来自Lactiplantibacillus plantarum SCAY10的新型细菌素SCAY10的纯化、特性分析及其破坏细胞膜的抗菌机制

《Food Chemistry》：Purification, characterization and membrane-disruptive antibacterial mechanism of a novel bacteriocin SCAY10 from Lactiplantibacillus plantarum SCAY10

新型细菌素SCAY10从植物乳杆菌中分离纯化，经多步色谱技术获得，分子量1763 Da，具有热稳定性和抗蛋白酶特性。其抗菌机制包括破坏微球菌膜结构、耗竭胞内ATP及诱导ROS积累，MIC为0.25 mg/mL。研究为天然食品防腐剂开发提供新思路。

　　

李炳彦|韩世伟|宋大峰

浙江工商大学食品科学与生物技术学院，中国浙江省杭州市310018

摘要

通过大孔树脂吸附、阳离子交换色谱、凝胶过滤和反相高效液相色谱（RP-HPLC）技术，从L.Plantarum中分离出一种新型细菌素SCAY10。其分子量为1763 Da，氨基酸序列为ALIMTVVPLGQTQHAQA。SCAY10在120°C下的活性保留率为60%，在pH 7时为65%，经蛋白酶处理后活性仍保持80%。SCAY10对Micrococcus luteus表现出显著的抗菌活性，最小抑制浓度（MIC）为0.25 mg/mL。扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）观察显示，SCAY10可导致M. luteus细胞表面出现皱缩和膜穿孔现象；膜电位测量结果表明膜结构受损（通过DisC2(5)荧光探针证实）。此外，SCAY10会消耗细胞内的ATP并诱导活性氧（ROS）积累，最终导致细菌死亡。这些发现表明SCAY10是一种具有潜在价值的抗菌剂，可用于控制发酵食品的腐败。

引言

微生物引起的食品腐败是一个普遍存在且具有经济影响的问题，会降低食品质量（Snyder, Martin, & Wiedmann, 2024），缩短保质期，并对公共健康构成严重威胁（Sugrue, Ross, & Hill, 2024）。这种腐败主要由氧化过程、酶反应和不当储存条件引起（Nisa, Dar, Fomda, & Nazir, 2023）。微生物繁殖不仅是食品腐败的主要原因，还会导致感官和营养价值下降，以及食源性病原体的传播（Liu et al., 2022）。为抑制微生物污染，人们通常使用化学防腐剂（Muthuvelu et al., n.d.），但由于对化学防腐剂的长期安全性、潜在耐药性及监管限制的担忧，人们开始寻求更安全的天然替代品（Wang et al., 2024; Xue et al., 2025）。

天然抗菌肽的出现为解决这一问题提供了可行方案。细菌素是一类由乳酸菌（LAB）合成的抗菌肽，作为天然防腐剂受到广泛关注（Fernandes, Kumbhar, & Kulkarni, 2021）。这类肽对多种腐败菌和致病菌具有显著抗菌效果，其作用机制包括通过两亲性螺旋结构在细菌膜上形成孔洞，进而导致细胞裂解（Fang et al., 2023; Jiang et al., 2024; Zhang et al., 2024）。其中，nisin是一种研究较为深入的乳酸菌素，具有高效性、稳定性和安全性，已被多个国家批准使用（Yuan et al., n.d.）。其他细菌素如pediocin和enterocin也显示出良好效果（Balandin, Sheremeteva, & Ovchinnikova, n.d.; Wang, Pan, Han, & Zhou, n.d.）。然而，细菌素的纯化方法复杂、在食品基质中的稳定性以及抗菌机制不明确等问题日益突出（Darbandi et al., 2022）。

本研究评估了SCAY10作为发酵食品生物防腐剂的潜力，并探索了有效的细菌素分离和纯化方法。我们验证了SCAY-10对M. luteus的抗菌效果，并阐明了其抗菌机制，即通过破坏细菌膜起作用。这些发现为细菌素的作用机制提供了理论依据，支持其在天然食品防腐中的应用。

研究内容摘要

细菌菌株和培养基

L.Plantarum SCAY10菌株来源于经过30天发酵的传统贵州酸菜，保存于-80°C的50%甘油溶液中。该菌株在MRS培养基中复壮，以M. luteus作为指示菌。由于M. luteus具有独特的特性，常被用作评估环境卫生状况和食品加工过程控制效果的指示微生物（来自我们实验室）

细菌素SCAY10的分离、纯化与特性分析

分离出L. plantarum SCAY10菌株，并纯化了其产生的细菌素。采用M. luteus作为指示菌测定抗菌活性。经大孔树脂吸附和逐步洗脱后，使用40%乙醇进行XAD-16洗脱，得到对M. luteus具有最强抗菌活性的洗脱液（图1a）。随后使用?KTA系统进行高盐洗脱，相应的色谱图见图1b。

讨论

从L.Plantarum中分离并纯化出新型细菌素SCAY10。该肽由17个氨基酸残基组成（ALIMTVVPLGQTQHAQA），分子量为1763 Da，具有出色的理化稳定性和耐蛋白酶性。计算得出的分子量为2084.36 Da，而MALDI-TOF MS检测结果为1763 Da，存在321 Da的差异，这可能是由于翻译后修饰导致N端四肽ALIM被切割所致

作者贡献声明

李炳彦：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、资源整理、项目管理、方法设计、实验设计、数据分析、概念构思。韩世伟：软件操作。宋大峰：研究指导与资金申请。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系。

致谢

感谢浙江省关键技术与产品开发 [No. 2022C03091]项目及浙江省科技厅（水产产品精深加工领域）的支持。