酶制劑復配中的防腐劑及其作用機理

液體酶制劑由于微生物污染很容易變得不穩定,造成此類污染的微生物主要包括:細菌、酵母和霉菌。對酶制劑造成污染的細菌主要有芽孢桿菌和假單胞菌;霉菌有曲霉屬;酵母的污染則較少見。通常細菌或者霉菌在酶制劑中的存在很大程度上取決于水分子活度,細菌存在時水分活度在0.9以上,霉菌一般在0.7以上。因此酶制劑的抗菌需要通過降低水分活度來實現,當然直接添加抗菌劑也能起到作用。通過控制pH值和水分活度,以及添加防腐劑配合作用可以大大提高液體酶制劑的防腐作用。此外,由于在水溶液中添加電解質或者可溶性物質能夠降低水的活度繼而對防腐產生增益效能。

    常用的抗菌防腐劑包括羥基苯甲酸脂類(尼泊金)、苯甲酸鈉、山梨酸鉀等。

    張紅艷等在果膠酶的防腐保藏技術的研究中采用了山梨酸鉀、對羥基苯甲酸丙脂、氯化鈉混合添加于酶液中,室溫保存20天,酶活保存率達到94.6%[5]。畢瑞明等的研究表明,乙酸乙酯、苯甲酸鈉對放線菌Z-6所產生的半纖維素酶液有防腐作用,而5%氯化鈉對青霉素m8產生的半纖維素酶液有明顯防腐作用[6]。

    文獻資料[7-9]表明,山梨酸及其鹽類是良好的防腐劑,不但低毒而且對于霉菌、酵母菌、好氣性細菌均有抑制作用,是一種光譜抗菌劑,在酸性條件下有很好的抑菌效應。此類防腐劑目前已經廣泛用于食品、化妝品、醫藥等行業,對于酶制劑的防腐當然也有一定的適用度。山梨酸的抗菌機理是其分子結構上的α、β位上的雙鍵阻止了霉菌的脫氫,降低了微生物的新陳代謝繼而阻止了微生物的生長。此外,山梨酸還能與微生物系統中的巰基結合,從而破壞許多酶系作用,達到抑制微生物增殖的目的。

    尼泊金是另一類廣泛使用的防腐劑,運用于紡織用酶制劑的防腐也能產生不錯的效果。尼泊金是復合脂類,即對羥基苯甲酸脂類,包括甲酯、乙脂、丙脂、異丙脂、丁酯、異丁酯、戊脂、庚脂、辛脂等。尼泊金的防腐效果不易隨pH的變化而變化[10]。尼泊金脂的作用在于抑制微生物細胞的呼吸酶系與電子傳遞酶系的活性以及破壞微生物細胞膜結構,從而阻止霉菌、酵母菌、細菌的發育。

    對于堿性脂肪酶可以選擇廉價易得的苯甲酸鈉作為防腐劑,用量在0.05%~0.15%之間時對酶活的穩定性影響沒有顯著差別[1]。但與山梨酸類防腐劑相比較而言,苯甲酸鈉的毒性更大一些。蔡為榮的研究表明,山梨酸鉀或者苯甲酸鈉作為香蕉泥的防腐劑時,添加檸檬酸、EDTA、抗壞血酸對防腐效果有顯著的增效作用[11]。

    目前有研究[12-13]表明,一種新型的生物防腐劑——溶菌酶,作為天然的防腐劑具有廣闊的應用前景。溶菌酶是一種無毒、無害、安全性很高的高鹽基蛋白質,其發揮防腐作用的機理是其專一地作用于肽聚糖分子的N-乙酰胞壁酸和乙酰葡萄糖氨之間的β-1,4糖苷鏈斷裂,使得細菌細胞壁變得松弛繼而失去對細胞的保護,最后導致細菌溶解死亡。對于這類天然防腐劑應用于紡織用酶制劑的抗菌防腐方面尚未見諸報道。