ε-聚-L-赖氨酸(ε-Poly-L-lysine,ε-PL)是一种由25-35个L-赖氨酸通过ε-氨基和α-羧基缩合而成的碱性聚酰胺。ε-PL由于其良好的安全性、热稳定性和广谱抑菌性而被广泛应用。ε-PL的抑菌活性与它的分子量密切相关,而且分子量较大的ε-PL有苦味,对食品工业的应用造成一定的局限。虽然ε-PL安全性得到公认,但微生物菌体在不同分子量ε-PL作用下会发生怎样的变化还不甚了解。此外,多肽类抗菌剂被普遍认为是通过破坏微生物细胞膜而发挥作用的。但到目前为止,ε-PL准确的抑菌机制尚不十分明确,尤其是关于不同分子量ε-PL的作用机制的报道并不多见。因此,为了进一步揭示不同分子量ε-PL的抑菌机制,以及从食品安全角度为ε-PL应用提供更多的基础数据,本研究以酿酒酵母作为模式菌株,从抑菌活性、代谢水平、细胞壁三方面多层次地研究了不同分子量ε-PL对酿酒酵母细胞的影响。通过切向流超滤系统将混合分子量的ε-PL产品分离为三个组分,平均聚合度分别为8.02、15.21和21.83,数均分子量分别为1027.44、1967.77和2816.39,为进一步的研究提供了材料来源。通过测定不同分子量的ε-PL对酿酒酵母的抑菌活性的影响,发现不同分子量的ε-PL对酿酒酵母的MIC有明显的区别,当浓度达到250μg/mL时,低分子量(<1KDa)ε-PL对酿酒酵母没有抑制作用,高分子量(1-3KDa和>3KDa)ε-PL和产品对酿酒酵母有明显的抑制作用,与此同时,高分子量(1-3KDa和>3KDa)ε-PL和产品会使细胞膜的穿透活性增强,而抑制细胞的生长,从而使细胞密度的增长速度降低,低分子量(<1KDa)ε-PL没有类似的作用。由SEM观察到不同分子量ε-PL处理过的酿酒酵母细胞形态发生了不同的改变,高分子量ε-PL(1-3KDa和>3KDa)使细胞表面粗糙,出现凹陷和微胶粒,低分子量(<1KDa)ε-PL处理的细胞表面只发生轻微变化。利用代谢组学方法对不同分子量ε-PL和乙醇作用对酿酒酵母代谢的差异性进行研究。对检测到的82种小分子代谢物进行主成分分析、层次聚类分析和偏最小二乘分析,发现对照组样本与ε-PL处理组样本有明显不同的聚类效果,不同分子量ε-PL处理引起了酿酒酵母胞内代谢的系统性变化。进一步分析发现不同分子量的ε-PL主要对糖酵解途径和三羧酸循环产生了不同的作用。同时,一些胞内保护性代谢物积累状况也有所不同。通过测定三种主要成分β-1,3-葡聚糖、磷酸甘露糖和几丁质含量的变化以及几丁质在细胞壁上的分布,来研究不同分子量的ε-PL对细胞壁的影响。得出不同分子量ε-PL对酿酒酵母细胞壁产生了不同的影响,高分子量(1-3KDa、>3KDa)ε-PL和产品对β-1,3-葡聚糖和磷酸甘露糖含量的影响较低分子量(<1KDa)ε-PL显著,而不同分子量ε-PL对细胞壁几丁质的含量和分布的影响相近。推测出不同分子量ε-PL对酿酒酵母细胞壁的影响可能是其作用于细胞膜所产生的次级损伤。最后,基于以上实验结果推测出不同分子量ε-PL对酿酒酵母可能的抑菌机制,低分子量(<1KDa)ε-PL引起细胞膜磷脂双分子层轻微弯曲,对糖酵解途径产生轻微抑制作用,同时对细胞壁产生微弱扰动。高分子量(1-3KDa、>3KDa)ε-PL以毡毯模型中描述的作用模式作用于酿酒酵母细胞膜,对细胞膜功能产生扰动作用,间接抑制胞内中心碳代谢,同时,损伤细胞壁结构和功能改变,影响酿酒酵母的生长繁殖。