浅析微生物性抑菌剂与壳聚糖的协同抑菌机理

□ 班 硕 吉林农业大学食品科学与工程学院 胡楠楠 孙永杰 尤丽新 长春科技学院生物食品学院

为了防止食品保存过程中腐败变质，人们常用防腐剂来对食品进行保鲜。目前大多数食品采用化学防腐剂，但是化学防腐剂在防腐保鲜的同时，会出现致癌中毒现象。所以安全性更高的天然防腐剂受到大众一致好评。天然防腐剂对人体无毒害的，又能够增加食品的风味，因此天然防腐剂具有较高的研究价值。

植物来源抗菌、动物来源和微生物来源抗菌防腐剂是三种主要类型的天然抗菌防腐剂。微生物源天然抗菌防腐剂相对于植物来源抗菌防腐剂和动物来源抗菌防腐剂，抑菌范围广，稳定性强。乳酸链球菌素、纳他霉素和ε-聚赖氨酸是目前使用的主要微生物防腐剂。

乳酸链球菌素（Nisin），仅作用于大多数革兰氏阳性细菌，对芽孢杆菌的孢子具有强烈的抑制作用，在中性和碱性条件下溶解度极低；纳他霉素极难溶于水，对细菌和病毒几乎不产生抑制作用；ε-聚赖氨酸易溶于水，安全性高，可抑制酵母，革兰氏阳性菌和某些病毒的生长。

ε-聚赖氨酸可与其他天然抑菌剂如酒精、有机酸、甘油和甘氨酸组合使用，从而提高抑菌效果。乳酸链球菌素食用后在人体的生理pH条件和α-胰凝乳蛋白酶作用下很快水解成氨基酸，不会改变人体肠道内正常菌群以及产生如其他抗菌素所出现的抗性问题，更不会与其他抗菌素出现交叉抗性。壳聚糖无毒，可生物降解、可再生，对许多细菌和真菌具有明显的抑制作用。壳聚糖溶解在酸中并形成阳离子微生物絮凝剂，在絮凝过程中，壳聚糖能使细菌细胞聚集，使细菌表面的大分子链致密，形成一层高分子膜。壳聚糖会导致细菌膜上蛋白质的流失，打开细菌细胞膜上的离子通道，影响细菌对营养物质的吸收，影响代谢废物的排泄，导致细菌代谢紊乱，细胞膜通透性变化，细胞膜功能随着作用时间的延长而变化。

通过围栏的原理，可以将不同类型的抑菌防腐剂组合在一起，根据不同防腐剂的抗菌活性，体现出不同的防腐剂组合的协同抑菌效应，增强抑菌效果。

1 壳聚糖与乳酸链球菌素的协同抑菌作用

郭广平的研究发现表明，壳聚糖和乳酸链球菌素协同具有更好的抗菌活性，其抗菌效果优于单组分壳聚糖。研究表明，1%的壳聚糖可以提高乳酸链球菌素的抑菌稳定性。值得一提的是，乳酸链球菌素的抑菌活性最适合pH值与壳聚糖的最佳抑菌pH值相符，pH值越小，壳聚糖和乳链菌肽的协同作用越明显，抑菌效果越好。

2 壳聚糖与ε-聚赖氨酸的协同抑菌作用

壳聚糖可以被细胞膜上带负电的物质吸附，从而吸附到微生物上，并形成聚合物薄膜，影响营养物质进入微生物细胞中；然后与ε-聚赖氨酸协同作用，直接与革兰氏阴性菌的细胞膜反应，破坏微生物的细胞膜，最终导致细胞死亡或抑制细菌呼吸。ε-多聚赖氨酸抑制微生物的逆转录并阻碍蛋白质合成，从而达到杀菌的目的。ε-聚赖氨酸不仅是一种广谱抗菌剂，还具有很高的抑菌效果，抗菌活性不受pH值的影响，可在人体内分解，完全被人体消化吸收。此外，它具有良好的热稳定性并且在高温（120 ℃，120 min）下不分解，并且可以与原料一起灭菌。吴海双等研究表明含有5%ε-聚赖氨酸的ε-聚赖氨酸-壳聚糖/PE复合膜对鲜切茄子具有很好的保鲜作用。

3 ε-聚赖氨酸和乳酸链球菌素的协同抑菌作用

ε-聚赖氨酸和乳酸链球菌素的组合对大肠杆菌、枯草芽孢杆菌和金黄色葡萄球菌具有协同抑制作用，其作用机制是乳酸链球菌素迅速破坏细菌的细胞壁和细胞膜，导致细胞通透性增强，然后ε-多聚赖氨酸进入细胞，与微生物的DNA相互作用，最终导致菌体死亡。

4 壳聚糖、ε-聚赖氨酸和乳酸链球菌素间的协同抑菌作用

壳聚糖、ε-聚赖氨酸和乳酸链球菌素这三种抑菌防腐剂在酸性环境中相互作用的机理可能使壳聚糖具有正电荷并且可以被细胞膜上带负电的物质吸附，从而吸附到微生物上，抑制微生物的生理活动，同时，壳聚糖可以在微生物细胞壁外形成聚合物膜，阻止微生物吸收营养物质；反过来，可抑制微生物的生长、繁殖以及代谢废物的排泄，导致菌体的新陈代谢紊乱。壳聚糖使细菌膜上蛋白质缺失，细菌细胞膜上离子通道被打开，膜通透性发生了改变，乳酸链球菌素也是带正电荷的正离子，其迫使微生物细胞膜内外的电位平衡失调，然后ε-多聚赖氨酸进入细胞，与 DNA相互作用，最终导致菌体死亡。