Nisin在食品保藏中的應(yīng)用

王正瓊

(銅仁職業(yè)技術(shù)學(xué)院，貴州銅仁 554300)

現(xiàn)今消費(fèi)者對(duì)食物的要求越來越嚴(yán)格，不但要求食物安全、自然、新鮮、味美，而且要求營養(yǎng)不在加工過程中被破壞。因而，在不降低食品安全的前提下，能保留食品營養(yǎng)價(jià)值及風(fēng)味的食品保藏方法是近年研究的熱點(diǎn)。非加熱殺菌技術(shù)如脈沖電場、超高靜壓、震蕩磁場等新技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用在食品保藏上［1］。另外，使用天然抗菌物質(zhì)如乳酸菌細(xì)菌素來保藏食品也是一種重要的手段［2］。

乳酸菌(Lactobacillus delbrueckii)及發(fā)酵產(chǎn)物(細(xì)菌素)已經(jīng)有數(shù)千年的使用歷史［3］，現(xiàn)在不僅應(yīng)用在食品制造方面，而且還應(yīng)用在醫(yī)療、保健方面［4］。數(shù)千年的利用歷史及無毒副作用的優(yōu)良品質(zhì)使乳酸菌被公認(rèn)為安全的菌種［5］(GRAS菌)，乳酸菌細(xì)菌素被公認(rèn)為安全的物質(zhì)(GRAS物質(zhì))。然而，雖然現(xiàn)在分離鑒定出來的乳酸菌細(xì)菌素種類很多，但得到世界衛(wèi)生組織批準(zhǔn)并在世界范圍內(nèi)大規(guī)模使用的乳酸菌細(xì)菌素只有Nisin。Nisin是乳酸鏈球菌發(fā)酵時(shí)其核糖體產(chǎn)生的由34個(gè)氨基酸殘基構(gòu)成的多肽［6］，純品為白色粉末，易溶于酸，其熱穩(wěn)定性與溶液的pH相關(guān)，在 pH小于2.0的稀鹽酸中可經(jīng)115.6℃滅菌而不失活，溶于pH值為3的稀鹽酸中，經(jīng)121℃、15 min高壓滅菌，仍能保持100%的活力，當(dāng) pH超過4時(shí)，特別是加熱條件下，它在水溶液中的分解速度加快，活力降低;pH等于5.0時(shí)，滅菌后喪失40%的活力;pH等于6.8時(shí)，滅菌后喪失90%的活力［7］。Nisin在低濃度下能抑制革蘭氏陽性菌生長［8］，酸熱穩(wěn)定性、低溫貯藏穩(wěn)定性較高，有利于食品保藏，能大大延長食品的貨架期;能降低滅菌溫度，縮短滅菌時(shí)間，降低能耗，減少營養(yǎng)成分的損失，不破壞甚至改進(jìn)食品的本來風(fēng)味［9］。Nisin本身是GRAS物質(zhì)，健康無毒，可取代化學(xué)防腐劑在食品中的使用;Nisin化學(xué)本質(zhì)是多肽［10］，進(jìn)入人體后能被蛋白酶消化，既不會(huì)改變?nèi)梭w腸道正常菌群的存活，也不會(huì)產(chǎn)生交叉感染［11］。本文就Nisin在食品保藏方面的應(yīng)用進(jìn)行了概述。

1 Nisin在食品保藏中的應(yīng)用

1.1 Nisin 在發(fā)酵乳制品中的應(yīng)用

奶制品中，乳酸菌作為發(fā)酵的起始菌，除了通過發(fā)酵給予奶制品豐富的營養(yǎng)價(jià)值外，其產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物還可以用來保藏奶制品并給予奶制品獨(dú)特的風(fēng)味。乳酸菌發(fā)酵能夠保藏奶制品是因?yàn)槿樗峋诎l(fā)酵過程中會(huì)產(chǎn)生一些抗菌物質(zhì)，比如有機(jī)酸、細(xì)菌素等。有機(jī)酸能夠降低奶制品的酸度，對(duì)奶制品防腐有一定的作用，但起更重要防腐作用的是乳酸菌產(chǎn)生的細(xì)菌素，其能抑制一些病原微生物及腐敗菌［12－16］。

用Nisin來控制發(fā)酵乳制品中的微生物主要有兩種形式:一種是利用產(chǎn)Nisin的發(fā)酵劑培養(yǎng)物來生產(chǎn)各種發(fā)酵乳品，在低pH條件下，能很好地控制病原微生物及腐敗菌［17］。400 IU/g Nisin可以讓奶酪的貨架期達(dá)90 d［18］，但這種使用方式受其他因素影響較大［19］。例如，利用產(chǎn)Nisin發(fā)酵劑培養(yǎng)物來發(fā)酵羊乳酪和卡門貝爾奶酪以控制單核細(xì)胞增生李斯特菌，結(jié)果顯示抑制效果不一多變，甚至有的對(duì)單核細(xì)胞增生李斯特菌沒有抑制效果［20］;另外一種是往發(fā)酵乳制品產(chǎn)品中添加純化的Nisin來控制微生物，Sonia Kykkidou研究了希臘的一種軟酸凝乳奶酪在有氧環(huán)境和冰箱下保藏42 d的微生物變化。他設(shè)置了不添加Nisin、添加50 IU/g Nisin和150 lU/g Nisin 3種處理方式。結(jié)果顯示，添加了50 lU/g Nisin的處理組比沒添加Nisin的處理組其貨架期延長了7 d，添加150 lU/g Nisin的處理組其貨架期延長了21 d［21］。

1.2 Nisin在肉制品中的應(yīng)用

肉制品加工過程中，為了防止肉毒梭狀芽孢桿菌等病菌的生長和保持肉制品的獨(dú)特風(fēng)味，往往在肉制品中添加了硝酸鹽。然而，硝酸鹽經(jīng)過硝酸鹽還原菌的作用會(huì)轉(zhuǎn)變成亞硝酸鹽，再與體內(nèi)的胺類物質(zhì)作用，生成具有致癌的亞硝胺化合物，對(duì)人體十分有害。肉制品行業(yè)中尋找鹽酸鹽的替代品來減少使用甚至不使用硝酸鹽是大勢(shì)所趨［22］。

徐幸蓮等用Nisin對(duì)鹽水鴨腿做浸泡處理，并經(jīng)真空包裝后的微波(915 MHz，400 W微波間歇照射2次)處理，能使鹽水鴨腿的貨架期達(dá)20 d以上［23］。羅欣等通過實(shí)驗(yàn)證明Nisin在牛肉冷卻肉的保鮮中起著明顯的抑菌作用，且保鮮效果隨質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增強(qiáng)［24］。在肉制品中添加乳酸菌細(xì)菌素如Nisin，既能減少硝酸鹽類防腐劑的使用，又能延長肉制品的貨架期，這對(duì)人體健康和肉制品行業(yè)都非常有利。目前市場上使用Nisin的肉制品有罐裝火腿、熏豬肉、咸豬肉、香腸、真空包裝新鮮牛肉等。

1.3 Nisin在活性包裝中的應(yīng)用

Nisin是一種高活性表面活性分子，能與其他物質(zhì)比如磷質(zhì)酸結(jié)合形成復(fù)合物，而且Nisin的殺菌活性不會(huì)因結(jié)合而喪失，這種特性使Nisin可以吸附在固體表面從而起到殺菌作用，利用這個(gè)特性Nisin可以應(yīng)用在活性包裝材料中［25］。Danilo Ercolini評(píng)估了使用含有Nisin的活性包裝材料對(duì)包裝牛肉上的腐敗微生物的抑制效應(yīng):與沒使用活性包裝材料相比，使用了含有Nisin的活性包裝材料牛肉上的腐敗菌數(shù)量明顯要少(11 d內(nèi))［26］。Mauriello用連接了Nisin的低密度聚乙烯的活性包裝材料貯藏牛奶，以黃微球菌為指示菌測(cè)試這種活性包裝材料控制微生物的效應(yīng)，結(jié)果表明，使用了這種活性包裝材料貯藏的牛奶，降低了黃微球菌的生長速度及最大生長量［27］。

1.4 Nisin與其他抗菌物質(zhì)聯(lián)用在食品保藏中的應(yīng)用

雖然Nisin的殺菌效果良好，但還是存在一些對(duì)Nisin有抗性的微生物［28］，或者環(huán)境條件(如中堿性環(huán)境)不利于Nisin發(fā)揮作用，在實(shí)際使用中，單純用Nisin來作為防腐劑并不完全能起到預(yù)計(jì)的防腐效果。因而，Nisin與其他抗菌物質(zhì)如大蒜精油、其他細(xì)菌素等聯(lián)用在食品保藏中是常用的手段。

Seyed等分別考察了Nisin和大蒜精油以及兩者聯(lián)用對(duì)李斯特菌的抑制作用。結(jié)果顯示:Nisin和大蒜精油的最低抑菌濃度分別為12.5 IU/mL和100μg/mL，在不考慮溫度和NaCl濃度前提下，Nisin和大蒜精油的抗李斯特菌效應(yīng)與pH關(guān)系密切;在相同溫度下，不考慮pH，兩者的抑菌效應(yīng)與NaCl濃度也有關(guān)系;兩者聯(lián)用的情況下，抑菌效應(yīng)與兩者的濃度及溶液 pH相關(guān)，在30℃、pH 5.6、NaCl濃度為0的情況下，顯示出明顯的抗李斯特菌活性［29］。

A.Govaris研究了貯藏溫度為4℃或者10℃下，貯藏時(shí)間為12 d的羊肉中薄荷精油和Nisin聯(lián)用的抗沙門氏菌效應(yīng)。結(jié)果顯示，0.6%薄荷精油和500 IU/g Nisin聯(lián)用，其抑菌效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于0.9%的薄荷精油抑菌效果，但比1 000 IU/g Nisin單獨(dú)作用差［30］。

1.5 Nisin與其他殺菌方法聯(lián)用(柵欄技術(shù))在食品保藏中的應(yīng)用

已知的防腐方法根據(jù)其防腐原理歸結(jié)為高溫處理(H)、低溫冷藏或凍結(jié)(t)、降低水分活性(aw)、酸化(pH)、降低氧化還原值和添加防腐劑等幾種，即可歸結(jié)為少數(shù)幾個(gè)因子。存在于肉制品中的這些起控制作用的因子被稱作柵欄因子(Hurdle Factor)。在實(shí)際生產(chǎn)中，運(yùn)用不同的柵欄因子，科學(xué)合理地組合起來，發(fā)揮其協(xié)同作用，從不同的側(cè)面抑制引起食品腐敗的微生物，形成對(duì)微生物的多靶攻擊，從而改善食品質(zhì)量，保證食品的衛(wèi)生安全性。在實(shí)際處理過程中，Nisin常與其他因子聯(lián)合使用。

Murad A.Al－Holy考察了白奶酪中Nisin單獨(dú)和與加熱(63℃/5 min)聯(lián)用情況下對(duì)李斯特菌的抑制作用，凝乳前加入巴氏滅菌的Nisin(濃度分別為500、1 000、1 500 IU/mL)，凝乳后接種李斯特菌，63℃/5 min處理，貯藏溫度4或10℃下，12 d內(nèi)每兩天計(jì)數(shù)殘存的李斯特菌。結(jié)果顯示“500 IU/mL Nisin單獨(dú)使用與對(duì)照組相比沒有明顯變化，但1 000和1 500 IU/mL Nisin與63℃/5 min加熱聯(lián)合使用，表現(xiàn)出明顯的殺菌效果［31］。

牛奶通常通過加熱來為消費(fèi)者提供安全的食品，從柵欄技術(shù)來說，Nisin能夠?qū)篃峥咕Ｄ讨屑尤胍欢康腘isin，加熱滅菌后，熱抗菌芽孢桿菌的D值減少了40%［32］。

趙春燕等研究了不同濃度的Nisin、納他霉素及Nisin、納他霉素、乳酸的復(fù)配保鮮劑對(duì)冷卻肉的作用效果。結(jié)果表明:不同濃度的Nisin及納他霉素處理冷卻肉，可起到不同程度的保鮮效果，復(fù)配的最優(yōu)水平組為 Nisin(0.008%)+納他霉素(0.012%)+ 乳酸(3%)［33］。

2 Nisin在食品保藏中存在的問題

雖然Nisin在食品保藏方面有非常大的優(yōu)勢(shì)，但目前還存在以下幾個(gè)問題:(1)Nisin的生產(chǎn)成本相對(duì)較高;(2)在堿性環(huán)境下活性較低［34］;(3)只對(duì)革蘭氏陽性菌有作用，對(duì)革蘭氏陰性致病菌、酵母、霉菌、病毒無抑制作用［35］;(4)活性受生物酶影響較大等限制了其使用。

3 展望

美國明尼蘇達(dá)大學(xué)微生物學(xué)家丹·奧沙利文博士在研究人類腸道菌群時(shí)首次發(fā)現(xiàn)了比辛(Bisin)的存在，這種由雙歧桿菌產(chǎn)生的細(xì)菌素，其化學(xué)結(jié)構(gòu)與常用于奶酪制品保鮮的乳酸鏈球菌素類似:一些加入了比辛的食品無需放在冰箱里就可以存放幾年的時(shí)間，并且由于它是純天然的，不會(huì)破壞食品的營養(yǎng)價(jià)值，有望成為下一個(gè)Nisin，甚至超過Nisin。

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們生活水平的提高，食品安全衛(wèi)生將日益受到重視，研究開發(fā)高效、安全、無毒的天然防腐劑來取代化學(xué)防腐劑是當(dāng)今食品業(yè)迫切需要解決的問題。乳酸菌細(xì)菌素屬于GRAS物質(zhì)，來源于GRAS菌且人類有悠久的利用歷史，再加上其優(yōu)良的抗病原微生物和腐敗菌的特性，從而受到了研究者的青睞，Nisin這種GRAS物質(zhì)，在將來會(huì)得到更好的利用。

［1］BENDICHOS，ESPACHSA，ARANTEGUI J，et al.Effect of high intensity pulsed electric fields and heat treatments on vitamins of milk［J］.Journal of Dairy Research，2002，69(1):113 －123.

［2］COTTER P D，HILL C，ROSSR P.Bacteriocins:developing innate immunity for food［J］.Nature Reviews Microbiology，2005，3(10):777－788.

［3］ENAN G，El－ESSAWY A A，UYTTENDAELE M，et al.Antibacterial activity of Lactobacillus plantarum UG1 isolated from dry sausage:characterization，production and bactericidal action of plantaricin UG1［J］.International journal of food microbiology，1996，30(3):189－215.

［4］AN H M，BAEK E H，JANGS，et al.Efficacy of Lactic Acid Bacteria(LAB)supplement in management of constipation among nursing home residents［J］.Nutr J，2010，9(5):1 －7.

［5］BURDOCK G A，CARABIN I G.Generally recognized as safe(GRAS):history and description［J］.Toxicology letters，2004，150(1):3－18.

［6］SCHNEIDER N，WERKMEISTER K，PISCHETSRIEDER M.Analysis of nisin A，nisin Z and their degradation products by LCMS/MS［J］.Food chemistry，2011，127(2):847 －854.

［7］孫來華，張志強(qiáng).乳酸鏈球菌素的特性及其在食品中的應(yīng)用［J］.食品研究與開發(fā)，2008，29(10):119－123.

［8］SEVERINA E，SEVERIN A，TOMASZ A.Antibacterial efficacy of nisin against multidrug－resistant Gram－positive pathogens［J］.Journal of Antimicrobial Chemotherapy，1998，41(3):341 －347.

［9］繆存影.天然食品防腐劑——乳酸鏈球菌素［J］.中國食物與營養(yǎng)，2008(4):30－32.

［10］CRUZ L A，GARDEN R W，KAISER H J，et al.Studies of the degradation products of nisin，a peptide antibiotic，using capillary electrophoresis with off－line mass spectrometry［J］.Journal of Chromatography A，1996，735(1):375 －385.

［11］ARANHA C，GUPTA S，REDAY K V R.Contraceptive efficacy of antimicrobial peptide Nisin:in vitro and in vivo studies［J］.Contraception，2004，69(4):333－338.

［12］SOBRINO－LOPEZ A，MARTIN－BELLOSOO.Use of nisin and other bacteriocins for preservation of dairy products［J］.International Dairy Journal，2008，18(4):329 －343.

［13］CARR F J，CHILL D，MAIDA N.The lactic acid bacteria:a literature survey［J］.Critical reviews in microbiology，2002，28(4):281－370.

［14］CARROLL J，DRAPER L A，O’CONNOR P M，et al.Comparison of the activities of the lantibiotics nisin and lacticin 3147 against clinically significant mycobacteria［J］.International journal of antimicrobial agents，2010，36(2):132 －136.

［15］GOVARISA，SOLOMAKOSN，PEXARA A，et al.The antimicrobial effect of oregano essential oil，nisin and their combination against Salmonella Enteritidis in minced sheep meat during refrigerated storage［J］.International journal of food microbiology，2010，137(2):175－180.

［16］NAIM F，ZAREIFARD M R，ZHUS，et al.Combined effects of heat，nisin and acidification on the inactivation of Clostridium sporogenes spores in carrot－ alginate particles:From kinetics to process validation［J］.Food microbiology，2008，25(7):936－941.

［17］CENCI－GOGA B T，RANUCCI D，MIRAGLIA D，et al.Use of starter cultures of dairy origin in the production of Salame nostrano，an Italian dry －cured sausage［J］.Meat science，2008，78(4):381 －390.

［18］ROBERTSR F，ZOTTOLA E A.Shelf－life of pasteurized process cheese spreads made from cheddar cheese manufactured with a nisin －producing starter culture［J］.Journal of dairy science，1993，76(7):1 829 －1 836.

［19］MARIANI C，OULAHAL N，CHAMBA J F，et al.Inhibition of Listeria monocytogenes by resident biofilms present on wooden shelves used for cheese ripening［J］.Food Control，2011，22(8):1 357 －1 362.

［20］RAMSARAN H，CHEN J，BRUNKE B，et al.Survivial of Bioluminescent Listeria monocytogenes and Escherichia coli 0157:H7 in Soft Cheeses［J］.Journal of dairy science，1998，81(7):1 810 －1 817.

［21］KYKKIDOU S，POURNIS N，KOSTOULA O K，et al.Effects of treatment with nisin on the microbial flora and sensory properties of a Greek soft acid － curd cheese stored aerobically at 4 C［J］.International dairy journal，2007，17(10):1 254－1 258.

［22］諸永志，姚麗婭，徐為民，等.乳酸菌細(xì)菌素應(yīng)用于肉制品防腐劑的研究進(jìn)展［J］.食品科技，2008，33(2):136－139.

［23］徐幸蓮，呂風(fēng)霞，馮東岳.Nisin、乳酸鈉和微波對(duì)鹽水鴨貨架期的影響［J］.食品工業(yè)科技，2000，21(6):39－40.

［24］羅 欣，朱 燕.Nisin在牛肉冷卻肉保鮮中的應(yīng)用研究［J］.食品科學(xué)，2000，21(3):53－57.

［25］IMRAN M，El－FAHMY S，REVOL－JUNELLESA M，et al.Cellulose derivative based active coatings:Effects of nisin and plasticizer on physico－ chemical and antimicrobial properties of hydroxypropyl methylcellulose films［J］.Carbohydrate Polymers，2010，81(2):219－225.

［26］ERCOLINI D，F(xiàn)ERROCINO I，LA STORIA A，et al.Development of spoilage microbiota in beef stored in nisin activated packaging［J］.Food microbiology，2010，27(1):137 －143.

［27］MAURIELLOG，DELUCA E，LA STORIA A，et al.Antimicrobial activity of a nisin‐activated plastic film for food packaging［J］.Letters in applied microbiology，2005，41(6):464 －469.

［28］AL－NABULSI A A，OSAILI T M，AL－HOLY M A，et al.Influence of desiccation on the sensitivity of Cronobacter spp.to lactoferrin or nisin in broth and powdered infant formula［J］.International journal of food microbiology，2009，136(2):221－226.

［29］RAZAVI ROHANI SM，MORADI M，MEHDIZADEH T，et al.The effect of nisin and garlic(Allium sativum L.)essential oil separately and in combination on the growth of Listeria monocytogenes［J］.LWT － Food Science and Technology，2011，44(10):2 260－2 265.

［30］GOVARISA，SOLOMAKOSN，PEXARA A，et al.The antimicrobial effect of oregano essential oil，nisin and their combination against Salmonella Enteritidis in minced sheep meat during refrigerated storage［J］.International journal of food microbiology，2010，137(2):175－180.

［31］AL－HOLY M A，AL－NABULSI A，OSAILI T M，et al.Inactivation of Listeria innocua in brined white cheese by a combination of nisin and heat［J］.Food Control，2012，23(1):48 － 53.

［32］PENNA T CV，MORAESD A.The influence of nisin on the thermal resistance of Bacillus cereus［J］.Journal of Food Protection，2002，65(2):415－418.

［33］趙春燕，王 丹，張 穎.Nisin及納他霉素在冷卻肉中的應(yīng)用研究［J］.食品科技，2009(3):140－143.

［34］張百剛，高 華，鐘旭美.生物抑菌素Nisin抑菌試驗(yàn)［J］.廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008(9):128－130.

［35］湯鳳霞，蔡慧農(nóng).微生物防腐劑Nisin的研究與應(yīng)用［J］.食品科技，2012(11):46－48.