nisin - 天然生物活性抗菌肽
Nisin,即乳酸鏈球菌素(亦稱乳鏈菌肽),是一種天然生物活性抗菌肽,是利用生物技術(shù)提取的一種純天然、高效、安全的多肽活性物質(zhì)。Nisin對包括食品腐敗菌和致病菌在內(nèi)的許多革蘭氏陽性菌具有強(qiáng)烈的抑制作用,是世界上唯一被允許用作食品添加劑的細(xì)菌素。
Nisin,即乳酸鏈球菌素(亦稱乳鏈菌肽),是一種天然生物活性抗菌肽,是利用生物技術(shù)提取的一種純天然、高效、安全的多肽活性物質(zhì)。

簡介
Nisin,即乳酸鏈球菌素(亦稱乳鏈菌肽),是一種天然生物活性抗菌肽,是利用生物技術(shù)提取的一種純天然、高效、安全的多肽活性物質(zhì)。
Nisin由34個(gè)氨基酸組成,分子式是C143H228O37N42S7,分子量為3354.07g/mol。Nisin分子結(jié)構(gòu)中包含5種稀有氨基酸即ABA、DHA、DHB、ALA-S-ALA和ALA-S-ABA,它們通過硫醚鍵形成五個(gè)內(nèi)環(huán),其活性分子常為二聚體或四聚體。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NisinA和Z兩種類型的研究最為活躍。NisinA與NisinZ的差異僅在于氨基酸順序上第27位氨基酸的種類不同。NisinA是組氨酸 - His,而NisinZ是天門冬酰胺 - Asn,同樣濃度下NisinZ的溶解度和抗菌能力都比NisinA強(qiáng)。
乳酸鏈球菌素活性易受到溫度、pH的影響,且抗菌時(shí)效短。為了提高其抑菌穩(wěn)定性及擴(kuò)展在食品工業(yè)中的應(yīng)用,本文以藤黃微球菌為指示菌,采用分光光度法考察了溫度、pH值、存放時(shí)間、不同金屬陽離子和陰離子、糖類和奶粉幾個(gè)因素對Nisin抗菌活性的影響,同時(shí)結(jié)合紅外光譜和差式掃描量熱分析,更深一步探討各種添加物對Nisin保護(hù)的作用機(jī)制。
理化指標(biāo)
外觀:米白色粉末
效價(jià):>1000IU/mg
重金屬(以Pb計(jì)):<10ppm
砷(以As計(jì)):<0.1ppm
干燥失重:<3%
*微生物指標(biāo):菌落總數(shù)(cfu/g)<10
致病菌:不能檢出
溶解性:Nisin是一種固體粉末,使用時(shí)需溶于水或液體中,且于不同pH值下溶解度也不同。如在一般水中(pH=7)溶解度為49mgNisin/ml;若在0.02MHCl中,溶解度增加為118mgNisin/ml。
穩(wěn)定性:耐酸、耐熱性能優(yōu)良。
特點(diǎn)
1、安全性
Nisin是一種多肽物質(zhì),是一種天然防腐劑、抑菌劑,食用后在消化道中很快被蛋白水解酶消化成氨基酸。它不會改變腸道內(nèi)的正常菌群,不會引起抗藥性問題,亦不會與其它抗生素出現(xiàn)交叉抗性,各國毒理學(xué)試驗(yàn)證明YP-1000Nisin是安全、無毒副作用的。
1969年聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織/世界衛(wèi)生組織(FAO/WHO)確認(rèn)Nisin為安全、高效、可靠的食品防腐劑,已在全世界50多個(gè)國家廣泛應(yīng)用。1990年中國衛(wèi)生部簽發(fā)的證明指出:"可以科學(xué)的認(rèn)定Nisin作為食品防腐劑是安全的。"并允許使用。1983年,美國食品藥物管理局(FDA)確定Nisin為-公認(rèn)安全產(chǎn)品(GRAS),并批準(zhǔn)使用。歐盟也認(rèn)定其為天然及安全性 - E-234,Nisin并在歐洲各國廣泛使用。
純Nisin的活性約為40×1000000IU/g(一般食品中的有效濃度為25~500IU/g)。而Nisin產(chǎn)品是Nisin與氯化鈉等成分的復(fù)配品,其活性為1×1000000IU/g。
Nisin是乳制品中所含天然產(chǎn)物,若干年來,它隨著食品被人們攝入,并沒發(fā)現(xiàn)毒性問題。已對Nisin的安全性問題進(jìn)行了系統(tǒng)的研究,大鼠經(jīng)口服LD50約為7000mg/kg體重,ADI為0~0.875mg/kg體重。研究表明,Nisin對蛋白水解酶(如胰蛋白酶等)特別敏感,因此食用后在消化道中即可很快被蛋水解酶水解成氨基酸。
人在攝入10min后,在唾液中就檢測不到Nisin的活性,故不會在體內(nèi)殘留,也不會改變腸道正常菌群,是一種安全的防腐劑。在牦牛肉脯加工后期添加復(fù)配防腐劑,采用透明復(fù)合膜真空包裝,使制品達(dá)到常溫保質(zhì)期9個(gè)月以上。防腐劑配比:Nisin0.04%+山梨酸鉀0.01%;包裝材料為雙向拉伸尼龍-高壓聚乙烯復(fù)合膜。
2、抑菌性
Nisin能有效地殺死或抑制引起食品腐敗的革蘭氏陽性菌,如乳酸桿菌、肉毒桿菌、葡萄球菌、李斯特菌、耐熱腐敗菌、棒桿菌、小球菌、明串球菌、分枝桿菌等。特別是對產(chǎn)生孢子的細(xì)菌,如芽孢桿菌、梭狀芽孢桿菌、嗜熱芽孢桿菌、致死肉毒芽孢桿菌、細(xì)菌孢子等有很強(qiáng)的抑制作用。在特定條件下,如較酸性條件,YP-1000Nisin乳酸鏈球菌素也能殺滅革蘭氏陰性菌及其它菌。
通常,產(chǎn)芽孢的細(xì)菌耐熱性很強(qiáng),如采用135℃、2秒鐘超高溫瞬時(shí)滅菌,非芽孢細(xì)菌的死亡率為100%,芽孢細(xì)菌的死亡率為90%,還有10%的芽孢細(xì)菌不能殺滅。若添加2-4ppmNisin或0.5-80ppmNisin就可完全抑制芽孢桿菌、梭狀芽孢桿菌孢子的發(fā)芽和繁殖。
作用機(jī)制
有關(guān)敏感的營養(yǎng)細(xì)胞和孢子的作用方式問題已有大量研究對營養(yǎng)細(xì)胞的研究作用點(diǎn)是細(xì)胞質(zhì)膜,乳酸鏈球菌素起了破壞作用,造成最重要的細(xì)胞質(zhì)如三磷酸腺苷的滲出。更重要的導(dǎo)致細(xì)胞溶解,對原生質(zhì)作用方式的精細(xì)研究表明,由于乳酸鏈球菌素的破壞使細(xì)胞質(zhì)中的基質(zhì)失去活性。
Nisin乳酸鏈球菌菌素對細(xì)菌孢子作用是殺死孢子而不是靜止孢子活性,所以確信乳酸鏈球菌素與其它防腐劑不同,它是在孢子出現(xiàn)膨脹前就抑制了發(fā)芽過程,實(shí)例說明經(jīng)加熱殺傷的孢子對乳酸鏈球菌素更敏感,這就是為什么Nisin能在熱加工罐裝食品中能起很好的防腐保鮮作用并大量節(jié)省能源。
1928年Rogers等人在美國首次報(bào)道乳酸鏈球菌的代謝產(chǎn)物能抑制乳酸桿菌的生長;1933年Witehead等人進(jìn)一步證明了這種抑制效果源于代謝產(chǎn)物中的一種多肽;1947年Matlick等人分離制備了這種多肽;因乳酸鏈球菌在分類上屬血清學(xué)N群,所以以“Nisin”冠之,由GroupNinhibitorysubstance而來 - N群抑菌物質(zhì)之意
應(yīng)用
1、在乳制品中的應(yīng)用
乳制品營養(yǎng)豐富,微生物對乳制品加工和貯藏過程中的污染一般是難以避免的。其屬于熱敏性的物料,雖經(jīng)巴氏滅菌但仍可能殘留部分細(xì)菌和耐熱芽孢,從而縮短乳制品的貨架期。如果結(jié)合Nisin的使用,可以彌補(bǔ)低溫殺菌的不足,提高乳制品質(zhì)量。在乳制品方面Nisin一般用于巴氏消毒奶、脫脂奶、無糖煉乳、高溫滅菌奶、風(fēng)味奶、罐裝牛奶點(diǎn)心、奶油制品、奶粉復(fù)原的奶制品。Nisin最早用于干酪的防腐,也是奶制品應(yīng)用中的一個(gè)主要方面。
在于酪加工的過程中,雖經(jīng)過高溫滅菌,但仍會有耐熱性的革蘭氏陽性菌孢子(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孢子的萌發(fā)及毒素的形成。有報(bào)道說,將乳鏈菌肽抗性菌和乳鏈菌肽產(chǎn)生菌混合用作干酪發(fā)酵劑,可使優(yōu)質(zhì)品率達(dá)90%以上,而用常規(guī)的方法僅有41%。由于Nisin能抑制嗜熱耐熱細(xì)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(qiáng)度,改善產(chǎn)品品質(zhì),有效地延長產(chǎn)品的貨架壽命。
Nisin還可用于防止酸奶的后酸化。將乳鏈菌肽產(chǎn)生菌乳酸乳球菌乳酸亞種與其它乳酸菌聯(lián)合應(yīng)用于酸奶中,發(fā)酵過程中乳鏈菌肽的產(chǎn)生和積累可以抑制產(chǎn)酸菌株的生長,因而控制貯存和運(yùn)輸過程中酸度的增加。乳鏈菌肽在乳制品中的有效防腐作用依賴于下列因素:1)被加工乳制品污染的菌類及程度。2)所含水分。3)pH值:有效pH值范圍為3.5-8.0。4)鹽的含量。5)添加的風(fēng)味劑種類。6)使用的包裝材料、生產(chǎn)環(huán)境的衛(wèi)生狀況和產(chǎn)品加工過程及條件(滅菌方式及滅菌溫度和時(shí)間)。7)貨架期的長短及貯藏溫度。
2、在肉制品中的應(yīng)用
傳統(tǒng)的火腿、熏肉和香腸產(chǎn)生中,普遍使用亞硝酸鹽、硝酸鹽等發(fā)色劑進(jìn)行發(fā)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)生腌制紅色和腌制風(fēng)味。當(dāng)人們食用火腿的同時(shí),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(qiáng)烈的致癌物質(zhì)一亞硝胺化合物。
Nisin可作為一種有效的替代物,減少火腿中發(fā)色劑的用量。Nisin能有效控制肉制品中微生物的生長,尤其是抑制產(chǎn)生毒素的肉毒梭狀芽孢桿菌的活性,并且Nisin本身呈酸性,能降低周圍介質(zhì)的pH值,因而能降低殘留的亞硝酸鹽的含量,減少亞硝胺的形成。
另外,在加工過程中,過分的熱處理會明顯改變?nèi)庵破返馁|(zhì)地及外觀,加入Nisin后僅需45%的熱處理即可延長其貯存期。值得注意的是,用大量的Nisin代替亞硝酸鹽的防腐作用是不經(jīng)濟(jì)的,另外由于在肉制品中Nisin溶解度低,不易分布均勻等原因,防腐效果相對不如亞硝酸鹽。Nisin還可以應(yīng)用于鮮肉、牛肉冷卻肉、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)用僅限于研究階段。
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(dǎo)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,也能起到減輕熱處理強(qiáng)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(fēng)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(fēng)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(shí)由于一些國家在食品中不準(zhǔn)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(shí)意義。
4、在啤酒中的使用
利用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,以防止乳酸菌引起的酸敗。在啤酒釀造中的應(yīng)用,在國內(nèi)已取得滿意的結(jié)果。在啤酒釀造中添加Nisin的作用。1)在擴(kuò)培啤酒酵母所用的冷麥汁中添加Nisin,可保證酒母不受革蘭氏陽性細(xì)菌的污染。將Nisin直接加入發(fā)酵醪中,可以控制發(fā)酵過程中乳桿菌、片球菌等雜菌的生長。2)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的酸洗法清除酵母菌中污染的乳酸菌。
傳統(tǒng)的酸洗法對酵母的生命力、發(fā)酵力和凝聚性都有不良的影響,用Nisin代替酸洗酵母則無此后果。3)對于生啤酒,在清酒缸中添加Nisin可延長未經(jīng)巴氏滅菌的桶裝或瓶裝啤酒的貨架期1倍-2倍。4)對于熟啤酒,在清酒缸中添加Nisin可以降低滅菌的溫度和時(shí)間,改善啤酒的口味和節(jié)省能源。因?yàn)槠【平湍傅臍鐪囟葹?2℃,巴氏滅菌溫度為63℃-65℃,添加Nisin后可以在52℃-65℃之間選擇溫度進(jìn)行殺菌,減少啤酒因殺菌帶來的“熟味”和降低蒸汽消耗量。
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)孢子菌,其最適于在25℃-60℃、pH2.5-6.0的環(huán)境下生長、繁殖。據(jù)資料報(bào)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的生長。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)孢子菌有很強(qiáng)的抑制作用。
