ホエイ蛋白質-ε-ポリリジン複合体の大腸菌に対する抗菌活性の機構と鴨肉ソースへの応用

Mechanism of the antimicrobial activity of whey protein-ε-polylysine complexes against Escherichia coli and its application in sauced duck products.

• Zhipeng Shao
• Yi Yang
• Sheng Fang
• Yanhua Li
• Jie Chen
• Yuecheng Meng

抄録

ε-ポリリジン(ε-PL)は天然で非常に効果的なカチオン性抗菌剤であるが、ε-PLの荷電アミノ基が食品ポリアニオンと錯体を形成するため、食品マトリックス中では抗菌活性が制限されている。本研究では、ホエイタンパク-ε-PL複合体デリバリーシステムがこの問題を解決し、抗菌活性を維持できることを発見した。本研究では、この複合体の大腸菌に対する抗菌活性とそのメカニズムを検討した。ε-PLの最小阻害濃度は、量の異なるε-PLを含む複合体では11.72〜25.00g/mLの範囲であり、遊離のε-PLと同等であった。走査型電子顕微鏡の結果、複合体は大腸菌の細胞膜表面の構造を破壊し、菌体表面に穴を残し、菌体を死滅させることがわかった。分子動力学シミュレーションの結果、複合体の抗菌活性のメカニズムは、静電相互作用の下で、ε-PLの正電荷アミノ基と膜のリン酸頭基の酸素原子との水素結合を介して細菌膜のリン脂質分子を捕捉し、細菌表面に穴を開けて細菌を死滅させる可能性があることが明らかになった。実際の食品系での活性を調べた結果、本複合体は鴨肉のソース漬け製品を7d保存した場合、大腸菌数を5.8 log CFU/g以内に抑えていたが、ポジティブコントロール（ε-PL）は6.5 log CFU/g、ネガティブコントロール（無菌水）は7.8 log CFU/gとなっていた。以上のことから、本研究は、本複合体の抗菌活性を確認するとともに、その抗菌活性メカニズムについての基礎的な知見を提供した。

ε-Polylysine (ε-PL) is a natural and highly effective cationic antimicrobial, of which antibacterial activity is limited in food matrix because of ε-PL's charged amino groups that form complexes with food polyanions. Whey protein-ε-PL complexes delivery system was found to be able to solve the problem and keep the antibacterial activity. This study investigated the antibacterial activity of the complexes and its mechanism against Escherichia coli. The minimal inhibitory concentration of ε-PL was in the range 11.72-25.00 g/mL for the complexes containing different amount of ε-PL and was similar to that of free ε-PL. The results of scanning electron microscopy showed that the complexes could destroy the structure of E. coli cell membrane surface, leaving holes on the surface of the bacteria, leading to the death of the bacteria. The molecular dynamics simulation results showed that the mechanism of the antibacterial activity of the complexes was as follows: under electrostatic interaction, the complexes captured the phospholipid molecules of the bacterial membrane through the hydrogen bonds between the positively charged amino groups of ε-PL and the oxygen atom of the phosphate head groups of the membrane, which could create holes on the surface of the bacteria and lead to the death of the bacteria. The results of activity on real food systems showed that the complexes kept the number of E. coli within 5.8 log CFU/g after 7 d storage in sauced duck products, while the positive control (ε-PL) was 6.5 log CFU/g and negative control (sterile water) was 7.8 log CFU/g. Overall, this study confirmed the antibacterial activity of the complexes and provided fundamental knowledge of its antibacterial activity mechanism.

Copyright © 2020. Published by Elsevier B.V.