乳酸鏈球菌素脂質體的研究

金慧偉，楊曉剛，芮昶，關榮發，*，黃斯，吳知盼

（1.中國計量學院生命科學學院，浙江 杭州 310018；2.浙江理工大學，浙江 杭州 310018；3.杭州市質量技術監督檢測院，浙江 杭州 310019）

乳酸鏈球菌素脂質體的研究

金慧偉1，楊曉剛2，芮昶3，關榮發1，*，黃斯1，吳知盼1

（1.中國計量學院生命科學學院，浙江 杭州 310018；2.浙江理工大學，浙江 杭州 310018；3.杭州市質量技術監督檢測院，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發生反應,不太穩定等問題降低了其保鮮效果，而利用脂質體包埋技術可有效地解決乳酸鏈球菌素使用中存在的問題，本文將對乳酸鏈球菌素脂質體的特點及其制備的影響因素進行闡述。

乳酸鏈球菌素；脂質體；特點；制備

近年來，越來越多的食品企業和消費者對食品安全日益重視，尤其是食品行業中防腐劑的安全問題。乳酸鏈球菌素是一種公認的高效、無毒的天然防腐劑，能抑制大部分革蘭氏陽性菌及其芽孢的生長和繁殖，從而能有效抑制有害細菌的生長和繁殖，使產品保質期延長4倍～6倍，有利于產品的貯存和運輸。同時，它不僅具有較好的防腐抑菌作用，而且能減弱熱處理強度，降低加工成本，改善食品風味、外觀和營養價值[1]。但其在應用中還存在著穩定性差的問題，如自身的降解，細菌素和食物成分潛在的相互作用等問題，導致其抗菌活性的下降。

脂質體同時含有油脂和水，可以用來運送和釋放可溶性和脂溶性的兩性物質[2]。在傳統食品工業中，關于脂質體的研究，主要集中在對蛋白質、酶、維生素、抗氧化劑和風味組分等成分轉運的研究上。由于脂質體可包埋水溶性材料，使被包埋的材料具有更大的穩定性，因此脂質體包埋技術比其他包埋技術（噴霧干燥、擠壓、硫化床）具有更大的優勢。研究證明，脂質體包埋的物質能在環境和化學變化時保持穩定，包括酶和化學修飾，甚至在極端pH和溫度下都能夠得到緩沖[3]。脂質體因其可用天然成分制備的優點，據國外資料報道，脂質體技術可用于包埋乳酸鏈球菌素，解決乳酸鏈球菌素應用中存在的問題，如蛋白質降解及與食物成分的相互作用[4]。

1 乳酸鏈球菌素脂質體的特點

脂質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題。由34個氨基酸組成的乳酸鏈球菌素，是分子量為3.5 ku的陽離子組成的抗菌肽[5]。乳酸鏈球菌素能被包埋在脂質體的內水相，也能被固定到脂質體膜上。研究發現，與其他包埋率低的前體脂質體（9.5%～26%）相比，具有高包埋率的乳酸鏈球菌素脂質體（34.6%），是由前體脂質體h制備的，其負電荷的磷脂（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]。與其他脂質體相比，由于乳酸鏈球菌素會與帶正電的陽離子囊泡發生靜電斥力作用，故含硬脂?；返年栯x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，對于其他陰離子囊泡來說，其包埋率也是較高的，說明囊泡包埋效率的增加與靜電相互作用有關。

脂質體表面電荷主要取決于磷脂的組成[7]。在細胞膜模型中，含磷脂雙層膜的乳酸鏈球菌素，其聯合作用主要取決于薄膜表面電荷，研究發現，含有陰離子的乳酸鏈球菌素，相比含中性磷脂的脂質體，能更加有效地結合[8]。具體來說，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，其可用來調節乳酸鏈球菌素與細胞膜的靜電相互作用[5]。已證實，膜泄漏的程度與肽結合程度成正比，故含陰離子脂質的乳酸鏈球菌素Z有高滲透力，而含中性脂質的有低滲透力[9]。因此，將乳酸鏈球菌素包埋在帶負電荷磷脂（如前列腺素）頭基上，可能會導致不穩定的脂質體孔隙的形成[10]。研究發現，前列腺素脂質體能有效地釋放內含物，包埋物質由聚碳酸脂和前列腺素（質量比為6:4）混合組成的乳酸鏈球菌素脂質體能有效地從孔隙結構釋成出來乳酸鏈球菌素[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體不能有效地抑制目標病原體（32℃48 h），但由聚碳酸脂和前列腺素（質量比為8:2或6:4）制備的脂質體卻有著顯著的抑制作用。研究發現，與其他脂質體相比，由脂質前體制備的、帶負電荷及低含量磷脂的脂質體，不易受到乳酸鏈球菌素不穩定作用的影響。

2 乳酸鏈球菌素脂質體制備效果的影響因素

2.1 膽固醇對乳酸鏈球菌素脂質體制備的影響

膽固醇一般會降低脂質體制備中的包埋率[11]，而氫化脂質體的包埋率則相對高些。研究結果也證明了這一點，用氫化聚碳酸脂:膽固醇（質量比為8:2）組成的乳酸鏈球菌素脂質體的包埋率高于聚碳酸脂和膽固醇制備的脂質體[12]。研究表明，聚碳酸脂脂質體中乳酸鏈球菌素的濃度高于聚碳酸脂:膽固醇（質量比為7:3）制備的脂質體，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體中滲透出來[11]，這說明膽固醇是穩定脂質體的有效成分[13]。試驗表明膽固醇對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脂質鏈的協調性，這種更緊密的包埋可以減少脂質的親和力，而乳酸鏈球菌素包埋到脂質膜則會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其脂質體制備的影響

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

3 乳酸鏈球菌素脂質體在食品工業中的應用

乳酸鏈球菌素作為一種新型的天然防腐劑，在國際上已得到認可，現已廣泛應用于乳制品、鮮牛奶、奶粉、酸、奶、干酪及罐頭食品、肉制品飲料等領域。乳酸鏈球菌素被批準用于食品，所以對乳酸鏈球菌素Z研究較多。在乳酸鏈球菌素脂質體研究中，用常見的食源性致病菌—李斯特菌作為指示菌株，研究發現，盡管乳酸鏈球菌素Z脂質體降低了乳酸菌的活菌數，但對切達奶酪的發酵影響不大，且其在溫度條件不同的整個切達奶酪制作工藝中是穩定的。

Benech等（2002）研究了乳酸鏈球菌素Z的脯氨酸脂質體在牛乳制備干酪的生產過程中的效果，試驗檢測了切達干酪6個月成熟過程中抗菌活性、理化性質和感官品質的變化[13]。結果發現，6個月后，每克奶酪中形成的李斯特菌的數量少于10個菌落形成單位，乳酸鏈球菌素脂質體中的乳酸鏈球菌素的活性恢復到其初始的90%，而僅將乳酸鏈球菌素與發酵劑進行簡單混合的奶酪中，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到起初的12%。在奶酪成熟過程中，對脂質體包埋的乳酸鏈球菌素和固定在線性脂質體結構上的乳酸鏈球菌素進行了試驗，發現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菌株產生的乳酸鏈球菌素在新鮮奶酪基質均有分布，但在陳化奶酪中卻集中在脂肪區域。因此，包埋和固定于脂質體膜是運輸乳酸鏈球菌素的另一種途徑，可提高乳酸鏈球菌素的穩定性和利用率，將乳酸鏈球菌素脂質體分散在奶酪基質中，也可使奶酪發酵劑不受乳酸鏈球菌素的不利影響[1]。為進一步研究乳酸鏈球菌素脂質體在奶酪中的應用前景，Benech等（2003）的實驗表明，乳酸鏈球菌素脂質體不影響蛋白質流變學、感官特性及其水解作用。nisinogenic菌株摻入到奶酪發酵劑后，在不改變奶酪流變特征的情況下增強了其對乳蛋白和乳脂肪的分解作用[14]。

4 結論

乳酸鏈球菌素脂質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，可有效地降低食品生產加工過程中不同環境對乳酸鏈球菌素的破壞，如酸堿及熱處理對其的影響[7]，提高乳酸鏈球菌素脂質體的穩定性和包埋率，有利于乳酸鏈球菌素在食品基質中的穩定性[6]。由于乳酸鏈球菌素可溶解在水相和脂相的脂質體中，并且有著比較高的短期（通過包埋的乳酸鏈球菌素釋放）和長期（細胞膜固定乳酸鏈球菌素的解吸）的抗菌作用，因此可增強食品的安全性以及提高其貨架壽命[8，11，13]。

研究表明，乳酸鏈球菌素脂質體技術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，膽固醇有穩定脂質體囊泡的作用，但需要量比較大[15]，開展膽固醇替代品的研究是其研究方向之一；制備脂質體的另一成分卵磷脂是價廉的天然原料，可從大豆或蛋黃分離，其成本不高[12，16]。目前用來制備脂質體的原料都是安全的，且原料和乳酸鏈球菌素均已獲得監管部門的批準，允許在食品工業中使用[3]。目前迫切需要解決的問題是降低其成本，使其在可接受的成本內擴大乳酸鏈球菌素脂質體的使用范圍。乳酸鏈球菌素脂質體有著較高的包埋率和較強的抗菌活性，目前已廣泛應用于乳制品工業中，主要用來抑制李斯特菌的生長，延長產品貨架期。總之，乳酸鏈球菌素脂質體作為一種新型的食品防腐劑，應用前景十分廣闊。

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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

浙江省級公益性技術應用研究計劃項目（2012C22052）；浙江省質監局項目（20110223）；杭州市科技計劃項目（20091832B50）；杭州市科技計劃項目（20101032B18）

金慧偉（1991—），男（漢），本科，主要研究方向：脂質體。

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

2012-01-17