作為一種天然微生物類食品防腐劑，聚賴氨酸具有抑菌譜廣、抑菌能力強、耐高溫、水溶性好、不影響食品風味和安全性高等優點，在方便米飯、濕熟麵條、海產品、醬類等食品及醫藥領域中廣泛應用。近日，過程工程所生化工程國家重點實驗室生物資源與天然產物工程團隊摒棄過程複雜、回收率低的傳統陽離子交換樹脂方法，創新性地利用果膠的負電荷性質和聚賴氨酸的正電荷特性，從聚賴氨酸發酵液中分離純化聚賴氨酸，得到抑菌表現更加優異的果膠-聚賴氨酸複合物。相關研究成果近期發表在Food Hydrocollids上。
傳統純化工藝中，從發酵液中純化聚賴氨酸包括離心、膜過濾、離子交換、脫色等流程（圖1-A），過程複雜，回收率低。優化採用離子交換樹脂純化聚賴氨酸工藝後，雖然聚賴氨酸的純度達到97.10%，但是回收率只有66.01%。而且，離子交換操作過程中產生的含鹽廢水等也帶來了回收再利用等經濟和環境問題。
圖1 （A）傳統聚賴氨酸製備工藝流程圖：(1) 新鮮發酵液，(2)6 M HCl，(3)6 M NaOH，(4)1 M HCl，(5)去離子水，(6)1 M NaOH，(7)0.25 M HCl，(8)40% 乙醇水溶液；（B）本研究中果膠法分離聚賴氨酸的方法
研究團隊巧妙地設計出「沉澱-解聚-沉澱」等步驟，當果膠與聚賴氨酸質量比為8:1時，可從預處理的發酵液中100%分離聚賴氨酸，再利用聚賴氨酸和果膠的電荷特性進一步將果膠從聚賴氨酸中沉澱。利用這一方法，探索出從發酵液中提高聚賴氨酸回收率的工藝參數，具體工藝圖如圖1-B所示。另外，研究人員對得到的果膠-聚賴氨酸複合物進行了生物活性的實驗，結果表明ABTS自由基清除能力的IC50從4.03mg/mL降低到1.03mg/mL，細胞存活率從53%提高到90%以上，聚賴氨酸抑菌濃度降低到原來1/3，均具有了顯著改善。
圖2 研究實驗結果
該項工作建立了一套全新的聚賴氨酸生產工藝，該生產工藝流程簡單，綠色環保，其產品果膠-聚賴氨酸複合物具有更為突出的抑菌表現，相較於單純的聚賴氨酸具有更加廣闊的應用潛力和市場前景。
博士生常森林為論文第一作者，趙慶生副研究員和趙兵研究員為共同通訊作者。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2021.107314。
（生物資源與健康產品工程研究部）
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