乳酸鏈球菌素脂質(zhì)體的研究

金慧偉，楊曉剛，芮昶，關(guān)榮發(fā)，*，黃斯，吳知盼

（1.中國(guó)計(jì)量學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，浙江 杭州 310018；2.浙江理工大學(xué)，浙江 杭州 310018；3.杭州市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測(cè)院，浙江 杭州 310019）

乳酸鏈球菌素脂質(zhì)體的研究

金慧偉1，楊曉剛2，芮昶3，關(guān)榮發(fā)1，*，黃斯1，吳知盼1

（1.中國(guó)計(jì)量學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，浙江 杭州 310018；2.浙江理工大學(xué)，浙江 杭州 310018；3.杭州市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督檢測(cè)院，浙江 杭州 310019）

乳酸鏈球菌素是一種具有良好防腐效果的天然生物保鮮劑，但其易被水解并與食品基質(zhì)發(fā)生反應(yīng),不太穩(wěn)定等問(wèn)題降低了其保鮮效果，而利用脂質(zhì)體包埋技術(shù)可有效地解決乳酸鏈球菌素使用中存在的問(wèn)題，本文將對(duì)乳酸鏈球菌素脂質(zhì)體的特點(diǎn)及其制備的影響因素進(jìn)行闡述。

乳酸鏈球菌素；脂質(zhì)體；特點(diǎn)；制備

近年來(lái)，越來(lái)越多的食品企業(yè)和消費(fèi)者對(duì)食品安全日益重視，尤其是食品行業(yè)中防腐劑的安全問(wèn)題。乳酸鏈球菌素是一種公認(rèn)的高效、無(wú)毒的天然防腐劑，能抑制大部分革蘭氏陽(yáng)性菌及其芽孢的生長(zhǎng)和繁殖，從而能有效抑制有害細(xì)菌的生長(zhǎng)和繁殖，使產(chǎn)品保質(zhì)期延長(zhǎng)4倍～6倍，有利于產(chǎn)品的貯存和運(yùn)輸。同時(shí)，它不僅具有較好的防腐抑菌作用，而且能減弱熱處理強(qiáng)度，降低加工成本，改善食品風(fēng)味、外觀和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[1]。但其在應(yīng)用中還存在著穩(wěn)定性差的問(wèn)題，如自身的降解，細(xì)菌素和食物成分潛在的相互作用等問(wèn)題，導(dǎo)致其抗菌活性的下降。

脂質(zhì)體同時(shí)含有油脂和水，可以用來(lái)運(yùn)送和釋放可溶性和脂溶性的兩性物質(zhì)[2]。在傳統(tǒng)食品工業(yè)中，關(guān)于脂質(zhì)體的研究，主要集中在對(duì)蛋白質(zhì)、酶、維生素、抗氧化劑和風(fēng)味組分等成分轉(zhuǎn)運(yùn)的研究上。由于脂質(zhì)體可包埋水溶性材料，使被包埋的材料具有更大的穩(wěn)定性，因此脂質(zhì)體包埋技術(shù)比其他包埋技術(shù)（噴霧干燥、擠壓、硫化床）具有更大的優(yōu)勢(shì)。研究證明，脂質(zhì)體包埋的物質(zhì)能在環(huán)境和化學(xué)變化時(shí)保持穩(wěn)定，包括酶和化學(xué)修飾，甚至在極端pH和溫度下都能夠得到緩沖[3]。脂質(zhì)體因其可用天然成分制備的優(yōu)點(diǎn)，據(jù)國(guó)外資料報(bào)道，脂質(zhì)體技術(shù)可用于包埋乳酸鏈球菌素，解決乳酸鏈球菌素應(yīng)用中存在的問(wèn)題，如蛋白質(zhì)降解及與食物成分的相互作用[4]。

1 乳酸鏈球菌素脂質(zhì)體的特點(diǎn)

脂質(zhì)體的主要作用之一是包埋濃縮化合物，可以解決抗生素和磷脂之間的靜電和疏水相互作用的問(wèn)題。由34個(gè)氨基酸組成的乳酸鏈球菌素，是分子量為3.5 ku的陽(yáng)離子組成的抗菌肽[5]。乳酸鏈球菌素能被包埋在脂質(zhì)體的內(nèi)水相，也能被固定到脂質(zhì)體膜上。研究發(fā)現(xiàn)，與其他包埋率低的前體脂質(zhì)體（9.5%～26%）相比，具有高包埋率的乳酸鏈球菌素脂質(zhì)體（34.6%），是由前體脂質(zhì)體h制備的，其負(fù)電荷的磷脂（占總磷脂含量的1%）含量較低，含兩性離子的磷脂（占總磷脂含量的85%）含量較高[6]。與其他脂質(zhì)體相比，由于乳酸鏈球菌素會(huì)與帶正電的陽(yáng)離子囊泡發(fā)生靜電斥力作用，故含硬脂?；返年?yáng)離子囊泡具有較低的包埋率（11.7%～13.6%）。與此相反的是，包埋乳酸鏈球菌素的含有十六烷基磷酸鹽的陰離子囊泡，其包埋率（50.1%～54.2%）是最高的，對(duì)于其他陰離子囊泡來(lái)說(shuō)，其包埋率也是較高的，說(shuō)明囊泡包埋效率的增加與靜電相互作用有關(guān)。

脂質(zhì)體表面電荷主要取決于磷脂的組成[7]。在細(xì)胞膜模型中，含磷脂雙層膜的乳酸鏈球菌素，其聯(lián)合作用主要取決于薄膜表面電荷，研究發(fā)現(xiàn)，含有陰離子的乳酸鏈球菌素，相比含中性磷脂的脂質(zhì)體，能更加有效地結(jié)合[8]。具體來(lái)說(shuō)，由于C-末端包含了乳酸鏈球菌素分子在正電荷的重要組成部分，其可用來(lái)調(diào)節(jié)乳酸鏈球菌素與細(xì)胞膜的靜電相互作用[5]。已證實(shí)，膜泄漏的程度與肽結(jié)合程度成正比，故含陰離子脂質(zhì)的乳酸鏈球菌素Z有高滲透力，而含中性脂質(zhì)的有低滲透力[9]。因此，將乳酸鏈球菌素包埋在帶負(fù)電荷磷脂（如前列腺素）頭基上，可能會(huì)導(dǎo)致不穩(wěn)定的脂質(zhì)體孔隙的形成[10]。研究發(fā)現(xiàn)，前列腺素脂質(zhì)體能有效地釋放內(nèi)含物，包埋物質(zhì)由聚碳酸脂和前列腺素（質(zhì)量比為6:4）混合組成的乳酸鏈球菌素脂質(zhì)體能有效地從孔隙結(jié)構(gòu)釋成出來(lái)乳酸鏈球菌素[11]。與游離乳酸鏈球菌素的相比，乳酸鏈球菌素的聚碳酸脂脂質(zhì)體不能有效地抑制目標(biāo)病原體（32℃48 h），但由聚碳酸脂和前列腺素（質(zhì)量比為8:2或6:4）制備的脂質(zhì)體卻有著顯著的抑制作用。研究發(fā)現(xiàn)，與其他脂質(zhì)體相比，由脂質(zhì)前體制備的、帶負(fù)電荷及低含量磷脂的脂質(zhì)體，不易受到乳酸鏈球菌素不穩(wěn)定作用的影響。

2 乳酸鏈球菌素脂質(zhì)體制備效果的影響因素

2.1 膽固醇對(duì)乳酸鏈球菌素脂質(zhì)體制備的影響

膽固醇一般會(huì)降低脂質(zhì)體制備中的包埋率[11]，而氫化脂質(zhì)體的包埋率則相對(duì)高些。研究結(jié)果也證明了這一點(diǎn)，用氫化聚碳酸脂:膽固醇（質(zhì)量比為8:2）組成的乳酸鏈球菌素脂質(zhì)體的包埋率高于聚碳酸脂和膽固醇制備的脂質(zhì)體[12]。研究表明，聚碳酸脂脂質(zhì)體中乳酸鏈球菌素的濃度高于聚碳酸脂:膽固醇（質(zhì)量比為7:3）制備的脂質(zhì)體，但兩者的李斯特菌抗菌活性相似。膽固醇能抑制乳酸鏈球菌素從脂質(zhì)體中滲透出來(lái)[11]，這說(shuō)明膽固醇是穩(wěn)定脂質(zhì)體的有效成分[13]。試驗(yàn)表明膽固醇對(duì)乳酸鏈球菌素包埋率和乳酸鏈球菌素滲漏率的影響原理相同，原因在于膽固醇可以增強(qiáng)脂質(zhì)鏈的協(xié)調(diào)性，這種更緊密的包埋可以減少脂質(zhì)的親和力，而乳酸鏈球菌素包埋到脂質(zhì)膜則會(huì)降低乳酸鏈球菌素向外滲透的程度。

2.2 乳酸鏈球菌素的濃度對(duì)其脂質(zhì)體制備的影響

乳酸鏈球菌素的濃度是影響包埋率的另一個(gè)重要因素，濃度的提高可以增加包埋率。研究發(fā)現(xiàn)，吸附到硅表面上的乳酸鏈球菌素?cái)?shù)量的提高，與乳酸鏈球菌素溶液濃度的增加成正相關(guān)，原因在于乳酸鏈球菌素脂質(zhì)體多層膜的構(gòu)造所致。乳酸鏈球菌素溶液的pH，也可能對(duì)乳酸鏈球菌素脂質(zhì)體產(chǎn)生較大的影響。研究發(fā)現(xiàn)，pH降低（pH范圍：3.6～6.6）促進(jìn)由前體脂質(zhì)體制備的乳酸鏈球菌素脂質(zhì)體的形成[6]。

3 乳酸鏈球菌素脂質(zhì)體在食品工業(yè)中的應(yīng)用

乳酸鏈球菌素作為一種新型的天然防腐劑，在國(guó)際上已得到認(rèn)可，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于乳制品、鮮牛奶、奶粉、酸、奶、干酪及罐頭食品、肉制品飲料等領(lǐng)域。乳酸鏈球菌素被批準(zhǔn)用于食品，所以對(duì)乳酸鏈球菌素Z研究較多。在乳酸鏈球菌素脂質(zhì)體研究中，用常見(jiàn)的食源性致病菌—李斯特菌作為指示菌株，研究發(fā)現(xiàn)，盡管乳酸鏈球菌素Z脂質(zhì)體降低了乳酸菌的活菌數(shù)，但對(duì)切達(dá)奶酪的發(fā)酵影響不大，且其在溫度條件不同的整個(gè)切達(dá)奶酪制作工藝中是穩(wěn)定的。

Benech等（2002）研究了乳酸鏈球菌素Z的脯氨酸脂質(zhì)體在牛乳制備干酪的生產(chǎn)過(guò)程中的效果，試驗(yàn)檢測(cè)了切達(dá)干酪6個(gè)月成熟過(guò)程中抗菌活性、理化性質(zhì)和感官品質(zhì)的變化[13]。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，6個(gè)月后，每克奶酪中形成的李斯特菌的數(shù)量少于10個(gè)菌落形成單位，乳酸鏈球菌素脂質(zhì)體中的乳酸鏈球菌素的活性恢復(fù)到其初始的90%，而僅將乳酸鏈球菌素與發(fā)酵劑進(jìn)行簡(jiǎn)單混合的奶酪中，每克奶酪中含有103～104菌落形成單位的李斯特菌，且乳酸鏈球菌素的活性只能恢復(fù)到起初的12%。在奶酪成熟過(guò)程中，對(duì)脂質(zhì)體包埋的乳酸鏈球菌素和固定在線性脂質(zhì)體結(jié)構(gòu)上的乳酸鏈球菌素進(jìn)行了試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)它們主要分布在與脂肪或酪蛋白接觸面和乳清囊泡中，而由nisinogenic菌株產(chǎn)生的乳酸鏈球菌素在新鮮奶酪基質(zhì)均有分布，但在陳化奶酪中卻集中在脂肪區(qū)域。因此，包埋和固定于脂質(zhì)體膜是運(yùn)輸乳酸鏈球菌素的另一種途徑，可提高乳酸鏈球菌素的穩(wěn)定性和利用率，將乳酸鏈球菌素脂質(zhì)體分散在奶酪基質(zhì)中，也可使奶酪發(fā)酵劑不受乳酸鏈球菌素的不利影響[1]。為進(jìn)一步研究乳酸鏈球菌素脂質(zhì)體在奶酪中的應(yīng)用前景，Benech等（2003）的實(shí)驗(yàn)表明，乳酸鏈球菌素脂質(zhì)體不影響蛋白質(zhì)流變學(xué)、感官特性及其水解作用。nisinogenic菌株摻入到奶酪發(fā)酵劑后，在不改變奶酪流變特征的情況下增強(qiáng)了其對(duì)乳蛋白和乳脂肪的分解作用[14]。

4 結(jié)論

乳酸鏈球菌素脂質(zhì)體在保證乳酸鏈球菌素控制食品中腐敗菌和致病菌的同時(shí)，可有效地降低食品生產(chǎn)加工過(guò)程中不同環(huán)境對(duì)乳酸鏈球菌素的破壞，如酸堿及熱處理對(duì)其的影響[7]，提高乳酸鏈球菌素脂質(zhì)體的穩(wěn)定性和包埋率，有利于乳酸鏈球菌素在食品基質(zhì)中的穩(wěn)定性[6]。由于乳酸鏈球菌素可溶解在水相和脂相的脂質(zhì)體中，并且有著比較高的短期（通過(guò)包埋的乳酸鏈球菌素釋放）和長(zhǎng)期（細(xì)胞膜固定乳酸鏈球菌素的解吸）的抗菌作用，因此可增強(qiáng)食品的安全性以及提高其貨架壽命[8，11，13]。

研究表明，乳酸鏈球菌素脂質(zhì)體技術(shù)是一種用于控制食品中腐爛菌和病原微生物的有力工具[6]。目前研究表明，膽固醇有穩(wěn)定脂質(zhì)體囊泡的作用，但需要量比較大[15]，開(kāi)展膽固醇替代品的研究是其研究方向之一；制備脂質(zhì)體的另一成分卵磷脂是價(jià)廉的天然原料，可從大豆或蛋黃分離，其成本不高[12，16]。目前用來(lái)制備脂質(zhì)體的原料都是安全的，且原料和乳酸鏈球菌素均已獲得監(jiān)管部門(mén)的批準(zhǔn)，允許在食品工業(yè)中使用[3]。目前迫切需要解決的問(wèn)題是降低其成本，使其在可接受的成本內(nèi)擴(kuò)大乳酸鏈球菌素脂質(zhì)體的使用范圍。乳酸鏈球菌素脂質(zhì)體有著較高的包埋率和較強(qiáng)的抗菌活性，目前已廣泛應(yīng)用于乳制品工業(yè)中，主要用來(lái)抑制李斯特菌的生長(zhǎng)，延長(zhǎng)產(chǎn)品貨架期?？傊?，乳酸鏈球菌素脂質(zhì)體作為一種新型的食品防腐劑，應(yīng)用前景十分廣闊。

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Study of Nisin Liposome

JIN Hui-wei1,YANG Xiao-gang2,RUI Chang3,GUAN Rong-fa1,*,HUANG Si1,WU Zhi-pan1
（1.College of Life Sciences,China Jiliang University,Hangzhou 310018,Zhejiang,China;2.Zhejiang Sci-Tech University,Hangzhou 310018,Zhejiang,China;3.Hangzhou Institute of Calibration and Testing for Quality and Technical Supervision,Hangzhou 310019,Zhejiang,China）

Nisin is a natural biological preservative with good preservative effect,but its unstabitily,easyhydrolysis and reacting with the food matrix reduce its preservation effect.Applying liposome technology can solve the problems in utilization of Nisin.In this paper,the characteristics and influencing factors of preparation of Nisin were expounded.

Nisin;liposome;characteristic;preparation

浙江省級(jí)公益性技術(shù)應(yīng)用研究計(jì)劃項(xiàng)目（2012C22052）；浙江省質(zhì)監(jiān)局項(xiàng)目（20110223）；杭州市科技計(jì)劃項(xiàng)目（20091832B50）；杭州市科技計(jì)劃項(xiàng)目（20101032B18）

金慧偉（1991—），男（漢），本科，主要研究方向：脂質(zhì)體。

*通信作者：關(guān)榮發(fā)（1975—），男，副教授，博士，碩士生導(dǎo)師，主要研究方向：食品保鮮與食品安全。

2012-01-17