乳酸鏈球菌素

1、河南商業(yè)高等專科學(xué)校畢業(yè)論文題 目 乳酸鏈球菌素及在食品工業(yè)中的應(yīng)用學(xué)號09050402021班級09食品02班專業(yè)食品加工技術(shù)系別食品系作者姓名呂丹丹完成時間2011-11-05指導(dǎo)教師鄒建職稱講師乳酸鏈球菌素及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用摘要乳酸鏈球菌素，又稱乳球菌肽或乳鏈菌肽，是目前 用于食品中為數(shù)較少的生物防腐劑之一。由于乳酸鏈球 菌素對許多革蘭氏陽性菌，特別對產(chǎn)孢子的革蘭氏陽性 菌有很強(qiáng)的活性，加之它對人體安全無毒，展示了乳酸 鏈球菌素在食品工業(yè)中的前景。本文介紹了乳酸鏈球菌 素的理化性質(zhì)：分子結(jié)構(gòu)、溶解性和穩(wěn)定性、抑菌性以 及安全性。本文還介紹了乳酸鏈球菌素在酒精飲料、肉 制品、乳制品、等

2、食品中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：乳酸鏈球菌素；天然防腐劑；應(yīng)用世界上每年約有 20%以上的糧食及食品因腐敗變質(zhì)而造成巨 大浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失，變質(zhì)食品還會危及人的身體健康，因食品變 質(zhì)導(dǎo)致食物中毒的事件時有發(fā)生，所以，在食品工業(yè)中，防腐劑 是一個重要的添加劑。食品防腐劑按來源不同可分為三類：天然 防腐劑、化學(xué)合成防腐劑、生物防腐劑。由于化學(xué)防腐劑一般在 較低的 pH 介質(zhì)中以分子狀態(tài)存在，并有一定的副作用，在允許的 使用量下，對食品風(fēng)味仍有一定的影響，所以難以滿足現(xiàn)代食品 加工的需要。20 世紀(jì) 50 年代以后，生物防腐劑的出現(xiàn)，以高效 低毒、天然的特征彌補(bǔ)了化學(xué)合成防腐劑的不足，具有廣闊的發(fā) 展前景。乳酸

3、鏈球菌素，又稱乳球菌肽或乳鏈菌肽，英文名為 Nisin。 是目前用于食品中為數(shù)較少的生物防腐劑之一。乳酸鏈球菌素是 Rogers于1982年首次發(fā)現(xiàn)的。1914年，Mattick和Hirsch證明 該物質(zhì)可抑制許多革蘭氏陽性菌，并將這種活性物質(zhì)稱為 Nisin。 1969 年， FAO/WHO 聯(lián)合食品添加劑專家委員會確認(rèn)乳酸鏈球菌素 可作為食品防腐劑。由于乳酸鏈球菌素對許多革蘭氏陽性菌，特 別對產(chǎn)孢子的革蘭氏陽性菌有很強(qiáng)的活性，加之它對人體安全無 毒 ， 展 示 了 乳 酸 鏈 球 菌 素 在 食 品 工 業(yè) 中 的 前 景 。一、理化性質(zhì)分子結(jié)構(gòu)乳酸鏈球菌素的分子由 34 個氨基酸殘基組成

4、，分子式為 C143H228N42037S7，分子量為3510道爾頓。Nisin分子結(jié)構(gòu)中包 含5種稀有氨基酸，分別為氨基丁酸(ABA)、脫氫丙氫酸(DHA),R 一甲基脫氫丙氨酸(DHB)、羊毛硫氨酸(ALA-S-ALA)和已一甲基羊 毛硫氨酸(ALA-S-ABA),它們通過硫醚鍵形成五個內(nèi)環(huán)，其活性體 為二聚體或四聚體，分子量分別為 7000 和 14000121。到目前為 止，已發(fā)現(xiàn)Nisin分子的類型有A,B,C,D,E和Z，其中以Nisin A 和Z兩種類型的研究較多。NisinA與NisinZ的差異僅在于第27 位氨基酸的種類不同。前者為組氨酸(His)，后者為天冬酸胺 (Asn)

5、，其抗菌特性幾乎無差別溶解性和穩(wěn)定性Nisin 作為一種白色或略帶黃色的結(jié)晶性粉末，其溶解度 隨pH值的不同而異，易溶于酸性溶劑，在0.02mol/L的鹽酸中具 有最大溶解度為118.伽g/L;隨著堿性增強(qiáng)，生物活性也減弱7。 當(dāng)pH為2.5時溶解度為12%;pH為5.0時降低到4%;中性和堿性 條件下幾乎不溶解Nisin 熱穩(wěn)定性高，常受到不同加工溫度、 pH, 蛋白質(zhì)的保護(hù)作 用、本身的純度等因素的影響。 Nisin 在酸性條件下呈現(xiàn)最大的 穩(wěn)定性，隨著 pH 的升高其穩(wěn)定性大大降低。在 pH2.0 或更低時， 經(jīng)115.6C滅菌不失活，但在pH5.0滅菌時40%失活，pH6, 8時 90

6、%失活s1在pH6.5，850C經(jīng)15min加熱，其活性損失15%;在 pH3的鹽酸中經(jīng)121C加熱15min，仍能保持100%的活性。據(jù)研究, Nisin 的(三 )抑菌性Nisin主要抑制大部分G+菌，特別是細(xì)菌的芽抱oNisin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的芽孢。例如能有效抑制肉毒梭狀芽 孢桿菌、金黃色葡萄球菌、溶血性鏈球菌、枯草芽孢桿菌、嗜熱 脂肪芽孢桿菌等引起的食品腐敗。早期的研究認(rèn)為, Nisin 一般 對霉菌、酵母菌和G-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和EDTA處理），一些G-菌

7、（如沙門 氏菌、大腸桿菌、假單胞菌等）對Nisin敏感。Nisin對G+菌營 養(yǎng)細(xì)胞和芽孢有不同的抗菌機(jī)理。 Nisin 對營養(yǎng)細(xì)胞的抗菌機(jī)理 有不同的看法。一種觀點(diǎn)認(rèn)為,Nisin吸取于細(xì)胞膜上，可以抑制 細(xì)胞壁中肽聚糖的生物合成，使細(xì)胞膜和磷脂化合物的合成受阻， 導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)外泄，引起細(xì)胞裂解。另一觀點(diǎn)認(rèn)為Nisin的抗菌 機(jī)理與DHA和DHB密切相，因為Nisin中的DHA和DHB能夠與敏感 菌株細(xì)胞膜中某些酶的巰基發(fā)生作用，釋放細(xì)胞質(zhì)， 造成敏感細(xì)胞 裂解。Nisin對芽抱的作用是在其萌發(fā)前期及膨脹期破壞其膜，以 抑制其發(fā)芽過程。（四）安全性Nisin對蛋白酶特別敏感，在消化道中很快

8、被a_胰凝乳蛋 白酶分解。它對人體基本無毒性， 也不與醫(yī)用抗生素產(chǎn)生交叉抗藥 性，能在腸道中無害的降解。對Nisin的毒性、致癌性、存活性、 再生性、血液化學(xué)、腎功能、應(yīng)激反應(yīng)以及動物器官病毒學(xué)等生 物學(xué)研究證明，Nisin是安全的。1994年,FAO/WHO規(guī)定其ADI為 33000IU/ kg，LD50 為 7 g/kgo二、乳酸鏈球菌素在食品中的應(yīng)用（一）在酒精飲料中的應(yīng)用腐敗乳酸菌對 Nisin 敏感 ， 但酵母幾乎不受其影響 ， 因此 Nisin 可與酵母一起在生產(chǎn)啤酒、果酒、烈性乙醇等酒精飲料時 加入 ， 用于抑制革蘭氏陽性菌。啤酒在生產(chǎn)中易受乳酸桿菌和啤酒片球菌的侵襲，發(fā)生渾濁、

9、 酸變、發(fā)黏等現(xiàn)象。 Ogden 等以不加 Nisin 的啤酒為對照，探 討 Nisin 的保鮮作用，結(jié)果表明， 加入 10IUmLNisin 的啤 酒存放期延長了 1倍。在啤酒工業(yè)中，Nisin能使啤酒花對嗜熱 性細(xì)菌的殺菌作用增強(qiáng)，在發(fā)酵過程中，剩余的 Nisin 仍能抑制 細(xì)菌繁殖， 而對啤酒酵母的發(fā)酵特性無任何不良影響。Radler曾把Nisin應(yīng)用于白酒制造中，試驗表明，Nisin能 有效阻止長膜狀明串球菌、 啤酒片球菌和乳酸桿菌的生長，防止 了雜菌侵襲。劉月琴等從試驗中得出結(jié)論:Nisin可有效抑制啤 酒制造過程中革蘭氏陽性腐敗菌的生長。對厭氧菌污染比較嚴(yán)重 的啤酒廠，添加 Nis

10、in 可保證啤酒質(zhì)量和風(fēng)味的一致性。（二）在肉制品中的應(yīng)用我們知道傳統(tǒng)的肉質(zhì)品（火腿、香腸等）中普遍使用亞硝酸 鈉、硝酸鈉等發(fā)色劑來產(chǎn)生典型的腌制紅色和腌制風(fēng)味 ,并抑制 肉毒梭狀芽孢桿菌的生長 ,但這些添加劑同時對人體具有潛在的 致癌危險，既產(chǎn)生了一種強(qiáng)烈的致癌物質(zhì)亞硝胺化合物。1980 年，美國政府禁止在加工肉食品中使用硝酸鹽， 這無疑是對肉品 加工業(yè)的致命打擊，很多的學(xué)者也試圖嘗試開發(fā)新的物質(zhì)來替代 硝酸鹽。Rayman等1981年提出Nisin可作為一種有效的替代物, 減少火腿中發(fā)色劑的用量。實(shí)驗表明火腿中硝酸鹽含量由原來的 0.015 %降到 0.004 %,產(chǎn)品品質(zhì)仍保持良好 。袁

11、秋萍認(rèn)為從生產(chǎn) 成本和防腐效果考慮 Nisin 在香腸中的適宜添加量為 0.3g/ kg 。但是用大量的 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。（三）在乳制品中的應(yīng)用Nisin 已成功應(yīng)用于硬質(zhì)干酪、巴氏滅菌干酪、巴氏滅菌奶、 罐裝濃縮牛奶、高溫滅菌牛奶、高溫處理風(fēng)味奶、乳制甜點(diǎn)等制 品中。在干酪加工過程中，Nisin是最有效的保護(hù)劑。乳酪中 的微生物為丁酸梭菌、酪丁酸梭菌和生抱梭菌。干酪原料經(jīng)80 100 C巴氏消毒后，梭菌芽抱仍能存活。TaylorS等研究表明， 在經(jīng)巴氏處理的干酪中加

12、入 5001000IUmLNisin 后，能阻 止梭菌生長和毒素形成，同時還能降低食鹽和磷酸鹽用量。Vanini和Moro （1967）的實(shí)踐證明，在巴氏菌奶中添加低 濃度的 Nisin 可減少細(xì)菌數(shù)。 Argentinian 認(rèn)為質(zhì)量分?jǐn)?shù) 30 50 mgL 的 Nisin 可以使巴氏消毒奶的貨架期延長 2 倍。 郭 清泉等通過試驗證明， 添加 40 IU mL Nisin 至酸奶中， 可 使酸奶的后酸化延長3d,且菌數(shù)保持在107以上，感官質(zhì)量優(yōu) 異。（四）在酸性罐頭食品中的應(yīng)用在酸性條件下， Nisin 的穩(wěn)定性、溶解度、活性均提高，因 此可作為高酸性食品（pHV4. 5）防腐劑。在低酸

13、或非酸性罐頭 食品中添加Nisin，能起到減輕熱處理強(qiáng)度的作用。錢平等采用 沸水殺菌和添加 Nisin 相結(jié)合的方式，對蔬菜罐頭進(jìn)行殺菌，結(jié) 果表明，處理后的罐頭感官特性大為改善。張小東等通過試驗證 明， Nisin 可作為一種天然食品防腐劑應(yīng)用于瓶裝醬菜，能夠降 低醬菜中食鹽用量，效果優(yōu)于化學(xué)防腐劑苯甲酸鈉和山梨酸鉀。 Nisin 能有效地抑制乳酸菌再發(fā)酵和葡萄球菌、芽孢菌的生長繁 殖，且自身安全可靠。據(jù)國外文獻(xiàn)報道，Nisin的LD50值與食鹽 相當(dāng)，是新一代的食用防腐劑。由于某些國家禁止在食品中使用 苯甲酸鈉，所以 Nisin 的瓶裝醬菜衛(wèi)生質(zhì)量符合國家標(biāo)準(zhǔn)，且對 產(chǎn)品風(fēng)味無影響。（五）

14、在焙烤食品中的應(yīng)用 焙烤食品大多數(shù)以高濕面粉為原料，經(jīng)發(fā)酵、焙烤、冷卻、 包裝而成。如面包、蛋糕、烤餅等。焙烤食品腐敗的原因，多數(shù) 是因產(chǎn)氣菌和霉菌的繁殖而引起的。采用真空或氣調(diào)包裝，降低 貯存溫度，添加山梨酸鹽等方法，可以延長制品的保質(zhì)期。但是， 有耐熱細(xì)菌如蠟狀芽孢桿菌等引起的腐敗常被忽視。事實(shí)上，這 種污染菌在焙烤食品中生長而引起食物中毒的事故屢見不鮮。若 在焙烤食品加工過程中添加乳酸鏈球菌素（Nisin）,可以防止這 類事故的發(fā)生。（六）在植物蛋白食品中的應(yīng)用盒裝內(nèi)酯豆腐，在炎熱的夏季，保質(zhì)期不到12h。超過12h, 產(chǎn)品就會脫水、變酸、變質(zhì)。添加Nisin，保質(zhì)期可以延長到24h。

15、1d 的保質(zhì)期，安全可以滿足這種即食產(chǎn)品在市場上流通的需要。 如對保質(zhì)期還有更高的要求，根據(jù)北京農(nóng)大王紹林老師的研究， 添加Nisin再配合微波殺菌,在室溫18C下，保質(zhì)期可以達(dá)到3d。（七）在大豆以及大豆制品中的應(yīng)用豆奶和豆腐是主要的大豆食品。豆奶是大豆加水浸泡磨漿去 腥后的一種液體食品，含水量很高，非常容易腐敗變質(zhì)，造成經(jīng) 濟(jì)損失。在豆奶保鮮中，可將豆奶的保鮮期由4天延長到 10天。添加 300IU/g的處理組儲存10天其菌落比對照組低3.5個對數(shù)。在豆 腐保鮮中，添加Nisin可在一定程度上延長保鮮期，但效果不夠 理想。 孔寶華等提出，在豆腐和豆奶的儲存過程中， pH 值均成 下降趨勢，說明引起豆腐和豆奶腐敗的細(xì)菌主要是乳酸菌。三、總結(jié)天然食品防腐劑取代化學(xué)合成防腐劑是一種必然的趨勢，乳 酸鏈球菌素的開發(fā)和利用將對促進(jìn)我國綠色食品的發(fā)展和保障人 民身體健康具有重要的意義。隨著食品行業(yè)的加大，乳酸鏈球菌 素的發(fā)展前景將更為廣闊。參考文獻(xiàn)萬素英，李琳，王慧君食品防腐與食品