天然食品防腐剂Nisin及其在乳品工业中的应用_张艾青

２ Ｎｉｓｉｎ 的理化性质
Ｎｉｓｉｎ 为 白 色 或 略 带 黄 色 的 结 晶 粉 末 或 颗 粒 ， 略 带 咸 味 。 Ｎｉｓｉｎ 分 子 式 为 Ｃ１４３Ｈ２２８Ｎ４２Ｏ ３７Ｓ７， 它 是 一 种 仅 有 ３４ 个 氨 基 酸 残 基的短肽分子， 以异亮氨酸为氨基末端， 赖氨酸为羧基末 端， 活性分子常以二聚体或四聚体的形式出现， 分子量分别 为 ７０００ＫＤａ 和 １４０００ＫＤａ。 人 们 已 经 发 现 了 Ｎｉｓｉｎ 的 ６ 种 类 型 ， 分 别 为 Ａ、 Ｂ、 Ｃ、 Ｄ、 Ｅ 和 Ｚ。 其 中 对 ＮｉｓｉｎＡ、 ＮｉｓｉｎＺ 两种类型的研究最活跃， 二者性质基本相同， 仅在结构上有 一 个 氨 基 酸 差 异 ， ＮｉｓｉｎＡ 第 ２７ 位 氨 基 酸 残 基 是 组 氨 酸 （ Ｈｉｓ） ， ＮｉｓｉｎＺ 则是天冬酰胺 （ Ａｓｎ） 。
乳酸 链 球 菌 肽 （ Ｎｉｓｉｎ） 是 乳 酸 菌 细 菌 素 的 一 种 ， 是 乳 酸
乳 球 菌 乳 酸 亚 种 （ Ｌｏｃｔｏｃｏｃｃｕｓ Ｌｃｔｉｓ ｓｕｂｓｐ ．ｌａｃｔｉｓ） 的 某 些 菌 株 产生的一种小肽， 亦称之为乳链菌肽或乳酸链球菌素。由于 它对革兰氏阳性菌， 包括对造成食品严重危害的许多腐败菌 有强烈抑制作用， 成为人们广为应用的一种天然食品防腐剂。
乳酸菌 （ Ｌａｃｔｉｃ ａｃｉｄ ｂａｃｔｅｒｉａ， ＬＡＢ） 是一类可发酵糖， 并 产生大量乳酸的细菌的统称。许多乳酸菌在代谢过程中除了 产生乳酸、乙酸等有机酸和过氧化氢外， 还能产生多种具有 抑菌或杀菌生物活性的细菌素， 在抑制多种病原微生物和食 物 腐 败 菌 等 方 面 具 有 重 要 意 义 。 细 菌 素 （ Ｂａｃｔｅｒｉｏｃｉｎｓ） 是 某 些细菌产生的具有抗菌活性的多肽、蛋白质或蛋白质复合物， 最早由 Ｊａｃｏｂ 与其合作者于 １９５３ 年提出。１９７６ 年， Ｔａｇｇ 等人 对细菌素的含义进行了概括， 指出细菌素是一类由质粒 ＤＮＡ （ Ｐａｓｍｉｄ ＤＮＡ） 编 码 形 成 的 ， 在 细 胞 溶 解 时 释 放 ， 并 通 过 与 专一位点结合而对近缘相关种有致死作用的活性蛋白类物质。 １９８２ 年， Ｋｏｎｉｓｌｙ 将细菌素定义为： 某些细菌通过核糖体机制 产生的一类具有抑菌生物活性的蛋白质， 大多数细菌素只对 亲缘关系的细菌有损害作用， 产生菌对其产生的细菌素具有 自身免疫性。细菌素具有高效、无毒、耐酸、耐高温、无残 留、无抗药性、大部分基因位于质粒上、分子量小、含修饰 氨基酸、结构复杂等特点， 因而被认为是分子遗传、基因工 程、蛋白质工程和食品添加剂、化妆品、皮肤保健、抑制病 原菌治疗口腔炎症和调节肠道菌群的好材料。目前， 已经发 现并正被广泛研究的乳酸菌细菌素有乳酸链球菌素 （ Ｎｉｓｉｎ） 、 乳球菌素 （ Ｌ．ａｃｔｏｃｏｃｃｉｎ） 、片球菌素 （ Ｐｅｄｉｏｃｉｎ） 、明串 珠 菌 素 （ Ｃａｎｏｎｉｃ） 、 肉 食 杆 菌 素 （ Ｃａｒｎｏｂａｃｔｅｒｉｏｃｉｎ） 、 植 物 乳 杆 菌 素 （ Ｐｌａｎｔａｒｉｃｉｎ） 、 乳 杆 菌 素 （ Ｌａｃｔｏｃｉｎ） 、 肠 球 菌 素 （ Ｅｎｔｅｒｏｃｉｎ） 等。
１ 国内外对 Ｎｉｓｉｎ 的技术研究
１．１ 国外对 Ｎｉｓ ｉｎ 的研究 国外对 Ｎｉｓｉｎ 的研究较国内早。１９２８ 年， Ｒ ｏｇｅｒｓ 和 Ｗｈｉｔ－ ｔｅｒ 首 先 发 现 乳 酸 链 球 菌 代 谢 产 物 能 抑 制 乳 酸 杆 菌 的 生 长 ； １９３３ 年， Ｗｈｉｔｅｈｅａｄ 分离出这种物质 ， 并 证 明 它 是 一 种 多 肽 ； １９４７ 年， Ｍａｔｔｉｃｋ 和 Ｈｉｒｓｃｈ 证明该物质可抑制许多革兰氏阳性 菌 ， 因 乳 酸 链 球 菌 在 分 类 上 属 血 清 学 Ｎ 群 ， 故 命 名 为 Ｎｉｓｉｎ （ 来 源 于 Ｇｒｏｕｐ Ｎ ｉｎｈｉｂｉｔｏｒｙ ｓｕｂｓｔａｎｃｅ） ； １９４８ 年 ， Ｈｏｙｇｌｅ 和 Ｎｉｃｈｄｓ 预 计 从 牛 奶 中 分 离 到 的 所 有 乳 酸 链 球 菌 中 大 约 １／ ３ 会 产 生 Ｎｉｓｉｎ； １９５１ 年 ， Ｈｉｒｓｃｈ 等 人 将 Ｎｉｓｉｎ 用 作 食 品 防 腐 剂 ， 成 功 地 控 制 了 由 产 气 梭 状 芽 孢 杆 菌 （ Ｃｌｏｓｔｒｉｄｉｕｍ ｐｅｒｆｒｉｎｇｅｎｓ） 引起的奶酪腐败问题； １９５２ 年， Ｃｌｉｎｔｏｃｋ 等人把产 Ｎｉｓｉｎ 的乳 酸乳球菌菌株直接加到酸奶中来控制由产气梭状芽孢杆菌引 起的膨胀腐败； １９５３ 年， 乳 酸 链 球 菌 素 在 用 作 食 品 防 腐 剂 方 面获得发展的契机， 乳酸链球菌素的第一批商业化制备物面 市 ， Ｎｉｓｉｎ 作 为 商 品 进 入 市 场 ； １９６９ 年 ， ＦＡＯ／ ＷＨＯ 联 合 食 品添加剂专家委员会确认 Ｎｉｓｉｎ 可作为食品添加 剂 ； １９７１ 年 ， Ｇｒｏｓｓ 和 Ｍｏｒｅｌｌ 阐 明 了 Ｎｉｓｉｎ 分 子 的 完 整 结 构 ； １９８８ 年 ， Ｂｕｃｈｍａｎ 等 克 隆 了 编 码 Ｎｉｓｉｎ 前 体 的 结 构 基 因 并 测 定 了 ＤＮＡ
Ｎｉｓｉｎ 能抑制大部分革兰氏阳性菌的生长， 并可以和某些 络合剂 （ 如 ＥＤＴＡ 或 柠 檬 酸 ） 共 同 作 用 ， 使 部 分 革 兰 氏 阴 性 菌变得敏感； Ｎｉｓｉｎ 与一些天然和化学防腐剂组合使用时具有 增益效应。低浓度的香芹酚和麝香草酚能提高 Ｎｉｓｉｎ 对单增李 斯 特 氏 菌 （ Ｌ．ｍｏｎｏｃｙｔｏｇｅｎｅｓ） 和 腊 状 芽 孢 杆 菌 （ Ｂ．ｃｅｒｅｕｓ） 的 抑菌作用效果； 柠檬酸盐能增加 Ｎｉｓｉｎ 抑制腊状芽孢杆菌 （ Ｂ． ｃｅｒｅｕｓ） 孢 子 萌 发 的 效 力 ； 乳 铁 蛋 白 与 Ｎｉｓｉｎ 结 合 能 显 著 提 高 Ｎｉｓｉｎ 对 李 斯 特 氏 菌 抑 菌 作 用 效 果 ； Ｎｉｓｉｎ 与 山 梨 酸 钾 、 纳 他 霉 素 、ＥＤＴＡ 等 复 配 使 用 可 以 获 得 协 同 效 应 ， 从 而 改 善 其 抑 菌谱， 增强抗菌效果。但也有复配使用无显著协同效应的报 道。刘书亮、张艾青等对在 ｐＨ６．０ 的条件下， Ｎｉｓｉｎ 与山梨 酸 钾 复 配 抑 制 乳 酸 菌 进 行 了 研 究 。 结 果 表 明 ， Ｎｉｓｉｎ 终 浓 度 为 ０．５０ｇ／ ｋｇ， １６ｈ 的 抑 菌 率 为 ５０．０％； 山 梨 酸 钾 终 浓 度 为 １．０ｇ／ ｋｇ， １６ｈ 的 抑 菌 率 为 ７３．１％； 而 二 者 复 配 ， １６ｈ 抑 菌 率 为 ８４．６％。 二 者 复 配 抑 菌 效 果 明 显 优 于 单 独 使 用 ， 获 得 协 同 效 应， 从而增强抗菌效果。
Ｎｉｓｉｎ 的 稳 定 性 与 环 境 ｐＨ 值 、 温 度 密 切 相 关 。 Ｄｅｌｖｅｓ－ Ｂｒｏｕｇｈｔｏｎ 将 Ｎｉｓｉｎ 添加到 ｐＨ 为 ５．６￣６．０， 含水量为 ５４％￣５８％ 的巴氏杀菌精制干酪中， 在不同温度 下 贮 藏 ， ３０ 个 星 期 后 检 测 Ｎｉｓｉｎ 活 性 ， 发 现 在 ２０℃的 条 件 下 其 活 性 为 ５５％， 在 ３０℃ 条 件 下 活 性 下 降 到 不 足 ４０％。 另 外 ， Ｎｉｓｉｎ 在 低 ｐＨ 值 条 件 下 具 有 热 稳 定 性 ， 在 ｐＨ２、 １２１℃ 、 ３０ｍｉｎ 和 ｐＨ３、 １２１℃ 、 １５ｍｉｎ 的 条 件 下 不 失 活 。 但 随 着 ｐＨ 升 高 ， 活 力 会 随 之 下 降 。 活 力 下 降 的 速 度 为 ｐＨ４ 时 下 降 ２９％； ｐＨ５ 时 下 降 ６９％； ｐＨ６ 时下降 ８６％； ｐＨ７ 时下降 ９９．７％。据 Ｔｒａｉｎｅｒ 报道， 经 １１５．６℃ 高 压 灭 菌 的 Ｎｉｓｉｎ 在 ｐＨ２ 时 是 稳 定 的 ， 但 在 ｐＨ５ 时 失 去 ４０％ 活性， ｐＨ６．８ 时失活 ９０％。故 Ｎｉｓｉｎ 在中性及接 近 中 性 的 条 件 下 ， 活 力 很 小 ， 抑 菌 能 力 下 降 。 刘 书 亮 、 张 艾 青 等 （ ２００４） 在 近 中 性 （ ｐＨ６．０） 条 件 下 ， 采 用 稀 释 平 板 法 测 定 Ｎｉｓｉｎ 在 酸
Ｎｉｓｉｎ 的 溶 解 度 与 ｐＨ 值 有 关 ， 一 般 随 着 ｐＨ 值 下 降 ， Ｎｉｓｉｎ 的稳定性增强， 溶解度提高。Ｌｉｕ 和 Ｈａｎｓｅｎ 的 研 究 认 为 ｐＨ２ 时 ， Ｎｉｓｉｎ 的 溶 解 度 为 ５７ｍｇ／ ｍＬ； ｐＨ６ 时 ， 其 溶 解 度 大 约 为 １．５ｍｇ／ ｍＬ； 在 中 性 和 碱 性 条 件 下 几 乎 不 溶 解 ； ｐＨ８．５ 时 ， 溶 解 度 仅 为 ０．２５ｍｇ／ ｍＬ。Ｎｉｓｉｎ 最 好 的 溶 剂 为 ０．０２ｍｏｌ／ Ｌ 的 盐 酸 溶 液 ， 使 用 时 应 先 用 ０．０２ｍｏｌ／ Ｌ 盐 酸 将 其 溶 解 后 再 加 到食品中。
乳品加工
Ｄａ ｉｒｙ Ｉｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｙ
பைடு நூலகம்
天然食品防腐剂 Ｎ ｉｓ ｉｎ
及其在乳品工业中的应用
张艾青 刘书亮 四川农业大学 四川雅安 ６２５０１４ 摘 要： 天然食品防腐剂 Ｎｉｓｉｎ 是一种 乳 酸 菌 细 菌 素 。 主 要 介 绍 了 Ｎｉｓｉｎ 的 发 现 研
究历史、理化性质、抑菌谱、抑菌机理、安全无毒性及其在乳品工业中的应用。 关键词： 细菌素； 乳酸链球菌肽； 乳品
奶中的乳酸菌、芽孢杆菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、沙 门氏菌、酵母菌、霉菌的抑制作用进行了研究。结果表明， Ｎｉｓｉｎ 对 所 试 乳 酸 菌 菌 株 具 有 一 定 的 抑 菌 效 果 ， 对 芽 孢 杆 菌 等杂菌几乎无抑菌作用。提高 Ｎｉｓｉｎ 在中性及接近中性的环境 下的抑制作用有待进一步研究。
２００６．１１ ５７
乳品加工
Ｄａ ｉｒｙ Ｉｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｙ
序列； １９９１ 年， Ｍｕｌｄｅｒｓ 等 发 现 Ｎｉｓｉｎ 有 ２ 个 天 然 变 异 体— —— ＮｉｓｉｎＡ 和 ＮｉｓｉｎＺ。
１．２ 国内对 Ｎｉｓ ｉｎ 的研究 １９８９ 年 ， 中 科 院 微 生 物 所 开 始 对 Ｎｉｓｉｎ 进 行 基 础 研 究 ； １９９０ 年， 我国将其列为 ＧＢ ２７６０－ ８６ 的 １９９０ 年食品添加剂增 补品种， 可用于罐藏食品、植物蛋白食品、乳制品和肉制品 中； １９９３、１９９６、２００２ 年 ， 中 科 院 微 生 物 所 与 浙 江 银 象 生 物 工 程 有 限 公 司 合 作 进 行 “八 五 ”、 “九 五 ”、 “十 五 ” 攻 关 ； ２００４ 年， Ｎｉｓｉｎ 高级产业化示范工程被列入国家高技术发展规 划， 并在银象生物工程有限公司全面投产。