賈英民， 劉楊柳， 陳 洲

(北京工商大學(xué) 食品學(xué)院， 北京 100048)

抗菌肽研究現(xiàn)狀及其在食品安全中的應(yīng)用前景

賈英民， 劉楊柳， 陳 洲

(北京工商大學(xué) 食品學(xué)院， 北京 100048)

針對微生物污染引起的食品安全與耐藥菌株引起的環(huán)境安全等問題，廣譜、高效的新型天然食品防腐劑的開發(fā)應(yīng)用已成為現(xiàn)代食品安全的重要研究趨勢?？咕?antimicrobial peptides，AMPs)由于其抑菌譜廣、穩(wěn)定性好，抑菌機制獨特、不易殘留等優(yōu)勢而備受關(guān)注。隨著研究的不斷深入，AMPs將有望在食品安全的應(yīng)用中發(fā)揮關(guān)鍵性作用。有鑒于此，對近年來國內(nèi)外抗菌肽(AMPs)的相關(guān)研究進行了總結(jié)，綜述了AMPs資源挖掘、分類情況以及細菌、真菌、寄生蟲、病毒、腫瘤細胞的生物抗性、作用機制的研究進展；同時，對AMPs在食品安全中的潛在應(yīng)用方向、亟待解決的科學(xué)問題進行了分析，并提供相應(yīng)的解決策略，供本領(lǐng)域的研究者參考。

抗菌肽； 食品安全； 研究現(xiàn)狀； 應(yīng)用前景

食品安全問題主要來自食品生產(chǎn)、加工和流通中的化學(xué)危害和生物危害，從食品安全監(jiān)管的規(guī)范和科學(xué)事實來看，微生物危害將成為食品安全的主要問題。微生物污染引起的食品安全和耐藥菌導(dǎo)致的環(huán)境安全問題受到人們越來越多的關(guān)注，因此，尋求新型高效安全食品防腐劑成為食品產(chǎn)業(yè)的科技熱點。微生物引起環(huán)境安全問題，主要體現(xiàn)在，由于抗生素的過度使用或濫用，導(dǎo)致環(huán)境耐藥菌株急劇增加，甚至“超級細菌”出現(xiàn)[1]，新型高效抗生素替代品已成為業(yè)界研究的重中之重?？咕?antimicrobial peptides, AMPs)的研究引起了越來越多的學(xué)者關(guān)注。AMPs是由宿主產(chǎn)生的能抵御外界微生物侵害、消除體內(nèi)突變細胞的一類小分子多肽。通常由20～60(少于100)個氨基酸(AA)殘基組成，相對分子質(zhì)量為2 000～7 000 u，又稱肽類抗生素(peptide antibiotics)或天然抗生素(natural antibiotics)[2]。由于AMPs化學(xué)本質(zhì)屬蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，在動物體內(nèi)被分解為基本單元氨基酸，無殘留問題，并且AMPs是小分子肽，沒有免疫原性，其抗菌機理特殊，不易產(chǎn)生耐藥性。這些在抑菌方面的優(yōu)勢都預(yù)示著AMPs在食品安全領(lǐng)域的巨大應(yīng)用潛力。

1 AMPs資源挖掘及其種類研究

20世紀70年代，Boman等[3-4]相繼在果蠅、如眉紋天蠶蛾(Samiacynthia)蛹中發(fā)現(xiàn)了具有抗菌活性的多肽；1980年，Hultmark團隊[5-6]從誘導(dǎo)的惜古比天蠶(Hyalophoracecropia)蛹淋巴液中分離出3種抗菌成分，并測定了其中兩種多肽(P9A、P9B)的氨基酸序列，命名為天蠶素(cecropins)，由此定義了首個AMPs。此后，人們陸續(xù)從動物、植物和細菌等幾乎所有界域的生物體中都發(fā)現(xiàn)了AMPs，如防御素(defensins)、蛙皮素(magainins)、桿菌肽(bacitracin)、乳鏈球菌素(nisin)等。由于AMPs的發(fā)現(xiàn)，在生物的生態(tài)關(guān)系，尤其是在微生物區(qū)系內(nèi)部的微生態(tài)關(guān)系研究領(lǐng)域產(chǎn)生了諸多科學(xué)問題；同時AMPs的生物抗性研究，預(yù)示其在食品工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和醫(yī)藥領(lǐng)域潛在的巨大應(yīng)用價值，挖掘AMPs的生物資源成為業(yè)界研究熱點。經(jīng)過短短幾十年的研究，新型AMPs不斷被分離鑒定，目前，AMPs數(shù)據(jù)庫APD已收錄有2 837種天然AMPs，其中絕大部分是陽離子AMPs，且以每年100種的速度在增長[7-8]。

由于新注冊的AMPs越來越多，為便于系統(tǒng)研究，需對AMPs進行分類整理。AMPs可以根據(jù)多種方式進行分類，常見的分類方式主要是依據(jù)AMPs的生物學(xué)來源，二級結(jié)構(gòu)和生物活性。

根據(jù)AMPs的生物學(xué)來源可分為3大類，即動物源AMPs(2 169個)、植物源AMPs(343個)和微生物源AMPs(325個)[7]。其中動物源AMPs又可再具體分為哺乳動物AMPs、兩棲動物AMPs、魚肽、昆蟲AMPs和其他類動物源AMPs，如cathelicidins、defensins和富組蛋白(histatins)是研究較為深入的動物源AMPs；植物源AMPs主要是指植物防御素，可細分為硫素(thionins)等8個家族。與其他來源的AMPs相比，微生物多樣性豐富，從高等生物分離獲得的生物活性成分幾乎都能找到其產(chǎn)生菌。由于微生物易培養(yǎng)和生長繁殖快等生物特性，利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)AMPs，具有發(fā)酵周期短、生產(chǎn)成本低、操作簡便及易于工業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)勢，因此，微生物源AMPs更具應(yīng)用潛力。近些年對AMPs的微生物資源挖掘研究進展較快，細菌來源的AMPs已達近300種，其中nisin、多粘菌素(polymyxin)和由鏈霉菌產(chǎn)生的多聚賴氨酸(polylysine)等都得到不同程度的應(yīng)用[9-10]。

利用核磁共振(NMR)光譜分析可測定AMPs的二級結(jié)構(gòu)，基于二級結(jié)構(gòu)類型可將AMPs分為4類(見圖1)。1)α族：含有α-螺旋結(jié)構(gòu)，如蛙皮素和LL-37。2)β族：由β-折疊構(gòu)成，如人α-防御素。3)αβ族：同時含有α-螺旋和β-折疊結(jié)構(gòu)，如β-防御素。4)非αβ族：不含α-螺旋和β-折疊結(jié)構(gòu)，如牛中性粒細胞產(chǎn)生的多肽抗生素indolicidin[11]。在此分類下，解析AMPs結(jié)構(gòu)可用于預(yù)測、設(shè)計具有某種特定生物抗性的AMPs。

由于APD中僅有約13%的AMPs被測定了二級結(jié)構(gòu)，不能覆蓋所有的AMPs，因此，Wang等[12]又建立了系統(tǒng)分類法，即以多肽鏈的連接方式為依據(jù)，將AMPs分為4類(見圖2)。Ⅰ類AMPs為線性多肽(UCLL)，如LL-37和magainins；Ⅱ類AMPs為側(cè)鏈連接肽(UCSS)，如defensins和羊毛硫抗生素(lantibiotics)；Ⅲ類AMPs為側(cè)鏈- 主鏈連接的多肽(UCSB)，如lassos；Ⅳ類AMPs為環(huán)形肽(UCBB)，如環(huán)肽(cyclotides)。同時每一類還能進一步分類，最終系統(tǒng)覆蓋所有種類的AMPs。

圖1 AMPs 3D結(jié)構(gòu)的4種分類Fig.1 Four kinds of 3D structure type of AMPs

圖2 基于多肽鏈連接方式的AMPs分類Fig.2 Classification of AMPs based on connection mode of polypeptide chain

2 AMPs的生物抗性研究

已有研究表明，不同來源的AMPs或同類生物來源的AMPs在結(jié)構(gòu)和生物抗性等性質(zhì)方面表現(xiàn)出較大差異。隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)多種AMPs不僅對某種特定的生物類別產(chǎn)生抗性，多數(shù)抗細菌肽對部分真菌、寄生蟲、病毒及癌細胞等具有不同程度的殺傷作用，表現(xiàn)出廣譜生物抗性；同時，從AMPs結(jié)構(gòu)等多角度著手解析生物抗性機理的研究也不斷深入。

2.1 抗細菌活性研究

迄今報道的抗細菌AMPs有2 400多種，多數(shù)具有較好的抗菌活性，表現(xiàn)出廣譜抗菌特性。AMPs對G+菌和G-菌具有較強抗性，但多數(shù)AMPs 抗G+菌的最小抑菌濃度(MIC)明顯低于抗G-菌的MIC；有些AMPs僅對G+菌具有較強的抗菌活性，對G-菌的抗菌作用不明顯，如nisin[13]；也有少數(shù)AMPs僅表現(xiàn)抗G-菌活性，如蜜蜂來源的apidaecins[14-15]。

關(guān)于AMPs抗菌機理研究報道較多，不同類型AMPs的抗菌機理有所不同，目前學(xué)術(shù)界普遍認可的機制主要分為胞外抑菌、胞內(nèi)抑菌和二者共同作用抑菌。

應(yīng)用模擬膜研究法、熒光標(biāo)記法、x射線衍射等方法研究AMPs的胞外抑菌機制，發(fā)現(xiàn)AMPs主要是先通過靜電作用與細胞膜相結(jié)合，造成細胞膜的構(gòu)象改變或者穿孔，從而導(dǎo)致細胞破裂，達到抑菌效果[16]。依據(jù)與膜作用方式的差異，胞外抑菌模型分為4種。1)桶板模型(barrel stave model)：AMPs以多聚體形式插入細胞膜，形成橫跨細胞膜的離子通道，導(dǎo)致胞內(nèi)物質(zhì)外流，細胞凋亡。此種機制的AMPs通常含α-螺旋，如抗菌肽 LS3。2)毯式模型(carpet model)：AMPs平行于細胞膜排列，使細胞膜穩(wěn)定性降低，胞內(nèi)物質(zhì)流出，致使細胞破裂。此類AMPs通常含β-折疊，如cecropin P1。3)環(huán)形孔模型(toroidal pore model)：AMPs靠近細胞膜時，細胞膜的疏水區(qū)移位，膜疏水中心形成裂口，引發(fā)磷脂單分子層向內(nèi)彎曲，形成孔道，胞內(nèi)物流出使細胞破裂。這種方式是多數(shù)昆蟲AMPs的抑菌機制，因此又稱為蟲洞(孔洞)模型，如lacticin Q。4)凝聚模型：AMPs插入細胞膜后，與磷脂分子形成膠束狀復(fù)合物，以聚集物的形式跨越細胞膜，進而形成了一個動態(tài)的通道，AMPs通過這種機制可以進入細胞內(nèi)部。其他胞外抑菌機制僅在個別文獻中報道，最主要的區(qū)別也在于AMPs結(jié)合細胞膜方式的不同，圖3展示了目前研究報道的AMPs胞外抑菌機制。

圖3 AMPs胞外抑菌機制Fig.3 Extracellular antibacterial mechanism of AMPs

AMPs胞內(nèi)抑菌機制主要有4方面(見圖4)。1)與核酸結(jié)合，阻斷DNA復(fù)制和RNA合成，如buforin II，dermaseptin，indolicidin。2)影響蛋白質(zhì)合成，如昆蟲源apidaecins。3)影響隔膜、細胞壁合成，阻礙細胞分裂，如乳酸乳球菌(Lactococcuslactis)IPLA 972合成的Lcn 972，nisin可從細胞壁合成位點或隔膜移除細胞壁前體中的Lipid II。4)影響胞內(nèi)酶活性，大腸埃希氏菌(Escherichiacoli)質(zhì)粒編碼的 microcin J25可抑制RNA酶活性。Apidaecins能競爭性結(jié)合E.coli細胞膜蛋白異構(gòu)體，抑制細胞分裂蛋白酶活性，并增強細胞漿蛋白UDP-3-O-酰基-N-乙酰氨基葡糖脫乙酰酶活性，致使磷- 脂失去平衡[17-18]。

圖4 AMPs胞內(nèi)抑菌機制Fig.4 Intracellular antibacterial mechanism of AMPs

此外，抑菌機制在某些時期也可能存在胞外和胞內(nèi)協(xié)同的作用模式。由于AMPs的作用靶點不具特異性，因此其不易產(chǎn)生耐藥性，降低了使用風(fēng)險，使其有望替代傳統(tǒng)抗生素成為新一代的抗性藥物。

2.2 抗真菌活性研究

Magainins能抑殺白色念珠菌(Candidaalbicans)，是最早發(fā)現(xiàn)的具有抗真菌活性的AMPs[19]。目前，APD中收錄了1 043種具有抗真菌活性的AMPs，其中微生物源AMPs為27種。棘白菌素類(echinocandins)能抑殺假絲酵母屬(Candidaspp.)和曲霉菌屬(Aspergillusspp.)，側(cè)孢短芽孢桿菌(Brevibacilluslaterosporus)A60產(chǎn)生的AMPs能抑制辣椒疫霉菌屬(Phytophthora)[20]。

類似抗細菌肽作用機理，有關(guān)真菌抗性機理研究大部分集中在AMPs對真菌細胞膜的作用，但同時也存在其他可能的作用靶點(見圖5)[21-22]。Wang等[23]研究發(fā)現(xiàn)，polybia-CP在抵抗真菌方面存在多種作用機制，推測該AMPs能通過靜電作用與細胞膜的多糖相結(jié)合，進而阻礙真菌細胞膜的合成；同時也能打破細胞氧化還原平衡，誘導(dǎo)增加細胞活性氧ROS含量，干擾線粒體功能，導(dǎo)致真菌死亡。盡管各種抗真菌肽來源、結(jié)構(gòu)、作用機理存在差異，但也正是這種多樣性使真菌不易產(chǎn)生抗性，有望在農(nóng)業(yè)病害防治和醫(yī)藥抗真菌方面得到廣泛應(yīng)用。

圖5 AMPs抗真菌作用機理Fig.5 Antifungal mechanism of AMPs

2.3 抗寄生蟲活性研究

1989年，Gwadz等[24]研究發(fā)現(xiàn)，magainins和cecropins這兩類AMPs能通過終止瘧原蟲卵囊的發(fā)育而阻斷子孢子的發(fā)育和傳播，從而抑制瘧原蟲的生長代謝，這是首次發(fā)現(xiàn)AMPs具有抗寄生蟲作用。隨后，多種具有抗寄生蟲活性的AMPs(APD收錄100條數(shù)據(jù))不斷被純化分離，但由于寄生蟲種類的多樣性，尤其是不同宿主中復(fù)雜的生命周期以及大量蛋白表達和膜組成的多樣性，因此AMPs作用靶點和時期均有所不同。dermaseptin S4及其類似物可誘導(dǎo)利什曼蟲(Leishmania)前鞭毛體溶解，富含賴氨酸的magainins合成肽pexiganan能促使利什曼原蟲前鞭毛體上的細胞裂解衰亡[25]。Landa等[26]使用tem-porin A(TA)和iseganan IB-367兩種AMPs處理體外豬肉絳蟲幼蟲24 h后，幼蟲皮層完全脫落，薄壁組織結(jié)構(gòu)完全破壞；向囊蟲病大鼠分別注射IB-367(200 μg)一個月，寄生蟲量下降25%，而注射TA(400 μg)下降50%。Akaddar等[27]研究證明，兒茶酚抑素catestatin能通過阻斷瘧原蟲蛋白質(zhì)的合成而抑制原蟲生長；同時，有研究表明，部分AMPs能選擇性地作用于被寄生蟲感染的紅細胞，而對正常細胞無干擾。因此，AMPs在作為抗瘧原蟲藥物方面具有開發(fā)應(yīng)用的潛力[28]。

2.4 抗病毒活性研究

目前APD中收錄了179種具有抗病毒活性的AMPs，另有109種具有抗HIV的潛能，涉及不同來源，如昆蟲來源的蜂毒肽(melittin)、植物源防御肽、動物源乳鐵蛋白肽(lactoferricin)、magainins，微生物源siamycin Ⅱ等品類，可對常見侵染細胞的病毒產(chǎn)生抑制效果。研究發(fā)現(xiàn)，θ-defensins能結(jié)合單純皰疹病毒(herpes simplex virus，HSV)的表面糖蛋白B，抑制病毒吸附、融合生物細胞[29]。Matsumura等[30]研究發(fā)現(xiàn)，cathelicidin LL-37能降低細胞培養(yǎng)體系中丙型肝炎病毒HCV 抗原(Ag)水平，表明其能阻斷HCV的復(fù)制。蜂毒肽是由26個氨基酸殘基組成的AMPs，在低濃度下也能顯著抑制HSV Ⅰ型、Ⅱ型和人類免疫缺陷病毒Ⅰ型(HIV-1)。Lee等[31]研究melittin主要是與HSV脂質(zhì)雙分子層結(jié)合，形成包膜穿孔，使病毒凋亡。研究發(fā)現(xiàn)，AMPs的抗病毒活性與其二級結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，多為具有兩親性α-螺旋和β-折疊的陽離子AMPs。

2.5 抗腫瘤細胞活性研究

AMPs作用對象的高選擇性，給抗癌藥物的開發(fā)帶來新的希望，可能成為替代傳統(tǒng)手術(shù)、放化療的新型多肽類抗腫瘤藥物。目前，APD中已收錄了205種具有抗腫瘤活性的AMPs，已報道的AMPs在殺傷艾氏腹水瘤EAC、人髓樣白血病細胞K552 株、人宮頸癌細胞HeLa、肝癌細胞BEL27402及直腸癌細胞HR8340等癌細胞作用突出[32]；多種離體癌細胞，如肉瘤細胞S180、巨噬細胞淋巴瘤U937、人髓樣白血病細胞K562等也可被其抑制[33]；同時，有研究表明AMPs能選擇性殺傷腫瘤細胞，而對正常細胞無毒副作用[34]。

AMPs抗腫瘤機制較抗菌機制更復(fù)雜。一方面，與抑菌作用細胞膜機制類似，AMPs可通過與細胞膜結(jié)合，破壞細胞膜結(jié)構(gòu)功能，從而促使腫瘤細胞凋亡，如cecropins等具有α螺旋結(jié)構(gòu)的AMPs[35-36]；還可能通過胞內(nèi)作用方式，破壞細胞骨架中微管蛋白，抑制核染色體DNA合成，進而誘導(dǎo)腫瘤細胞凋亡。Niggemann等[37]研究發(fā)現(xiàn)，來自植物芽孢桿菌的己環(huán)肽能單獨阻礙人結(jié)腸癌細胞HCT116的DNA的周期合成，最終誘導(dǎo)細胞系凋亡。另一方面，AMPs還可以通過調(diào)動機體免疫機能，以抵抗癌細胞的入侵，增強機體防御。sungsanpin是由15個氨基酸組成的鏈霉菌AMPs。研究表明，基質(zhì)金屬蛋白酶MMP及其抑制劑TIMPs在細胞入侵方面具有重要的調(diào)節(jié)作用。sungsanpin能濃度依賴式顯著增加基質(zhì)金屬蛋白酶組織抑制劑TIMP-1和TIMP-2的mRNA水平，促進抑制劑表達，最終降低人肺腺癌細胞A549的入侵[38]。

此外，在哺乳動物中還發(fā)現(xiàn)了AMPs的多種免疫調(diào)節(jié)活性，如抗炎癥、抗感染、促進傷口愈合等功能，預(yù)示AMPs在生物體內(nèi)天然防御系統(tǒng)中有望發(fā)揮免疫抵抗機能。

3 AMPs在食品安全中應(yīng)用

AMPs具有高效廣譜抗性，同時具有分子量小、無殘留、不易產(chǎn)生耐藥性等優(yōu)勢，有望在食品安全方面發(fā)揮革命性的作用。AMPs在食品安全領(lǐng)域的應(yīng)用包括3個層次，其一是在食品原料控制環(huán)節(jié)應(yīng)用，替代或減少農(nóng)藥(獸藥)的使用，提高食品加工原料的安全品質(zhì)；其二是在食品防腐保鮮環(huán)節(jié)，作為高效、安全生物防腐劑應(yīng)用于食品加工、儲運等諸多環(huán)節(jié)，解決食品防腐劑的殘留問題；再者，由于AMPs在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和食品防腐保鮮中應(yīng)用，將有助于降低抗生素的使用，減少環(huán)境耐藥性菌株的產(chǎn)生，進而改善食品安全環(huán)境條件。

3.1 AMPs在食品原料控制方面的應(yīng)用

AMPs在食品原料控制方面，主要體現(xiàn)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。在動物性食品原料生產(chǎn)中，近些年人們主要致力于開發(fā)高效、安全的AMPs作為飼料添加劑，取代或部分替代抗生素，建立畜禽、水產(chǎn)動物的無抗養(yǎng)殖技術(shù)。研究發(fā)現(xiàn)，AMPs可通過增加幼仔成活率、減少腹瀉、增加體重、提高生長速度等方面提升畜禽的生長和生產(chǎn)性能。Xiong等[39]以乳鐵蛋白、天蠶素、防御素和菌絲霉素制成的AMPs混合飼料飼喂斷奶仔豬，能使仔豬腹瀉率顯著下降(p<0.001)，提高了存活率，增強了仔豬生長性能。同時，AMPs飼料在改善小腸黏膜細胞形態(tài)，調(diào)整腸道菌群，抑制有害菌、增加益生菌，提高機體免疫能力等方面也具有積極作用。Choi等[40]以含60 mg/kg的peptide-P5飼料飼喂20 d齡小肉雞(Ross 308)，實驗組肉雞的腸道總厭氧菌(TAB)、大腸桿菌數(shù)量均低于(p<0.05)對照組(無添加抗菌肽飼料)，十二指腸、空腸絨毛長度、長度深度比(VH:CD)均高于對照組，表明peptide-P5對幼齡肉雞的機體免疫具有積極影響。Yoon等[41]使用含peptide-A3和P5抗菌肽飼料飼喂斷奶仔豬也得到了與Choi一致的結(jié)論。孫全友等[42]使用天蠶素和姜黃素(curcumin)飼喂肉雞，表明AMPs飼料能顯著增殖盲腸內(nèi)的益生菌，抑制有害菌；雷岷等[43]研究也發(fā)現(xiàn)，以添加天蠶素的飼料飼喂肉兔能促進增加脾臟和胸腺指數(shù)(p<0.05)，增強免疫功能。在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中，AMPs通常作為餌料添加劑，其研究主要集中于AMPs對魚類、水產(chǎn)甲殼類等動物的免疫力及生長性能的提升方面，如羅非魚、草魚等魚類，凡納濱對蝦、河蟹等水產(chǎn)甲殼動物。陳紅等[44]研究蠅蛆AMPs作為餌料蛋白添加劑飼喂日本鰻鱺魚，證明蠅蛆AMPs對于鰻鱺魚生長性能的提高具有顯著影響。覃志彪等[45]研究發(fā)現(xiàn)，以5.0～8.0 mL/kg的AMPs(天蠶素含量92%)作為餌料飼喂凡納濱對蝦，對蝦蝦苗的增重率、成活率生長性能均有所提升。此外，王一娟等[46]研究發(fā)現(xiàn)，AMPs在一定程度上還能提高河蟹的免疫力和抗氧化能力。

在植物性原料方面，AMPs主要應(yīng)用于果蔬采收前后的病害防治。果蔬采前通常是選育具有優(yōu)良抗病能力的植株，基因重組技術(shù)是在此領(lǐng)域較為成熟的一項生物改造技術(shù)。Rahnamaeian等[47]研究表明，將metchinkowin 基因轉(zhuǎn)入大麥中，成功表達該基因的大麥對抗白粉病能力得以提高。Badosa等[48]研究發(fā)現(xiàn)，Ts-FKLFKKILKVL-NH(2) (BP22)能降低因擴展青霉菌(Penicilliumexpansum)引起的蘋果青霉病。Liu等[49]將牡蠣酶解液中提取的CgPep33應(yīng)用于采摘后的草莓，發(fā)現(xiàn)其能有效預(yù)防因黑葡萄孢菌(Botrytiscinerea)引發(fā)的灰霉病。

3.2 AMPs在食品防腐保鮮方面的應(yīng)用

食品原料在加工、儲運環(huán)節(jié)中，食品的防腐保鮮是重中之重。天然防腐劑AMPs在食品防腐、保鮮等方面應(yīng)用潛力巨大，但由于多數(shù)AMPs的抑菌機理和生物安全性尚未完全明確，批準(zhǔn)在食品上應(yīng)用的AMPs還較少，主要是nisin和聚賴氨酸。早在1969年，nisin就被FAO/WHO批準(zhǔn)使用，主要作為食品防腐劑，已應(yīng)用于乳品、肉制品、罐裝食品、啤酒和果汁等領(lǐng)域的生產(chǎn)和貯藏[50]。聚賴氨酸于2003年被FDA批準(zhǔn)為食品添加劑予以使用，我國于2014年批準(zhǔn)用作食品防腐劑[51]。其他AMPs的應(yīng)用多停留在實驗室研究階段，主要是噴涂食品表面、直接或制成納米顆粒加入食品中?？堤K等[52]研究表明，添加0.02%(w/v)cecropin XJ能有效抑制鮮榨番茄汁、葡萄汁中致病菌生長，延長保鮮期，且該結(jié)果與相同濃度山梨酸鉀的防腐效果無顯著差異。Baos等[53]研究表明，與以噬菌體Phage P100處理魚相比，環(huán)肽腸道菌素enterocin AS- 48在4 ℃貯藏條件下，降低生鱈魚、鮭魚和煙熏鮭魚中李斯特菌數(shù)量上效果更加顯著。LactobacillusgasseriLA39產(chǎn)生的gassericin A可保證肉制品在4 ℃下保存3個月，37 ℃保存2個月，是一種潛在的食品防腐劑[54]。Rivas等[55]將冷凍干燥后復(fù)溶的米酒乳桿菌素sakacin Q涂抹在熟豬肉表面，能有效控制李斯特菌的生長。

除了將AMPs直接應(yīng)用于食品中作為添加劑，AMPs食品包裝材料的研究開發(fā)在食品儲運環(huán)節(jié)的防腐保鮮方面也將具有廣闊的發(fā)展前景。Espitia等[56]研發(fā)了一種含pediocin和氧化鋅納米粒子(nanoZnO)的可降解甲基纖維素(MC)納米復(fù)合薄膜，可用于食品生物活性包裝，能有效抑制S.aureusATCC 6538和L.monocytogenesATCC 15313的生長。Barbosa等[57]使用nisin-纖維素膜包裝芒果切片，4 d后接種S.aureus和L.monocytogenes數(shù)量(107 CFU/g)降至檢測限，6 d后S.aureus降低了6個log單位，并且芒果的感官品質(zhì)未受影響。

4 問題與展望

由于AMPs廣闊的應(yīng)用前景，極大地吸引了人們的研究和應(yīng)用開發(fā)興趣。短短幾十年的研究歷程，AMPs數(shù)據(jù)庫就注冊了2 800多種AMPs，并且新注冊的AMPs數(shù)量仍在快速增加，但無論在食品原料生產(chǎn)還是食品防腐保鮮方面，到目前得到廣泛應(yīng)用的還很少，分析原因，AMPs從研究到應(yīng)用各環(huán)節(jié)的主要問題有幾個方面。1)對AMPs研究還有待進一步深入，包括AMPs的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系認識還不夠充分，不同AMPs抗菌機理不盡相同，還有待進一步系統(tǒng)研究不同AMPs的抗細菌、真菌、甚至病毒或腫瘤細胞等抗性原理。2)更重要的是關(guān)于AMPs的安全性評價有待深入開展研究，首先是需要建立AMPs的安全評價體系和評價標(biāo)準(zhǔn)，篩選出不同安全級別的AMPs，同時研究制定出不同用途AMPs的安全標(biāo)準(zhǔn)。3)AMPs的生產(chǎn)成本問題，除在臨床上的特效藥用外，無論是食品原料生產(chǎn)環(huán)節(jié)還是食品加工儲運環(huán)節(jié)，AMPs作為新型高效安全飼料添加劑、新型抗菌劑或新型防腐劑，其生產(chǎn)成本也是制約其推廣應(yīng)用的一個重要因素。4)就目前在食品防腐保鮮中準(zhǔn)許應(yīng)用的nisin和聚賴氨酸，因其抗菌譜窄、抑菌活性低等局限性，其應(yīng)用范圍受到制約。Nisin僅對G+菌具有明顯抑制作用[50]，而天然聚賴氨酸抑菌活性較低，通常與海藻酸鈉等物質(zhì)復(fù)配以增強其防腐效果[58]。因此，在食品防腐保鮮領(lǐng)域，還亟待開發(fā)抗菌活力高、抗菌譜廣的安全AMPs。

AMPs在食品安全領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，還需要進一步加強幾個方面的研究工作。1) 進一步加強從微生物中選育AMPs 高效菌株。由于微生物的生物多樣性，決定了從高等生物能夠獲得的生物大分子，幾乎都能從微生物中分離獲得其產(chǎn)生菌株。分離篩選產(chǎn)AMPs 高效菌株仍是AMPs 廣泛應(yīng)用的出發(fā)點。2) 加強AMPs生物抗性研究和抗菌機理研究。明確AMPs的抗性特點、抗菌機理對于AMPs的應(yīng)用開發(fā)及應(yīng)用途徑具有重要的理論指導(dǎo)作用。3)加強對AMPs的安全評價機制研究。建立AMPs在食品防腐劑、飼料添加劑等方面的安全評價體系。4)加強對已有AMPs的應(yīng)用研究。研究獲批準(zhǔn)許應(yīng)用的AMPs與天然動植物抗菌成分的配伍，AMPs之間的協(xié)同效應(yīng)，為研制廣譜高效復(fù)合型天然生物防腐劑、飼料添加劑或農(nóng)用抗病蟲害制劑提供理論指導(dǎo)。鑒于AMPs的無殘留，甚至多數(shù)對人體有一定免疫調(diào)節(jié)等營養(yǎng)保健作用等優(yōu)點，隨著人們對食品和環(huán)境安全意識的日益增強，AMPs在食品防腐保鮮及食品原料生產(chǎn)中的應(yīng)用將會有更為廣闊的發(fā)展前景。

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ResearchStatusandApplicationProspectinFoodSafetyofAntimicrobialPeptides

JIA Yingmin， LIU Yangliu， CHEN Zhou

(SchoolofFoodScienceandTechnology，BeijingTechnologyandBusinessUniversity，Beijing100048，China)

For problems of food safety caused by microbial contamination and environmental safety due to drug-resistant strains, the development of emerging natural food additives with broad-spectrum and high-efficiency has been vital study trends in a modern food safety. Antimicrobial peptides(AMPs) are paid much attention for its advantage of broad-spectrum, good stability, unique antimicrobial mechanism of action and lower residue. With the further research, AMPs are expected to play a vital role in the application of food safety. Considering it, AMPs-related researches abroad were concluded in recent years. A review of the exploring and classification situation of AMPs，the development of bio-resistance and mechanism for bacteria, fungi, parasites, virus and tumor cells was provided. Meanwhile, the potential application fields of AMPs in food safety and scientific problems urgent to solve were analyzed. The resolution strategy also is provided for researchers as a reference in the field.

antimicrobial peptides; food safety; research status; application prospect

葉紅波)

10.3969/j.issn.2095-6002.2017.06.001

2095-6002(2017)06-0001-09

賈英民，劉楊柳，陳洲. 抗菌肽研究現(xiàn)狀及其在食品安全中的應(yīng)用前景[J]. 食品科學(xué)技術(shù)學(xué)報，2017,35(6):1-9.

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TS201

A

2017-11-02

國家自然科學(xué)基金資助項目(31771951)。

賈英民，男，教授，博士生導(dǎo)師，北京工商大學(xué)副校長，主要從事食品微生物方面的研究。