fù)合物存在的情況下，大腸桿菌細(xì)胞表面發(fā)生了不可逆損傷。

溶菌酶是一種抗菌多肽，可用于食品保存，與瓜爾膠等多糖的綴合可以擴(kuò)大其抗革蘭氏陰性菌的活性。瓜爾膠是一種親水性多糖，可防止蛋白質(zhì)分子的沉淀與聚集，復(fù)合物通過美拉德反應(yīng)開發(fā)，針對(duì)兩種革蘭氏陽(yáng)性菌（金黃色葡萄球菌和腸球菌）和兩種革蘭氏陰性菌（大腸桿菌和沙門氏菌）測(cè)定復(fù)合物的抗菌活性。結(jié)果顯示溶菌酶-瓜爾膠復(fù)合物的功能特性有顯著的提高，瓜爾膠天然的增稠作用提高了復(fù)合物的乳化性、起泡性和熱穩(wěn)定性，對(duì)DPPH自由基的抑制率從2.02%顯著提高到35.80%，溶菌酶-瓜爾膠復(fù)合物的還原能力顯著提高到4.93AAE/g[15]。

Hashemi等[16-17]還通過美拉德反應(yīng)制備了溶菌酶（Lyz）-阿拉伯膠（gum Arabic，GA）復(fù)合物（Lyz-GA）和黃原膠（XG）-溶菌酶（Lyz）復(fù)合物（Lyz-XG）。Lyz-GA應(yīng)用于蛋黃醬作為天然防腐劑和乳化劑。溶菌酶單獨(dú)不具有廣譜抗菌活性或乳化性質(zhì)。但該研究表明Lyz-GA在蛋黃醬中的應(yīng)用加速了金黃色葡萄球菌和E.coli K-12的死亡，增加了溶菌酶在抗菌食品中的應(yīng)用范圍。同時(shí)Lyz-GA在蛋黃醬中的乳化作用也有明顯提升。Lyz-XG也表現(xiàn)出同樣的效果，而且起泡性也有部分提升。該成果使得天然防腐劑和乳化劑在食品工業(yè)中的應(yīng)用成為可能。

在溫和的美拉德反應(yīng)條件下制備的黃芪膠（tragacanthin，TRG）和雞蛋清溶菌酶（Lyz）的酶-生物聚合物復(fù)合物與天然溶菌酶相比復(fù)合物的乳化性質(zhì)有顯著提升。與TRG結(jié)合顯著改善了溶菌酶對(duì)金黃色葡萄球菌、蠟狀芽孢桿菌、大腸桿菌和傷寒沙門氏菌生長(zhǎng)的抑制作用[18]。

新型抗菌膜材料的使用在一定程度上會(huì)產(chǎn)生負(fù)面的感官效果，由于成分大多數(shù)是高分子或有機(jī)物，與食品物料直接接觸時(shí)可能會(huì)發(fā)生微小的化學(xué)反應(yīng)，對(duì)食品本身的風(fēng)味口感造成改變，不利于食品的食用。如何做到在不影響食品感官的同時(shí)有效地發(fā)揮抗菌保鮮效果，或開發(fā)可食用抗菌保鮮膜，是后續(xù)研究的主要方向之一。

3 溶菌酶可控釋抗菌包裝材料

Gemili等[19]將溶菌酶摻入醋酸纖維素（cellulose acetate，CA）膜中，通過調(diào)節(jié)初始澆鑄溶液的組成，將膜的結(jié)構(gòu)從高度不對(duì)稱和多孔變?yōu)橹旅埽瑢?shí)現(xiàn)溶菌酶的控制釋放。含有1.5%溶菌酶和5%CA溶液制備的薄膜在溶菌酶釋放速率，可溶性溶菌酶活性和抗菌活性等方面都是最高的。隨著澆鑄液中CA含量的增加，膜的孔隙率下降，但是固定在膜中的溶菌酶活性和薄膜的抗拉伸強(qiáng)度增加。

采用帶正電荷的溶菌酶-殼聚糖-有機(jī)累托石（organic rectorite，OREC）復(fù)合材料和帶負(fù)電荷的海藻酸鈉通過逐層改性（layer-by-laye，LBL）自組裝技術(shù)，對(duì)帶負(fù)電荷的電紡醋酸纖維素（cellulose acetate，CA）纖維氈進(jìn)行多層改性[20]。添加OREC的LBL結(jié)構(gòu)纖維墊可有效抑制大腸桿菌和金黃色葡萄球菌，可以延長(zhǎng)豬肉的保質(zhì)期約3 d。

在擴(kuò)大溶菌酶的抗菌譜方面，還有直接將溶菌酶與外包裝結(jié)合的方法，Barbiroli等[21]將抗菌蛋白溶菌酶和乳鐵蛋白結(jié)合到含有羧甲基纖維素的紙張中，使帶正電荷的蛋白質(zhì)與紙基質(zhì)非共價(jià)結(jié)合。對(duì)李斯特菌進(jìn)行的試驗(yàn)中這兩種蛋白質(zhì)之間的協(xié)同作用是明顯的，乳鐵蛋白改變了細(xì)菌細(xì)胞膜的通透性，有利于溶菌酶更好的殺滅細(xì)菌。紙張中釋放的溶菌酶保留了它們的結(jié)構(gòu)和功能，表明造紙過程不影響它們的結(jié)構(gòu)，釋放的溶菌酶還保留了對(duì)常見食品污染物的抗菌活性。

邢易等[22]將聚四氟乙烯（polytetrafluoroethylene，PTFE）高分子聚合物膜用多巴胺改性后，使溶菌酶固定在其表面上，這種薄膜對(duì)金黃色葡萄球菌的抗菌率高達(dá)89%。固載溶菌酶構(gòu)建的PTFE抗菌功能膜，不僅在一定程度上保持了基體材料本身的防水透氣性，而且可防止抗菌劑流失，提高溶菌酶的穩(wěn)定性。

Corradini等[23]通過溶膠-凝膠途徑制備基于聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（poly ethylene terephthalate，PET）的抗菌活性包裝，其包含作為抗菌劑的溶菌酶，是一種具有控釋性質(zhì)的包裝膜。Ozer等[24]開發(fā)了基于pH值響應(yīng)性聚丙烯酸（polyacrylic acid，PAA）/溶菌酶（Lyz）復(fù)合物的新型控釋系統(tǒng)，該膜系統(tǒng)適合于保持溶菌酶的抗菌活性，通過改變PAA/Lyz質(zhì)量比和PAA分子量來改變復(fù)合物的性質(zhì)，溶菌酶的釋放時(shí)間從不到24 h延長(zhǎng)至500 h，研究發(fā)現(xiàn)溶菌酶與弱聚電解質(zhì)的絡(luò)合可用作實(shí)現(xiàn)持久抗菌，并且用這種復(fù)合物制備的膜作為食品包裝材料具有巨大潛力。

Arcan等[25]使用復(fù)合和混合膜制造方法改變玉米醇溶蛋白膜的疏水性和形態(tài)來控制釋放溶菌酶，在5%玉米醇溶蛋白中將蜂蠟摻入薄膜中，得到含有無(wú)定形蠟顆粒的復(fù)合薄膜，隨著蠟的熔點(diǎn)增加，復(fù)合物的溶菌酶釋放速率降低，復(fù)合物和混合物的溶菌酶釋放速率最低為對(duì)照的6%。蜂蠟的加入顯著提高了玉米醇溶蛋白的抗拉伸強(qiáng)度，在針對(duì)李斯特菌進(jìn)行的抗菌效果測(cè)試中發(fā)現(xiàn)其抗菌性及抗氧化性都得到了提高，通過使用玉米醇溶蛋白可以生產(chǎn)具有控釋性能的柔性抗菌和抗氧化薄膜。

Hanu?ová等[26]通過Ugi反應(yīng)將葡萄糖氧化酶和溶菌酶與環(huán)己基異氰化物和戊二醛固定在聚酰胺和離子膜上，結(jié)果表明固定化溶菌酶后的膜在瓊脂培養(yǎng)基上能抑制細(xì)菌E.coli CNCTC 6859，熒光假單胞菌CNCTC 5793，瑞士乳桿菌CH-1，李斯特菌ivanovii CCM 5884和李斯特菌無(wú)害CCM 4030的生長(zhǎng)。

可控釋膜材料一般具有疏松多孔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這就導(dǎo)致在膜的厚度上有先天劣勢(shì)，厚度增加會(huì)使得重量也相應(yīng)增加，降低了機(jī)械性能，與傳統(tǒng)保鮮膜相比較脆弱、易破損、抗拉伸能力較弱、防水能力不夠優(yōu)秀。可控釋抗菌膜材料的輕量化研究值得進(jìn)一步深入探討，增強(qiáng)機(jī)械性能，保證一定的抗拉伸強(qiáng)度，有利于抗菌膜長(zhǎng)期有效保護(hù)物料的品質(zhì)。同時(shí)目前研究的可控釋抗菌膜大多數(shù)只具備單一條件下的控釋性能，在復(fù)雜的運(yùn)輸儲(chǔ)藏銷售環(huán)節(jié)中，環(huán)境條件多變，開發(fā)可靈活調(diào)控釋放抗菌物質(zhì)的膜材料具有廣闊的市場(chǎng)及應(yīng)用前景。

4 溶菌酶納米材料

有機(jī)高分子微凝膠與溶菌酶結(jié)合極大地增強(qiáng)了溶菌酶的活性、抑菌性，便于儲(chǔ)存且在長(zhǎng)時(shí)間的儲(chǔ)存過后溶菌酶仍能保持較高的活性。納米材料比表面積非常大，表面能量高，少量的納米材料就能吸附大量溶菌酶，同時(shí)微凝膠等納米材料易于在體系中擴(kuò)散，能更充分地發(fā)揮溶菌酶的抗菌效果。納米技術(shù)能提高溶菌酶的抑菌作用時(shí)長(zhǎng)，拓展溶菌酶納米材料在食品中的應(yīng)用范圍。

納米材料逐步應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，在食品工業(yè)中也表現(xiàn)出巨大的潛力，有納米凝膠、納米纖維等[27]。靜電紡絲是目前有效制備納米纖維的方法之一[28-30]。電紡納米纖維膜具有很高的表面積比、體積比和高孔隙率等特點(diǎn)，在食品科學(xué)領(lǐng)域有極大的發(fā)展?jié)摿31-33]。

4.1 納米凝膠及微球

以Fe3O4作為磁核，聚乙二醇6000（polyethylene glycol，PEG 6000）作為分散劑，羧甲基殼聚糖（carboxymethyl chitosan，CM-CTS）作為表面殼體材料制備的功能性超順磁性納米顆粒Fe3O4（PEG+CM-CTS），通過靜電相互作用對(duì)蛋清中的溶菌酶進(jìn)行分離純化，得到較高純度的溶菌酶，且該方式高效、成本低、吸附容量高。明顯優(yōu)于傳統(tǒng)溶菌酶的分離純化技術(shù)。研究表明溶菌酶與超順磁性納米顆粒Fe3O4（PEG+CM-CTS）之間產(chǎn)生了穩(wěn)定的復(fù)合物，較好地維持了蛋白質(zhì)的構(gòu)象，活性保留率高達(dá)92.4%，高于自然狀態(tài)下的溶菌酶[34]。

Welsch等[35]將溶菌酶在pH 7.2的帶負(fù)電的核-殼微凝膠上吸附。載體顆粒由聚苯乙烯核心組成，其上連接有帶電荷的聚N-異丙基丙烯酰胺-共-丙烯酸網(wǎng)絡(luò)，見圖2。

圖2 帶正電荷的溶菌酶與帶負(fù)電荷的核-殼微凝膠之間的吸附作用[35]Fig.2 Adsorption between positively charged lysozyme and negatively charged core-shell microgels[35]

等溫滴定量熱法（isothermal titration calorimetry，ITC）分析表明，溶菌酶在帶電凝膠上的吸附是由熵驅(qū)動(dòng)的。鹽的添加極大地降低了結(jié)合親和力，這說明靜電相互作用在吸附過程中扮演了重要的角色。然而，在高鹽濃度下，大量蛋白質(zhì)與之結(jié)合仍未觀察到熵的改變，這是由疏水相互作用導(dǎo)致的，通過分析吸附的溶菌酶的酶活性發(fā)現(xiàn)活性大約增強(qiáng)為之前的3.5倍，表明溶菌酶在進(jìn)入凝膠時(shí)吸收了大約一個(gè)質(zhì)子。核殼微凝膠為溶菌酶提供了“智能”膠體載體，可增強(qiáng)其活性。

Wu 等[36-37]基于殼聚糖（chitosan，CS）和三聚磷酸鈉（sodium tripolyphosphate，TPP）之間的離子凝膠化方法制備殼聚糖納米顆粒（chitosan nanoparticles，CS-NPs）。N-H和O-H基團(tuán)之間的相互作用，通過離子型凝膠化技術(shù)將酶結(jié)合到CS-NPs中制備殼聚糖-溶菌酶納米凝膠 （chitosan-lysozyme nanoparticles，CS-Lys-NPs），納米凝膠尺寸較小并且?guī)д姾桑茉鰪?qiáng)對(duì)細(xì)菌的抗菌活性。CS-NPs和CS-Lys-NPs可以顯著抑制大腸桿菌和枯草芽孢桿菌的生長(zhǎng)。與CS-NPs相比，CS-Lys-NPs在抑制大腸桿菌或枯草芽孢桿菌方面更有效。CS-Lys-NPs可廣泛應(yīng)用于食品工業(yè)，以直接添加或摻入包裝的形式進(jìn)行其他應(yīng)用。Wu等還發(fā)現(xiàn)鈣離子（Ca2+）濃度的增加有利于減緩溶菌酶與殼聚糖（CS）/海藻酸鈉（sodium alginate，SA）復(fù)合物（CS-SAPs）中溶菌酶的釋放速率。

Uddin等[38]發(fā)現(xiàn)與未修飾的纖維素納米纖絲（cellulose nanofibrils，CNF）和通過TEMPO介導(dǎo)的氧化（TO-CNF）制備的陰離子CNF相比，用陽(yáng)離子CNF制備的載有溶菌酶或銀納米顆粒（AgNP）的氣凝膠顯示出更好的抗菌活性。

Yang等[39]通過在層狀雙金屬氫氧化物（layered double hydroxide，LDH）中插入Lyz制備溶菌酶層狀雙氫氧化物納米復(fù)合物（Lyz-LDHs）。Lyz-LDHs對(duì)金黃色葡萄球菌顯示出優(yōu)異的殺菌效果。Lyz-LDHs的抗菌性能受Lyz/LDH比率和pH值的影響。這種復(fù)合物的殺菌原理是Lyz-LDHs通過LDH將細(xì)菌吸附到其表面，然后通過固定化的Lyz殺死它們，見圖3。這種新材料整合了Lyz的殺菌能力和LDH的吸附能力。此外，Lyz-LDHs的抗菌能力是持久的，并且不受吸附容量的限制。

納米凝膠作為溶菌酶的載體極大地提高了溶菌酶的活性，主要是因?yàn)榧{米凝膠尺寸較小，其所帶的正電荷提高了抗菌活性，納米結(jié)構(gòu)決定了這種材料具有極強(qiáng)的吸附能力，少量的納米凝膠就能固定大量的溶菌酶，效率極高。同時(shí)，納米凝膠本身的固有特性決定了它能廣泛應(yīng)用在多種形態(tài)的食品原料中，在制藥工業(yè)中的應(yīng)用也有很大的潛力。

圖3 Lyz-LDHs復(fù)合物的滅菌機(jī)理[39]Fig.3 Disinfection mechanism of Lyz-LDHs composites[39]

基于球狀蛋白和親水性多糖具有核殼結(jié)構(gòu)的原理組裝制備的溶菌酶-葡聚糖納米凝膠。在很寬的pH值范圍和高離子強(qiáng)度下都不會(huì)發(fā)生二次聚集或解離，性質(zhì)穩(wěn)定，在4℃可儲(chǔ)存半年以上。以布洛芬為模型藥物，用溶菌酶-葡聚糖納米凝膠對(duì)其進(jìn)行包埋，在不同pH值下加入NaCl，隨著pH值的增加，對(duì)布洛芬的包埋量逐漸降低，研究發(fā)現(xiàn)該納米凝膠適合于疏水性藥物的包埋[40]。

4.2 納米纖維

Park等[41]通過靜電紡絲法由混合的殼聚糖/聚乙烯醇（poly vinyl alcohol，PVA）溶液制備直徑為150 nm～200 nm的殼聚糖（CS）納米纖維。通過交聯(lián)酶聚集體（cross-linked enzyme aggregates，CLEAs）將雞蛋白溶菌酶（Lyz）固定在電紡CS納米纖維上，并用于有效和連續(xù)的抗菌應(yīng)用。在長(zhǎng)達(dá)80 d的室溫儲(chǔ)存后固定化的溶菌酶-CLEAs仍保留了其初始活性的75.4%以上，而游離溶菌酶在相同條件下失去了所有活性。且在連續(xù)使用100次后保留了超過76%的活性。溶菌酶-CLEAs固定的CS納米纖維連續(xù)使用10次后對(duì)4種致病細(xì)菌顯示出82.4%、79.8%、83.4%和84.1%的抑菌率，這些優(yōu)良的特性表明這種纖維可作為一種高效可連續(xù)使用的抗菌材料。

以溶菌酶為模型蛋白，聚乳酸為材料，使用靜電紡絲法制備了載有溶菌酶的聚乳酸纖維，溶菌酶作為芯層被包裹在聚合物纖維里面。該結(jié)構(gòu)可有效抑制突釋，并且在釋放過程中能保護(hù)溶菌酶的完整結(jié)構(gòu)和生物學(xué)活性。根據(jù)不同目的制備不同包裹量的復(fù)合纖維，可控制緩釋，加快了皮膚創(chuàng)面的修復(fù)進(jìn)程，成功應(yīng)用于糖尿病和皮膚潰瘍的治療[42]。

通過逐層自組裝技術(shù)（LBL）將帶正電荷的溶菌酶（Lyz）和帶負(fù)電荷的果膠交替沉積附著在纖維素納米纖維墊的表面上，見圖4。可得到熱性能更優(yōu)的改性纖維墊。抑菌試驗(yàn)結(jié)果表明Lyz/果膠雙層涂覆的納米纖維墊對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的抑制作用有明顯的增強(qiáng)[43]。

圖4 納米纖維墊上的Lyz/果膠逐層自組裝過程[43]Fig.4 Schematic of Lyz/pectin LBL modification process on nanofibrous mats[43]

納米技術(shù)在抗菌材料中的應(yīng)用在近年來逐漸為人所知，但大規(guī)模地商用受限于成本，傳統(tǒng)保鮮膜與其相比工業(yè)化程度極高，制作工藝十分成熟，原材料價(jià)格低廉，成本遠(yuǎn)低于新型納米抗菌材料。盡早走出實(shí)驗(yàn)室，工業(yè)化批量生產(chǎn)能大幅度降低納米抗菌材料的生產(chǎn)成本。完善納米抗菌材料的生產(chǎn)工藝，降低成本是后續(xù)研究的大趨勢(shì)。

5 結(jié)論與展望

溶菌酶擁有獨(dú)特的生物學(xué)特性，在食品醫(yī)藥等領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用價(jià)值和開發(fā)前景。物理、化學(xué)還有生物改性等能改善溶菌酶活性，溶菌酶與蛋白質(zhì)多糖等生物高分子以及納米材料的結(jié)合大大地拓展了溶菌酶的抗菌譜，突破其自身存在的局限性，G-菌表面存在的肽聚糖使得溶菌酶對(duì)其殺傷性有明顯的減弱。通過制備溶菌酶高分子復(fù)合材料獲得抗菌包裝和可控釋抗菌薄膜，對(duì)溶菌酶進(jìn)行控釋，實(shí)現(xiàn)持久高效的抗菌。與納米材料結(jié)合提高了溶菌酶的抗菌效率和時(shí)間，有利于在食品領(lǐng)域開發(fā)安全高效的新型材料。與多糖的交聯(lián)作用明顯改善了溶菌酶的乳化性、起泡性以及熱穩(wěn)定性，對(duì)常見病原微生物的殺傷效果也有顯著的提升。天然抗菌蛋白溶菌酶在代替防腐劑方面有極大的前景，對(duì)其生物活性的探索有很大的意義。這些研究能為溶菌酶的深入探索提供理論依據(jù)和有效的方法途徑。