肖怀秋1 ，林亲录1，李玉珍1，赵谋明2
（1湖南农业大学食品科技学院，长沙  410128；2华南理工大学食品与生物工程学院，广州  510641）

摘  要：本文综述了溶菌酶的结构、来源、活力测定方法及在食品研究中的应用，并根据当前研究状况对溶菌酶今后在食品工业中的应用和发展进行了展望。
关键词：溶菌酶；食品工业；应用

溶菌酶（Lysozyme，EC3.2.1.17），即N-乙酰胞壁质酶（N-acetylmuramidase），作用于细菌细胞壁N-乙酰胞壁酸（NAM）与N-乙酰葡糖胺（NAG）之间的β-1,4-糖甘键，广泛分布于自然界各种生物体中[1]。
溶菌酶的研究最早起源于Nicolle（1907）发表的枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）溶解因子。1909年Laschtschenko指出，鸡蛋清的强抑菌作用是由于酶的作用。1922年，Fleming发现，人的鼻涕、唾液、眼泪等也有强的溶菌活性并将其溶菌作用因子命名为溶菌酶（lysozyme）。从此，便开始了对溶菌酶的研究，并不断有新的进展。1959～1963年，Salton等人通过大量研究弄清了溶菌酶是一种能够切断N-乙酰壁酸和N-乙酰氨基葡萄糖之间β-1，4糖甘键的酶。1967年，英国菲利普集团发表了对鸡蛋清溶菌酶-作用底物复合体X-射线衍射的研究，介绍了其触媒的结构，成为近代酶化学研究中重大的成果之一。1960年以后，有关微生物的溶菌酶的研究进展很快，溶菌酶已成为研究细胞壁结构的一种非常有力的工具酶，不仅有助于人们对细胞壁细微结构的认识，而且大大促进了对新的溶菌酶的开发研究。随着研究的不断深入，发现溶菌酶不仅有溶解细菌细胞壁的种类，还有作用于真菌细胞壁的种类，同时对其作用机制也有了更进一步的了解。溶菌酶可以在很多领域中应用，如在医学治疗中，可与血液中的病毒结构，阻止流感、腺病毒等的繁殖；能分解粘多糖，有利于脓汁的排出；能清除坏死组织、增强抗生素药效的发挥以及促进肠道有益细菌如乳酸菌的繁殖等作用。近几年，人们根据溶菌酶的溶菌特性，将其应用于食品工业及生物工程中，特别是在食品工业方面的应用为溶菌酶的应用展现了很好的前景。

1  溶菌酶的种类及作用机制

溶菌酶根据其作用的微生物不同可以分为2大类：细菌细胞壁溶菌酶和真菌细胞壁溶菌酶。细菌细胞壁溶菌酶又细分为2种，一种是作用于β-1，4糖甘键的细胞壁溶解酶，另一种是作用于肽链“尾”端和酰胺部分的细胞壁溶解酶。真菌细胞壁溶菌酶包括酵母菌细胞壁溶解酶和霉菌细胞壁溶解酶 [2]。溶菌酶来源广泛，可以从动物、植物及微生物生物体中提取，其作用机制也有所不同。
1.1  鸡蛋清溶菌酶
鸡蛋清溶菌酶是动物源溶菌酶的典型代表，也是目前研究得最深最透的一类溶菌酶。在鸡蛋清中溶菌酶含量大约2%～4% [3]，等电点在pH10.8左右，分子量为14000 [4]，能溶解溶壁小球菌、巨大芽孢杆菌、黄色八叠球菌等革兰氏阳性细菌，对革兰氏阴性细菌无分解作用。溶菌机理相当复杂，其最适作用温度为50℃，化学性质很稳定，pH在1.2～11.3之间变化不会影响酶结构太大的改变，遇热该酶也很稳定。pH4～7的范围内，酶在100℃处理1min仍有近100%的活力，但在碱性环境条件下，酶稳定性较差。鸡蛋清溶菌酶由129个氨基酸组成，维持其稳定性的结构主要由4个二硫键、氢键及疏水键等。有研究表明，其它鸟类蛋清中溶菌酶一级结构亦为129个氨基酸，但氨基酸排列不同且活性部位也有所差异。
1.2  人和哺乳动物源溶菌酶
在人和哺乳动物的分泌液及体液中均发现有溶菌酶存在。人溶菌酶一级结构由130个氨基酸排列而成。有4个二硫键，其一级结构氨基酸排列顺序及组成与鸡蛋清溶菌酶有极大的差异。但三级结构有相似性，酶活比鸡蛋清来源的溶菌酶活力高出近2倍。目前，已从大量动物体内分离得到溶菌酶，研究表明，其一级结构、物理化学性质与人溶菌酶基本相同，但结构尚不清楚。
1.3  植物源溶菌酶
目前，已经从木瓜、芜菁、无花果等植物体内分离得到溶菌酶。植物溶菌酶对溶壁小球菌的溶菌活性较鸡蛋清溶菌酶低，但其对胶体状甲壳质的分解活性则是鸡蛋清溶菌酶的10倍左右。
1.4  微生物源溶菌酶
人们在20世纪60年代发现某些微生物也能产生溶菌酶。目前微生物产生的溶菌酶大体上分以下5种：（1）内N-乙酰己糖胺酶，类似于鸡蛋清溶菌酶，主要破坏细菌细胞壁肽聚糖中的β-1，4糖甘键。（2）酰胺酶，主要作用于细菌细胞壁肽聚糖中N-乙酰胞壁酸（NAM）与肽“尾”之间的N-乙酰胞壁酸-L-丙氨酸键。（3）内肽酶，使肽“尾”及肽“桥”内的肽键断裂。（4）β-1，3、β-1，6葡聚糖酶和甘露聚糖酶，主要用于分解酵母细胞的细胞壁。（5）壳多糖酶，这是分解霉菌细胞壁的一种溶菌酶。

2  溶菌酶活力测定

溶菌酶酶活性的测定方法通常有两种：（1）以细胞壁作为底物，通过测定其作用前后浊度的变化来表示酶活力大小。（2）以溶壁小球菌培养液为底物，用作用前后浊度的变化表示酶活力大小。由于两种方法都是固液两相反应，因此，很难准确测定其反应速度。所以有人将方法进行了改进，采用水溶性多糖乙二醇甲壳质制备均匀态底物，然后用以酶活力测定 [4]。

3  溶菌酶在食品工业中的应用

在食品工业中，溶菌酶是无毒的蛋白质，能选择性地使目标微生物细胞壁溶解而使其失去生理活性，而食品中的其它营养成分几乎不会造成任何损失。因此，它可以安全的替代有害人体健康的化学防腐剂（如苯甲酸及其钠盐等），以达到延长食品货架期的目的，是一种很好的天然防腐剂 [5]。
3.1  用于水产类制品的保鲜和防腐
溶菌酶本身是一种无毒、无害的蛋白质，且具有一定的保健作用，可以选择性地、有目的地杀灭微生物而不作用于食品中的其它物质，保证食品原有营养成分不受损失。对革兰氏阳性菌中的枯草杆菌、耐辐射微球菌有强力分解作用。对大肠杆菌、普通变形菌和副溶血性弧菌等革兰氏阴性菌也有一定程度溶解作用。其最适作用浓度为0.05%，与植酸、聚合磷酸盐、甘氨酸等配合使用，可提高其防腐效果 [6]，可用于水产类熟制品及肉制品的保鲜与防腐。马美湖 [7]等人研究了GNa液、溶菌酶、Nisin三种天然材料单一因子对冷却肉的保鲜效果的影响，研究表明，单因子试验溶菌酶的保鲜效果极明显的优于对照组，也显著地优于GNa组，略优于Nisin组。
马美湖 [9]等人成功研究了一种纯天然的冷却肉保鲜剂HNsafety-008冷却肉保鲜剂。该保鲜剂完全采用安全、无毒、天然的物质科学地配合组成，该保鲜剂的保质效果可以延长冷却肉的保质期1～4倍。该保鲜剂可以耐受95℃以下的温度并保持性质稳定。因此，可以将其添加到原料肉中进行低温加热（80℃左右），使用浓度为肉重的0.05%～0.01%，使用方法为在肉块进行滚揉或进行斩拌时加入，但是要注意的问题是在低温肉制品热加工中，加工的温度不要超过95℃。
3.2  在食品软包装中的应用
将溶菌酶固定化在食品包装材料上，生产出有抗菌功效的食品包装材料，以达到抗菌保鲜功能。目前许多肉制品软包装都需要经过高温灭菌处理。经过处理的肉制品脆性变差甚至产生蒸煮味。如果在产品真空包装前添加一定量的溶菌酶（1%～3%），然后巴氏杀菌（80～100℃，25～30min），可获得很好的保鲜效果。同样，果蔬加工前添加一定量的溶菌酶，一般添加量为0.1%～0.2%（拌料时添加）或1%～3%（加热煮制时添加），都能起到很好的保鲜效果。
3.3  在乳制品中的应用
溶菌酶是一种非特异性免疫因子，可对肠道中腐败性微生物有特殊的杀灭作用，是婴儿食品中的抗菌蛋白，是一种必需的添加因子。溶菌酶在婴儿体内可以直接或间接地促进婴儿肠道内双歧杆菌的增殖；可以促进婴儿胃肠内乳酪蛋白形成微细凝乳，延长在肠道停留时间，有利于婴儿消化吸收；可以促进人工喂养婴儿肠道细菌菌群的正常化；它还能够强化血清灭菌蛋白、r-球蛋白等体内防御因子，以增强对感染的抵抗力，特别是对早产婴儿有预防体重减轻，预防消化器官疾病，增加体重的功效，是婴儿食品及配方奶粉等的良好添加剂[10]。溶菌酶特别适合于巴氏杀菌奶的防腐，一般在包装前加入300-600ppm [9]。另外，在奶酪加工中添加一定量的溶菌酶可以防止中后期奶酪的后期起泡、风味变差及不影响奶酪老化过程中奶酪基液的品质，同时，还能起到抑菌作用，不至引起酪酸发酵，这是其它防腐剂所无法比拟的。
3.3  在酒及饮料防腐中的应用
用溶菌酶代替水杨酸用于日本清酒的防腐取得了很好的成效。清酒酒精含量为15%～17%（V/V），大部分微生物不能生存，但有一种叫做火落菌的乳酸菌则能生长，并引起产酸和产生臭味[11]。以往通常加水杨酸作防腐剂，但因为水杨酸有一定毒性，其应用受到了限制。目前，日本已成功用鸡蛋清溶菌酶代替水杨酸作防腐剂，其加入量为15mg/kg[6]。此外，溶菌酶还可应用于pH6.0～7.5的饮料的防腐[8]。
3.4  在保健功能性食品中的应用
溶菌酶是一种无毒、无害的高盐基蛋白质，且具有一定的保健作用，有抗感染和增强抗生素作用效力，促进血液凝固及止血作用，有组织再生作用。因此，可以在保健食品中添加一定量以提高保健效果。

4  小结

溶菌酶作为一种天然球状蛋白质，能促进营养物质被人体消化吸收，对人体无毒性，也不会在体内残留，是一种安全性很高的食品保鲜剂、营养保健品和药品。由于每一类型的溶菌酶都有其最适的作用条件，而且底物特异性强，因此，在应用溶菌酶时，必需注意以下几个事项：（1）充分掌握溶菌酶的酶学特性，掌握食品中的营养成分、pH、食盐浓度等影响溶菌酶效果的因素以及造成某种食品腐败的主要微生物群体，采用适当的添加量和添加方法才能收到应有的防腐效果。（2）为了有效的发挥溶菌酶作用效力，可以考虑与其它物质配伍使用。如将溶菌酶与甘氨酸混合使用，其防腐效果则远远高于单独使用溶菌酶。因为甘氨酸含量达到一定程度时，能抑制微生物细胞壁的合成，这种作用对革兰氏阳性菌和阴性菌均有效，从而增强了溶菌酶效力的发挥。也可以考虑与植酸、聚合磷酸盐等配伍使用，以增强溶菌酶革兰氏阴性细菌的抑菌作用。不管与哪种物质配伍使用，使用之前都要进行小试。
当前，我国溶菌酶研究仍处于起步阶段，还有很多问题需要进一步深究，但我相信随着科学技术的快速发展以及人们生活水平的提高，天然溶菌酶的研究对食品工业的发展一定会起到不可估量的作用。◇

参考文献：
［1］ 沈同，王镜岩.生物化学.北京：高等教育出版社，1990，280-281.
［2］ 朱奇，陈彦.溶菌酶及其应用.生物学通报，1998，33（10）.9-10.
［3］ 高真.蛋与蛋制品工艺学.中国商业出版社，1991.
［4］ 刘仲敏，何伯安.溶菌酶及其在食品工业中有应用.食品与发酵工业，1995，（5）：80-82.
［5］ Porter D.H,etal.Characterization of an immobilized digestive enzyme system for determination of protein digestibility.J.Agric FoodChem.1984，2：334.
［6］ 方元超，梅丛笑等  溶菌酶及其应用前景.中国食品添加剂，1999（4）：39-43.
［7］ 马美湖，张凤凯等.冷却肉生产中保鲜技术的初步研究――溶菌酶、Nisin、Gna液保鲜效果的比较试验.食品科学，2002，23（8）.235-241.
［8］ 林亲录，王德安.溶菌酶在饮料中的应用.食品科学.1994（11）：37-40.
［9］ 张凤凯，马美湖.溶菌酶及其食品保鲜剂的应用.肉类研究，2001（4）.41-42.
［10］ 叶丹，连宾.溶菌酶及其应用.贵州科学，2003，21（3）：67-70.