龐瑞霞，宗楠

（1.天津市乳品食品監(jiān)測中心，天津 300381；2.北京林業(yè)大學 生物科學與技術(shù)學院，北京 100083）

乳酸鏈球菌肽（Nisin），又稱乳酸鏈球菌素，是從乳酸鏈球菌發(fā)酵產(chǎn)物中提取的一類多肽化合物。Nisin生產(chǎn)菌株無毒，能抑制各種革蘭氏陽性菌及其芽孢，不改變腸道內(nèi)正常菌群、不產(chǎn)生抗藥性，食入胃腸道后易被蛋白酶所分解，因而是一種安全的天然食品防腐劑。

FAO（世界糧農(nóng)組織）和WHO（世界衛(wèi)生組織）已于1969年給予認可，是目前唯一允許作為防腐劑在食品中使用的細菌素。從而廣泛應(yīng)用于奶油、干酪等乳制品，松脆餅、糕點等糧油加工產(chǎn)品，果蔬產(chǎn)品、啤酒飲料及調(diào)味料等，現(xiàn)已被50多個國家應(yīng)用于熱加工食品、酸度中性食品，來抑制細菌引起的腐敗。但在我國的食品行業(yè)中還沒有得到廣泛的應(yīng)用。

1 Nisin 的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

1.1 分子結(jié)構(gòu)

乳酸鏈球菌素屬于羊毛硫抗生素線型分子的一種。1970年，Gross和Morell已闡明Nisin的完整分子結(jié)構(gòu)，它是一種新型的低聚肽，成熟的Nisin分子由34個氨基酸殘基組成，分子式為C143H228N42O37S7，分子量為3510。Nisin分子結(jié)構(gòu)中包含5種稀有氨基酸，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。二聚體分子量為7000，四聚體分子量為14000[1-2]。經(jīng)過幾十年的研究，人們已發(fā)現(xiàn)Nisin分子有6種類型，它們分別是A、B、C、D、E、Z，其中以Nisin A和Z兩種類型的研究最為活躍。Nisin A與Nisin Z的差異僅在于氨基酸順序上第27位氨基酸的種類不同，Nisin A是組氨酸（His），而Nisin Z是天冬酰胺（Asn）[2]。

1.2 理化性質(zhì)

Nisin是一種白色的粉末，使用時需溶于水或液體中。Nisin的溶解度主要取決于溶液的pH，在pH較低的情況下，溶解性較好。Nisin在中性和堿性條件下幾乎不溶解，所以在應(yīng)用時，一般先用0.02 mol/L鹽酸溶解，再加入到食品中。Nisin的熱穩(wěn)定性與其溶解性有關(guān)，在pH2.0或低于2.0的稀鹽酸中可經(jīng)115.6℃滅菌而不失活，但在pH5.0時滅菌失活40%，pH6.8時將喪失90%的活力，在高pH時其分子內(nèi)部的脫氫殘基易發(fā)生反應(yīng)形成多分子共聚物。所以在使用時盡量保持較低pH并避免高溫加熱。Nisin加入食品后，其熱穩(wěn)定性會大大提高。

2 Nisin的抑菌機制

在天然狀態(tài)下，Nisin有Nisin A和Nisin Z兩種形式，后者的抑菌能力比前者強。Nisin只有在一定的濃度范圍下才能起抑菌作用，因此食品中所含細菌數(shù)量越多，則添加Nisin的量也越大。研究認為，Nisin分子首先與LipidⅡ結(jié)合，在微生物細胞膜表面形成通透孔道，繼而將目標細胞殺死，其作用表現(xiàn)為殺菌，并非抑菌或溶菌；而Nisin對營養(yǎng)細胞的作用主要是在細胞膜上，通過抑制細菌細胞壁中肽聚糖等的生物合成，使細胞膜和磷脂化合物合成受阻，最終導致細胞內(nèi)物質(zhì)外泄，引起細胞裂解，芽孢經(jīng)熱處理損傷愈嚴重，應(yīng)用Nisin的效果愈好，此過程受到H2S調(diào)控[3]。雖然Nisin抑菌譜較窄，僅對革蘭氏陽性菌起作用，但Nisin處理與冷凍、加熱、低pH、EDTA及表面活性劑處理結(jié)合，也對部分革蘭氏陰性菌有致死作用[4]。

3 Nisin的抑菌范圍

Nisin不抑制革蘭氏陰性菌、酵母和霉菌，專抑制革蘭氏陽性菌，特別是細菌芽孢。Nisin能抑制葡萄球菌屬、鏈球菌屬、小球菌屬和乳桿菌屬的某些菌種；抑制大部分梭菌屬和芽孢桿菌屬及其芽孢。例如，桿菌屬中的嗜熱脂肪芽孢桿菌的芽孢對Nisin最為敏感，只需極少量的Nisin即可被殺死。而且Nisin能有效抑制肉毒梭狀芽孢桿菌、金黃色葡萄球菌、溶血鏈球菌、李斯特氏菌、枯草芽孢桿菌、嗜熱脂肪芽孢桿菌等所引起的食品腐敗。這一特性使它被廣泛地應(yīng)用在經(jīng)熱處理的包裝食品中作為防腐劑[5-6]。Nisin與其他防腐劑聯(lián)合使用能增強自身的抑菌作用，并獲得較寬的抑菌譜。Nisin和乳酸合用能抑制肉中的金黃色葡萄球菌和沙門氏菌。Nisin與螯合劑合用時能有效地減少革蘭氏陰性菌的數(shù)量。Nisin與檸檬酸鹽、磷酸鹽合用也能提高其對革蘭氏陰性菌的抑制效果[7]。

4 Nisin在食品工業(yè)中的應(yīng)用

4.1 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。在干酪加工的過程中，雖經(jīng)過高溫滅菌，但仍會有耐熱性的革蘭氏陽性菌芽孢（如肉毒梭菌和厭氧梭菌芽孢）存在，乳鏈菌肽可有效阻止這些芽孢的萌發(fā)及其毒素的形成。

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、再制乳的加工中，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。也可廣泛用于巴氏殺菌乳、脫脂乳、無糖煉乳、風味乳、罐裝牛奶點心、奶油制品、奶粉復原的奶制品[8]。另外，Nisin還可用于防止酸奶的后發(fā)酵。

4.2 在肉制品中的應(yīng)用

傳統(tǒng)的火腿、熏肉和香腸生產(chǎn)中，普遍使用亞硝酸鹽、硝酸鹽等進行護色，并抑制肉毒梭狀芽孢桿菌的生長，其中硝酸鹽通過硝酸鹽還原菌作用轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽，隨后亞硝酸鹽與肉色素反應(yīng)產(chǎn)生紅色和風味。當人們食用火腿的同時，也食入一定量的亞硝酸鹽，與體內(nèi)的胺類物質(zhì)作用，生成一種強烈的致癌物質(zhì)——亞硝胺化合物，這是學術(shù)界普遍認為的質(zhì)量安全問題。Nisin用于魚、肉類制品中，不影響肉的色澤和防腐效果，還可明顯降低硝酸鹽的使用量，達到有效防止肉毒梭狀芽孢桿菌毒素形成的目的。Nisin還可以應(yīng)用于鮮肉、冷卻肉、扒雞以及海鮮制品等多種肉制品的保藏中，但是目前Nisin在我國肉制品的應(yīng)用還僅限于研究階段。

4.3 在罐藏食品中的應(yīng)用

常規(guī)的罐頭殺菌消毒處理難以將耐熱芽孢菌，如嗜熱脂肪芽孢桿菌和熱解糖梭菌的耐熱芽孢徹底殺死。一旦條件適宜，這些芽孢便會導致罐頭食品腐敗。而添加Nisin可有效地減少這方面的損失。在酸性條件下，Nisin的穩(wěn)定性、溶解度、活性均提高，因而它可成功地用于高酸食品（pH＜4.5）的防腐。對于低酸和非酸性罐頭食品添加Nisin后，也能起到降低熱處理強度的作用。如添加到番茄醬、罐頭湯汁、蔬菜和蘑菇產(chǎn)品中，能減弱殺菌條件，保證食品的營養(yǎng)風味。Nisin應(yīng)用于醬菜罐頭可以降低醬菜中食鹽含量，而衛(wèi)生質(zhì)量與產(chǎn)品風味不受影響，這符合低鹽腌制的發(fā)展要求。另外，Nisin還可有效控制罐頭食品在貯藏期由于高溫引起的腐敗，延長貨架壽命。同時由于一些國家在食品中不準使用一般用于醬菜罐頭防腐的苯甲酸鈉，所以將Nisin用于醬菜罐頭出口，具有現(xiàn)實意義。

4.4 在酒精飲料中的使用

Nisin不抑制酵母菌這一特性亦可應(yīng)用于啤酒、果酒、蒸餾酒等含酒精飲料的釀造，在啤酒釀造中的應(yīng)用，在國內(nèi)已取得滿意的結(jié)果。

4.5 在果汁飲料中的應(yīng)用

果汁及果汁類飲料的酸敗經(jīng)常是由酸土芽孢桿菌（酸土脂環(huán)酸桿菌）引起的。酸土芽孢桿菌是一種耐酸且耐熱的產(chǎn)芽孢菌，最適于25℃～60℃、pH2.5～6.0的環(huán)境中生長、繁殖。據(jù)資料報道，在花園、森林土壤以及生產(chǎn)飲料的用水中均有酸土芽孢桿菌。因此，酸土芽孢桿菌很容易被帶入果汁及果汁類飲料的生產(chǎn)加工過程中，引起果汁類產(chǎn)品的腐敗。Nisin對大多數(shù)革蘭氏陽性菌，尤其是產(chǎn)芽孢菌有很強的抑制作用。1999年，英國學者研究了Nisin對蘋果汁、橘子汁和葡萄柚汁三種果汁中酸土芽孢桿菌芽孢的抑制作用，取得了令人滿意的結(jié)果[9]。

4.6 其他

Nisin還可用于對Nisin不敏感的微生物發(fā)酵過程中，以防止革蘭氏陽性菌的污染。如單細胞蛋白、有機酸、氨基酸和維生素等工業(yè)發(fā)酵過程。

5 前景與展望

Nisin是一種理想的天然、高效食品防腐劑，可提高加工產(chǎn)品穩(wěn)定性，能夠保持產(chǎn)品的營養(yǎng)價值，降低冷鏈貯運與銷售成本。我國天然食品防腐劑的研究和開發(fā)尚處于起步階段，目前Nisin的市場價格較高、抑菌譜較窄，在實際生產(chǎn)中還往往與山梨酸鉀、雙乙酸鈉、殼聚糖、EDTA等化學防腐劑混合使用，或與動植物或礦物防腐劑配合使用，才能抑制細菌、霉菌、酵母菌等微生物生長。通過基因工程方法、蛋白質(zhì)定向改造技術(shù)定能構(gòu)建出高產(chǎn)、抗菌性能強、抗菌譜更廣的天然防腐劑。隨著人們對無公害產(chǎn)品要求的提高，發(fā)展天然的、生物的食品防腐劑已是一種必然趨勢，Nisin的應(yīng)用前景也會更加廣闊。

[1]Juan L A，Javier F，Pilar G，et al.Antimicrobial activity of reuterin in combination with nisin against food-borne pathogens[J].International Journal of Food Microbiology，2004，95:225-229

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[5]李紅纓.安全高效的新型食品保存劑的研究進展[J].科技進展，2001，29(4)：18-22

[6]何華.天然食品防腐劑新品概覽中國[J].中國食品工業(yè)，1997(8)：36-37

[7]張春江.Nisin的特性及在肉制品中的應(yīng)用[J].肉類研究，2000(3)：31-33

[8]陳秀珠.乳鏈菌肽在乳制品防腐保鮮中應(yīng)用的研究[J].中國乳品工業(yè)，1999，27(2)：3-5

[9]朱小喬.極具潛力的天然防腐劑-Nisin[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2000，27(4)：67-69