第一章　概述

第一节　纳他霉素的概述

一、纳他霉素的发现

1955年，Struyk等在南非的纳塔尔省研究时发现，此处的土壤中存在一种链霉菌，他们分离并把此菌株称为Streptomyces natalensis。培养此菌株后发现其代谢产物有抗真菌的作用。把这些代谢产物通过分离纯化后，获得的纯品被称为Pimaricin，即匹马菌素。4年后，Burns等在美国发现一株放线菌，名为Streptomyces chattanoogensis。Streptomyces chattanoogensis经培养后得到的代谢产物，结合当地地名田纳西州，将其命名为Termecetin。此后经过研究证明这两种物质是同一种物质。而在我国早期文献中也有关于此种抗生素的记载，这种抗生素被称为游霉素。所以，纳他霉素又称为匹马霉素、游霉素或田纳西霉素，后由世界卫生组织将其统一命名为纳他霉素（Natamycin）。

二、纳他霉素的化学结构与理化性质

纳他霉素是一种抗真菌剂，分子式为C33H47NO13，相对分子质量为665.725，结构式如图1-1所示。其结构中含有二十六碳多烯烃大环，此环是个内酯环。和大多数糖基多烯化合物一样，纳他霉素结构中含有的海藻糖胺，通过β-糖苷键将内酯环连接到C15上，在配基部分，C4-C5上包含环氧基团，它由双键衍变而来；C12位的功能性环外羧基衍生于甲基，C9的酮基和C13的羟基自发环化产生一个内部半缩酮环。由于生色团结构的存在，纳他霉素表现出其典型的理化特性，包括强的紫外可见光吸收和感光性，它的紫外可见光吸收光谱显示有多个吸收峰。

纳他霉素通常以烯醇式结构存在，如同所有的共轭多烯，其发色团与许多羟基功能相反，这也使纳他霉素成为强的两性分子，发色团所在的区域含一个平面和刚性的亲脂结构，而羟基化的部分则是典型的柔性和亲水性。由于纳他霉素的结构特点，它难溶于水而且几乎不溶于非极性溶剂，在避光条件下以粉末状存在时，处于稳定状态且无活性损失，但其水悬浮液对光敏感。

自然界中，纳他霉素是一种近白色或者奶油黄色的结晶粉末。由于纳他霉素分子结构中有一个酸性基团和一个碱性基团，所以纳他霉素属于两性化合物，它的电离常数分别为4.6和8.35，等电点为6.5。纳他霉素难溶于水和大部分的有机溶剂，在甲醇中微溶，在稀酸、冰醋酸中溶解度比较大。当pH值为中性时，溶解度低； 当pH大于3时，溶解度会有提高；当pH值高于9时，溶解度也会有提高，但处于酸性或者碱性条件下会使纳他霉素的稳定性下降。

纳他霉素通常在干燥避光的环境中是稳定的化合物，室温下保存很长时间其活性只有小部分丧失。纳他霉素的稳定性通常受pH、光照强度、温度、重金属和氧化剂的影响。pH在3～9时纳他霉素有生物活性，在极端pH值，如强酸强碱下会失去活性；由于纳他霉素的结构中含有环状结构，在紫外线照射下会分解，300～350nm的紫外线照射会使纳他霉素快速失去活性，紫外线主要破坏的是纳他霉素的四烯结构，因而使纳他霉素失去活性。但是纳他霉素在最大吸收波长279nm、290nm、303nm、318nm处，不会因为光而发生降解；纳他霉素具有一定的抗高温能力，一般在室温条件下活性稳定，120℃加热不超过1h纳他霉素仍能保持一部分活性；部分金属离子如铁、汞等可以使纳他霉素氧化失活，所以纳他霉素保存时应与这些金属物质分开存放；氧化剂虽然可以使纳他霉素抑菌活性降低，但可以通过添加抗氧化剂来防止其被氧化。

三、纳他霉素的抑菌机理

纳他霉素是一种天然的生物抗真菌抗生素，属于多烯烃大环内酯类，由链霉菌通过液体发酵产生。纳他霉素能够有效地抑制真菌和酵母菌的生长，对细菌、病毒和其他的一些微生物没有抑菌活性，同时能够抑制真菌毒素的产生，所以在食品防腐和由真菌引起的疾病的治疗方面被广泛应用。纳他霉素应用到食品防腐中不影响其自然成熟过程，如常用于红酒、酸奶、生火腿、香肠和奶酪中。

纳他霉素作为抗生素的抑菌作用机理：纳他霉素依靠其分子疏水部分以范德华力和真菌细胞膜上的整个甾醇分子相互结合，形成抗生素-甾醇复合物，从而破坏真菌细胞膜的结构，影响膜的通透性，但此过程并不涉及形成跨膜通道。纳他霉素分子的亲水部分则在细胞膜上形成很多水孔，造成细胞膜的通透性损伤，从而引起菌体细胞内氨基酸和电解质的渗出，导致细胞死亡。如果微生物的细胞壁和细胞膜上没有这种甾醇化合物时，纳他霉素就不会对其产生抑制性。

四、纳他霉素的抑菌特点

纳他霉素抑菌特点是低剂量高效率、无臭无味、适用pH范围广、专一性好和安全性高等。纳他霉素无毒性、不致突变、不致癌、不致畸。Sampayo等研究结果显示，纳他霉素具有专一性，原因是它只与细胞膜中的麦角固醇结合，而不与其他不含甾醇的物质发生作用。所以当微生物的细胞壁和细胞中不含甾醇，纳他霉素对它们就没有抑制作用，因此纳他霉素被称为抗真菌类抑制剂。研究发现，纳他霉素被动物吸收后，90%以上的纳他霉素会被排出体外。卫生学研究以及对动物做皮肤斑点试验，结果发现纳他霉素对动物没有毒害作用。20世纪70年代，De Boer等经过多年研究，并没有发现真菌对纳他霉素形成耐受性。

纳他霉素使用的pH范围比较大，在pH为3～9时都具有生物活性，相对于其他的生物防腐剂的可应用pH范围更广；它具有微量、高效性，真菌对纳他霉素十分敏感，一般很低的浓度就能够起到很强的抑制作用；它能抑制有害的真菌，而对细菌不起作用，由于细菌细胞膜表面没有甾醇化合物，纳他霉素对其不能产生作用，只作用于真菌和霉菌，故能够应用于发酵类产品中抑制真菌和酵母菌，除此之外它还可以抑制真菌毒素的产生，如黄曲霉素等；纳他霉素没有特殊的感官形态，无色无味的物理性质，决定了其可作为食品添加剂而对口感没有任何影响。

五、纳他霉素的应用

1.在食品中的应用

食品在储存过程中极易受微生物侵害，引起的发霉、腐败对人类健康和生活带来很大影响。使用落后的防腐方法处理后的食品，其风味等会发生很大变化。现代防腐技术不仅耗能大、成本高，而且有很多食品还不适用。因此，添加食品防腐剂仍是食品保鲜的一种有效途径。在人工合成食品防腐剂的使用过程中，人们逐渐发现其对人身健康造成很大影响。近年来，人们逐渐发现天然防腐剂的优点，而且现在天然防腐剂已经是大家研究的热点。

当今纳他霉素作为防腐剂应用于果酒、奶类、肉制品、饮料、奶酪及糕点等中。1982年，美国食品与药品管理局（FDA）批准纳他霉素能够用作食品防腐剂，我国卫生部在1990年批准了乳酸链球菌素作为天然防腐剂在食品中使用之后，在1996年纳他霉素被允许作食品防腐剂。目前，乳酸链球菌素和纳他霉素是国际上批准使用的两种生物食品防腐剂。食品添加委员会专家规定了人体每天可以摄入的纳他霉素含量，为每公斤体重不超过0.3mg。正常情况下人们的摄入量往往远低于这个量，即使是摄食很多酸奶和香肠。除此之外，纳他霉素还可以延长水果、蔬菜、沙拉、烘烤产品、酱汁、鱼、家禽等的保质期。

2.在医疗卫生上的应用

纳他霉素被应用于医治真菌引起的疾病，比如曲霉菌、镰刀霉菌和假丝酵母等。如果采用注射的方式，纳他霉素对机体显示出较强的毒性，而采用口服方式时，基本不被机体所吸收，也没有发现对纳他霉素产生过敏性及抗药性。纳他霉素对眼科真菌病的治疗是最有效的，含5%纳他霉素的眼药水就能够用于治疗由微生物引起的结膜炎、真菌性角膜炎。纳他霉素也可以用于口腔真菌、肺部真菌和阴道真菌感染引起的疾病的治疗，能起到明显的疗效。

3.在农业与畜牧上的应用

纳他霉素也被作为生物农药和青贮饲料添加剂应用于农业和畜牧业中，用来控制各种真菌疾病，特别是鳞茎植物根茎的腐烂，在荷兰和日本，都有与纳他霉素相关的农药的生产；2004年美国FDA批准在动物青贮饲料中可以添加纳他霉素，用于防治家畜家禽由真菌微生物引起的疾病，此后，纳他霉素在农业和畜牧业中的应用愈加广泛。