乳酸鏈球菌素

1、河南商業(yè)高等專(zhuān)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(hào)09050402021班級(jí)09食品02班專(zhuān)業(yè)食品加工技術(shù)系別食品系作者姓名呂丹丹完成時(shí)間2011-11-05指導(dǎo)教師鄒建職稱(chēng)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(chēng)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(duì)許多革蘭氏陽(yáng)性菌，特別對(duì)產(chǎn)孢子的革蘭氏陽(yáng)性 菌有很強(qiáng)的活性，加之它對(duì)人體安全無(wú)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(huì)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(shí)有發(fā)生，所以，在食品工業(yè)中，防腐劑 是一個(gè)重要的添加劑。食品防腐劑按來(lái)源不同可分為三類(lèi)：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(duì)食品風(fēng)味仍有一定的影響，所以難以滿(mǎn)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(chēng)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(yáng)性菌，并將這種活性物質(zhì)稱(chēng)為 Nisin。 1969 年， FAO/WHO 聯(lián)合食品添加劑專(zhuān)家委員會(huì)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(duì)許多革蘭氏陽(yáng)性菌，特 別對(duì)產(chǎn)孢子的革蘭氏陽(yáng)性菌有很強(qiáng)的活性，加之它對(duì)人體安全無(wú) 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(gè)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(guò)硫醚鍵形成五個(gè)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(lèi)型有A,B,C,D,E和Z，其中以Nisin A 和Z兩種類(lèi)型的研究較多。NisinA與NisinZ的差異僅在于第27 位氨基酸的種類(lèi)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(wú)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(shí)溶解度為12%;pH為5.0時(shí)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(shí)， 經(jīng)115.6C滅菌不失活，但在pH5.0滅菌時(shí)40%失活，pH6, 8時(shí) 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(duì)霉菌、酵母菌和G-菌是無(wú)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(mén) 氏菌、大腸桿菌、假單胞菌等）對(duì)Nisin敏感。Nisin對(duì)G+菌營(yíng) 養(yǎng)細(xì)胞和芽孢有不同的抗菌機(jī)理。 Nisin 對(duì)營(yíng)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?yàn)镹isin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(duì)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(guò)程。（四）安全性Nisin對(duì)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(duì)人體基本無(wú)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(wú)害的降解。對(duì)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(dòng)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(duì) 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(shí) 加入 ， 用于抑制革蘭氏陽(yáng)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(duì)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(zhǎng)了 1倍。在啤酒工業(yè)中，Nisin能使啤酒花對(duì)嗜熱 性細(xì)菌的殺菌作用增強(qiáng)，在發(fā)酵過(guò)程中，剩余的 Nisin 仍能抑制 細(xì)菌繁殖， 而對(duì)啤酒酵母的發(fā)酵特性無(wú)任何不良影響。Radler曾把Nisin應(yīng)用于白酒制造中，試驗(yàn)表明，Nisin能 有效阻止長(zhǎng)膜狀明串球菌、 啤酒片球菌和乳酸桿菌的生長(zhǎng)，防止 了雜菌侵襲。劉月琴等從試驗(yàn)中得出結(jié)論:Nisin可有效抑制啤 酒制造過(guò)程中革蘭氏陽(yáng)性腐敗菌的生長(zhǎng)。對(duì)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(lái)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(zhǎng) ,但這些添加劑同時(shí)對(duì)人體具有潛在的 致癌危險(xiǎn)，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(guó)政府禁止在加工肉食品中使用硝酸鹽， 這無(wú)疑是對(duì)肉品 加工業(yè)的致命打擊，很多的學(xué)者也試圖嘗試開(kāi)發(fā)新的物質(zhì)來(lái)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(yàn)表明火腿中硝酸鹽含量由原來(lái)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(duì)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(guò)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(zhǎng)和毒素形成，同時(shí)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(zhǎng) 2 倍。 郭 清泉等通過(guò)試驗(yàn)證明， 添加 40 IU mL Nisin 至酸奶中， 可 使酸奶的后酸化延長(zhǎng)3d,且菌數(shù)保持在107以上，感官質(zhì)量?jī)?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(qián)平等采用 沸水殺菌和添加 Nisin 相結(jié)合的方式，對(duì)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(guò)試驗(yàn)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(zhǎng)繁 殖，且自身安全可靠。據(jù)國(guó)外文獻(xiàn)報(bào)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(guó)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，且對(duì) 產(chǎn)品風(fēng)味無(wú)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(zhǎng)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(zhǎng)而引起食物中毒的事故屢見(jiàn)不鮮。若 在焙烤食品加工過(guò)程中添加乳酸鏈球菌素（Nisin）,可以防止這 類(lèi)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(guò)12h, 產(chǎn)品就會(huì)脫水、變酸、變質(zhì)。添加Nisin，保質(zhì)期可以延長(zhǎng)到24h。

15、1d 的保質(zhì)期，安全可以滿(mǎn)足這種即食產(chǎn)品在市場(chǎng)上流通的需要。 如對(duì)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(zhǎng)到 10天。添加 300IU/g的處理組儲(chǔ)存10天其菌落比對(duì)照組低3.5個(gè)對(duì)數(shù)。在豆 腐保鮮中，添加Nisin可在一定程度上延長(zhǎng)保鮮期，但效果不夠 理想。 孔寶華等提出，在豆腐和豆奶的儲(chǔ)存過(guò)程中， pH 值均成 下降趨勢(shì)，說(shuō)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(shì)，乳 酸鏈球菌素的開(kāi)發(fā)和利用將對(duì)促進(jìn)我國(guó)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(wàn)素英，李琳，王慧君食品防腐與食品