溶菌酶（ lysozyme） 是由英國細菌學家Fleming 於1922 年首先在人的眼淚和唾液中發現的， 因其具有溶菌作用， 被命名為溶菌酶。並且早在1907 年Nicolle就發表了相關報導，研究的是對枯草芽孢桿菌產生的溶解因子（ lytic factor）。溶菌酶是一種序列保守、無毒無副作用的鹼性蛋白，它廣泛存在於動物、植物和微生物中， 是一種天然有效的抗菌酶。
01 溶菌酶分類與理化性質
按結構、分子量和來源不同，可將溶菌酶分為動物源溶菌酶、植物源溶菌酶、微生物源溶菌酶、噬菌體溶菌酶四種。其中動物型溶菌酶又可分為C型（chicken eggwhitelysozyme）、G型（goose egg-white lysozyme）和I型（invertebrate type lysozyme），大部分溶菌酶屬於C型。其中，c 型溶菌酶在脊椎動物與無脊椎動物中均有存在。雞蛋清溶菌酶是C 型溶菌酶的典型代表。蛋清中含量最高，而人乳、眼淚、唾液中的溶菌酶活性遠高於蛋清溶菌酶。此外，植物源溶菌酶對溶壁微球菌的溶菌活性不超過雞蛋清溶菌酶的1/3，但對膠體狀甲殼質的分解活性則是雞蛋清溶菌酶的10倍。溶菌酶純品為白色或微黃色結晶體或無定型粉末，無嗅，味甜，易溶於水，不溶於丙酮、乙醚。溼度較低時，溶菌酶在室溫下可長期儲存。在酸性環境中，溶菌酶的化學性質穩定，耐熱性好，pH4-7的範圍內，100℃處理1min仍保持原酶活性；在鹼性環境中該酶的熱穩定性較差。食鹽對溶菌酶的活性起活化作用；鹼和氧化劑則抑制其活性。
02溶菌酶抑菌機理
溶菌酶的溶菌性質主要歸因於其能夠有效水解細菌細胞壁的肽聚糖（Peptidoglycan，PG）（胞壁質），其水解位點是N-乙醯胞壁酸（N-Acetylmuramicacid，NAM，MurNAc）和N-乙醯葡糖胺（N-Acetylglucosamine，NAG，GlcNAc）間的β-1，4 糖苷鍵。現已證明，溶菌酶的活性位點透過6 個子位點（A-F）與6 個連續糖單體結合，之後結合到D 子位點的催化基團穀氨酸（Glu）35 和E 位點的天冬氨酸（Asp）52 透過一個雙取代反應水解β-1，4 糖苷鍵（圖1）。肽聚糖幾乎是所有細菌細胞壁的組分，它賦予細胞壁一定的機械強度，使細胞能夠抵抗細胞質與外部環境之間組成差異造成的滲透壓，並維持細菌的特定形狀（球形，棒形，螺旋形等），一旦肽聚糖層受到破壞，細菌就會因處於高滲環境而快速裂解、死亡。另外，細胞壁肽聚糖的合成和精細結構是多樣的，同時肽聚糖也是高度動態更新的高分子，這個過程需要相關酶和蛋白質的精確協調和控制。
革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌的細胞壁肽聚糖含量存在很大差異，革蘭氏陽性菌的細胞壁由多達40 層的肽聚糖以及磷壁酸組成，而革蘭氏陰性菌通常只有不含磷壁酸的單層肽聚糖，並夾在內膜和含脂多糖的外膜之間，這些差異解釋了為什麼革蘭氏陽性菌通常對溶菌酶敏感，而不是革蘭氏陰性菌。然而，這種屏障可被動物的先天免疫系統的組分破壞，例如乳鐵蛋白，防禦素和導管素，其都能使革蘭氏陰性菌的外膜透化。溶菌酶基於酶活性的裂解機制已經被廣泛接受，但越來越多的研究表明溶菌酶的胞壁酶活性不是體外或體內細菌殺滅所必需的，溶菌酶作為一種陽離子抗菌蛋白，可以在帶負電荷的細菌細胞膜上穿孔而形成有規則的離子孔道，從而引起胞內大量的K+和內容物外流，最終導致細菌死亡（圖2）。因此，溶菌酶的酶活性和陽離子特性都與抗菌活性有關。
圖1人溶菌酶的酶學和陽離子性
（A）溶菌酶的活性位點可透過6個子位點容納最多6個連續的糖，並標註A- F。溶菌酶水解D位點NAM和E位點NAG之間的β-1 4糖苷鍵。（B）人類溶菌酶的帶狀模型，突出了重要的活性位點殘基，天冬氨酸（藍色）和穀氨酸（橙色）。（C）人體溶菌酶的靜電勢圖（等電點，9。28；藍色是陽性；紅色是陰性；白色是疏水性）。因為細菌的細胞膜是陰性的，所以溶菌酶可能對細菌表面有一種增強的電荷介導的吸引力，提出了一種不依賴於酶催化的殺菌機制。
圖2 溶菌酶的兩種抑菌機制
（A）新合成的PG單體由一個雙糖組成，NAG透過一個附著的肽莖與NAM連線，而NAM被錨定透過脂質載體（灰色）到達膜。單體透過糖基轉移酶（綠色）的作用被新增到延長鏈中。（B）溶菌酶水解NAM單體和相鄰的NAG單體之間的β-1 4糖苷鍵。溶菌酶對PG的水解導致細胞壁不穩定和細菌細胞死亡。（C）溶菌酶也可以透過其陽離子性質的機理，即溶菌酶（紅色柱體）在帶負電荷的細菌細胞膜上形成孔隙，起到殺菌效果。
03 溶菌酶應用
鑑於溶菌酶的廣泛分佈和有效抗菌活性，其作為安全的抑菌劑在食品防腐保鮮、抗生素替代產品、抗菌藥物、醫療診斷等方面有著廣泛的應用前景。
3.1 在食品防腐等方面的應用
溶菌酶主要用作水產類製品、肉類、乳製品、果蔬及飲料的防腐保鮮，其有效性已被廣泛證明，同時被很多國家批准使用，我國也已經頒佈了溶菌酶作為食品新增劑的食品安全國家標準（GB1886。257-2016）。
3.2在飼料行業中的應用
目前，濫用抗生素帶來的負效應日益凸顯，細菌、真菌對抗生素的抗藥性正逐漸增強，這些問題的出現推動了科研人員對新型抗生素替代品的開發研究。溶菌酶由於其安全、無殘留、對致病菌的殺菌效果，在飼料應用中有以下幾方面：
（1）飼料的防腐劑和殺菌劑，飼料中新增溶菌酶可防止黴變，延長飼料的貯存期，減少不必要損耗。
（2）空淨環保、殺菌抑菌。在不少空氣淨化類產品中都有溶菌酶的加入，尤其是以生物酶為代表的天然淨化、殺菌類含產品，更是將溶菌酶作為最重要的殺菌成分之一，其中最有代表性的就是河北福賽生物推出的消殺抑菌產品。
（2）防治疾病，Linderman等（ 1992） 報道， 仔豬斷奶時， 胰腺的分泌突然下降， 動物消化功能出現短期障礙，養分吸收降低而導致腹瀉。新增溶菌酶製劑後能有效地控制因消化不良而引起的腹瀉。因為溶菌酶可以提高內源性蛋白酶的活性， 促使抗炎多肽的產生，因而具有抵抗和消除炎症的作用。
（3）促進消化吸收，有利於動物健康。在不用任何抗生素情況下，於飼料中新增飼用溶菌酶製劑，可促進飼料中營養物質的消化吸收，提高增重和飼料報酬，減少死亡。有文獻報道採用添加了溶菌酶飼用酶製劑飼餵同一雞舍的雞，與對照組相比，產蛋數增加7。04%，蛋重增加7。06%，產蛋率提高5。76%，飼料轉化率提高6。69%。
（4）在水產養殖業中的應用，活菌製劑中有益微生物進入水產動物機體後，形成優勢菌群，產生溶菌酶、過氧化氫等物質，可殺滅潛在病原菌，並且產生各種消化酶，有利於養分分解，具有高度安全性，不會對水產動物產生任何危害，也不會在水中和魚體內有殘留。