《食品科學》：湖南化工職業技術學院肖懷秋教授等：抗菌肽的抑菌機制及其在食品防腐保鮮中的應用

抗菌肽是具有抑菌活性的小分子多肽，具有抑菌活性高、抑菌譜寬、熱穩定性好、酶耐受性好、生物安全性高、毒副作用少以及不易產生耐藥性等優點，甚至兼具抗氧化和清除自由基等功能，有望成為潛在的新型食品抗菌保鮮劑。

食品富含蛋白質和碳水化合物等營養基質，是微生物“天然培養基”，在生產加工和儲運等環節極易受到微生物污染，由此引發的腐敗變質、菌落超標和食源性疾病成為當前食品安全領域關注的焦點。當食品中的致病微生物或腐敗微生物被抗菌肽抑制后，微生物胞外蛋白酶、脂肪酶和次級代謝產物會顯著減少，從而減少對食品蛋白質、脂類和碳水化合物等營養基質的氧化分解，有利于食品保鮮并減少異味產生。

尋求安全高效的新型抗菌保鮮劑已成為當前食品抗菌保鮮領域的研究熱點，湖南化工職業技術學院化學工程學院的李玉珍和湖南化工職業技術學院制藥與生物工程學院的肖懷秋*、王斌等探索其抑菌機理可為抗菌肽在食品抗菌保鮮領域應用奠定良好理論與應用基礎。

01

抗菌肽的抑菌分子機理

根據是否造成細胞質膜損傷和損傷機理不同，抑菌機理可分為基于細胞質膜損傷和非細胞質膜損傷兩類 。前者主要通過抗菌肽與細胞質膜磷脂雙分子層作用形成孔隙或通道，破壞細胞膜結構和胞內環境穩態，導致胞內物質泄漏而造成菌體死亡 。部分抗菌肽與細胞質膜作用后可形成跨膜孔道，出現膜間體樣結構，核物質濃縮并出現異常間隔，但并不導致菌體死亡，說明跨膜孔道僅是菌體死亡的必要條件而非關鍵步驟，即抗菌肽還存在非細胞質膜靶點的抑菌分子機制 ，部分抗菌肽甚至在不破壞細胞質膜結構情況下發揮抑菌活性（如pleurocidin衍生物 ），有些跨膜肽可作用于胞內物質，如抑制細胞壁或外膜蛋白合成、阻止細胞分裂和干擾蛋白正確折疊，或與質粒、基因組DNA結合導致基因復制、轉錄和翻譯等生化過程受阻 。甚至有些抗菌肽具有多靶點抑菌機制，如 β -defensin既能破壞革蘭氏陰性細菌（G － ）細胞外膜和細胞膜結構，也可作用胞內生物大分子合成 ，AN5-1可同時作用于細胞內膜與基因組DNA，在靜電吸附和疏水作用下與細胞膜結合并破壞膜結構完整性，通過靜電吸附、疏水作用和氫鍵等非共價鍵嵌插入基因組DNA堿基平面，影響DNA解鏈和生理功能 ，人中性粒細胞肽1和血小板殺菌蛋白對細胞質膜影響優先于胞內生物大分子合成 。個別抗菌肽不同濃度條件下抑菌機理不同，如indolicidin在高于最小抑菌濃度（MIC）時以細胞質膜損傷為主，低于MIC時以影響胞內DNA復制、mRMA轉錄和蛋白質翻譯發揮抑菌活性為主 。抗菌肽抑菌分子機理如圖1所示。

1.1 細胞質膜損傷分子機理

在靜電吸附作用下，抗菌肽可與細胞膜上磷脂和脂多糖（LPS）等負電荷分子結合，并在疏水作用下發生積聚和破壞細胞膜結構，改變膜蛋白構象或穿孔，增加膜通透性和導致膜溶解并釋放胞內容物，損傷機理主要表現為桶板模型、環孔模型、毯式模型和凝聚模型4 種膜通道模型（圖2）。

1.1.1 桶板模型

Ehrenstein等提出桶板模型?？咕呐c細胞膜靜電吸附后形成的多聚體聚集在膜表面并垂直插入磷脂雙分子層，疏水結構朝向外部，親水結構朝向內部，形成類似木桶結構的跨膜通道，常含α-螺旋（如LS3）。Melittin和Pandinin通過α-螺旋疏水中心垂直插入細胞膜內破壞膜正常結構。

1.1.2 毯式模型

Pouny等提出毯式模型?？咕囊詥误w或低聚形式與細胞膜平行排列，并以地毯形式覆蓋在磷脂雙分子層表面，疏水區域與膜接觸，親水區域則朝向水溶液，當積聚到特定閾值時，膜穩定性變差并發生彎曲形變導致膜“瓦解”，常含β-折疊（如Cecropin A、Collagencin），magainins和dermastin等線性α-螺旋抗菌肽類似于地毯模型。與α-螺旋肽不同，β-折疊肽由于有穩定二硫鍵橋，與細胞膜互作時不會發生構象轉變。

1.1.3 環孔模型

Matsuzaki等提出環孔模型?？咕慕佑|細胞膜后，疏水區域與磷脂膜疏水頭部結合，抗菌肽移動誘導膜磷脂分子層移動，膜表面疏水區域產生裂縫并在膜疏水中心形成“裂口”造成膜磷脂單分子層逐漸向內流動，彎曲形成孔道。如lacticin Q、Arenicin、Piscidin-1和Piscidin-3是環狀孔道模型代表。

1.1.4 凝聚模型

插入細胞膜的抗菌肽與膜磷脂雙分子形成膠束狀復合物，以聚集物形式跨膜形成動態通道，抗菌肽結合能破壞膜結構并形成通道，促使其進入胞內發揮抑菌活性。抗菌肽還能促進小分子陰離子穿透磷脂雙分子層，膜表面聚集能提高膜電勢并改變膜電位，達到閾值后形成分子電穿孔，形成的瞬時通道有助抗菌肽介入胞內。膜磷脂雙分子層厚度對抑菌活性有直接影響，氧化磷脂質可增強抗菌肽與細胞膜表面吸附。

1.2 抗菌肽非細胞質膜損傷機理

1.2.1 細胞壁損傷機理

細胞壁肽聚糖是抗菌肽主要效應靶點，可通過破壞細胞壁結構和影響細胞壁合成實現抑菌活性，如RMR26以α-螺旋結構穿透細胞壁并破壞結構完整性，β-defensin 3能抑制細胞壁合成并造成細胞壁穿孔，sarcotoxins II能抑制正在形成的細胞壁，破壞細菌正常結構形態。

肽聚糖是革蘭氏陽性細菌（G＋）細胞壁主要成分，關鍵成分是lipid II。lipid II是肽聚糖的合成前體，由輔酶A合成。辣木籽抗菌肽MOp2作用于金黃色葡萄球菌后，對肽聚糖生物合成相關蛋白質差異表達分析發現，與細胞壁合成的相關基因及與蛋白（MrcA、DacC、PbpA、BacA和MecA）發生了差異表達，它們在肽聚糖合成過程中上調表達，這是菌體對lipid II生成減少的適應調節。Nisin和Plectasm可與lipid II發生特異性反應，可從細胞壁合成位點或隔膜移除細胞壁前體中的lipid II或直接吸附到lipid II上影響細胞壁合成。抗菌肽也可與壁脂磷壁酸結合干擾和破壞細菌細胞壁完整性，如Scy-SpCrus5可結合金黃色葡萄球菌脂磷壁酸發揮抑菌活性破壞細胞壁結構。LP315可通過氫鍵與疏水作用結合S. aureus肽聚糖糖基轉移酶/轉肽酶破壞細胞壁結構完整性。

LPS是革蘭氏陰性細菌（G－）細胞壁外壁的一層較厚的多糖類物質，是抗菌肽主要非膜損傷靶點，如金屬抗菌肽SIF4和LPS最大結合量可達到256 mg/L，能通過靜電吸附作用破壞細胞壁結構發揮抗菌活性。AP16-A可與LPS結合，在質量濃度為100 μg/mL時，抑菌活性達到最大。GW4A在8 μmol/L時表現出與LPS較高的中和作用，表現出很強的抑菌活性。Cecropin衍生物可與革蘭氏陰性細菌LPS通過靜電和疏水相互作用結合并解離LPS層，導致菌體裂解和死亡。

1.2.2 抗菌肽非細胞質膜損傷分子機理

抗菌還可通過與基因組DNA結合、影響基因轉錄翻譯代謝網絡、影響物質與能量代謝、破壞細胞周期、結合或影響胞內生物大分子等途徑發揮抑菌活性（圖3）。

1）結合胞內核酸或影響其生物合成

部分跨膜肽穿透細胞膜后可與基因組DNA結合，可通過靜電結合、溝區結合和嵌插結合等方式與胞內核酸互作。靜電結合是抗菌肽與核酸分子中帶負電荷的磷酸骨架以靜電引力形成非特異性結合，無選擇性，溝區結合是抗菌肽與DNA雙螺旋大小溝結合并使二級結構發生微弱變形，而嵌插結合是抗菌肽通過π-π作用、疏水作用嵌插到堿基平面間，從而影響復制轉錄。如Tachyplesin I能與基因組DNA雙螺旋小溝緊密結合，抑制DNA復制轉錄。Buforin II可與大腸桿菌胞內核酸結合，抑制基因復制轉錄并導致菌體死亡，magainin2也可與胞內核酸結合，Indolicidin優先抑制DNA合成，影響RNA轉錄和蛋白翻譯并引發應急修復，阻止細胞分裂并誘導細菌絲狀化，引起細胞死亡。Lfcin有較強的DNA結合能力，能與GGCACTT（G/A）C、TAGA（A/G）GATCAAA、ACTACA GTCTACA 3 種不同特異DNA序列結合并抑制基因轉錄。BF2-A可結合胞內核酸，削弱堿基堆積力，松散核酸結構，干擾核酸合成并導致菌體死亡。F1可與金黃色葡萄球菌基因組DNA發生嵌插結合?？咕囊部捎绊懞怂嵯嚓P基因表達，如P7可下調大腸桿菌DNA復制相關基因中的ssb、dnaG、ligB和rnhA基因表達水平，并顯著上調DNA損傷修復相關的recA和recN基因表達水平。

2）結合胞內蛋白質或影響其生物合成

部分跨膜肽可影響胞內蛋白質功能或干擾蛋白質合成或錯誤折疊導致菌體死亡。如富含Pro和Arg的抗菌肽PR-39對多種革蘭氏陰性菌和化膿鏈球菌、芽孢桿菌、大腸桿菌等部分革蘭氏陽性菌有較強抗菌活性，跨膜介入胞內后能抑制大腸桿菌蛋白質和氧化酶復合物合成，影響正常代謝并引起菌體死亡，α-螺旋乳鐵蛋白素可抑制大腸桿菌胞內蛋白質合成，如indolicidin可影響胞內蛋白質生物合成。部分抗菌肽可靶向作用于核糖體蛋白，阻礙蛋白質合成造成菌體死亡。DnaK是一種伴侶蛋白，可保證蛋白亞基正確組裝和正確構象形成，PRAMPs特異性與DnaK結合致使蛋白構象錯位，影響酶活并造成菌體死亡。NCR247是一種具有二硫鍵的螺旋型抗菌肽，可與伴侶蛋白GroEL結合而影響細胞正常代謝。Apidaecins能競爭性結合大腸桿菌細胞膜蛋白異構體，抑制細胞分裂蛋白酶活性并增強胞漿蛋白UDP-3-O-?；?N-乙酰氨基葡糖脫乙酰酶活性，致使菌體凋亡。

3）影響物質與能量代謝生成

物質代謝將糖類等能量底物脫氫氧化產生能量（主要是ATP）并產生簡單代謝中間產物，葡萄糖代謝途徑主要包括糖酵解（Embden-Meyerhof-Parnas，EMP）途徑、三羧酸循環（TCA）途徑和磷酸戊糖代謝支路途徑（HMP）。金屬抗菌肽SIF4可通過抑制大腸桿菌糖酵解途徑實現良好抑菌活性，對EMP途徑和TCA關鍵酶均有不同程度抑制作用，主要通過抑制已糖激酶活性調控葡萄糖氧化效率而發揮抑菌活性。大鯢肽-鋅螯合物對Enterobacter aerogenes、Bacillus subtilis、Shewanella putrefaciens和Staphylococcus aureus呼吸代謝均有不同程度抑制，主要通過抑制E. aerogenes的HMP途徑，B. subtilis、S. putrefaciens和S. aureus的EMP途徑實現抑菌。辣木籽抗菌肽MOp2對金黃色葡萄球菌EMP和TCA關鍵代謝有明顯抑制，參與EMP和TCA的相關基因（即crr、pfkA、gltA、sdhA、sdhB和sdhC）被下調。crr表達下調直接導致α-D-葡萄糖-6P減少，MOp2處理S. aureus可導致EMP和TCA中斷?？咕腜-1抑制T. roseum的EMP和TCA途徑并使菌體處于ATP缺乏和代謝紊亂狀態，轉錄基因組學分析發現，琥珀酸脫氫酶、蘋果酸脫氫酶基因下調，ATP酶基因先上調后下調，6-磷酸果糖激酶基因上調，表明P-1通過調控與能量代謝相關基因、線粒體復合酶活性，抑制呼吸代謝，造成線粒體結構損傷，引起線粒體膜電位下降和導致細胞凋亡。

ATP酶參與物質轉運、能量轉化、陽離子跨膜轉運、信息轉導和維持胞內環境穩態等生理過程，如離子通道Na＋K＋-ATP酶和Ca2＋Mg2＋-ATP酶是生物體內廣泛存在的一種極為重要的膜酶。如magainin-I模擬肽、LL37-類似肽LLAP能抑制分歧桿菌ATP酶活性，GABP對單核細胞增生李斯特菌ATP酶有較強抑制活性，與Nisin聯用可使ATP從膜上解離并導致菌體死亡。金屬抗菌肽SIF4能削弱大腸桿菌Na＋K＋-ATP和Ca2＋Mg2＋-ATP兩類細胞質膜離子通道ATP酶活性和抑制胞內ATP合成?；ㄎ埠孵爃epcidin抗菌肽處理副溶血性弧菌、大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、腐敗希瓦氏菌、熒光假單胞菌等菌體后，Na＋K＋-ATP酶和Ca2＋-ATP酶活性均受到顯著抑制。胞內ATP合成受阻導致能量代謝相關的正常生理出現代謝紊亂和菌體死亡，如抗菌肽BF2-A/X可影響大腸桿菌ATP合成，BF2-X對ATP合成抑制作用更顯著，實驗組培養40 h時ATP合成量不到對照組的10%?？咕腖L-1處理大腸桿菌后，1 MIC實驗組ATP含量顯著低于對照組（P＜0.05），4 MIC實驗組ATP含量與對照組有極顯著差異（P＜0.01）。

4）影響胞內拓撲異構酶與氧化代謝酶生物活性

拓撲異構酶通過瞬時破壞和重連DNA催化DNA鏈斷裂和解旋，在基因復制、轉錄、重組、表達調控及細胞分裂等方面有重要功能，分為拓撲異構酶I和II兩類，是抗菌肽篩選的新型靶點。金屬抗菌肽SIF4對大腸桿菌拓撲異構酶II活性抑制較弱，主要通過抑制拓撲異構酶I活性影響DNA解鏈而發揮抑菌活性，推測其可能與DNA-拓撲異構酶I二元復合物結合并形成拓撲異構酶IDNA-SIF4三元復合物，在DNA鏈解鏈、斷裂DNA重連及DNA切口修復等過程中發揮作用。此外，還觀測到大腸桿菌內源活性氧（ROS）不同程度增強，可能與斷裂DNA未能得到及時修復和斷裂DNA累積有關。低濃度ROS可影響信號傳導，濃度過高時會通過細胞氧化應激反應損害細胞器，誘導細胞調亡和壞死，抑菌活性與ROS含量增加有關。過氧化氫酶（CAT）可清除胞內過剩ROS，減輕ROS累積損傷，超氧化歧化酶（SOD）可清除胞內過量自由基，維持胞內環境穩態，呼吸鏈脫氫酶活性是表征菌體呼吸代謝的關鍵酶，丙二醛（MDA）是生物體脂質被氧化攻擊形成的產物，是氧化損傷和膜受損的標志物，會引發胞內大分子聚合并使生物膜發生不可逆損傷?？咕腷revilaterin對金黃色葡萄球菌呼吸鏈脫氫酶有明顯抑制作用，而ε-聚賴氨酸對金黃色葡萄球菌呼吸鏈脫氫酶無抑制作用。金屬抗菌肽SIF4可增強大腸桿菌細胞質膜氧化損傷，實驗組與對照組MDA含量存在顯著差異。含色氨酸抗菌肽（I1W和L12W）處理多重耐藥銅綠假單胞菌株MRPA0108滯留菌3 h后，SOD和CAT活性發生顯著降低，ROS爆發并積累，MDA含量顯著增加，表明I1W和L12W使滯留菌發生了不可逆氧化損傷。

02

抗菌肽在各類食品抗菌保鮮中的應用

2.1 制備具有生物活性的新型食品包裝材料

抗菌肽可制備成具有生物活性的新型包裝材料用于食品抗菌保鮮。將Mytimacin-4與殼聚糖制備復合涂膜液用于豬肉保鮮可降低冷藏過程中細菌菌群豐度和種類，可較好保持肉品新鮮度并延長保質期3～4 d。將Sm-A1裝載到富羥基聚乙烯醇/殼聚糖水凝膠并用于三文魚保鮮，結果發現實驗組菌落總數、揮發性鹽基氮（TVB-N）和質構呈緩慢上升趨勢且在第14天未超過國標限值。在糠醛明膠水解物基質上摻入活性肽AlaGTyr用于鯖魚抗菌保鮮發現，長達4 個月貯存期內樣品污染度保持相對穩定。將靜電紡絲法制備的Piscidin 1 PG/聚乳酸納米纖維膜用于海鱸魚保鮮發現，其在6 h內能顯著抑制腐敗希瓦氏菌生長，4 ℃貯藏6 d后，實驗組菌落總數低于空白組并能有效抑制樣品pH值和TVB-N升高，能延長冷藏期3 d以上。將HX-12C制備的復合有機絡合物納米噴涂于瑤山雪梨保鮮發現，實驗組常溫貯藏12 d能很好維持風味，質量損失率、可滴定酸、VC、還原糖和感官評價等指標表現良好，能有效延長瑤山雪梨貨架期。將BCp12/殼聚糖/酪蛋白復合膜用于乳扇抗菌保鮮發現，實驗組過氧化值變化較慢，4 ℃貯藏后可使保質期延長60 d。將明膠-殼聚糖/乳酸鏈球菌素-玉米淀粉制備的涂膜用于櫻桃番茄抗菌保鮮發現，其可有效延長櫻桃番茄保質期。

2.2 在畜禽肉制品及水產品中的應用

畜禽鮮肉和魚蝦極易受到L. monocytogenes、S. aureus和Salmonella等致病菌和腐敗菌污染，即使在低溫條件下，給肉制品與水產品帶來潛在風險。用0.5% Nisin對冷藏草魚片保鮮發現，菌落總數和TVB-N值等指標顯著低于對照組，可延長貨架期3 d且風味無顯著改變。將400 mg/L ε-聚賴氨酸（ε-PL）浸泡處理冷鮮豬肉，菌落總數、pH值和TVB-N積累均受到顯著抑制，保質期從2 d延長至8 d。Pediocin涂抹火腿片于12 ℃保藏15 d后，實驗組Listeria innocua、Salmonella sp.數量顯著低于對照組，保鮮效果明顯；rMytichitin-A能破壞S. aureus和E. coli細胞質膜結構完整性并導致胞內容物泄漏，能有效抑制腐敗微生物生長，減緩蛋白質降解和脂質氧化，抗菌保鮮效果較好，但高密度細菌條件下保鮮效果欠佳。多種抗菌肽協同復配使用可增強抗菌保鮮效果，如牡蠣源抗菌肽、海蟹源抗菌肽和帶魚源抗菌肽復配可增強秘魯魷魚的保鮮效果，最優組合下組胺抑制率為74.39%，保藏第10天時，實驗組TVB-N僅為對照組47.85%，菌落總數抑制率達33.02%，抗菌保鮮效果良好。

2.3 在乳及乳制品中的應用

牛奶生產加工和貯運等環節受到Alcaligenes、Pseudomonas等腐敗微生物污染，降低乳脂和乳蛋白的氧化，添加適量抗菌肽可降低乳制品熱處理強度，減少高溫處理對乳品風味和營養破壞并能延長保質期。將ACWWP1用于牛乳抗菌保鮮發現，處理24 h后，S. aureus菌落數減少了4.8（lg（CFU/mL）），培養72 h細菌數量顯著下降。LCWAP（2 MIC）處理牛奶1 d內細菌數量顯著減少，7 d時為0（lg（CFU/mL）），對照組細菌數量高達9.2（lg（CFU/mL））。乳源抗菌肽αS2-casein151-181用于奶酪保鮮發現，αS2-casein151-181乳清蛋白膜能顯著降低奶酪菌落總數，延長奶酪貨架期。用辣木籽抗菌肽MOp2的Pickering乳液保鮮乳餅發現，貯藏42 d內未發生腐敗，含抗菌肽的Pickering乳液能將乳餅貯藏期延長1 周。

2.4 在禽蛋及其制品中的應用

Nisin能延長禽蛋及其制品保質期，抗菌保鮮效果較好。Necidová等對比分析了Nisin、山梨酸苯甲酸酯和三磷酸鹽在4 ℃保存45 d對巴氏殺菌全蛋液微生物指標發現，抗菌肽組細菌菌落總數僅為山梨酸苯甲酸酯組和三磷酸鹽的59.76%和47.64%，全蛋液保質期明顯延長；全蛋液在Nisin和高壓處理協同作用下可顯著降低E. coli和L. innocua數量，全蛋白液品質得到明顯改善。Nisin和有機酸復合保鮮劑能有效抑制蛋制品冷藏條件致病菌生長，即食蛋制品抗菌保鮮效果良好；以殼聚糖為涂膜基質、Nisin和ε-PL為生物抑菌劑、茶多酚和VC為抗氧化劑制備的涂膜保鮮劑能提升鹵蛋制品品質和延長貨架期。

2.5 在罐頭食品中的應用

Nisin用于雞汁鮑魚罐頭抗菌保鮮發現，最優條件下產品感官評分最高，內容物（鮑魚）失水率為23%，罐頭口感較好，抗菌保鮮效果明顯。Nisin和bovicin HC5協同使用可顯著抑制罐裝芒果果肉中Clostridium tyrobutyricum生長和產氣，可延長果肉罐頭保質期和增強產品安全性。Nisin可抑制B. stearothermophilus、C. thermosaccharolyticum和C. pasteurianum等腐敗微生物生物，可用于罐裝蔬菜抗菌保鮮。

2.6 在果蔬及果蔬制品中的應用

抗菌肽應用可增強果蔬保存性和新鮮度。Nisin可用于果蔬及其制品抗菌保鮮，且不影響風味和產品組織結構。在蘋果汁和葡萄汁中添加Nisin，果汁嗜酸菌受到顯著抑制；EnterocinAS-48用于黑莓保鮮發現，22 ℃安全儲藏期可延長至2 d，6 ℃條件下可延長至7 d，25 μg/mL時能抑制甜瓜切片、西瓜汁中L. monocytogenes生長，可用于多種果汁抗菌保鮮。海蟹源抗菌肽、牡蠣源抗菌肽、帶魚源抗菌肽和鰹魚源抗菌肽復配用于草莓保鮮能較好保持草莓品質并延長貨架期。Melittin能減緩黃油桃室溫和冷藏條件下腐爛速率，保持黃油桃色澤和品質，減少質量損失和減緩氧化，延長其貨架期。B. subtilis抗菌肽用于鮮切山藥保鮮能延長貯藏期2 d；人源抗菌肽LL-37牛奶用于鮮榨果汁保鮮能顯著抑制牛奶和鮮榨果汁微生物生長，保鮮效果明顯。乳源抗菌肽與殼聚糖復合膜用于水果黃瓜保鮮發現，21 d貯藏后，1%抗菌肽復合膜處理組失水率僅4.97%，腐爛率16.67%，硬度由9.53 kg/cm3降至6.43 kg/cm3，比對照組高42.50%，VC含量比貯藏前僅下降1.40%，保鮮效果很好。

2.7 在米面及其制品中的應用

Nisin對米飯和面包等米面制品腐敗與致病微生物抑制效果明顯，能延長米面及其制品保質期。將Nisin和Surfactin分別以500 mg/kg添加到米飯中并于25 ℃貯藏，結果發現，對照組24 h后就出現異味，實驗組則分別在36 h和60 h后才出現異味，研究還發現，添加200～500 mg/kg能有效預防面包變質；KT43C能顯著抑制面包霉菌生長和延長面團保持期2 d，且具有較好熱穩定性，可作為新型面包抗菌防腐劑。辣椒籽抗菌肽能抑制霉菌生長，0.3 g/kg辣椒籽抗菌肽應用效果與丙酸鈣和那他霉素標準添加量無顯著差異，可用于玉米防霉。

2.8 在保健食品中的應用

抗菌肽除具有抗菌作用外，還具有免疫調節、抗氧化、抗炎等功能，可作為保健功能性食品或膳食補充劑的生物活性成分。趙澤等應用16S rRNA測序方法研究了抗菌肽KSL口香糖對口腔細菌的抑菌效果，在門水平上，KSL對變異菌門、擬桿菌門和厚壁菌門抑制作用明顯，在屬水平上，對擬桿菌屬、奈瑟氏菌屬、嗜血桿菌、韋永氏球菌屬、普氏菌屬、卟啉單胞菌屬、鏈球菌屬抑制作用明顯。LL-37是由37 個氨基酸殘基組成的兩親性螺旋肽，具有較好抗菌和免疫調節活性，可作為保健食品功效成分。

抗菌肽在各類食品中的應用總結如表1所示。

結 語

抗菌肽在食品抗菌保鮮領域有良好應用前景，但也存在一些需亟待解決的關鍵科學問題，主要有：

1）構-效關系尚未完全明確，安全性評價標準、法規與體系亟待完善。由于抗菌肽氨基酸組成、序列及生物功能存在多樣性，系統研究抗菌肽構-效關系可為抗菌肽定向改造提供理論基礎和技術指引。食品領域應用較多的抗菌肽主要有Nisin和ε-PL，其他具有較好抗菌保鮮作用的抗菌肽可能存在潛在細胞毒性、溶血性等不足，需構建安全評價體系和標準開發系列新型生物抗菌保鮮劑；此外，抗菌肽添加到食品或作為生物活性包膜材料用于食品抗菌保鮮存在市場準入問題，當前能安全用于食品抗菌保鮮的抗菌肽較少，亟需完善相關食品法規。

2）制備成本相對較高。天然抗菌肽由于原料本底含量極低，制備成本高，化學合成抗菌肽很難保證其結構與天然抗菌肽完全一致，基因表達抗菌肽在重組表達時，存在易被宿主細胞或胞內酶降解等風險，制備成本也相對較高。課題組調研發現，在食品保鮮領域應用較多的食品級Nisin和ε-PL價格分別為200 元/kg和2 100 元/kg，價格偏高使其應用也受到不同程度限制。

3）部分抗菌譜較窄。在食品防腐保鮮中準許應用的Nisin和ε-PL存在抗菌譜窄、抑菌活性低、穩定性不足等局限，如Nisin僅對G＋菌有明顯抑制作用且主要用于蛋白質含量高的食品抗菌保鮮，亟待開發抗菌活力高、抗菌譜廣的安全抗菌肽。

4）復雜多組分食品體系中抗菌活性發揮受限。如clavanin A僅在酸性條件下表現抑菌活性，中性環境無抑菌活性，Nisin在酸性條件（pH 2）下的溶解度比堿性條件（pH 8）高228 倍。食品中金屬陽離子可影響抗菌肽二級結構并影響抑菌活性，如抗菌肽[RLLR]5在200 mmol/L NaCl環境體系中，α-螺旋結構由72%降低至13%，抗細菌和真菌活性降低至原來的1/32～1/8。此外，食品中酶對抗菌肽也有影響，如Nisin可被谷胱甘肽滅活，在富含谷胱苷肽的鮮肉中保鮮效果不理想，但在加工類肉制品（如火腿）抑菌保鮮效果較好。食品中脂肪對抗菌肽活性也有影響，脂肪含量越低，Nisin抑菌活性越高，隨著脂肪含量升高，Nisin對L. monocytogenes抑制活性呈下降趨勢。蛋白質和糖類等組分對抑菌活性也有影響，如magainin、pediocin PA-1和sakacin A在蛋白質含量較高的食品體系中抑菌活性下降。

為解決上述難題，可嘗試從以下幾個方面進行突破：

1）加強抗菌肽構-效關系、穩定性、生物安全性評價與法規等系統研究，構建系統安全評價標準與法規體系。鄧若竹等利用生物信息學軟件對冰魚抗菌肽Chionodracine的理化性質、空間結構、兩親性及修飾位點進行預測分析，通過氨基酸位點替換對抗菌肽進行優化改造，改造后的抗菌肽與細胞膜之間的相互作用及穩定性明顯優于母肽。葛洪麟采用計算機技術輔助對天然抗菌肽Pt5進行改造，構建了以Pt5為模板的候選抗菌肽序列庫，分析抗菌肽理化性質與序列結構特點并優化其結構，優化后抗菌肽Pt5N14抗菌活性、細胞毒性、溶血性、組織相容性等得到明顯提升，可在復雜食品體系中應用。王曉等利用抗菌肽預測模型DeepGlap對結構進行精準鑒別與預測，其能輔助新型抗菌肽研發并增強抗菌肽結構穩定性和適應性。

2）降低抗菌肽制備成本。抗菌肽目前生產工藝主要包括生物提取、化學合成及基因工程表達3 種途徑。生物提取與化學合成工序多、收率相對低，成本較高，而原核異源表達具有經濟性好、表達過程可控且技術成熟等優勢，通過優化制備工藝可降低抗菌肽制備成本，如李云露采用融合表達策略構建了抗菌肽LL-37在大腸桿菌原核異源表達系統，并基于啟動子、融合蛋白、誘導條件以及培養基組分多方面對表達系統進行優化并將生產成本降低至1 mg MBP-LL-37生產原料成本僅為2.07 元。趙難難等對mytimacin-4進行大腸桿菌密碼子優化并構建在pET-28a表達載體上，將構建的pET-28a-mytimacin-4分別和含不同組合分子伴侶的表達載體pG-KJE8、pKJE7、pGro7、pG-Tf2和pTf16共轉化到大腸桿菌BL21(DE3)進行誘導表達及活性鑒定，重組菌株BL21(DE3)/pET-28a-mn4/pG-KJE8優化產量可達200～400 mg/L，對S. aureus、E. coli和Vibrio parahaemolyticus均有較強抑菌活性，制備時降本增效明顯。

3）開展抗菌譜的相關研究。趙璐等以(RP)3WW(RP)3為基本單元，將衍生自向日葵胰蛋白酶抑制劑（SFTI-1）結合環（CTKSIPPIC）添加到抗菌肽氨基端，構建了一種能專門抑制G－菌生長，而對G＋菌生長無明顯抑制作用的新抗菌肽PC，PC對E. coli、Salmonella和P. aeruginosa等G－菌有強抑制活性，但對S. aureus、S. epidermidis、E. faecalis等G＋菌無抑制活性且在不同鹽離子濃度、血清濃度、溫度和蛋白酶處理條件下抑菌活性保持高穩定性。

4）開展抗菌機理與保鮮基礎理論研究。系統闡明抗菌肽抑菌機理可為其在食品抗菌保鮮領域應用提供理論指導，增強抗菌肽應用安全；開展抗菌肽復配或抗菌肽與其他抗菌包材協同應用也可拓展其應用領域，還能為廣譜抗菌保鮮劑研制提供理論指導。杜旭婷等研究了食品加工條件與貯藏條件對乳桿菌源抗菌肽粗提粉的影響并發現，乳桿菌源抗菌肽粗提粉熱穩定性好，pH值穩定性好，不同溫度和不同貯藏時間條件下相對抑菌活性無顯著變化，反復凍融對抑菌活性無顯著影響，安全性高，可用于食品抗菌保鮮領域。此外，開發抗菌肽新型應用方式也是一個重要的研究方向。固定化抗菌肽是當前一種新的發展趨勢，可通過物理或化學法將抗菌肽固定到特定基質材料，如SiO2顆粒、玉米淀粉（蛋白）、凝膠涂料、藻朊酸鈣、纖維素、大豆蛋白或高分子覆膜材料。雖然目前只應用到肉制品和乳制品保鮮中，但制備生物活性包膜材料將是極具前景的應用方式，制備可食覆膜材料可提高食品新鮮度，降低水份流失和減緩氧化?？砷_展抗菌肽新型遞送體系研究增強抗菌肽靶向性，減少抗菌肽降解，特別是在復雜食品體系中應用，如可設計合成更高效納米技術、脂質體或聚合物膠束等傳遞體系提升抗菌肽的生物利用度，可偶聯其他材料增強抗菌肽應用適應性。

作者簡介

通信作者：

肖懷秋，湖南化工職業技術學院制藥與生物工程學院副院長，2006年6月，畢業于湖南農業大學食品科學技術學院，同年5月，進入湖南化工職業技術學院任教。2014年8月—2015年7月在華南理工大學輕工與食品學院趙謀明教授指導下開展教育部青年骨干教師國內訪問學者研修，2015年8月赴臺灣明新科技大學開展短期訪問研修，2016年—2019年在中南林業科技大學食品科學與工程學院林親錄教授指導下開展湖南省青年骨干教師訪問研修，主要從事抗菌活性多肽制備、構效關系與功能以及食品抗菌保鮮研究。主持湖南省自然科學基金等省部級科研項目10余項，發表SCI/EI收錄等高水平學術論文50余篇，授權國家發明專利等10 項，主編《生物化學》《生物制藥工藝學》等職業教育規劃教材3 部和《生物化學》職業本科教材1 部，獲石化行業“十四五”職業教育規劃教材1 部、石化行業優質教材獎“一等獎”1 部?，F為廣東省自然科學基金評審專家、《現代食品科技》《食品安全質量檢測學報》《中國釀造》等雜志審稿專家、全國藥品職業教育教學指導委員會生物制藥類專業委員會委員、中國輕工業聯合會技能人才評價質量督導員、全國職業院校職業技能競賽國賽裁判、株洲市高層次人才（D類）、株洲市食品安全庫專家。主持湖南省“楚怡”教師教學創新團隊1 個，參與完成“楚怡”教師教學創新團隊1 個。主持生物制藥技術和生物化學科研創新團隊2 個。獲省級教學成果獎“一等獎”2 項、市級科學技術進步獎“三等獎”1 項。

第一作者：

李玉珍，湖南化工職業技術學院化學工程學院副教授，2007年6月畢業于湖南農業大學食品科學技術學院，2007年6月進入湖南化工職業技術學院任教，主要從事生物活性多肽制備與功能活性、食源性致病微生物控制等方面的研究工作，主持和參與湖南省自然科學基金等?。ú浚┘壙蒲许椖?0余項，是廣東省自然科學基金基礎與應用基礎研究項目評審專家，發表SCI/EI收錄等高水平學術論文30余篇，授權國家發明專利等10余件。主編《生物化學》《生物分離技術》《微生物學與免疫學》等職業教育規劃教材4 部，主編教材獲石化行業“十四五”職業教育規劃教材1 部、湖南省優質教材1 部，主要參與具有國際影響力的職業教育教學標準1 項。指導學生參加職業院校職業技能競賽獲省級“二等獎”等獎項5 項、“互聯網+”等創新創業大賽省級“二等獎”等獎項10余項。

引文格式：

李玉珍, 肖懷秋, 王斌, 等. 抗菌肽的抑菌機制及其在食品防腐保鮮中的應用[J]. 食品科學, 2025, 46(15): 415-425. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250124-190.

LI Yuzhen, XIAO Huaiqiu, WANG Bin, et al. Mechanism of action of antibacterial peptides and their application in food preservation[J]. Food Science, 2025, 46(15): 415-425. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-20250124-190.

實習編輯：南伊；責任編輯：張睿梅。點擊下方閱讀原文即可查看全文。圖片來源于文章原文及攝圖網

為匯聚全球智慧共探產業變革方向，搭建跨學科、跨國界的協同創新平臺，由北京食品科學研究院、中國肉類食品綜合研究中心、國家市場監督管理總局技術創新中心（動物替代蛋白）、中國食品雜志社《食品科學》雜志（EI收錄）、中國食品雜志社《Food Science and Human Wellness》雜志（SCI收錄）、中國食品雜志社《Journal of Future Foods》雜志（ESCI收錄）主辦，西南大學、 重慶市農業科學院、 重慶市農產品加工業技術創新聯盟、重慶工商大學、重慶三峽學院、西華大學、成都大學、四川旅游學院、北京聯合大學、 中國-匈牙利食品科學“一帶一路”聯合實驗室（籌） 共同主辦 的“ 第三屆大食物觀·未來食品科技創新國際研討會 ”， 將于2026年4月25-26日 （4月24日全天報到） 在中國 重慶召開。

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為系統提升我國食品營養與安全的科技創新策源能力，加速科技成果向現實生產力轉化，推動食品產業向綠色化、智能化、高端化轉型升級，由北京食品科學研究院、中國食品雜志社《食品科學》雜志（EI收錄）、中國食品雜志社《Food Science and Human Wellness》雜志（SCI收錄）、中國食品雜志社《Journal of Future Foods》雜志（ESCI收錄）主辦，合肥工業大學、安徽農業大學、安徽省食品行業協會、安徽大學、合肥大學、合肥師范學院、北京工商大學、中國科技大學附屬第一醫院臨床營養科、安徽糧食工程職業學院、安徽省農科院農產品加工研究所、安徽科技學院、皖西學院、黃山學院、滁州學院、蚌埠學院共同主辦的“第六屆食品科學與人類健康國際研討會”，將于 2026年8月15-16日（8月14日全天報到）在中國 安徽 合肥召開。

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