乳酸鏈球菌素及其在食品中的應(yīng)用研究進展

高蕾蕾，李迎秋

（齊魯工業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，濟南 250353）

乳酸鏈球菌素及其在食品中的應(yīng)用研究進展

高蕾蕾，李迎秋＊

（齊魯工業(yè)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，濟南 250353）

乳酸鏈球菌素（Nisin）是一種天然的生物防腐劑，Nisin具有抑菌效果好，耐熱穩(wěn)定性，對革蘭氏陽性菌抑菌譜廣，對人體無毒副作用等特點，在食品行業(yè)中的防腐保鮮效果良好。文章對Nisin的結(jié)構(gòu)、分類、特性、抑菌機理及其在食品中的應(yīng)用進行了詳細的闡述，對以后進行深入的研究具有非常重要的意義。

乳酸鏈球菌素；抑菌；食品；應(yīng)用

乳酸鏈球菌素又稱為乳鏈菌肽，簡稱為Nisin，它是由34個氨基酸殘基組成的抗菌多肽，可以有效地抑制革蘭氏陽性菌，尤其是細菌芽孢［1］。乳酸鏈球菌素是一種新型多肽，攝入后可被人體中的蛋白酶降解為各種氨基酸，沒有毒副作用，因此被認為是一種天然、高效、安全的生物防腐劑。

而當(dāng)今的食品工業(yè)中，防腐劑是最重要的一種食品添加劑，防腐劑一般分為合成防腐劑和天然防腐劑，而我國大量使用的是化學(xué)合成的防腐劑，如苯甲酸及其鹽、山梨酸及其鹽等，雖然控制在一定的安全范圍內(nèi)，但是隨著人們生活水平的提高以及食品安全問題的時有出現(xiàn)，生物防腐劑的天然以及安全性備受人們的青睞，天然防腐劑除了如乳酸鏈球菌素外，還有諸如納他霉素、ε-聚賴氨酸、魚精蛋白等，但是我國允許使用的是乳酸鏈球菌素和納他霉素，因此研究天然防腐劑中的乳酸鏈球菌素具有一定的意義。

1969年聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織（FAO）和世界衛(wèi)生組織（WHO）食品添加劑聯(lián)合專家委員會確認Nisin為食品防腐劑，這也是第一個被批準用于食品中的細菌素［2］。而我國于1990年開始批準使用Nisin，并在GB 2760－2010《食品添加劑使用衛(wèi)生標準》中規(guī)定Nisin作為食品添加劑的最大允許使用量。

1 乳酸鏈球菌素的結(jié)構(gòu)以及分類

1.1 分子結(jié)構(gòu)

Nisin屬羊毛硫抗生素線型分子的一種，Gross和Morell等［3］研究發(fā)現(xiàn)成熟的Nisin分子由34個氨基酸殘基組成，分子量為3510。Nisin分子結(jié)構(gòu)中包含5種稀有的氨基酸，分別為雙脫氫丙氨酸、雙脫氫丁氨酸、羊毛硫氨酸、3-甲基羊毛硫氨酸和氨基丁酸，它們通過硫醚鍵形成5個內(nèi)環(huán)，其活性分子常為二聚體或四聚體。

杜琨等［4］采用原子力顯微鏡分析乳酸鏈球菌素的結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)乳酸鏈球菌素的分子呈現(xiàn)大小不一的螺旋纏繞形狀，并且在三維形貌圖上可以看出乳酸鏈球菌素的不規(guī)則環(huán)上有很多明顯的峰狀突起，以此來推測乳酸鏈球菌素有很多分支，并且Nisin是新型多肽，其組成可能是通過肽鍵形成雙螺旋，再纏繞形成較大的聚集體，并且為后續(xù)的研究提供了理論依據(jù)。

1.2 分類

由文獻可知，Nisin分子常見的是6種類型，其中Nisin A和Nisin Z是研究的熱點，但是在2010年，Piper C等［5］研究發(fā)現(xiàn)Nisin分子還存在著其余的類型，如Nisin Q，Nisin F。

Nisin A和Nisin Z之間的差異僅僅是氨基酸順序上的第27位氨基酸的種類不同，Nisin Z第27位上的天冬酰胺取代了Nisin A相同位置上的組氨酸。Kyung Yuk Ko等［6］利用液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法測定140種奶酪產(chǎn)品中的Nisin A和Nisin Z含量，以及比較兩者的穩(wěn)定性和溶解性差異，得出Nisin Z的溶解度和穩(wěn)定性均比Nisin A要強。

De Arauz L J等［7］提出Nisin Z常被用于多種食品產(chǎn)品中來提高抗菌安全性，主要是因為Nisin Z良好的溶解性和穩(wěn)定性。

2 乳酸鏈球菌素的特性

Nisin是一種白色易流動的粉末，使用時需要溶于水或者溶液中，不同pH值下的溶解度不同.

影響Nisin穩(wěn)定性的主要因素是溫度、pH。食品成分、結(jié)構(gòu)和微生物等。

2.1 溶解性

Nisin溶解度與溶液的pH值有關(guān)，在pH較低時（pH為2左右），溶解度較好，而隨著pH值變大，Nisin的溶解度降低，在中性以及堿性中幾乎不溶解，因此應(yīng)用時，一般用酸溶解添加在食品中［8］。

2.2 穩(wěn)定性

影響Nisin穩(wěn)定性的因素中，pH值對其穩(wěn)定性影響最大，pH為2時的Nisin溶液中高溫滅菌時呈現(xiàn)穩(wěn)定性，而在中性條件下，其活性損失大于90%，Nisin的活性基本不受殺菌的影響，而且食品中的一些大分子可以增強對Nisin的穩(wěn)定性［9］。

2.3 抑菌性

乳酸鏈球菌素對大部分的革蘭氏陽性菌，比如金黃色葡萄球菌、李斯特菌、小球菌，特別是芽孢桿菌、梭狀芽孢桿菌等具有明顯的抑制作用［10］。

早期的研究認為，Nisin一般對革蘭氏陰性菌、霉菌、酵母菌是無效的，但近期的研究表明，在一定條件下（如冷凍、加熱、降低pH等），一些革蘭氏陰性菌（如沙門氏菌、大腸桿菌等）對Nisin敏感［11］。

2.4 抑菌機理

Breukink E等［12］研究認為乳酸鏈球菌素主要作用在敏感細胞膜上，并且依賴于肽聚糖前體分子脂質(zhì)II的濃度，形成孔洞，引起內(nèi)容物的泄露，導(dǎo)致細胞自溶而死亡。

Zhao Xingchen等［13］對使用Nisin處理過的金黃色葡萄球菌進行基因表達譜分析指出，Nisin可以有效地抑制革蘭氏陽性菌的生長，由全基因組轉(zhuǎn)錄的狀況得出，Nisin可以阻礙金黃色葡萄球菌中主要功能性基因的轉(zhuǎn)錄，從微觀的方面提供了金黃色葡萄球菌對Nisin敏感性的重要性線索。

對于Nisin的抑菌機理，沒有明確的定論，許多學(xué)者也在進一步的研究中。

2.5 安全性

對乳酸鏈球菌素的毒性研究發(fā)現(xiàn)，其結(jié)果表明半致死劑量與普通食鹽相近。作為一種新型多肽，食用后會在消化道中被蛋白酶降解成氨基酸，因此是世界上公認的無毒、天然的食品防腐劑。而且目前Nisin已在60多個國家及地區(qū)被用作防腐劑，全球乳酸鏈球菌素的產(chǎn)量保持高速增長，因此Nisin作為新型的防腐劑其行業(yè)的利潤前景以及市場需求仍然向好［14］。其中乳制品和預(yù)制肉制品是乳酸鏈球菌素攝入量的主要來源［15］。

3 在食品工業(yè)中的應(yīng)用

3.1 在乳制品中的應(yīng)用

Nisin最早用于干酪的防腐，也是目前奶制品應(yīng)用中的一個主要方面。由于Nisin能抑制嗜熱耐熱細菌和芽孢的生長、繁殖，因此將Nisin加入滅菌乳、煉乳等產(chǎn)品的加工中，均能抑制這些微生物的腐敗作用，從而減少高溫處理強度，改善產(chǎn)品品質(zhì)，有效地延長產(chǎn)品的貨架壽命。另外，Nisin還可用于防止酸奶的后發(fā)酵。

Ulpathakumbura C P等［16］研究生物防腐劑對切達奶酪的抗菌、物化特性和感官品評的影響，結(jié)果表明乳酸鏈球菌素、溶菌酶以及乳酸菌作為生物防腐劑應(yīng)用在切達奶酪中，其抗菌特性、物理化學(xué)特性以及感官品質(zhì)的鑒定均優(yōu)于硝酸鈉的化學(xué)防腐劑。

Maryam Zohri等［17］比較了Nisin和包被在殼聚糖中的Nisin對生牛乳中金黃色葡萄球菌的抑菌作用。結(jié)果表明將納米顆粒摻入到食品級聚合物中如殼聚糖聚體為Nisin提供一個更加穩(wěn)定的體系。

3.2 在肉制品中的應(yīng)用

肉制品加工過程中，易受到微生物的影響，產(chǎn)生不良的風(fēng)味以及品質(zhì)的降低，基于Nisin抑制革蘭氏陽性菌，尤其是細菌芽孢，其抗菌防腐的效果較強，因此可以將Nisin添加到肉制品中，防止微生物污染，同時延長貨架期，具有一定的商業(yè)價值和食用價值。

對于傳統(tǒng)肉制品來說，為了提高防腐和增色，商家一般會添加一定量的亞硝酸鈉。經(jīng)研究表明：亞硝酸鹽具有一定的防腐效果，但由于是化學(xué)防腐劑，其安全性存在一定的隱患，亞硝酸鹽食入后，會與體內(nèi)的胺類物質(zhì)作用，生成強烈的致癌物質(zhì)N-亞硝胺。因此，可以在肉制品中加入Nisin來降低亞硝酸鹽的含量。

楊瑞［18］研究乳酸鏈球菌素在即食臘肉制品保藏應(yīng)用中的研究，結(jié)果表明：乳酸鏈球菌素可以降低即食臘肉的殺菌溫度，其品質(zhì)不受影響，乳酸鏈球菌素與熱處理相結(jié)合，可以保存食品營養(yǎng)價值和延長貨架期。

Sureshkumar S等［19］將Nisin和BHA復(fù)配添加到水牛肉香腸中，比較單獨添加BHA以及同時添加二者在35℃，相對濕度70%～80%的條件下對水牛肉香腸制品貨架期的影響。結(jié)果表明：單獨添加BHA可延長貨架期為3天，而同時添加二者貨架期為5天。

李清秀等［20］使用質(zhì)量濃度為0.049g/kg的Nisin和500mg/L的納他霉素處理雞肉，結(jié)果表明其防腐保鮮效果最佳，口感和品質(zhì)最好。

魚類的蛋白質(zhì)含量約為15%～24%，所以魚肉是很好的蛋白質(zhì)來源，并且約有87%～98%的蛋白質(zhì)都會被人體吸收，其吸收率高，同時魚類的脂肪含量少，還含有ω-3系列脂肪酸，如EPA及DHA。因此在魚肉制品中添加乳酸鏈球菌素能起到防腐的效果，降低亞硝酸鹽含量，還不影響魚肉色澤，是理想中的天然防腐劑。

Behnam Shabnam等［21］利用乳酸鏈球菌素的生物防腐作用噴涂在虹鱒魚上，將處理好的虹鱒魚真空包裝在4℃下存放，對照組噴灑蒸餾水真空包裝在4℃下存放，進行細菌學(xué)和生化學(xué)的評估以及脂肪酸組成的分析，結(jié)果表明用Nisin處理過的虹鱒魚貨架期可以延長至16天。

3.3 罐藏食品中的應(yīng)用

3.3.1 罐頭食品

乳酸鏈球菌素在酸性條件下易溶、穩(wěn)定并且抑菌性強，因此可以添加在高酸性食品中用于防腐，而對于低酸性食品或非酸性食品，同樣可以起到防腐和降低熱處理強度，保證食品的品質(zhì)。

3.3.2 低鹽醬菜

傳統(tǒng)醬菜的制作主要是利用高濃度鹽的高滲作用，起到防腐保鮮的作用，但是我國居民膳食指南提倡每人每日食鹽攝入量應(yīng)該少于6g，而對于高血壓患者，每天的食鹽攝入量應(yīng)該在4g左右，因此，我國醬菜的研究方向應(yīng)該朝著低鹽的方向發(fā)展，但是鹽濃度過低，微生物會大量繁殖，致使食品的貨架期變短，而且Nisin的半數(shù)致死量與食鹽相同，所以使用天然防腐劑Nisin成為醬菜行業(yè)中的選擇。

易建華等［22］采用乳酸鏈球菌素、納他霉素進行醬菜的保藏實驗研究，單一使用二者時，300g/kg乳酸鏈球菌素和150mg/kg納他霉素效果最好，最優(yōu)復(fù)合配方為300g/kg乳酸鏈球菌素＋150mg/kg納他霉素；乳酸鏈球菌素與納他霉素復(fù)合防腐劑對醬菜總酸度影響較小，同時，在保藏3個月內(nèi)，乳酸鏈球菌素與納他霉素復(fù)合防腐劑可以改善醬菜的感官品質(zhì)。

3.4 在酒精飲料中的應(yīng)用

乳酸鏈球菌素對革蘭氏陽性菌有廣譜抑菌的效果，但是對霉菌、酵母菌等抑制效果不明顯，因此可以將這一特性應(yīng)用到酒精飲料如啤酒中，防止乳酸桿菌和啤酒片球菌引起的酸敗，保證產(chǎn)品品質(zhì)與風(fēng)味的一致性。

Jagannath A等［23］將Nisin作為穩(wěn)定劑添加在含有細菌纖維素的果蔬汁飲料中，結(jié)果證明在室溫下可以穩(wěn)定存儲90天。

3.5 其余方面的應(yīng)用

李聽聽等［24］采用的食品級抑菌劑乳酸鏈球菌素、山梨酸鉀和仲丁胺等在國內(nèi)預(yù)防糧食霉變研究中尚處于起步階段，目前上述抑菌劑主要應(yīng)用于飼料、食品、果蔬等儲藏方面的研究。以腫丁胺、山梨酸鉀與Nisin組合成不同的Nisin復(fù)配抑菌劑對小麥處理，將處理后的小麥置于溫度30℃、相對濕度75%的環(huán)境中儲藏，測定儲藏過程中小麥微生物多樣性及品質(zhì)變化規(guī)律，旨在為研制和篩選出能滿足糧食儲藏要求的復(fù)配抑菌劑產(chǎn)品。

在整個儲藏過程中，通過抑菌能力、抑菌范圍和抑菌穩(wěn)定性綜合分析，由“Nisin（0.20g/kg）＋山梨酸鉀（1.00g/kg）＋仲丁胺（2.00g/kg）”組合為最佳抑菌組合。

Preet Simran等［25］研究了Nisin和阿霉素對皮膚癌癥的抗性作用。對小白鼠進行4組實驗研究，用Nisin進行皮下注射，而用阿霉素進行靜脈注射，通過分析其腫瘤的體積、細胞凋亡的量化、血清指標、脂質(zhì)過氧化、亞硝酸鹽的評估、過氧化氫酶活性、超氧化物岐化酶的活性、蛋白質(zhì)的評估等指標，結(jié)果表明乳酸鏈球菌素能增強阿霉素有效降低腫瘤的程度。

4 展望

綜述全文，乳酸鏈球菌素是一種理想的天然、高效、安全的食品防腐劑，獨有的抑菌特性、低pH值的熱穩(wěn)定性以及無毒副作用，使其能夠代替化學(xué)防腐劑應(yīng)用在特定的食品加工生產(chǎn)中，不僅延長貨架期，還能保持食品原有的風(fēng)味和品質(zhì)，大部分的研究著重于Nisin在食品中的應(yīng)用，雖然Nisin有許多優(yōu)點，但是其市場價格昂貴，在使用時，一般與其余的化學(xué)防腐劑復(fù)配使用，這種復(fù)配既降低了生產(chǎn)成本，又減少了化學(xué)合成防腐劑的用量，同時抑菌范圍增大。乳酸鏈球菌素是一種新型多肽，隨著未來的發(fā)展，可以通過基因工程的手段，改良Nisin的特性，使其抑菌譜變廣，制造出更適合企業(yè)應(yīng)用在食品行業(yè)中的產(chǎn)品，人們生活水平不斷提高，綠色、天然的生物添加劑將備受關(guān)注，其前景更加廣闊。

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Research Progress of Nisin and Its Application in Food Industry

GAO Lei-lei，LI Ying－qiu＊
（College of Food Science and Engineering，Qilu University of Technology，Ji＇nan 250353，China）

Nisin is a natural biological preservative.It has good antibacterial effect，thermal stability，wide antimicrobial spectrum of gram-positive bacteria，and non-toxic side effects to the human body.Thus，nisin has good preservative effect in food industry.Mainly introduce the molecular structure，classification，correlation characteristics antimicrobial mechanism of nisin and its application in food industry，which has a vital significance to the further research.

nisin；antimicrobial；food；application

TS202.3

A

10.3969/j.issn.1000-9973.2017.03.037

1000-9973（2017）03-0157-04

2016－09－17 ＊通訊作者

高蕾蕾（1990－），女，山東德州人，碩士，研究方向：食品生物技術(shù)；李迎秋（1972－），女，山東濟南人，教授，碩士生導(dǎo)師，博士，研究方向：食品生物技術(shù)。