[精品]淺談生物防腐劑(賈延勇)

1、生物防腐劑及其應(yīng)用研究進(jìn)展作者：賈延勇（b0730057）摘要：隨著食品工業(yè)的發(fā)展，利用安全高效生物防腐劑替代化學(xué)防腐劑， 在食品加工中采用廣譜、高效、低毒乃至無毒、純大然的食品防腐劑、保鮮 劑，已成為一種趨勢。本文主要介紹了幾種生物防腐劑的殺菌特性以及在食 品中的應(yīng)用。關(guān)鍵字：生物防腐劑殺菌特性應(yīng)用abstract:key words:防腐劑是食品工業(yè)中不可缺少的一種添加劑，為了抑制食品的腐化變質(zhì) 最直接的方法就是在食詁加工過程屮添加適量的防腐劑，然而隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì) 的發(fā)展和人們生活水平的提高，人們對食品的安全性要求越來越高，尋求廣 譜、高效、低毒、天然的食甜保鮮劑是目前食品科學(xué)研究中的熱點(diǎn)z

2、-o隨著食品工業(yè)的發(fā)展，利用安全高效生物防腐劑替代化學(xué)防腐劑，在食 品加工中采用廣譜、高效、低毒乃至無毒、純天然的食品防腐劑、保鮮劑， 已成為一種趨勢。由于微生物除了種類多、數(shù)量大、分布廣外，述有生長繁 殖快、容易培養(yǎng)、生理代謝類型和代謝產(chǎn)物多樣性、生產(chǎn)周期短和產(chǎn)量高、發(fā) 酵產(chǎn)品成本低等許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)1,因此通過微生物制造天然防腐劑是一個(gè)極 具開發(fā)潛力的領(lǐng)域。利用微生物z間的寄生、頡顧作用，是生物防治的理論基礎(chǔ), 它比化學(xué)藥劑處理更安全、有效。1防腐劑的主要特點(diǎn)這種防腐劑的主要特點(diǎn)是一般化學(xué)防腐劑所無法比擬的，其特點(diǎn)：生物 殺菌素本身對人體完全無害;在消化道內(nèi)降解為食物的正常成分；對食品進(jìn) 行

3、熱處理時(shí)，分解為無害成分；不影響消化道菌群；不影響藥用抗菌素的 使用。2生物防腐劑及其特性2. 1細(xì)菌素細(xì)菌素（bacteriocin）即由細(xì)菌產(chǎn)生的抑菌物質(zhì)，它是一種多肽或多肽與 糖和脂的復(fù)合物。一類是小菌素，主要由腸桿菌科的細(xì)菌產(chǎn)生，分子量通常低于 5kda,熱穩(wěn)定性好，對鏈霉蛋白酶和枯草溶菌索冇抗性。所冇的小菌索都需特定 的細(xì)胞表面受體才能進(jìn)入細(xì)胞。另一類是g+菌的細(xì)菌素乳酸菌素和非乳酸 菌素。非乳酸菌素已在乳桿菌科的酶乳桿菌、瑞士乳桿菌等細(xì)菌屮被分離出來， 它們是不含羊毛硫氨酸、疏水的熱穩(wěn)定性肽，分子量為37-63 kda2 0而細(xì)菌素 屮作為防腐劑應(yīng)用較廣泛的是乳酸鏈球菌素（nisi

4、n）。cross和morell早在1970年已|'咐明nisin分子的一級結(jié)構(gòu)由34個(gè)氨基酸組成， 分子式是cl43h228n42037s7,平均分子量315da,其活性體為二聚體或四聚體，分子量 分別為7000和14000。nisin含冇4種異常氨基酸，分別是脫氫丙氨酸（dha）、脫 氫丁氨酸（iibd）、羊毛硫氨酸（ala-s-ala）和b -甲基羊毛硫氨酸（ala-s-aba）, 它們通過硫醯鍵形成5個(gè)環(huán)。到目前為止，已發(fā)現(xiàn)nisin的種類包括a、b、c、 d、e和z,對nisina和nisinz研究較多，其區(qū)別在于nisina的第27位氨基酸為組 氨酸，而nisinz的第27位

5、氨基酸為天冬氨酸，其抗菌特性幾乎無差別。nisin的抑菌性：nisin能抑制大部分g+菌的生長，包括產(chǎn)芽抱桿菌（如肉毒 芽砲桿菌），耐熱腐敗菌（如嗜熱脂肪芽抱桿菌）等，而對酵母菌和霉菌無效。 但在一定的條件下，如冷凍、加熱、降低ph值和經(jīng)edta及其它表而活性劑處理， 對部分g-菌也有致死作用。nisin對g+菌營養(yǎng)細(xì)胞的作用是在細(xì)胞膜上構(gòu)建依靠 膜電位、短期存在的通道，使膜電位喪失，能量產(chǎn)生停止和細(xì)胞質(zhì)屮必需小分子 組分流失，最后細(xì)胞解體；而對芽孑包的作用是使其萌發(fā)詢期及芽孑包的膨脹期破壞 其膜，以抑制其發(fā)芽過程。安全性：nisin是乳制品屮所含天然產(chǎn)物，若干年來，隨著食品被人們攝入, 并沒

6、發(fā)現(xiàn)毒性問題。研究表明，nisin對蛋白水解酶（如胰蛋口酶等）特別敏感, 因此食用后在消化道11 即可很快被蛋白水解酶水解成氨基酸。人在攝入3. r （后, 在唾液中就檢測不到nisin的活性，故不會(huì)在體內(nèi)殘留，也不會(huì)改變腸道正常菌 群，是一種安全的防腐劑。2. 2 納他霉素（natamycin）natamycin的性質(zhì)乂名游霉素、匹馬菌素、匹馬利星。是由streptomyces natalensis和streptomyces chatanoogensis等鏈霉菌發(fā)酵經(jīng)牛物技術(shù)精煉而 成的新型生物防腐劑。納他霉索是一種多烯姪大環(huán)內(nèi)酯類抗真菌劑，分子式 c33h47no分子量為665. 73o

7、natamycin是一種乳白色粉末，熔點(diǎn)280 °c （分 解）。不溶丁水，微溶丁卬醇，溶于稀鹽酸、稀堿液、冰乙酸及二甲基甲酰胺，ph 值低于3或高于9時(shí)，其溶解度可有所提高。對空氣中的氧、紫外線極為敏感, 所以在使用或存放吋應(yīng)注意避光與密封。抑菌特性：natamycin能有效抑制和殺死霉菌、酵母、絲狀真菌。其作用機(jī) 理是麥角同醇與真菌的細(xì)胞壁和細(xì)胞膜的反應(yīng)，導(dǎo)致細(xì)胞破裂。對于細(xì)胞中不存 在類似固醇化合物的微生物，natamycin對其無效，如細(xì)菌和病毒。因此 可以 把natamycin直接添加到酸奶等發(fā)酵制站屮，抑制霉菌和酵母菌，而不殺死有 益的細(xì)菌，其他防腐劑尚不具備這一功能。真

8、菌對natamycin極為敏感，使 用微量即可作用。若將natamycin與山梨酸鉀的最小抑制濃度值(mic)相比較 可以看出，山梨酸傭抑制和殺死霉菌和酵母菌的功效比natamycin低100-200 倍，也就是說20mg/kg的natamycin相當(dāng)于1000-2000mg/kg的山梨酸鉀。與常 用的山梨酸鉀等防腐劑相tl, natamycin在ph值為3kn吋具有活性，其適用ph 值的范圍更寬舊。安全性該抗菌素是一種很強(qiáng)的抗真菌試劑，由于它能夠?qū)Ｐ缘囊种平湍妇?和霉菌，阻止絲狀真菌屮黃曲霉毒素的形成。與其它抗菌成分相比，納他霉素對 哺乳動(dòng)物細(xì)胞的毒性極低，可以廣泛應(yīng)用于由真菌引起的疾病。除

9、此之外，由于 納他霉素的溶解度低，可用其對食詁表面進(jìn)行處理以增加食詁的保質(zhì)期，卻不 影響食品的風(fēng)味和口感2.3聚賴氨酸賴氨酸是賴氨酸的a位的撥基和£位氨基結(jié)合的聚合物，聚合度2530 ,數(shù) 平均分子量(mn) 4 , 090 ;重量平均分子量(mw) 4 , 700 ;分子量分布(mw/mn) :1. m ;融點(diǎn):172. 8 °c;轉(zhuǎn)晶點(diǎn)88 °c。聚賴氨酸的分子結(jié)構(gòu)圖如下所示：h-p hn (chch co j- ohinhzj> n聚賴氨酸有其特有的苦味,在食品中的最大添加濃度為400ppm ,毒性學(xué)無影響濃 度為 looooppmo聚賴氨酸具有廣譜抑

10、菌性，對于酵母屬的尖銳假絲酵母菌、法紅酵母菌、產(chǎn) 膜畢氏酵母、玫瑰擲泡酵母;革蘭氏陽性菌小的耐熱脂肪芽泡桿菌、凝結(jié)芽泡桿 菌、枯草芽砲桿菌;革蘭氏陰性菌中的產(chǎn)氣節(jié)桿菌、大腸桿菌等引起食物中毒與 腐敗的菌有強(qiáng)烈的抑制作用，其最小抑制濃度小于或等于50ug/ml o尤其聚賴氨 酸在50ug/ ml的濃度水平下對大腸桿菌抑制實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其明顯彩響大腸桿菌的 蛋白質(zhì)合成，并口使大腸桿菌的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)異常從以擴(kuò)大應(yīng)用范圍。不同濃度£ 2聚賴氨酸最低抑菌濃度試驗(yàn)結(jié)果"供試斛apl的濃度/msl“< 1256 2512.525501002004008001 600大kffw 金黃色

11、誌球繭 枯草芽抱桿菌 保加利亞?l桿蘭 黃曲帝+ + -+ + * * * * * + + + + + + + + + + + +. + + + + + + + + + + + + . 注:表示館體不生長,+表示有覇朋有生長：+"”+ + +”"+ + + +分別表示歯體生長俏況.安全性：£-聚賴氨酸已于2003年10月被fda批準(zhǔn)為安全食品保鮮劑，被 廣泛用于食品保鮮。它對人體無毒無害，在腸道內(nèi)可自動(dòng)解聚為有一定營養(yǎng)作用 的氨基酸。£ -聚賴氨酸具有廣譜抑菌性。能夠抑制各種細(xì)菌、真菌及耐熱芽砲 桿菌，安全性高。£-聚賴氨酸在屮性和微酸性環(huán)境屮

12、有較強(qiáng)的抑菌性，而在酸 性和堿性條件下抑菌效果不明顯。2.4其他生物防腐劑2. 4.1溶菌酶由球砲鏈霉菌產(chǎn)生的溶菌酶(lysozyme)在食品中應(yīng)用較多。它是一種比較 穩(wěn)定的堿性蛋白質(zhì)，分子量為14300,作用的最適溫度為4550。co在ph值為3時(shí) 能耐100。c40min加熱;在ph值為7時(shí)經(jīng)100。clomin就會(huì)失活。溶菌酶是一種專 門作用于微牛物細(xì)胞壁的水解酶，其作用機(jī)制是破壞細(xì)菌、酵母菌和霉菌的細(xì)胞 壁，使細(xì)胞壁中的糖昔鍵、肽鍵等斷裂，最后導(dǎo)致細(xì)胞死亡，故溶菌酶主要對; 菌、枯草桿菌等有較強(qiáng)的溶菌作用。2 4 2曲酸曲酸是由米曲霉、黃曲霉、口色曲霉等多種霉菌在生長過程中經(jīng)糖代謝產(chǎn)生

13、 的一種弱酸性化合物。曲酸具有抗菌作用、抗氧化作用、護(hù)色作用以及安全無毒 性的優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于肉制品的護(hù)色、防止熏制品致癌物的形成以及生肉制品 殺菌防腐等。曲酸作為食品防腐劑具備了對酪氨酸酶的抑制能力以及對多種金屬 離子的螯合作用|門。2.4.3泰樂菌素泰樂菌素(tylosin)是由鏈霉菌產(chǎn)生的一種大環(huán)內(nèi)酯化合物，抑菌作用與nisin 類似。其作用機(jī)制是抑制細(xì)菌的蛋白質(zhì)合成，它結(jié)合于核糖體50s亞基上，抑制 氨酰tra-的氨酰末端的結(jié)合，以及抑制nirna-氨酰-trna-核糖的復(fù)合物的形成 3生物防腐劑的應(yīng)用3. 1 nisin的應(yīng)用乳酸鏈球菌肽(nisin)是經(jīng)乳酸鏈球菌發(fā)酵產(chǎn)牛的一種由

14、34個(gè)氨基酸殘基組成的 小肽,對許多革蘭氏陽性菌具有抗菌活性，尤其是對梭菌和芽砲桿菌等主要食品 腐敗菌的抗菌活性，使其在食品防腐中具有重要價(jià)值。又因其無毒、用量少，使用 方便防腐效果好，價(jià)格低廉等特點(diǎn)，在奶制品、干酪制品、罐頭食品、肉制品、飲 料等食晶產(chǎn)晶的防腐保鮮中普遍應(yīng)用。例如在巴氏滅菌精制乳酪糊狀食品時(shí)添加 的乳酸鏈球菌素可以有效地抑制a、b型肉毒桿菌菌株的牛長及毒索的產(chǎn)牛。在 熏肉、火腿、香腸等肉制品的加工過程中添加一定劑量的nisin不僅可以控制細(xì) 菌的生長，保持良好的風(fēng)味及色澤，還可減少產(chǎn)生危害健康的亞硝胺 3.2納他霉素的應(yīng)用納他霉素是納他爾鏈霉菌產(chǎn)生的一種具有活性的環(huán)狀四烯化合

15、物，它能有效 抑制和殺死酵母、霉菌及其它絲狀真菌。作用機(jī)理在于麥角固醇與真菌的細(xì)胞壁 和細(xì)胞膜的反應(yīng)導(dǎo)致細(xì)胞破裂。對于細(xì)胞中不存在類似固醇化合物的微生物，那 他霉素對英無效，如細(xì)菌和病毒。因此可將那他霉素直接加入到酸奶等發(fā)酵制品 中，抑制霉菌和酵母菌，卻不殺死有益細(xì)菌。酸奶中添加那他霉素可以高效、低成 木地抑制真菌，延長其貨架期，保證加工產(chǎn)詁的質(zhì)量。果蔬汁屮添加那他霉素可以 冇效防止因真菌而引起的變質(zhì)。在肉類保鮮方面可采用浸泡或噴涂肉類食品來達(dá) 到防止霉菌生長的目的。那他霉素在罐裝食品、啤酒釀造、方便食品、焙烤食品 等許多領(lǐng)域也具冇良好的應(yīng)用前景冋。3. 3聚賴氨酸的應(yīng)用聚賴氨酸由于其抗菌性和

16、安全性已應(yīng)用于肉類工業(yè)o孫涪陵等"門從脹 袋火腿腸中分離純化得到唯一的一株厭氧菌，經(jīng)形態(tài)觀察、生化試驗(yàn)鑒定為產(chǎn)氣 莢膜梭菌。生物防腐劑的抑菌研究表明：在加熱滅菌后，聚賴氨酸對產(chǎn)氣莢膜梭 菌具冇很好的抑菌作用，最小抑菌濃度(m 1c)為01025%; ph值4, 95 °c處理 30min, nisin仍然具有很好的抑菌作用,m ic為01020%,迷迭香酸和乳酸鈉不 能完全抑制該菌生長；不經(jīng)加熱處理的溶菌酶具有很好的抑菌作用，但加熱后 酶活力大大降低，不能用于火腿腸的防腐。3. 4其它弓外一些其它微生物來源的防腐劑也冇報(bào)道。鏈霉菌產(chǎn)生的幾丁質(zhì)酶對真菌 具有一定的抑制作用;球

17、抱鏈霉菌產(chǎn)牛的溶菌酶可特升性地溶解金黃色葡萄球菌 和其它食詁污染菌，抑菌譜比卵白溶菌酶更廣。由鏈霉菌產(chǎn)牛的泰樂菌素對革蘭 氏陽性菌具有廣譜的抑制作用,對一些孑包子也有殺滅作用。此外，一些食用菌的子 實(shí)體、菌絲體和發(fā)酵液也對食品腐敗菌有抑制作用4前景隨著人們生活水平的提高和保健意識(shí)的增強(qiáng),天然、綠色安全的生物防腐劑 將逐漸取代傳統(tǒng)的化學(xué)防腐劑。在上述的幾種天然防腐劑中，微生物來源的生物 防腐劑最有發(fā)展前途。利用現(xiàn)在的生物化學(xué)工程技術(shù)，可以利用微生物繁殖快， 生產(chǎn)成本低的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行工業(yè)化大生產(chǎn)。還可以通過基因重組方式獲得高產(chǎn)菌株來 獲得抗菌效果更好的天然防腐劑。在使用牛物防腐劑時(shí)也要注意一些問題。例

18、如, 要考慮牛物防腐劑的活力持久性和誘導(dǎo)性抗性，即活力是否被食物小的某些成分 破壞(例如蛋白酶水解)或在加工中損失(如受熱失活)；腐敗菌是否對防腐劑產(chǎn) 生抗性。另外，不同防腐劑具有不同的抗菌譜，作用機(jī)理也不同，要根據(jù)實(shí)際情況 選擇合適的防腐劑，以及合適的用量，為使生物防腐劑充分發(fā)揮作用，一般可將不 同來源的防腐劑配合加入使用,達(dá)到互補(bǔ)或協(xié)同增效作用。參考文獻(xiàn)：1 張百剛，張寶善，等生物防腐劑在食品加工中的應(yīng)用研究j食品研究與開 發(fā)，2004( 6) : 127129.2 梅從笑微生物天然防腐劑在食品工業(yè)中的應(yīng)用前景(j) 江蘇食品與發(fā)酵,2000,(4) : 26283 juzlora pl secondary metabolites of the fungus monascus:a review(j). journal of industrial microbiology and biotechnology,1996, (16):163170.4 湯鳳霞生物防腐劑nisin的研究進(jìn)(j),食品科