第一章　概述

第一節(jié)　納他霉素的概述

一、納他霉素的發(fā)現(xiàn)

1955年，Struyk等在南非的納塔爾省研究時發(fā)現(xiàn)，此處的土壤中存在一種鏈霉菌，他們分離并把此菌株稱為Streptomyces natalensis。培養(yǎng)此菌株后發(fā)現(xiàn)其代謝產(chǎn)物有抗真菌的作用。把這些代謝產(chǎn)物通過分離純化后，獲得的純品被稱為Pimaricin，即匹馬菌素。4年后，Burns等在美國發(fā)現(xiàn)一株放線菌，名為Streptomyces chattanoogensis。Streptomyces chattanoogensis經(jīng)培養(yǎng)后得到的代謝產(chǎn)物，結(jié)合當(dāng)?shù)氐孛锛{西州，將其命名為Termecetin。此后經(jīng)過研究證明這兩種物質(zhì)是同一種物質(zhì)。而在我國早期文獻中也有關(guān)于此種抗生素的記載，這種抗生素被稱為游霉素。所以，納他霉素又稱為匹馬霉素、游霉素或田納西霉素，后由世界衛(wèi)生組織將其統(tǒng)一命名為納他霉素（Natamycin）。

二、納他霉素的化學(xué)結(jié)構(gòu)與理化性質(zhì)

納他霉素是一種抗真菌劑，分子式為C33H47NO13，相對分子質(zhì)量為665.725，結(jié)構(gòu)式如圖1-1所示。其結(jié)構(gòu)中含有二十六碳多烯烴大環(huán)，此環(huán)是個內(nèi)酯環(huán)。和大多數(shù)糖基多烯化合物一樣，納他霉素結(jié)構(gòu)中含有的海藻糖胺，通過β-糖苷鍵將內(nèi)酯環(huán)連接到C15上，在配基部分，C4-C5上包含環(huán)氧基團，它由雙鍵衍變而來；C12位的功能性環(huán)外羧基衍生于甲基，C9的酮基和C13的羥基自發(fā)環(huán)化產(chǎn)生一個內(nèi)部半縮酮環(huán)。由于生色團結(jié)構(gòu)的存在，納他霉素表現(xiàn)出其典型的理化特性，包括強的紫外可見光吸收和感光性，它的紫外可見光吸收光譜顯示有多個吸收峰。

納他霉素通常以烯醇式結(jié)構(gòu)存在，如同所有的共軛多烯，其發(fā)色團與許多羥基功能相反，這也使納他霉素成為強的兩性分子，發(fā)色團所在的區(qū)域含一個平面和剛性的親脂結(jié)構(gòu)，而羥基化的部分則是典型的柔性和親水性。由于納他霉素的結(jié)構(gòu)特點，它難溶于水而且?guī)缀醪蝗苡诜菢O性溶劑，在避光條件下以粉末狀存在時，處于穩(wěn)定狀態(tài)且無活性損失，但其水懸浮液對光敏感。

自然界中，納他霉素是一種近白色或者奶油黃色的結(jié)晶粉末。由于納他霉素分子結(jié)構(gòu)中有一個酸性基團和一個堿性基團，所以納他霉素屬于兩性化合物，它的電離常數(shù)分別為4.6和8.35，等電點為6.5。納他霉素難溶于水和大部分的有機溶劑，在甲醇中微溶，在稀酸、冰醋酸中溶解度比較大。當(dāng)pH值為中性時，溶解度低； 當(dāng)pH大于3時，溶解度會有提高；當(dāng)pH值高于9時，溶解度也會有提高，但處于酸性或者堿性條件下會使納他霉素的穩(wěn)定性下降。

納他霉素通常在干燥避光的環(huán)境中是穩(wěn)定的化合物，室溫下保存很長時間其活性只有小部分喪失。納他霉素的穩(wěn)定性通常受pH、光照強度、溫度、重金屬和氧化劑的影響。pH在3～9時納他霉素有生物活性，在極端pH值，如強酸強堿下會失去活性；由于納他霉素的結(jié)構(gòu)中含有環(huán)狀結(jié)構(gòu)，在紫外線照射下會分解，300～350nm的紫外線照射會使納他霉素快速失去活性，紫外線主要破壞的是納他霉素的四烯結(jié)構(gòu)，因而使納他霉素失去活性。但是納他霉素在最大吸收波長279nm、290nm、303nm、318nm處，不會因為光而發(fā)生降解；納他霉素具有一定的抗高溫能力，一般在室溫條件下活性穩(wěn)定，120℃加熱不超過1h納他霉素仍能保持一部分活性；部分金屬離子如鐵、汞等可以使納他霉素氧化失活，所以納他霉素保存時應(yīng)與這些金屬物質(zhì)分開存放；氧化劑雖然可以使納他霉素抑菌活性降低，但可以通過添加抗氧化劑來防止其被氧化。

三、納他霉素的抑菌機理

納他霉素是一種天然的生物抗真菌抗生素，屬于多烯烴大環(huán)內(nèi)酯類，由鏈霉菌通過液體發(fā)酵產(chǎn)生。納他霉素能夠有效地抑制真菌和酵母菌的生長，對細菌、病毒和其他的一些微生物沒有抑菌活性，同時能夠抑制真菌毒素的產(chǎn)生，所以在食品防腐和由真菌引起的疾病的治療方面被廣泛應(yīng)用。納他霉素應(yīng)用到食品防腐中不影響其自然成熟過程，如常用于紅酒、酸奶、生火腿、香腸和奶酪中。

納他霉素作為抗生素的抑菌作用機理：納他霉素依靠其分子疏水部分以范德華力和真菌細胞膜上的整個甾醇分子相互結(jié)合，形成抗生素-甾醇復(fù)合物，從而破壞真菌細胞膜的結(jié)構(gòu)，影響膜的通透性，但此過程并不涉及形成跨膜通道。納他霉素分子的親水部分則在細胞膜上形成很多水孔，造成細胞膜的通透性損傷，從而引起菌體細胞內(nèi)氨基酸和電解質(zhì)的滲出，導(dǎo)致細胞死亡。如果微生物的細胞壁和細胞膜上沒有這種甾醇化合物時，納他霉素就不會對其產(chǎn)生抑制性。

四、納他霉素的抑菌特點

納他霉素抑菌特點是低劑量高效率、無臭無味、適用pH范圍廣、專一性好和安全性高等。納他霉素?zé)o毒性、不致突變、不致癌、不致畸。Sampayo等研究結(jié)果顯示，納他霉素具有專一性，原因是它只與細胞膜中的麥角固醇結(jié)合，而不與其他不含甾醇的物質(zhì)發(fā)生作用。所以當(dāng)微生物的細胞壁和細胞中不含甾醇，納他霉素對它們就沒有抑制作用，因此納他霉素被稱為抗真菌類抑制劑。研究發(fā)現(xiàn)，納他霉素被動物吸收后，90%以上的納他霉素會被排出體外。衛(wèi)生學(xué)研究以及對動物做皮膚斑點試驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)納他霉素對動物沒有毒害作用。20世紀70年代，De Boer等經(jīng)過多年研究，并沒有發(fā)現(xiàn)真菌對納他霉素形成耐受性。

納他霉素使用的pH范圍比較大，在pH為3～9時都具有生物活性，相對于其他的生物防腐劑的可應(yīng)用pH范圍更廣；它具有微量、高效性，真菌對納他霉素十分敏感，一般很低的濃度就能夠起到很強的抑制作用；它能抑制有害的真菌，而對細菌不起作用，由于細菌細胞膜表面沒有甾醇化合物，納他霉素對其不能產(chǎn)生作用，只作用于真菌和霉菌，故能夠應(yīng)用于發(fā)酵類產(chǎn)品中抑制真菌和酵母菌，除此之外它還可以抑制真菌毒素的產(chǎn)生，如黃曲霉素等；納他霉素沒有特殊的感官形態(tài)，無色無味的物理性質(zhì)，決定了其可作為食品添加劑而對口感沒有任何影響。

五、納他霉素的應(yīng)用

1.在食品中的應(yīng)用

食品在儲存過程中極易受微生物侵害，引起的發(fā)霉、腐敗對人類健康和生活帶來很大影響。使用落后的防腐方法處理后的食品，其風(fēng)味等會發(fā)生很大變化?，F(xiàn)代防腐技術(shù)不僅耗能大、成本高，而且有很多食品還不適用。因此，添加食品防腐劑仍是食品保鮮的一種有效途徑。在人工合成食品防腐劑的使用過程中，人們逐漸發(fā)現(xiàn)其對人身健康造成很大影響。近年來，人們逐漸發(fā)現(xiàn)天然防腐劑的優(yōu)點，而且現(xiàn)在天然防腐劑已經(jīng)是大家研究的熱點。

當(dāng)今納他霉素作為防腐劑應(yīng)用于果酒、奶類、肉制品、飲料、奶酪及糕點等中。1982年，美國食品與藥品管理局（FDA）批準納他霉素能夠用作食品防腐劑，我國衛(wèi)生部在1990年批準了乳酸鏈球菌素作為天然防腐劑在食品中使用之后，在1996年納他霉素被允許作食品防腐劑。目前，乳酸鏈球菌素和納他霉素是國際上批準使用的兩種生物食品防腐劑。食品添加委員會專家規(guī)定了人體每天可以攝入的納他霉素含量，為每公斤體重不超過0.3mg。正常情況下人們的攝入量往往遠低于這個量，即使是攝食很多酸奶和香腸。除此之外，納他霉素還可以延長水果、蔬菜、沙拉、烘烤產(chǎn)品、醬汁、魚、家禽等的保質(zhì)期。

2.在醫(yī)療衛(wèi)生上的應(yīng)用

納他霉素被應(yīng)用于醫(yī)治真菌引起的疾病，比如曲霉菌、鐮刀霉菌和假絲酵母等。如果采用注射的方式，納他霉素對機體顯示出較強的毒性，而采用口服方式時，基本不被機體所吸收，也沒有發(fā)現(xiàn)對納他霉素產(chǎn)生過敏性及抗藥性。納他霉素對眼科真菌病的治療是最有效的，含5%納他霉素的眼藥水就能夠用于治療由微生物引起的結(jié)膜炎、真菌性角膜炎。納他霉素也可以用于口腔真菌、肺部真菌和陰道真菌感染引起的疾病的治療，能起到明顯的療效。

3.在農(nóng)業(yè)與畜牧上的應(yīng)用

納他霉素也被作為生物農(nóng)藥和青貯飼料添加劑應(yīng)用于農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)中，用來控制各種真菌疾病，特別是鱗莖植物根莖的腐爛，在荷蘭和日本，都有與納他霉素相關(guān)的農(nóng)藥的生產(chǎn)；2004年美國FDA批準在動物青貯飼料中可以添加納他霉素，用于防治家畜家禽由真菌微生物引起的疾病，此后，納他霉素在農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)中的應(yīng)用愈加廣泛。