趙曉蕊，李榮輝，蔡小雨，李鵬陽，魏秋妍，崔玉晴，李利，王震

（河北農業(yè)大學 理工學院，河北 滄州 061100）

隨著人們生活水平的提高，對肉制品的品質要求也日益提高。肉制品在加工、運輸、貯存過程中容易受到腐敗病原菌的污染，使產品的感官品質、營養(yǎng)價值降低，并且容易導致食物中毒[1-2]。傳統(tǒng)的肉制品保鮮技術主要包括冷凍保鮮、高溫滅菌保鮮、真空保鮮、化學保鮮等。冷凍保鮮需要大型冷藏、冷庫等設施，同時，凍干后的肉品嫩度、保水性等指標也有所下降；高溫滅菌保鮮會對肉制品的風味和品質產生不利的影響；真空包裝對食品的包裝要求很高，同時也會影響肉制品的外觀品質；化學保鮮劑，如山梨酸及其鉀鹽、苯甲酸鈉、過氧乙酸等，不僅會對肉類品質造成不良影響，而且過度使用會導致食品安全問題[3-5]。因此，尋求綠色、安全、高效的肉類防腐保鮮技術已成為當今肉類加工行業(yè)的研究熱點之一。

ε-聚賴氨酸（ε-polylysine，ε-PL）是由白鏈霉菌在葡萄糖基質中發(fā)酵而得的一種天然的抑菌劑，具有無毒、安全、生物可降解性、廣譜性強、穩(wěn)定性高等優(yōu)勢，被廣泛用于食品、醫(yī)藥、電子等領域的保鮮，特別是對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、沙門氏菌等具有很好的抑菌效果[6-7]?，F(xiàn)階段，美國、日本、韓國、中國等國家已經通過了ε-PL的安全認證。我國的ε-PL工業(yè)化生產已有一定的規(guī)模，但是由于當前產品的使用范圍比較小，產業(yè)化規(guī)模尚未得到充分的發(fā)展。近年來，將ε-PL與其它復合保鮮技術結合起來，逐漸形成了一種新型的防腐保鮮手段，并有望在今后的應用中取得新的進展。本文就ε-PL的抗菌保鮮技術的研究進行綜述，重點介紹ε-PL的抑菌機理以及各種復合技術在肉類保鮮中的最新進展，以期為ε-PL的高效、綠色保鮮技術的深入開發(fā)提供借鑒。

1 ε-聚賴氨酸的抑菌研究

ε-聚賴氨酸（ε-PL）是一種由25個～35個 L-賴氨酸殘基通過α-氨基與ε-羧基縮合成酰胺鍵形成的物質，分子式為C180H362N60O31，分子量為3 600 Da～4 300 Da，對pH值、熱均比較穩(wěn)定，具有較強的抗菌活性，可有效地抑制革蘭氏陽性細菌、革蘭氏陰性細菌和真菌[8-11]。ε-PL具有良好的安全性，對人體神經系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)及嬰兒發(fā)育無不良作用，而且ε-PL是一種很好的可降解物質，可以在體內分解成賴氨酸，為人體所需[11]。

1.1 ε-聚賴氨酸的抑菌活性

ε-聚賴氨酸使用環(huán)境與天然防腐劑——乳酸鏈球菌（Nisin）相似，其抗菌作用范圍較廣，尤其是對大腸桿菌、節(jié)桿菌等有較強的抗菌活性[12-13]。李誠等[14]通過分光光度法、孔擴散法、菌體法，對ε-聚賴氨酸的抑菌作用進行了探討，結果表明，ε-聚賴氨酸的抗菌活性隨著濃度的增大而增大，其抗菌性能也較好，在pH5～8時抑菌作用最大，與甘氨酸、Nisin等具有協(xié)同抑制作用。時文靜等[15]用結晶紫法檢測表明，鮑曼不動桿菌在ε-PL中生成了大量的活性氧（reactive oxygen stke，ROS）和丙二醛（malondialdehyde，MDA），并且 ε-PL對鮑曼不動桿菌的生長及膜的形成具有明顯的抑制作用。吳旻[16]以大腸桿菌和金黃色葡萄球菌為受試菌，通過對pH值、溫度、金屬離子等條件進行考察，研究ε-PL的抑菌效果，結果發(fā)現(xiàn)，溫度對ε-PL的抑菌活性影響較小，pH值在酸性和微堿的條件下，ε-PL對受試菌具有很好的抑制能力，而Zn2+對ε-PL的抑菌能力有增強效果。

1.2 ε-聚賴氨酸的抑菌機理

目前，ε-PL的抗菌主要機制可通過氈毯模型，也就是膜沖擊作用進行解釋[17-19]。該理論認為，ε-PL通過靜電吸附和細胞膜表面磷脂頭部結合時，會像氈毯一樣覆蓋在細菌膜表面，隨著ε-PL濃度的增加，達到一定的闕值時，ε-PL平行于膜表面慢慢積聚并形成一個快速交換的孔洞，讓更多的ε-PL進入到細菌內部，疏水基團朝向磷脂側，親水部分面向溶液，最終隨著ε-PL的不斷侵入，細菌最終被分解與ε-PL融合形成微膠團，失去生物活性。該行為屬于物理行為，目前，對ε-PL的抑菌機制的研究主要有以下3個方面：（1）ε-PL對細胞膜的影響，干擾細胞的能量、物質和信息的傳輸；（2）ε-PL對功能性蛋白質或主要酶的影響，導致能量代謝障礙；（3）ε-PL對基因的影響，導致DNA的破壞。ε-聚賴氨酸的抑菌機理如圖1所示。

圖1 ε-聚賴氨酸（ε-PL）的抑菌機理Fig.1 Antibacterial mechanism of ε-polylysine

1.2.1 ε-PL對細胞膜的破壞

細胞膜是一種與細胞內、外環(huán)境相隔離的重要屏障，它不僅能有效地吸收養(yǎng)分，而且還能排出體內的代謝廢物。根據氈毯模型原理，ε-PL是利用靜電吸附的方式黏附于細胞膜，二價陽離子取代了磷脂頭，導致細胞膜產生負曲率折疊，細胞膜的完整性和結構被破壞，最后引起細胞死亡[20]。王梓源等[21]研究證實，ε-PL對大腸桿菌（E.coli）細胞的疏水性及細胞內、外膜的透過率均有促進作用。它能通過對細胞膜的侵襲，使其結構與完整性受到損害，改變細胞內和外膜的電位，導致細胞內的核酸、蛋白質等大量排出，達到抑制大腸桿菌的作用。Zhang等[18]采用紫外、膜電位和流式細胞術測定了膜完整性，采用β-半乳糖苷酶活性檢測法檢測內膜的通透性，結果證實，低濃度的ε-PL（16 μg/mL）可影響大腸桿菌 O157:H7（Escherichia coli O157:H7）細胞膜的穿透和完整性，造成細胞的死亡，并且隨著ε-PL濃度的增大，細胞膜損傷越嚴重。閆亞芳[22]研究發(fā)現(xiàn)ε-PL通過清除部分成熟的生物膜，可以有效抑制非白色念珠菌浮游菌的生長和生物膜的形成，達到抑菌的目的。周祺等[23]通過研究發(fā)現(xiàn)，ε-PL主要是通過改變細胞膜的通透性和改變細胞內的電位，使核酸、三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）等物質大量排出，并與DNA結合，達到殺滅腸球菌的目的。藍蔚青等[24]闡述了ε-PL對腐生葡萄球菌的作用機制：ε-PL能改變其細胞膜的結構和通透性，從而影響呼吸通道中的酶和微生物的生長代謝，從而破壞微生物的整體結構，從而導致真菌的死亡。Li等[25]研究發(fā)現(xiàn)，ε-PL對金黃色葡萄球菌的最小抑菌濃度（minimum inhibitory concentration，MIC）為 12.5 μg/mL，當 ε-PL 濃度升高時，細胞膜被破壞的深度愈深，細胞中的離子會漏出，從而起到抑菌的作用。并采用結晶紫法和共聚焦激光掃描顯微鏡（confocal laser scanning microscope，CLSM）對沙門氏菌、李斯特菌、大腸桿菌的生物膜生成速率進行分析，結果表明，在ε-PL的影響下，其最小抑菌濃度為10.36%、9.10%、17.44%、21.37%。同時，ε-PL也可以通過改變酵母的膜結構和功能來實現(xiàn)對微生物的抑制。Bo等[26]研究了ε-PL對釀酒酵母的抑制效應，并對其機理進行了初步研究。高濃度的ε-PL能破壞釀酒酵母的細胞膜，導致其死亡；低濃度的ε-PL能對釀酒酵母的細胞膜產生影響，從而影響其功能，達到抑制釀酒酵母的生長的目的。上述研究結果顯示，ε-聚賴氨酸是一種很有潛力的天然食物防腐劑。

1.2.2 ε-PL對功能蛋白或酶的破壞

糖酵解和三羧酸循環(huán)（tricarboxylic acid cycle，TCA）是一種在有氧生物中普遍存在的代謝過程，是體內必需的能量來源。已有研究發(fā)現(xiàn)，ε-PL能抑制細菌的糖酵解和三羧酸循環(huán)途徑，從而對其代謝產生一定的影響，并導致細菌的死亡[27-29]。ε-PL對腐敗希瓦氏菌的抑菌作用示意圖如圖2所示。

圖2 ε-PL對腐敗希瓦氏菌的抑菌機理示意圖Fig.2 Schematic diagram of the inhibitory mechanism of ε-polylysine against Shewanella putrefaciens

邢蓓[30]結果顯示，在ε-PL的影響下，金黃色葡萄球菌糖酵解和三羧酸循環(huán)中主要酶（例如己糖激酶、順烏頭酸、丁二酸）酶活性均明顯下降，并與其濃度呈正相關。相似的研究，寧亞維等[31]以金黃色葡萄球菌為指標，利用十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳技術，觀察到在ε-PL中，蛋白條帶整體呈淡灰色，說明ε-PL可以抑制大分子的合成，也可能是使大分子蛋白分解成小分子蛋白。同時，ε-PL還能在一定程度上抑制細菌的呼吸防御酶。藍蔚青等[24]通過試驗證實ε-PL對腐生葡萄球菌三羧酸循環(huán)過程中的琥珀酸脫氫酶和蘋果酸脫氫酶有明顯的抑制作用，并通過改變細胞的電子轉移和呼吸過程，使細菌的新陳代謝活動受到抑制，最終導致細菌的死亡。另外，還有部分學者以腐敗希瓦氏菌為指示菌，如Lan等[32]對ε-PL的作用進行了初步探究。結果表明，隨著ε-PL濃度的升高，過氧化物酶（peroxidase，POD）、過氧化氫酶（catalase，CAT）、琥珀酸脫氫酶（succinodehydrogenase，SDH）和蘋果酸脫氫酶（malic dehydrogenase，MDH）活力降低，并且存在濃度依賴性，使糖類物質的代謝受到抑制，從而影響細胞的正常發(fā)育，造成細胞的死亡。

1.2.3 ε-PL對遺傳物質的破壞

大量的研究顯示，ε-PL可以通過對基因微?；蚧虿牧系慕Y構產生影響，使微生物產生氧化應激反應，使DNA等重要的大分子受到氧化損害，進而誘導細胞凋亡。Ye等[17]研究結果表明，在ε-PL的作用下，大腸桿菌O157:H7與氧化還原反應有關的基因（sodA）和抗氧化系統(tǒng)調控因子（oxyR）的表達均明顯升高；ε-PL對DNA破壞效應的調節(jié)基因（recA）和抑制蛋白基因（lexA）的表達也有顯著的影響。周祺等[23]通過對腸球菌的研究，結果發(fā)現(xiàn)，ε-PL具有較強的DNA結合能力，能夠破壞DNA，進而影響DNA的復制、轉錄，最終導致腸球菌的死亡。此外，Tan等[20]結果表明，ε-PL可以使ROS在酵母細胞內大量積累，使DNA片段化，從而影響菌體的表達，進而導致細胞死亡。

2 ε-聚賴氨酸復合保鮮技術在肉制品保鮮中的應用

ε-PL作為一種新型的防腐劑，已被廣泛地用于肉類產品的防腐和保鮮。許多學者在探索ε-PL的抑菌作用的同時，也對ε-PL與其它保鮮劑或保鮮技術的聯(lián)合應用進行了研究。充分利用各種保鮮技術的協(xié)同作用可以更好地防止肉類變質，有效保證肉制品的品質和質量。本文系統(tǒng)地總結和梳理了近幾年基于ε-PL的復合保鮮技術，主要包括ε-PL復合保鮮劑、ε-PL與復合涂膜保鮮技術、ε-PL與納米纖維材料復合保鮮技術在肉制品中的應用。

2.1 基于ε-聚賴氨酸的復合保鮮劑

復合保鮮劑是指以2種或2種以上的防腐保鮮劑相結合對食品進行保鮮。ε-PL復合保鮮劑在肉制品中具有廣泛的應用。ε-PL常與天然多糖類（如殼聚糖、海藻糖）、其他抗菌肽（如納他霉素、Nisin）、酚類物質（如蕁麻、茶多酚）等聯(lián)合發(fā)揮抑菌功效。莫樹平等[33]研究了以ε-聚賴氨酸、乳酸鏈球菌素、納他霉素復合的新型保鮮劑對廣式臘腸的防腐效果，研究表明，該復合防腐劑可顯著降低揮發(fā)性鹽基氮（total volatile basic nitrogen，TVB-N）的積累和pH值的上升，與國家標準相比，菌落總數(shù)遠低于國家規(guī)定的二級鮮肉標準。岳喜慶等[34]以ε-聚賴氨酸、殼聚糖、雙乙酸鈉、乙二胺四乙酸4種保鮮劑復配，并通過正交試驗進行優(yōu)選，分別添加 0.01%ε-PL、0.80%殼聚糖、0.30%雙乙酸鈉、0.01%乙二胺四乙酸，對冷卻豬肉進行保鮮，在此條件下貯藏時間可長達16 d。黃艷梅[35]以ε-聚賴氨酸0.015%、Nisin 0.015%、海藻糖4.5%作為復合保鮮劑應用在低溫醬鹵肉中，使得其保藏期延長至30 d。此外，袁秋萍等[36]以ε-PL、甘氨酸、可食乙醇為原料，對牛肉干進行防腐保鮮，其作用明顯，既延長了保質期，又改善了風味。Alirezalu等[37]采用ε-聚賴氨酸與蕁麻提取物對牛肉進行保鮮，與對照組相比，其復合保鮮劑可顯著抑制霉菌、酵母、總活菌以及大腸桿菌的生長，大大延長了牛肉的保質期，并且不會對其感官品質造成負面影響。尹秀蓮等[38]采用ε-聚賴氨酸、茶多酚和殼聚糖3種天然防腐劑處理冷鮮雞肉，添加量分別為0.36%、0.30%、0.16%，在此條件下，對冷鮮雞肉的保鮮效果最好。以上結果均表明，采用ε-聚賴氨酸復合保鮮劑在延長貨架期和抑制微生物生長方面優(yōu)于單獨使用某種保鮮劑，因此，ε-聚賴氨酸復合保鮮劑具有良好的肉制品保鮮應用前景。

2.2 基于ε-聚賴氨酸的復合涂膜保鮮技術

基于ε-聚賴氨酸的復合膜保鮮技術近幾年來是保鮮防腐領域的研究熱點，包括可食性復合涂膜和不可食性復合涂膜。可食復合涂層是在天然高分子聚合物如可食性多糖和蛋白質中加入可食性交聯(lián)劑或增塑劑，以直接或間接的方法在食物的表面形成一種薄膜，起到隔絕空氣、水分及微生物的作用，達到防腐保鮮的作用，同時可以搭載功能活性成分，從而達到食品保鮮的目的，具有綠色、安全、低成本、可食用等特點；不可食性復合涂膜則相反，目前常用的材料為聚乙烯醇[39-40]。表1總結了近幾年基于ε-聚賴氨酸的復合涂膜保鮮技術在肉制品中的應用研究。

表1 基于ε-聚賴氨酸的復合涂膜保鮮技術在肉制品中的應用研究Table 1 Application of ε-polylysine-containing composite coating in the preservation of meat products

2.3 基于ε-聚賴氨酸與納米纖維材料復合保鮮技術

近年來，新的納米纖維已經被應用到了食品的生產中。如Liu等[52]通過將ε-PL摻入明膠/殼聚糖基聚合物，制備了一種有效的抗菌納米纖維薄膜，用作食品包裝材料，顯著降低了6種食源性病原體的風險。近幾年，靜電紡絲技術是一種經濟、實用、有前途的新型技術，也是一種新型的、具有應用價值的制備新型纖維材料的途徑。在食品保鮮劑中，將抗菌材料包覆于納米纖維上，可制備出具有生物活性的納米纖維。在最新的報道中，李可兒等[53]通過靜電紡絲工藝，研制出了一種新型的抗菌納米纖維薄膜——醋酸纖維素/聚乙烯吡咯烷酮/ε-聚賴氨酸（cellulose acetate/polyvinylpyrrolidone/ε-polylysine，CA/PVP/ε-PL） 抗菌納米纖維膜，用于生鮮肉的保鮮，可延長其保鮮藏期達3 d以上。唐志敏等[54]成功將ε-PL負載到含有海藻酸鈉和聚乙烯醇的混紡纖維膜中，研究證實，該納米纖維復合材料對耐藥金黃色葡萄球菌和銅綠假單胞菌有一定的抑制作用。代婭婕[55]以明膠為基材，將ε-PL包裹于百里香精油（thyme oil，TEO） 和β-環(huán)糊精（β-cyclodextrin，β-CD）中，可以得到 TEO/β-CD 型聚賴氨酸明膠納米纖維，對新鮮雞及新鮮豬肉中的空腸彎曲桿菌的生長有明顯的抑制作用。Lin等[56]采用靜電紡絲法制得的明膠-甘油-ε-PL納米纖維對牛肉制品中單增李斯特菌具有明顯的抑制作用。以上研究均表明，ε-PL與納米纖維膜復合保鮮技術在肉制品保鮮領域中的巨大潛力，因此，今后的研究熱點應更加關注ε-PL納米纖維材料在其他食品中的開發(fā)。

3 總結與展望

ε-PL是一種天然高效的天然保鮮劑，它能有效地抑制肉類中的腐敗細菌。在一定程度上保持肉類產品的優(yōu)良品質，并能維持產品的新鮮度，從而延長產品的保質期。但是，單一的ε-PL保鮮劑對肉類保鮮性能的影響仍然有限，隨著對ε-PL的進一步研究，將ε-PL與其它復合保鮮劑、復合涂膜、復合納米纖維等保鮮技術相結合，可以獲得更好的保鮮效果。近年來，以ε-PL為基礎的復合保鮮劑及復合薄膜已被廣泛應用于肉類食品的保鮮中，而與某些新型保鮮技術的結合則很少。另外，ε-PL在某些微生物如細菌、真菌等方面的抑制機理研究還不深入，特別是核酸和蛋白質方面的研究很少。因此，今后的研究重點應集中在以下幾方面：進一步加強ε-PL抑制細胞機制的深層研究，特別是對細胞的抗性、毒理學、細胞內容物核酸、蛋白質等生物學特性的研究具有重要意義；進一步研究ε-PL與其他保鮮技術的協(xié)同效果，尤其是與包裝材料、節(jié)能保鮮劑的復合技術，以便生產出更適合于肉制品的綠色、安全、高效、經濟的復合保鮮劑；在產品應用上，如何充分利用ε-PL的特性，還需要進一步研究。