乳酸链球菌素

河南商业高等专科学校
毕业论文
题目乳酸链球菌素及在食品工业中的应用学号09050402021班级09食品02班专业食品加工技术系别食品系
作者姓名吕丹丹完成时间2011-11-05
指导教师邹建职称讲师
乳酸链球菌素及其在食品工业中的应用
摘要
乳酸链球菌素，又称乳球菌肽或乳链菌肽，是目前用于食品中为数较少的生物防腐剂之一。

由于乳酸链球菌素对许多革兰氏阳性菌，特别对产孢子的革兰氏阳性菌有很强的活性，加之它对人体安全无毒，展示了乳酸链球菌素在食品工业中的前景。

本文介绍了乳酸链球菌素的理化性质：分子结构、溶解性和稳定性、抑菌性以及安全性。

本文还介绍了乳酸链球菌素在酒精饮料、肉制品、乳制品、等食品中的应用。

关键词：乳酸链球菌素；天然防腐剂；应用
世界上每年约有20%以上的粮食及食品因腐败变质而造成巨大浪费和经济损失，变质食品还会危及人的身体健康，因食品变质导致食物中毒的事件时有发生，所以，在食品工业中，防腐剂是一个重要的添加剂。

食品防腐剂按来源不同可分为三类：天然防腐剂、化学合成防腐剂、生物防腐剂。

由于化学防腐剂一般在较低的pH介质中以分子状态存在，并有一定的副作用，在允许的使用量下，对食品风味仍有一定的影响，所以难以满足现代食品加工的需要。

20世纪50年代以后，生物防腐剂的出现，以高效、低毒、天然的特征弥补了化学合成防腐剂的不足，具有广阔的发展前景。

乳酸链球菌素，又称乳球菌肽或乳链菌肽，英文名为 Nisin。

是目前用于食品中为数较少的生物防腐剂之一。

乳酸链球菌素是Rogers于1982年首次发现的。

1914年，Mattick和Hirsch证明该物质可抑制许多革兰氏阳性菌，并将这种活性物质称为Nisin。

1969年，FAO/WHO联合食品添加剂专家委员会确认乳酸链球菌素可作为食品防腐剂。

由于乳酸链球菌素对许多革兰氏阳性菌，特别对产孢子的革兰氏阳性菌有很强的活性，加之它对人体安全无毒，展示了乳酸链球菌素在食品工业中的前景。

一、理化性质
(一)分子结构
乳酸链球菌素的分子由34个氨基酸残基组成，分子式为C143H228N42037S7，分子量为3510道尔顿。

Nisin分子结构中包含5种稀有氨基酸，分别为氨基丁酸 (ABA)、脱氢丙氢酸(DHA),R 一甲基脱氢丙氨酸(DHB)、羊毛硫氨酸(ALA-S-ALA)和已一甲基羊毛硫氨酸(ALA-S-ABA)，它们通过硫醚键形成五个内环，其活性体为二聚体或四聚体，分子量分别为7000和14000121。

到目前为止，已发现Nisin 分子的类型有A,B,C,D,E和Z，其中以Nisin A 和Z两种类型的研究较多。

NisinA与NisinZ的差异仅在于第27位氨基酸的种类不同。

前者为组氨酸(His)，后者为天冬酸胺(Asn)，其抗菌特性几乎无差别
（二）溶解性和稳定性
Nisin作为一种白色或略带黄色的结晶性粉末，其溶解度随pH值的不同而异，易溶于酸性溶剂，在0.02mol/L的盐酸中具有最大溶解度为118. Omg/L;随着碱性增强，生物活性也减弱[7[。

当pH为2.5时溶解度为12%;pH为5.0时降低到4%;中性和碱性条件下几乎不溶解
Nisin热稳定性高，常受到不同加工温度、pH, 蛋白质的保护作用、本身的纯度等因素的影响。

Nisin在酸性条件下呈现最大的稳定性，随着pH的升高其稳定性大大降低。

在pH2.0或更低时，经115.6℃灭菌不失活，但在pH5.0灭菌时40%失活， pH6，8时90%失活[s1在pH6.5，850C经15min加热，其活性损失15%;在pH3的盐酸中经121℃加热15min，仍能保持100%的活性。

据研究，Nisin的
(三)抑菌性
Nisin主要抑制大部分Ｇ+菌,特别是细菌的芽孢。

Nisin能抑制葡萄球菌属、链球菌属、小球菌属和乳杆菌属的某些菌种;抑制大部分梭菌属和芽孢杆菌属的芽孢。

例如能有效抑制肉毒梭状芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌、溶血性链球菌、枯草芽孢杆菌、嗜热
脂肪芽孢杆菌等引起的食品腐败。

早期的研究认为, Nisin一般对霉菌、酵母菌和Ｇ-菌是无效的,但近期的研究表明,在一定条件下(如冷冻、加热、降低ｐＨ和ＥＤＴＡ处理),一些Ｇ-菌(如沙门氏菌、大肠杆菌、假单胞菌等)对Nisin敏感。

Nisin对Ｇ+菌营养细胞和芽孢有不同的抗菌机理。

Nisin对营养细胞的抗菌机理有不同的看法。

一种观点认为,Nisin吸取于细胞膜上,可以抑制细胞壁中肽聚糖的生物合成,使细胞膜和磷脂化合物的合成受阻,导致细胞内物质外泄,引起细胞裂解。

另一观点认为Nisin的抗菌机理与DHA和DHB密切相,因为Nisin中的DHA和DHB能够与敏感菌株细胞膜中某些酶的巯基发生作用,释放细胞质,造成敏感细胞裂解。

Nisin对芽孢的作用是在其萌发前期及膨胀期破坏其膜,以抑制其发芽过程。

(四)安全性
Nisin对蛋白酶特别敏感,在消化道中很快被α＿胰凝乳蛋白酶分解。

它对人体基本无毒性,也不与医用抗生素产生交叉抗药性,能在肠道中无害的降解。

对Nisin的毒性、致癌性、存活性、再生性、血液化学、肾功能、应激反应以及动物器官病毒学等生物学研究证明, Nisin是安全的。

1994年,FAO/WHO规定其ADI为33000IU/ｋｇ,LD50为7ｇ/ｋｇ。

二、乳酸链球菌素在食品中的应用
(一) 在酒精饮料中的应用
腐败乳酸菌对 Nisin 敏感 ,但酵母几乎不受其影响 ,因此Nisin 可与酵母一起在生产啤酒、果酒、烈性乙醇等酒精饮料时加入 ,用于抑制革兰氏阳性菌。

啤酒在生产中易受乳酸杆菌和啤酒片球菌的侵袭，发生浑浊、酸变、发黏等现象。

Ogden 等以不加Nisin 的啤酒为对照，探讨 Nisin 的保鲜作用，结果表明，加入 10 IU／mL Nisin 的啤酒存放期延长了 1 倍。

在啤酒工业中，Nisin 能使啤酒花对嗜热性细菌的杀菌作用增强，在发酵过程中，剩余的 Nisin 仍能抑制细菌繁殖，而对啤酒酵母的发酵特性无任何不良影响。

Radler 曾把 Nisin 应用于白酒制造中，试验表明，Nisin 能有效阻止长膜状明串球菌、啤酒片球菌和乳酸杆菌的生长，防止了杂菌侵袭。

刘月琴等从试验中得出结论：Nisin 可有效抑制啤酒制造过程中革兰氏阳性腐败菌的生长。

对厌氧菌污染比较严重的啤酒厂，添加 Nisin 可保证啤酒质量和风味的一致性。

(二)在肉制品中的应用
我们知道传统的肉质品（火腿、香肠等）中普遍使用亚硝酸
钠、硝酸钠等发色剂来产生典型的腌制红色和腌制风味 ,并抑制肉毒梭状芽孢杆菌的生长 ,但这些添加剂同时对人体具有潜在的致癌危险，既产生了一种强烈的致癌物质——亚硝胺化合物。

1980年，美国政府禁止在加工肉食品中使用硝酸盐，这无疑是对肉品加工业的致命打击，很多的学者也试图尝试开发新的物质来替代硝酸盐。

Rayman 等1981 年提出Nisin可作为一种有效的替代物 ,减少火腿中发色剂的用量。

实验表明火腿中硝酸盐含量由原来的0.015 %降到 0.004 %,产品品质仍保持良好。

袁秋萍认为从生产成本和防腐效果考虑 Nisin 在香肠中的适宜添加量为0.3g/
kg 。

但是用大量的 Nisin 代替亚硝酸盐的防腐作用是不经济的 ,另外由于在肉制品中 Nisin 溶解度低，不易分布均匀等原因 ,防腐效果相对不如亚硝酸盐。

（三）在乳制品中的应用
Nisin 已成功应用于硬质干酪、巴氏灭菌干酪、巴氏灭菌奶、罐装浓缩牛奶、高温灭菌牛奶、高温处理风味奶、乳制甜点等制品中。

在干酪加工过程中，Nisin是最有效的保护剂。

乳酪中的微生物为丁酸梭菌、酪丁酸梭菌和生孢梭菌。

干酪原料经 80～100 ℃巴氏消毒后，梭菌芽孢仍能存活。

Taylor S 等研究表明，在经巴氏处理的干酪中加入 500～1 000 IU／mL Nisin 后，能阻止梭菌生长和毒素形成，同时还能降低食盐和磷酸盐用量。

Vanini 和 Moro（1967）的实践证明，在巴氏菌奶中添加低浓度的 Nisin 可减少细菌数。

Argentinian 认为质量分数 30～50 mg／L 的 Nisin 可以使巴氏消毒奶的货架期延长 2 倍。

郭清泉等通过试验证明，添加40 IU ／ mL Nisin 至酸奶中，可使酸奶的后酸化延长3d，且菌数保持在 107 以上，感官质量优异。

（四）在酸性罐头食品中的应用
在酸性条件下，Nisin 的稳定性、溶解度、活性均提高，因此可作为高酸性食品（pH＜4．5）防腐剂。

在低酸或非酸性罐头食品中添加 Nisin，能起到减轻热处理强度的作用。

钱平等采用沸水杀菌和添加 Nisin 相结合的方式，对蔬菜罐头进行杀菌，结果表明，处理后的罐头感官特性大为改善。

张小东等通过试验证明，Nisin 可作为一种天然食品防腐剂应用于瓶装酱菜，能够降低酱菜中食盐用量，效果优于化学防腐剂苯甲酸钠和山梨酸钾。

Nisin 能有效地抑制乳酸菌再发酵和葡萄球菌、芽孢菌的生长繁殖，且自身安全可靠。

据国外文献报道，Nisin的LD50值与食盐
相当，是新一代的食用防腐剂。

由于某些国家禁止在食品中使用苯甲酸钠，所以 Nisin 的瓶装酱菜卫生质量符合国家标准，且对产品风味无影响。

（五）在焙烤食品中的应用
焙烤食品大多数以高湿面粉为原料，经发酵、焙烤、冷却、包装而成。

如面包、蛋糕、烤饼等。

焙烤食品腐败的原因，多数是因产气菌和霉菌的繁殖而引起的。

采用真空或气调包装，降低贮存温度，添加山梨酸盐等方法，可以延长制品的保质期。

但是，有耐热细菌如蜡状芽孢杆菌等引起的腐败常被忽视。

事实上，这种污染菌在焙烤食品中生长而引起食物中毒的事故屡见不鲜。

若在焙烤食品加工过程中添加乳酸链球菌素（Nisin），可以防止这类事故的发生。

（六）在植物蛋白食品中的应用
盒装内酯豆腐，在炎热的夏季，保质期不到12h。

超过12h，产品就会脱水、变酸、变质。

添加Nisin，保质期可以延长到24h。

1d的保质期，安全可以满足这种即食产品在市场上流通的需要。

如对保质期还有更高的要求，根据北京农大王绍林老师的研究，添加Nisin再配合微波杀菌，在室温18℃下，保质期可以达到3d。

(七)在大豆以及大豆制品中的应用
豆奶和豆腐是主要的大豆食品。

豆奶是大豆加水浸泡磨浆去腥后的一种液体食品，含水量很高，非常容易腐败变质，造成经济损失。

在豆奶保鲜中，可将豆奶的保鲜期由4天延长到10天。

添加300IU/g的处理组储存10天其菌落比对照组低 3.5个对数。

在豆腐保鲜中，添加Nisin可在一定程度上延长保鲜期，但效果不够理想。

孔宝华等提出，在豆腐和豆奶的储存过程中，pH值均成下降趋势，说明引起豆腐和豆奶腐败的细菌主要是乳酸菌。

三、总结
天然食品防腐剂取代化学合成防腐剂是一种必然的趋势，乳酸链球菌素的开发和利用将对促进我国绿色食品的发展和保障人民身体健康具有重要的意义。

随着食品行业的加大，乳酸链球菌素的发展前景将更为广阔。

参考文献
[1]万素英，李琳，王慧君《食品防腐与食品防腐剂》，中国轻
工业出版社，1998（1）：第147—155页。

[2]黄明发，刘君，杨玉柱《乳酸链球菌素在食品工业中的应用》
[J]，农产品科技，2006(1)：第50—60页。

[3]张玉鑫，《天然防腐剂乳酸链球菌素的研究进展》[J]，农业
科技与装备，2010（5）：第28—30页。

[4]刘月琴,姜惠珠,冯后俊,等《Nisin在啤酒酿造中的应用》[Ｊ].
酿酒,2000,139(4):第62—63页。

河南商专教务处制。