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安全天然食品防腐剂细菌素的应用(中)

２ 活性细菌素及抑菌特性

2.1 细菌素的合成

细菌素是在核糖体中合成的。产生活性细菌素的因通常在操纵子簇。研究得较多的是含有产 lanti依托骨干企业biotic基因的操纵子。许多含产lantibiotic 基因的操纵子属于class 1a。属于 class 1b 的 mersadicin 的全部基因簇最近也已被阐明。基因编码生产细菌素可以位于染色体，也可以在质粒或转位子中编码。许多nonlantibiotics，比plantaricin、pediocin 及 sakacin 等的遗传规律已经被

阐明。而类似情况存在于 lantibiotic 基因(结构、转运、调整基因等)，plantaricin 系统的基因也编码若干细菌素，这些细菌素共用转运及调整基因系统[8]。与细菌素不同，抗生素通常被认为是次生代谢产物，它不是由核糖体合成的。虽然有些抗生素如万古霉素也是由氨基酸组成的，但它们是由酶合成的。实际上，较多抗生素是通过一种多载体含硫模板机制(amultiple-carrierhiotemplate mechanism)合成的，在那里多肽合成酶装配氨基酸以形成抗生素分子[9]。因为细菌素是由一个结构基因编码的，使得活性位点以及结构 - 功能的关系可以简单地通过基因工程加以测定。而不象抗生素那样，需通过化学方法合成或因其基因工程的复杂性致使涉及更多的基因。

2.2 转译后修饰形成活性细菌素分子

虽然细菌素由核糖体合成，必需经过转录后修饰才具有活性。编码修饰促酶的基因通常与结构基因紧连。Lantibiotics 经过最广泛的修饰。LanB 是一种跨膜蛋白质，由lantibiotic 生产者转录，且在运出细胞之前经酶修饰。LanC 则参与 lantibiotics 中硫醚键的形成 。

Lantibiotics 合成的一个特点是存在一个 N 端前导多肽( l ead er pept i de) ，接着它的是一个 C 端多肽前体(propeptide)。前导多肽(leader peptide)最初被认为是作为在转录之后修饰涉及的酶的识别位点。使用未经修饰的多肽前体(propeptide)的实验表明它们(多肽前体)也能够被识别及修饰。Lantibiotics 在转录之后的广泛修饰包括若干稀有氨基酸的形成。在 lantibiotics 中发现12 种以上的稀有氨基酸 ，Nonlantibiotics 的多肽前体(propeptide)也通过前导系列的删除而被修饰[8]。这些修饰对于细菌素的分泌及横跨细胞膜的迁移是必要的。

2.3 细菌素的免疫性

细菌素与抗生素安装的区别在于生产细菌素的细胞对其产物(细菌素)具有免疫力。细菌素中编码免疫蛋白的基因靠近其结构及调整基因。通常细菌素的结构与免疫基因位于同一个操纵子且是紧连的[1 ]。最初认Lantibiotics 的免疫性只与一种免疫基因有关，对尼生素是nis1 而对枯草菌素则是 Spa1，它们分别编码 nis1 及Spal 免疫蛋白。然而，似乎这些细菌素的免疫性是几种蛋白质影响的结果，因为删除可以编码其它蛋白质的基因将改变寄主的免疫性[12]。例如，不产尼生素的对尼生素有抗性的菌株ctis并不具有编码Nis1免疫蛋白的基因单元，但含有类似于nisF、nisE 及nisG 的基因序列，而这被认为是此菌株对尼生素有抗性的原因。删除 n is G 使得细胞对尼生素的抗性减小。对于第二类class 11)细菌燃油箱素 nonlantibiotics，免疫现象要简单些。它们具有一种可以编码免疫蛋白的基因。通常，此免疫蛋可适用于最新的原料配方白是松散地与膜结合在一起的具有50～150氨基酸残基的碱性蛋白。乳球菌素A(Lactococcin A)免疫蛋白(Lcn1)是目前为止研究得最多的。

2.4 抑菌性及其影响因素

研究得较多的是尼生素的抑菌性。尼生素主要抑制大部分G+ 菌的生长，包括产芽孢杆菌(如肉毒杆菌)、耐热腐败菌(如嗜热脂肪芽孢杆菌)等。它在食品防腐中的重要价值在于能抑制芽孢细菌(包括嗜热产气芽孢菌)。由于多数 G+ 菌能引起食品腐败，有些并能导致食物中毒等危害人健康，因此尼生素作为食品防腐剂是重要的、有效的。早期的研究认为，尼生素一般对霉菌、酵母菌和G—菌无效。但近期的研究表明，在一定条件下(如冷冻、加热、降低pH 和 EDTA 处理)，一些G —菌如沙门氏菌、大肠杆菌、假单胞菌、拟杆菌、放线杆菌、克雷伯氏菌，对尼生素敏感。例如，尼生素的溶解性在 pH2 时比pH8 时要高228 倍。在酸性条件下，尼生素对温度较稳定，随着 pH 值的增加，温度越高，尼生素活性下降越显著，pH6 和7 时，121℃、20min 高温后尼生素活性完全丧失。同时，放置温度和时间对尼生素活性也有显著影响，放置温度越高、时间越长，尼生素活性下降越显著 。此外，食品的化学成分和物理状态对细菌素的活性有巨大的影响。

细菌素，特别是lantibiotics，是通过在膜上形成孔，耗尽跨膜电势差(△φ)和 pH 梯度，导致细胞物质的泄漏而抑制靶细胞。细菌素是带疏水片段的正电荷分子，其与靶细胞膜上的带负电荷的磷酸盐基团的静电相

互作用被认为有助于其最初的与靶细胞膜的结合。最近的研究表明尼生素活性的复杂性在于，为了杀死细胞必需与细胞膜上的脂质 II 结合[15]。可以推测为了接近诸DNA、RNA、酶及其它位点等靶以杀死靶细胞，细菌

素必需首先进入细胞。现在已经证明有一种第二类细菌素可以精确地抑制敏感细菌中的细胞质膜的形成。细菌素对不同靶细胞的作用并门窗滑轨不相等，研究者测定了细菌素对特定的菌种及菌株的亲合力，目标菌株的磷脂成分及环境的 pH 值影响 MIC 值[16]。最近有研究表明，似乎在靶细胞膜上的‘入坞分子’(docking molecules)更有利于与细菌素作用并增强细菌素的抑制效果。其它细菌素也可以作用于靶细胞膜的特定位点，这些位点可质。而这些相互作用可以提高细菌素的抑制活性。蛋白质 PAI 及乳球菌素A 都能形成不依赖于电势的孔。乳球菌素能透过敏感细胞囊而其脂质并不受影响。这表明一个细胞表面的类似受体的实体是必需的(如脂质II )[15,16]。

2.5 细菌素的毒性

细菌素作为乳酸菌(LAB)的产品已经被人们消费胶凝剂。急性、亚慢性及慢性的研究，以及繁殖、提高敏感性、体外的和交叉抗性的研究均表明尼在ADI(AcceptableDaily Intake )为 2.9mg/ 人 /d 时消费是安全的。包括老鼠及豚鼠试验得知，由于尼生素是口服的，也测定了尼生素对口腔里的微生物菌群的影响，对饮用 1min之后的含尼生素的巧克力牛奶进行化验，发现在唾液中尼生素的浓度活性只是最初的 1/40，控制组唾液只有 1/100 的活性。另外的研究揭示了胃酶对尼生素的影响，胰岛素可使其失活，且被吸收的尼生素对有益微生物菌群没有影响，比如肠道菌群。尼生素是当前最为商业化的细菌素，研究者对其在食品应用的安全性也作了肯定评价。(待续)

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