Циклодекстрин карбоксилат улучшает стабильность и активность низина в более широком диапазоне условий применения.

npj Science of Food, том 7, номер статьи: 20 (2023 г.) Цитировать эту статью

485 Доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Низин – природный бактериоцин, проявляющий хорошую антибактериальную активность в отношении грамположительных бактерий. Он обладает хорошей растворимостью, стабильностью и активностью в кислых условиях, но становится менее растворимым, стабильным и активным, когда pH раствора превышает 6,0, что серьезно ограничивает диапазон промышленного применения низина в качестве антибактериального агента. В этом исследовании мы исследовали возможность образования комплекса низина с карбоксилатом циклодекстрина, янтарной кислотой-β-циклодекстрином (SACD), для преодоления недостатков. Между низином и SACD была показана сильная водородная связь, способствующая образованию комплексов низин-SACD. Эти комплексы продемонстрировали хорошую растворимость в нейтральных и щелочных условиях и хорошую стабильность после выдерживания при высоких значениях pH во время обработки с помощью стерилизации высоким паром. Более того, комплексы низин-SACD продемонстрировали значительно улучшенную антибактериальную активность в отношении модельных грамположительных бактерий (S. aureus). Это исследование показывает, что комплексообразование может повысить эффективность низина в нейтральных и щелочных условиях, что может значительно расширить диапазон его применения в пищевой, медицинской и других отраслях промышленности.

Низин — небольшой пептид, состоящий из 34 аминокислотных остатков, который продуцируется штаммом подвида Lactococcus Lactis и является единственным бактериоцином, одобренным в качестве пищевого консерванта1. Он общепризнан безопасным (GRAS) и широко используется в пищевой, медицинской и сельскохозяйственной промышленности. Низин проявляет антибактериальную активность широкого спектра действия в отношении грамположительных бактерий. Считается, что он адсорбируется на клеточных мембранах бактерий, разрушает их и вызывает высвобождение внутренних клеточных веществ, тем самым способствуя гибели клеток2,3. В кислых условиях (pH < 6,0) низин демонстрирует желаемую растворимость и стабильность с лишь небольшой потерей активности после термической обработки4,5. Однако структура низина изменяется в щелочных условиях за счет межмолекулярной реакции нуклеофильного присоединения, что приводит к снижению водорастворимости, термостабильности и антибактериальной активности6,7. Таким образом, промышленное применение низина в качестве природного противомикробного препарата в настоящее время ограничено кислыми условиями.

pH большинства физиологических жидкостей, включая внутриклеточные, внеклеточные и кишечные жидкости, находится в диапазоне 6,0–8,5. Поэтому, чтобы расширить промышленное применение низина, были направлены усилия на определение стратегий поддержания его растворимости, стабильности и антибактериальной активности в физиологических ситуациях. Органические кислоты могут связываться с низином в водных растворах посредством водородных связей, что может повысить эффективность низина. Например, Адхикари и др. 7 показано, что композит низин-органическая кислота обладает гораздо более высокой антимикробной активностью при pH 8,0, чем чистый низин. Также было показано, что использование комбинации низина с ЭДТА увеличивает антибактериальную активность низина9, что объясняется способностью хелатирующего агента увеличивать проницаемость стенок бактериальных клеток. Однако явного улучшения стабильности низина не наблюдалось. Другие попытки улучшить стабильность низина обычно основываются на системах нанодоставки, приготовленных из биополимеров, таких как хитозан, целлюлоза и пектин3,10,11. Однако создание таких систем доставки часто является сложным, дорогостоящим и трудным для масштабирования, что ограничивает их промышленное применение. Следовательно, было бы выгодно разработать простой и дешевый метод, отвечающий практическим промышленным требованиям.

Циклодекстрины (ЦД) представляют собой циклические олигосахариды, состоящие из различного количества единиц α-D-глюкопиранозы, которые производятся из крахмала путем ферментативного гидролиза и разрешены для использования в пищевых продуктах и ​​продуктах медицинского назначения в большинстве регионов мира12. Циклическая природа CD приводит к созданию молекул, имеющих гидрофобное ядро ​​и гидрофильную внешнюю поверхность, что делает их пригодными в качестве молекул-хозяев для включения неполярных гостевых молекул или фрагментов13. Инкапсулирование биоактивных соединений в компакт-диски часто улучшает их диспергируемость в воде, повышает их устойчивость к теплу, свету и кислороду и обеспечивает контролируемое высвобождение14,15. Ранее исследователи показали, что инкапсуляция низина в β-ЦД улучшает его антибактериальную активность при консервировании приготовленного мяса свинины16, что было связано с образованием комплексов низин-ЦД, которые изменили микроокружение низина. Однако все еще существует потребность в альтернативной форме ЦД, которая могла бы одновременно повысить растворимость, стабильность и антимикробную активность низина.