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(nóng)業(yè)大學(xué) 理工學(xué)院，河北 滄州 061100）

隨著人們生活水平的提高，對(duì)肉制品的品質(zhì)要求也日益提高。肉制品在加工、運(yùn)輸、貯存過程中容易受到腐敗病原菌的污染，使產(chǎn)品的感官品質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值降低，并且容易導(dǎo)致食物中毒[1-2]。傳統(tǒng)的肉制品保鮮技術(shù)主要包括冷凍保鮮、高溫滅菌保鮮、真空保鮮、化學(xué)保鮮等。冷凍保鮮需要大型冷藏、冷庫等設(shè)施，同時(shí)，凍干后的肉品嫩度、保水性等指標(biāo)也有所下降；高溫滅菌保鮮會(huì)對(duì)肉制品的風(fēng)味和品質(zhì)產(chǎn)生不利的影響；真空包裝對(duì)食品的包裝要求很高，同時(shí)也會(huì)影響肉制品的外觀品質(zhì)；化學(xué)保鮮劑，如山梨酸及其鉀鹽、苯甲酸鈉、過氧乙酸等，不僅會(huì)對(duì)肉類品質(zhì)造成不良影響，而且過度使用會(huì)導(dǎo)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(shù)已成為當(dāng)今肉類加工行業(yè)的研究熱點(diǎn)之一。

ε-聚賴氨酸（ε-polylysine，ε-PL）是由白鏈霉菌在葡萄糖基質(zhì)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(qiáng)、穩(wěn)定性高等優(yōu)勢(shì)，被廣泛用于食品、醫(yī)藥、電子等領(lǐng)域的保鮮，特別是對(duì)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]。現(xiàn)階段，美國、日本、韓國、中國等國家已經(jīng)通過了ε-PL的安全認(rèn)證。我國的ε-PL工業(yè)化生產(chǎn)已有一定的規(guī)模，但是由于當(dāng)前產(chǎn)品的使用范圍比較小，產(chǎn)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(fù)合保鮮技術(shù)結(jié)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(yīng)用中取得新的進(jìn)展。本文就ε-PL的抗菌保鮮技術(shù)的研究進(jìn)行綜述，重點(diǎn)介紹ε-PL的抑菌機(jī)理以及各種復(fù)合技術(shù)在肉類保鮮中的最新進(jìn)展，以期為ε-PL的高效、綠色保鮮技術(shù)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(gè)～35個(gè) 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(zhì)，分子式為C180H362N60O31，分子量為3 600 Da～4 300 Da，對(duì)pH值、熱均比較穩(wěn)定，具有較強(qiáng)的抗菌活性，可有效地抑制革蘭氏陽性細(xì)菌、革蘭氏陰性細(xì)菌和真菌[8-11]。ε-PL具有良好的安全性，對(duì)人體神經(jīng)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(zhì)，可以在體內(nèi)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(duì)大腸桿菌、節(jié)桿菌等有較強(qiáng)的抗菌活性[12-13]。李誠等[14]通過分光光度法、孔擴(kuò)散法、菌體法，對(duì)ε-聚賴氨酸的抑菌作用進(jìn)行了探討，結(jié)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(shí)抑菌作用最大，與甘氨酸、Nisin等具有協(xié)同抑制作用。時(shí)文靜等[15]用結(jié)晶紫法檢測(cè)表明，鮑曼不動(dòng)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(duì)鮑曼不動(dòng)桿菌的生長(zhǎng)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(duì)pH值、溫度、金屬離子等條件進(jìn)行考察，研究ε-PL的抑菌效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，溫度對(duì)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(duì)受試菌具有很好的抑制能力，而Zn2+對(duì)ε-PL的抑菌能力有增強(qiáng)效果。

1.2 ε-聚賴氨酸的抑菌機(jī)理

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

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

1.2.1 ε-PL對(duì)細(xì)胞膜的破壞

細(xì)胞膜是一種與細(xì)胞內(nèi)、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(nèi)的代謝廢物。根據(jù)氈毯模型原理，ε-PL是利用靜電吸附的方式黏附于細(xì)胞膜，二價(jià)陽離子取代了磷脂頭，導(dǎo)致細(xì)胞膜產(chǎn)生負(fù)曲率折疊，細(xì)胞膜的完整性和結(jié)構(gòu)被破壞，最后引起細(xì)胞死亡[20]。王梓源等[21]研究證實(shí)，ε-PL對(duì)大腸桿菌（E.coli）細(xì)胞的疏水性及細(xì)胞內(nèi)、外膜的透過率均有促進(jìn)作用。它能通過對(duì)細(xì)胞膜的侵襲，使其結(jié)構(gòu)與完整性受到損害，改變細(xì)胞內(nèi)和外膜的電位，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)的核酸、蛋白質(zhì)等大量排出，達(dá)到抑制大腸桿菌的作用。Zhang等[18]采用紫外、膜電位和流式細(xì)胞術(shù)測(cè)定了膜完整性，采用β-半乳糖苷酶活性檢測(cè)法檢測(cè)內(nèi)膜的通透性，結(jié)果證實(shí)，低濃度的ε-PL（16 μg/mL）可影響大腸桿菌 O157:H7（Escherichia coli O157:H7）細(xì)胞膜的穿透和完整性，造成細(xì)胞的死亡，并且隨著ε-PL濃度的增大，細(xì)胞膜損傷越嚴(yán)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(zhǎng)和生物膜的形成，達(dá)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(xì)胞膜的通透性和改變細(xì)胞內(nèi)的電位，使核酸、三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）等物質(zhì)大量排出，并與DNA結(jié)合，達(dá)到殺滅腸球菌的目的。藍(lán)蔚青等[24]闡述了ε-PL對(duì)腐生葡萄球菌的作用機(jī)制：ε-PL能改變其細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和通透性，從而影響呼吸通道中的酶和微生物的生長(zhǎng)代謝，從而破壞微生物的整體結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致真菌的死亡。Li等[25]研究發(fā)現(xiàn)，ε-PL對(duì)金黃色葡萄球菌的最小抑菌濃度（minimum inhibitory concentration，MIC）為 12.5 μg/mL，當(dāng) ε-PL 濃度升高時(shí)，細(xì)胞膜被破壞的深度愈深，細(xì)胞中的離子會(huì)漏出，從而起到抑菌的作用。并采用結(jié)晶紫法和共聚焦激光掃描顯微鏡（confocal laser scanning microscope，CLSM）對(duì)沙門氏菌、李斯特菌、大腸桿菌的生物膜生成速率進(jìn)行分析，結(jié)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(shí)，ε-PL也可以通過改變酵母的膜結(jié)構(gòu)和功能來實(shí)現(xiàn)對(duì)微生物的抑制。Bo等[26]研究了ε-PL對(duì)釀酒酵母的抑制效應(yīng)，并對(duì)其機(jī)理進(jìn)行了初步研究。高濃度的ε-PL能破壞釀酒酵母的細(xì)胞膜，導(dǎo)致其死亡；低濃度的ε-PL能對(duì)釀酒酵母的細(xì)胞膜產(chǎn)生影響，從而影響其功能，達(dá)到抑制釀酒酵母的生長(zhǎng)的目的。上述研究結(jié)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(duì)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(nèi)必需的能量來源。已有研究發(fā)現(xiàn)，ε-PL能抑制細(xì)菌的糖酵解和三羧酸循環(huán)途徑，從而對(duì)其代謝產(chǎn)生一定的影響，并導(dǎo)致細(xì)菌的死亡[27-29]。ε-PL對(duì)腐敗希瓦氏菌的抑菌作用示意圖如圖2所示。

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

邢蓓[30]結(jié)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(guān)。相似的研究，寧亞維等[31]以金黃色葡萄球菌為指標(biāo)，利用十二烷基硫酸鈉-聚丙烯酰胺凝膠電泳技術(shù)，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(shí)，ε-PL還能在一定程度上抑制細(xì)菌的呼吸防御酶。藍(lán)蔚青等[24]通過試驗(yàn)證實(shí)ε-PL對(duì)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(xì)胞的電子轉(zhuǎn)移和呼吸過程，使細(xì)菌的新陳代謝活動(dòng)受到抑制，最終導(dǎo)致細(xì)菌的死亡。另外，還有部分學(xué)者以腐敗希瓦氏菌為指示菌，如Lan等[32]對(duì)ε-PL的作用進(jìn)行了初步探究。結(jié)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(zhì)的代謝受到抑制，從而影響細(xì)胞的正常發(fā)育，造成細(xì)胞的死亡。

1.2.3 ε-PL對(duì)遺傳物質(zhì)的破壞

大量的研究顯示，ε-PL可以通過對(duì)基因微?；蚧虿牧系慕Y(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，使微生物產(chǎn)生氧化應(yīng)激反應(yīng)，使DNA等重要的大分子受到氧化損害，進(jìn)而誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。Ye等[17]研究結(jié)果表明，在ε-PL的作用下，大腸桿菌O157:H7與氧化還原反應(yīng)有關(guān)的基因（sodA）和抗氧化系統(tǒng)調(diào)控因子（oxyR）的表達(dá)均明顯升高；ε-PL對(duì)DNA破壞效應(yīng)的調(diào)節(jié)基因（recA）和抑制蛋白基因（lexA）的表達(dá)也有顯著的影響。周祺等[23]通過對(duì)腸球菌的研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，ε-PL具有較強(qiáng)的DNA結(jié)合能力，能夠破壞DNA，進(jìn)而影響DNA的復(fù)制、轉(zhuǎn)錄，最終導(dǎo)致腸球菌的死亡。此外，Tan等[20]結(jié)果表明，ε-PL可以使ROS在酵母細(xì)胞內(nèi)大量積累，使DNA片段化，從而影響菌體的表達(dá)，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞死亡。

2 ε-聚賴氨酸復(fù)合保鮮技術(shù)在肉制品保鮮中的應(yīng)用

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

2.1 基于ε-聚賴氨酸的復(fù)合保鮮劑

復(fù)合保鮮劑是指以2種或2種以上的防腐保鮮劑相結(jié)合對(duì)食品進(jìn)行保鮮。ε-PL復(fù)合保鮮劑在肉制品中具有廣泛的應(yīng)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(zhì)（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(fù)合的新型保鮮劑對(duì)廣式臘腸的防腐效果，研究表明，該復(fù)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(biāo)準(zhǔn)相比，菌落總數(shù)遠(yuǎn)低于國家規(guī)定的二級(jí)鮮肉標(biāo)準(zhǔn)。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(fù)配，并通過正交試驗(yàn)進(jìn)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(duì)冷卻豬肉進(jìn)行保鮮，在此條件下貯藏時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)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(fù)合保鮮劑應(yīng)用在低溫醬鹵肉中，使得其保藏期延長(zhǎng)至30 d。此外，袁秋萍等[36]以ε-PL、甘氨酸、可食乙醇為原料，對(duì)牛肉干進(jìn)行防腐保鮮，其作用明顯，既延長(zhǎng)了保質(zhì)期，又改善了風(fēng)味。Alirezalu等[37]采用ε-聚賴氨酸與蕁麻提取物對(duì)牛肉進(jìn)行保鮮，與對(duì)照組相比，其復(fù)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(zhǎng)，大大延長(zhǎng)了牛肉的保質(zhì)期，并且不會(huì)對(duì)其感官品質(zhì)造成負(fù)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(duì)冷鮮雞肉的保鮮效果最好。以上結(jié)果均表明，采用ε-聚賴氨酸復(fù)合保鮮劑在延長(zhǎng)貨架期和抑制微生物生長(zhǎng)方面優(yōu)于單獨(dú)使用某種保鮮劑，因此，ε-聚賴氨酸復(fù)合保鮮劑具有良好的肉制品保鮮應(yīng)用前景。

2.2 基于ε-聚賴氨酸的復(fù)合涂膜保鮮技術(shù)

基于ε-聚賴氨酸的復(fù)合膜保鮮技術(shù)近幾年來是保鮮防腐領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，包括可食性復(fù)合涂膜和不可食性復(fù)合涂膜?？墒硰?fù)合涂層是在天然高分子聚合物如可食性多糖和蛋白質(zhì)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(dá)到防腐保鮮的作用，同時(shí)可以搭載功能活性成分，從而達(dá)到食品保鮮的目的，具有綠色、安全、低成本、可食用等特點(diǎn)；不可食性復(fù)合涂膜則相反，目前常用的材料為聚乙烯醇[39-40]。表1總結(jié)了近幾年基于ε-聚賴氨酸的復(fù)合涂膜保鮮技術(shù)在肉制品中的應(yīng)用研究。

表1 基于ε-聚賴氨酸的復(fù)合涂膜保鮮技術(shù)在肉制品中的應(yīng)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(fù)合保鮮技術(shù)

近年來，新的納米纖維已經(jīng)被應(yīng)用到了食品的生產(chǎn)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(fēng)險(xiǎn)。近幾年，靜電紡絲技術(shù)是一種經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、有前途的新型技術(shù)，也是一種新型的、具有應(yīng)用價(jià)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(bào)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(zhǎng)其保鮮藏期達(dá)3 d以上。唐志敏等[54]成功將ε-PL負(fù)載到含有海藻酸鈉和聚乙烯醇的混紡纖維膜中，研究證實(shí)，該納米纖維復(fù)合材料對(duì)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(duì)新鮮雞及新鮮豬肉中的空腸彎曲桿菌的生長(zhǎng)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(duì)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(fù)合保鮮技術(shù)在肉制品保鮮領(lǐng)域中的巨大潛力，因此，今后的研究熱點(diǎn)應(yīng)更加關(guān)注ε-PL納米纖維材料在其他食品中的開發(fā)。

3 總結(jié)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(xì)菌。在一定程度上保持肉類產(chǎn)品的優(yōu)良品質(zhì)，并能維持產(chǎn)品的新鮮度，從而延長(zhǎng)產(chǎn)品的保質(zhì)期。但是，單一的ε-PL保鮮劑對(duì)肉類保鮮性能的影響仍然有限，隨著對(duì)ε-PL的進(jìn)一步研究，將ε-PL與其它復(fù)合保鮮劑、復(fù)合涂膜、復(fù)合納米纖維等保鮮技術(shù)相結(jié)合，可以獲得更好的保鮮效果。近年來，以ε-PL為基礎(chǔ)的復(fù)合保鮮劑及復(fù)合薄膜已被廣泛應(yīng)用于肉類食品的保鮮中，而與某些新型保鮮技術(shù)的結(jié)合則很少。另外，ε-PL在某些微生物如細(xì)菌、真菌等方面的抑制機(jī)理研究還不深入，特別是核酸和蛋白質(zhì)方面的研究很少。因此，今后的研究重點(diǎn)應(yīng)集中在以下幾方面：進(jìn)一步加強(qiáng)ε-PL抑制細(xì)胞機(jī)制的深層研究，特別是對(duì)細(xì)胞的抗性、毒理學(xué)、細(xì)胞內(nèi)容物核酸、蛋白質(zhì)等生物學(xué)特性的研究具有重要意義；進(jìn)一步研究ε-PL與其他保鮮技術(shù)的協(xié)同效果，尤其是與包裝材料、節(jié)能保鮮劑的復(fù)合技術(shù)，以便生產(chǎn)出更適合于肉制品的綠色、安全、高效、經(jīng)濟(jì)的復(fù)合保鮮劑；在產(chǎn)品應(yīng)用上，如何充分利用ε-PL的特性，還需要進(jìn)一步研究。