天然生物性食品防腐劑抗菌劑

乳酸鏈球菌素是一種世界公認(rèn)的、安全的天然生物性食品防腐劑和抗菌劑，主要用于乳和乳制品、肉和肉制品的防腐保鮮。乳酸鏈球菌素的發(fā)現(xiàn)要追溯到上世紀(jì)20年代，1928年，LA.Rogers等美國研究人員首先報(bào)道了乳酸鏈球菌代謝產(chǎn)物能抑制其他乳酸菌的生長。1947年，A.T.R.Mattick等人發(fā)現(xiàn)血清學(xué)N群中的一些乳酸鏈球菌能產(chǎn)生蛋白類抑菌物質(zhì)，并從乳酸鏈球菌發(fā)酵液中制備出了這種多肽物質(zhì)，由于是N群中的乳酸菌所產(chǎn)生的抑菌物質(zhì)，故命名為N-inhibitory Substance，即N群抑菌物質(zhì)，簡稱為Nisin。

Nisin是乳酸鏈球菌的一種天然產(chǎn)物，對遠(yuǎn)超過食品應(yīng)用量的乳酸鏈球菌素的毒性研究表明，它是無毒的。由于其對蛋白水解酶(α-胰蛋白酶)特別敏感，因此食用后在消化道內(nèi)即可很快被蛋白水解酶水解成氨基酸。1953年，乳酸鏈球菌素的第一批商業(yè)產(chǎn)品Nisaplin在英國面市;1969年，F(xiàn)AO/WHO食品添加劑聯(lián)合專家委員會批準(zhǔn)乳酸鏈球菌素可作為一種食品添加劑;1988年，美國食品和藥物管理局(FDA)也正式批準(zhǔn)將乳酸鏈球菌素應(yīng)用于食品中;1990年，我國衛(wèi)生部食品監(jiān)督部門簽發(fā)了乳酸鏈球菌素在中國的使用合格證明書。目前已有50多個(gè)國家批注允許使用乳酸鏈球菌素。

乳酸鏈球菌素的抑菌范圍

乳酸鏈球菌素能夠有效抑制或殺死引起食品腐敗變質(zhì)的革蘭氏陽性菌，濃度為100ppm時(shí)就可以殺死大多數(shù)的革蘭氏陽性菌，能抑制葡萄球菌屬、鏈球菌屬、乳桿菌屬及微球菌屬的某些菌種;對大部分的梭菌屬和芽孢桿菌屬及其芽孢也有明顯的抑制作用。Hitchins，A.D等研究表明，桿菌屬中的嗜熱脂肪芽孢桿菌的芽孢對Nisin為敏感，極少量的Nisin即能夠殺死其芽孢，Nisin對芽孢的作用是在孢子膨脹起始階段抑制其萌發(fā)，而不是殺死。

由于Nisin抗菌譜窄，僅能殺死或抑制革蘭氏陽性菌，而對于革蘭氏陰性菌、霉菌和酵母菌則無明顯作用，故使其應(yīng)用受到限制，將Nisin與其他防腐劑配合使用可以彌補(bǔ)這一缺點(diǎn)，進(jìn)而發(fā)揮廣譜抑菌作用。有研究表明，Nisin與其他防腐劑聯(lián)合使用能增強(qiáng)自身的抑菌作用，可獲得較寬的抑菌譜。Nisin和乳酸合用能抑制肉中的沙門氏菌和金黃色葡萄球菌。Nisin與螯合劑(如EDTA)聯(lián)合使用，對沙門氏菌具有一定的抑制作用，并能夠有效減少其他G-菌的數(shù)量。此外，Nisin與磷酸鹽、檸檬酸鹽合用也能提高其對G-菌的抑制效果。

乳酸鏈球菌素的抑菌機(jī)理

研究表明，Nisin是一個(gè)疏水、帶正電荷的小肽，它能夠吸附在革蘭氏陽性敏感菌的細(xì)胞膜上，與細(xì)胞壁中帶負(fù)電荷的物質(zhì)(如磷壁酸、糖醛酸、酸性多糖或磷脂)作用，能夠通過C末端的作用侵入到細(xì)胞膜中形成通透孔洞，抑制革蘭氏陽性菌細(xì)胞壁的合成，改變細(xì)胞膜的通透性，引起細(xì)胞中的小分子物質(zhì)流出，同時(shí)，細(xì)胞外水分子流入，后導(dǎo)致細(xì)胞自溶死亡。

Nisin對許多G+菌有抗菌活性，但對G-菌、酵母菌和霉菌沒有作用。對比G+細(xì)菌和G-細(xì)菌的細(xì)胞壁，可以發(fā)現(xiàn)G+菌的肽聚糖層明顯比G-菌厚得多，而G-菌的細(xì)胞壁組成比較復(fù)雜，主要包括蛋白質(zhì)、磷脂和脂多糖等，十分致密，僅能允許分子量在600Da以下的小分子通過，而Nisin分子量約為3510Da，所以無法通過致密的細(xì)胞壁，因此，Nisin就不能到達(dá)細(xì)胞膜進(jìn)而發(fā)揮殺菌作用。為了進(jìn)一步證實(shí)這一說法，Steven及Kordel等研究報(bào)道，經(jīng)過處理改變G-菌的外壁的透過性質(zhì)之后，G-菌也對Nisin變得敏感，也可以被抑制或殺死。這就有力證明了G-菌對Nisin不敏感是因?yàn)榧?xì)胞壁太厚，Nisin分子進(jìn)不去。在Nisin殺菌過程中，其分子中所含的稀有氨基酸對Nisin的作用方式很大，對這一問題的研究進(jìn)行得相當(dāng)活躍，主要是通過蛋白質(zhì)工程的手段，定向改變Nisin分子中一個(gè)或一段氨基酸的組成，以對其功能進(jìn)行研究。對這一領(lǐng)域的研究將使人們進(jìn)一步了解Nisin的作用機(jī)制，以便擴(kuò)大應(yīng)用范圍或增強(qiáng)作用效果。

乳酸鏈球菌素的安全性

乳酸鏈球菌素是一種天然的多肽物質(zhì)，食用后可被人體內(nèi)的蛋白酶(如胰蛋白酶、胰酶、唾液酶等)消化分解成氨基酸，無微生物毒性或致病作用，因此其安全性較高。

1956年，英國食品防腐劑委員會證實(shí)了在牛奶和干酪中自然存在有不同數(shù)量的乳酸鏈球菌素;1962年日本的Hara等證實(shí)乳酸鏈球菌素對小白鼠的半致死量LD50約為7g/kg bw，與普通鹽的LD50值相近;英國和前蘇聯(lián)的商業(yè)部門對其生產(chǎn)的乳酸鏈球菌素進(jìn)行了廣泛的毒性和生物學(xué)研究，包括致癌性、存活性、再生性、血液化學(xué)、腎功能、腦功能、應(yīng)激反應(yīng)及動(dòng)物器官病理學(xué)等諸多方面研究證明，Nisin是安全的。通過毒理學(xué)試驗(yàn)證明，乳酸鏈球菌素小鼠經(jīng)口急性毒性：雌性小鼠LD50為6.81g/kg bw，雄性小鼠LD50為9.26g/kg bw，屬于實(shí)際無毒性。乳酸鏈球菌素大鼠經(jīng)口急性毒性：雌性大鼠LD50為6.81g/kg bw，雄性大鼠LD50為14.70g/kg bw，屬于實(shí)際無毒性。結(jié)果表明：乳酸鏈球菌素是安全的。美國聯(lián)邦法規(guī)規(guī)定已將乳酸鏈球菌素列為“一般公認(rèn)為安全的(GRAS)”范圍。1992年3月，我國衛(wèi)生部在批準(zhǔn)實(shí)施的文件中就明確指出：“可以科學(xué)地認(rèn)為乳酸鏈球菌素作為食品保藏劑是安全的”。目前全世界已有近50個(gè)國家制定了法律規(guī)定乳酸鏈球菌素作為食品防腐劑的使用范圍和極限使用量，而英國、法國、澳大利亞等20多個(gè)國家則沒有限量使用的規(guī)定。