劉琴英 翁建超 謝斯超 蔣冬花

（浙江師范大學(xué)化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院 浙江 金華 321004）

ε-聚賴氨酸（ε-PL）在近些年來引起了學(xué)者們的廣泛關(guān)注。ε-PL最先由日本學(xué)者S.shima和H.sakai[1]在篩選有價(jià)值的生物堿時(shí)偶然從放線菌培養(yǎng)過濾液中提取出的天然生物代謝產(chǎn)物。因其在人體內(nèi)可分解為L(zhǎng)-賴氨酸，作為人體必需氨基酸被吸收，從而對(duì)人體不存在任何毒副作用。另外，ε-PL因其廣譜抑菌性，熱穩(wěn)定性好，水溶性好，不僅在食品工業(yè)界作為生物防腐劑得到廣泛應(yīng)用，并且作為生物材料廣泛應(yīng)用于藥物載體、基因芯片等醫(yī)療領(lǐng)域。

1 ε-PL的理化性質(zhì)

ε-PL是一種偶然發(fā)現(xiàn)于放線菌過濾液中的堿性氨基酸聚合物，其由25-35個(gè)L-賴氨酸通過α-ε酰胺鍵依次連接而成（圖 1），分子量約為 3500-4500，無固定的熔點(diǎn)，250℃以上開始軟化分解 ，吸濕性強(qiáng)，略有苦味，易溶于水、鹽酸，微溶于乙醇，生物可降解，安全無毒，在1680-1640cm和1580-1520cm有強(qiáng)的紅外吸收峰。

圖1 ε-PL的化學(xué)結(jié)構(gòu)Fig.1 Chemical structure of ε-PL

2 ε-PL的作用機(jī)制

2.1 ε-PL的抑菌機(jī)制

研究表明[2]，ε-PL抑制菌主要有以下兩種方式：第一，破壞細(xì)胞膜的完整性。ε-PL吸附到細(xì)胞膜上，通過一定的物化作用破壞膜結(jié)構(gòu)完整性，從而使細(xì)胞膜喪失對(duì)物質(zhì)的選擇性，引起細(xì)胞的物質(zhì)、能量和信息傳遞中斷并可導(dǎo)致胞內(nèi)溶酶體膜破裂而誘導(dǎo)微生物產(chǎn)生自溶作用，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡。第二，破壞蛋白合成系統(tǒng)。ε-PL呈高聚合多價(jià)陽(yáng)離子態(tài)，可以與核糖體結(jié)合抑制蛋白和酶的合成，從而使微生物在能量轉(zhuǎn)化、物質(zhì)代謝過程中因缺乏相關(guān)酶而未能正常進(jìn)行，導(dǎo)致微生物生長(zhǎng)抑制或死亡。此外，S.shima等人[5,6]研究發(fā)現(xiàn)ε-PL要形成具有生物活性的空間構(gòu)象氨基酸個(gè)數(shù)不能小于10及分子中的堿性基團(tuán)氨基是ε-PL抑菌關(guān)鍵基團(tuán)，若化學(xué)修飾ε-PL的氨基，抑菌活性將會(huì)喪失。

2.2 ε-PL的自我保護(hù)機(jī)制

研究表明[3,4]，為防止ε-PL對(duì)本身菌株的抑制作用，ε-PL生產(chǎn)菌株具有自我保護(hù)酶—ε-PL降解酶，該酶與能與菌體細(xì)胞膜緊密結(jié)合，起到保護(hù)菌體的作用。

3 ε-PL菌株篩選方法

3.1 PolyR-478法

2002年，日本學(xué)者M(jìn)asanobu Nishikawa等人[2,7]在培養(yǎng)基中加入PolyR-478，使ε-PL產(chǎn)生菌周圍因靜電吸引PolyR-478產(chǎn)生顏色圈，從而對(duì)其進(jìn)行了大規(guī)模篩選。研究發(fā)現(xiàn)，ε-PL基本上是由白色鏈霉菌發(fā)酵而得，少數(shù)由麥角真菌產(chǎn)生。但這種方法也存在缺陷，一是后期處理仍然比較繁瑣，二是酸性染料PolyR-478已經(jīng)停產(chǎn)。

3.2 美藍(lán)法

2005年，朱宏陽(yáng)等人[6,8]在初篩培養(yǎng)基中加入美藍(lán)，挑選出形成透明圈的菌，利用Dragendorff試劑復(fù)篩，篩選到一株北里孢菌。采用這種方法，2006年江南大學(xué)張超[7,9]篩選到一株白色鏈霉菌。該法相比較PolyR-478法特異性大為提高。但該方法也有不足,美藍(lán)毒性較強(qiáng)，即使在0.002%極低濃度下仍對(duì)菌株有較強(qiáng)的毒害作用,直接添加到分離培養(yǎng)基中,嚴(yán)重抑制菌株生長(zhǎng),導(dǎo)致透明圈不明顯,篩菌效率極低。

2007年，段杉等[7,10]改進(jìn)美藍(lán)法，采用噴灑美藍(lán)，篩得一株灰橙鏈霉菌。但實(shí)際應(yīng)用時(shí)存在問題,一是噴灑的美藍(lán)容易被瓊脂吸附濃縮于表面而不易被排斥形成透明圈,二是噴灑易污染實(shí)驗(yàn)環(huán)境,三是噴灑時(shí)易將孢子吹散不便于分離。

3.3 誘惑紅法

2010年，江南大學(xué)廖莉娟等[11]在培養(yǎng)基中加入一種酸性染料誘惑紅進(jìn)行初篩，其作用機(jī)理類似于PolyR-478，利用Dragendorff試劑、薄板層析進(jìn)行復(fù)篩，篩選得到26株菌株。該方法快捷、高效且對(duì)菌株無毒害，是目前較為理想的篩選方法。

4 ε-PL的應(yīng)用

4.1 ε-PL在食品保鮮防腐方面的應(yīng)用

ε-PL之所以能取代α-PL成為優(yōu)良的食品防腐保鮮劑，主要因其安全無毒、抑菌譜廣、水溶性大、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。2003年美國(guó)食品和醫(yī)藥管理局(FDA)[12]正式批準(zhǔn)ε-PL為食品防腐劑，并廣泛使用于日韓美傳統(tǒng)日常菜肴、果醬、色拉等。

4.2 ε-PL在醫(yī)藥研究中的應(yīng)用

由于ε-PL帶正電能與帶負(fù)電的物質(zhì)發(fā)生強(qiáng)的靜電吸引力，易通過生物膜且不易分解，可以有效降低藥物阻力且提高藥物的轉(zhuǎn)運(yùn)效率。因此，ε-PL被廣泛用于藥物的緩釋和靶向載體，如Sospedra等[13]以ε-PL為主鏈的分支聚合蛋白搭載生物大分子治療肝炎病毒,取得良好療效。2003年Kido[14]發(fā)現(xiàn)ε-PL可作為食療劑,抑制肥胖。ε-PL能夠有效分解含有膽鹽和磷酸膽堿的乳劑，進(jìn)而抑制脂肪酶活性，減少小腸對(duì)脂肪的吸收，達(dá)到抑制肥胖效果。

此外,ε-PL在基因芯片的制造、電子材料、化妝品增白劑等均有重要用途。

5 展望

相比較國(guó)外尤其是日、韓、美，國(guó)內(nèi)對(duì)ε-PL研究起步較晚，研究較為淺薄。但經(jīng)過多年努力，國(guó)內(nèi)研究工作也已從ε-PL菌株篩選的初級(jí)階段轉(zhuǎn)向代謝途徑解析及合成降解機(jī)理的深入研究；從食品防腐的應(yīng)用方向走向產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的研究階段。此外，ε-PL也正申請(qǐng)進(jìn)入《食品添加劑使用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》。相信不久，ε-PL將在國(guó)內(nèi)食品、醫(yī)藥、化妝品領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，占據(jù)廣闊的市場(chǎng)，產(chǎn)生巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。S

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