乳酸菌素及其乳酸鏈球菌素在食品中的應用

乳酸菌素及其乳酸鏈球菌素在食品中的應用

文/姜旭德 張春華

（黑龍江民族職業學院）

乳酸菌素是在乳酸菌代謝過程中產生的具有活性的抗菌蛋白或多肽，是一種高效、無毒的天然食品防腐劑。對乳酸菌素的抑菌機理、安全性和在食品工業中的應用作了全面系統的綜述。

乳酸菌素；乳酸鏈球菌素（Nisin）；抑菌機理；安全性；應用

隨著我國食品工業的快速發展和人們食品安全意識的增強，近年來，食品中防腐劑的添加問題越來越受到關注。食品防腐劑一般分為合成防腐劑和天然防腐劑，合成防腐劑的使用較為廣泛，但其誘癌性、致畸性和易引起食物中毒等問題不容忽視。近年來對于天然防腐劑的研究成為防腐劑研究領域的熱點。在世界各國，利用乳酸菌發酵來保藏食品有著悠久的歷史。乳酸菌發酵過程中產生的乳酸、有機酸等對腐敗菌的抑制作用被人們充分認識。但是，在乳酸菌代謝過程中所產生的乳酸菌素的抑菌作用，卻是人們在后來的研究中才逐漸發現的。乳酸菌素是大多數乳酸菌在代謝過程中通過核糖體合成機制產生的一類低分子量多肽或蛋白質物質，對親緣性較近的細菌具有抑菌活性，可以抑制食品中的致病菌和腐敗菌，包括蠟狀芽胞桿菌、金黃色葡萄球菌、肉毒梭狀芽胞桿菌、單核細胞增生李斯特菌、產氣莢膜梭菌等。乳酸菌素本身是一種蛋白質、多肽或前體多肽類物質，可以被腸道系統的水解蛋白酶分解，對腸道微生物菌群沒有不利影響。而且產生乳酸菌素的乳酸菌一般被認為是安全的，所以乳酸菌素作為一種無毒副作用的天然防腐劑，越來越多地受到各國研究者的關注。因其同時具有熱穩定性、耐熱性等特性，在食品工業中的應用也具有廣闊的市場前景。

1 乳酸菌素的抑菌機理

乳酸菌素主要有2 種分類方法，基于分子量、熱敏性等特性一般將乳酸菌素分為四類：羊毛硫抗生素（I）、肽類乳酸菌素（Ⅱ）、蛋白類乳酸菌素（Ⅲ）、復合型乳酸菌素（Ⅳ）。乳酸菌素，主要是I類和Ⅱ類，可有效地抑制革蘭氏陽性菌，如一些腐敗菌、致病菌和芽孢菌，而對革蘭氏陰性菌不起作用。其中乳酸鏈球菌素屬于羊毛硫抗生素（lantibiotics）類，其分子量小于5 kDa。目前，對于乳酸鏈球菌素（Nisin）的研究最深，應用也最廣泛，國內外均有許多關于Nisin結構與抗菌機理的綜述。但是，目前對Nisin的抑菌機理尚未定論。研究者普遍認為Nisin類似于一種陽離子表面活性劑，影響細菌細胞膜的形成。Montville等人提出“孔道理論”，認為Nisin能與細菌的細胞膜結合并形成通透性孔道結構，具體過程為：Nisin吸附細菌細胞膜上后，通過氨基酸C端和N端作用侵入細菌細胞膜內而形成通透性的孔道，使質子驅動力和pH值失衡，導致鉀離子等小分子量的親水物質從胞漿中流出，細胞膜去極化，使細菌細胞膜內的ATP泄露，一些小分子和離子流失，細胞膜外水分子進入，細胞膜內外滲透壓改變，造成細菌細胞自溶而死亡[1，2]。而Kordel等認為Nisin的殺菌機制與分子中的二十二碳六烯酸（DHA）和5-二 羥基苯甲酸（DHB）有密切關系。因為Nisin中的DHA和DHB能夠與敏感菌株細胞膜中某些酶的疏基發生作用，釋放細胞質，造成敏感細菌的細胞裂解[3]。

2 乳酸菌素的安全性

乳酸菌制劑在工業、農業、醫藥等領域的應用價值很高，同時部分乳酸菌素作為天然的食品添加劑，也已逐漸被世界各國接受和認可。所以，近年來關于乳酸菌素的研究不斷深入。目前，已被鑒定的乳酸菌素數以百計，并且有許多新的乳酸菌素正不斷的被發現。人們對乳酸菌素的安全性也在進一步評估中。

長期以來，以乳酸菌發酵的各類食品一直為人類所食用。人們可能在開始食用各類乳酸菌發酵的產品時，就已經無意識地攝取了乳酸菌素。目前已發現的乳酸菌素生產菌株幾乎都是從食品中分離出來的。尤其是目前研究最多、最深入的Nisin，人類在食用酸奶等乳酸菌發酵的乳制品時，就已經接觸到了。英國Apin公司從9 個國家采集到251份牛乳樣品，其中109 份樣品中含有可產Nisin的乳酸鏈球菌，數據說明Nisin早就天然存在于人們日常食用的牛乳中。乳制品的流行病學數據和益生菌安全性的總回顧，顯示乳酸菌沒有涉及人類疾病傳染的證據。1962年日本的Hara等證實，Nisin對鼠的半致死劑量LD50約為7 000 mg/kg體重，接近于普通食鹽。英國和前蘇聯的商業部門對其生產的Nisin進行包括致癌性、存活性、再生性、血液化學、應激反應及動物器官病理學等的毒性和生物學研究，結果表明Nisin是安全的[4，5]。

1951年Hirsh提出將Nisin用于食品保藏，1953年Nisin的第一批商業產品——Nisaplin在英國面市，1969年FAO/WHO批準將Nisin作為食品添加劑。我國衛生部于1990年批準將Nisin列入食品添加劑增補品種。在GB 2760-2014《食品安全國家標準 食品添加劑使用標準》中Nisin被允許限量用于乳制品、肉制品、蛋制品、飲料、復合調味料等15 大類的部分產品中。但需要注意的是，乳酸菌在各類食品中含量差異較大，其代謝產生的乳酸菌素的含量也受很多因素的影響，無法確定。所以，對于乳酸菌素的安全性還需要進一步深入的研究。

3 乳酸菌素在食品工業中的應用

乳酸菌素作為一種天然的食品防腐劑，近年來，其在食品領域中越來越受到研究者和食品加工企業的關注，并在應用乳酸菌素防腐保鮮方面進行了一系列相關實驗。楊瑞等做了Nisin在即食臘肉制品保藏應用中的研究[6]。應杰等做了Nisin對控制酸奶后發酵的作用分析[7]。Nisin作為一種新型的天然防腐劑，現已廣泛應用于乳制品、肉制品、飲料、啤酒、罐頭食品等領域。

3．1 乳酸菌素在乳制品中的應用

牛乳富含各種營養成分，深受人們喜愛。但牛乳及其制品在生產、加工、貯運、消費的過程中，極易受各種微生物的污染。由于乳制品特性不同，污染的微生物種類和數量差異也很大，乳制品保藏的問題始終是乳制品加工者首要解決的問題。

3．1．1 在巴氏殺菌乳中的應用

巴氏殺菌乳采用巴氏殺菌工藝生產，只能殺死致病微生物，但仍含有能影響產品風味、引起產品變質的其它微生物，所以其保質期一般都較短，且需要冷藏。在巴氏殺菌乳中添加乳酸菌素可以對革蘭氏陽性菌起到抑制作用，從而延長產品的保質期并使其在常溫下保存。經試驗證實，加入30～50 IU/mL的乳酸菌素可以使鮮奶貨架期延長一倍。

3．1．2 在酸奶中的應用

Nisin應用于酸奶中，主要目的不是為了防腐，而是為了抑制后酸。酸奶因其低pH值的特點，污染菌主要是霉菌和酵母菌，Nisin對其無抑制作用，所以不能防止酸奶長毛和鼓蓋現象。后酸是影響酸奶保質期的一個主要因素，尤其是在現有的冷鏈條件下，我國酸奶的運輸、貯藏和銷售還沒有完全實現全程冷鏈，所以后酸問題尤為突出。在酸奶中添加Nisin，可以有效地抑制酸奶中的保加利亞乳桿菌。李海燕等通過試驗得出，當Nisin添加量為60 IU/mL時，可抑制酸奶的后酸化，對酸奶的黏度、酸菌活菌數無明顯影響[8]。

此外，乳酸菌素還可應用在干酪、煉乳、乳粉、干酪、乳飲料等各種乳制品中。

3．2 乳酸菌素在肉制品中的應用

Nisin在罐裝火腿、香腸、真空包裝牛肉、熏豬肉、咸豬肉等肉制品中都有應用。肉制品的保藏過程中最主要控制的微生物是肉毒梭狀芽孢桿菌，特別是在一些真空包裝的肉制品中，肉毒梭菌如果存在，則很容易繁殖。Nisin能很好地抑制肉毒梭菌的生長，所以可以有效地應用于肉制品中。此外，不同細菌產生的細菌素還可以對單核細胞增生李斯特氏菌、乳球菌、糞腸球菌、產氣夾膜梭菌、金黃色葡萄球菌等起到抑制作用。此外，在紅腸等深受消費者喜愛的肉制品中，現有工藝往往都是通過添加定量的硝酸鹽、亞硝酸鹽起到發色作用，得到紅腸等產品特有的棗紅色。但是，硝酸鹽加工過程中較易轉化為亞硝酸鹽，并最終形成具有致癌作用的亞硝胺化合物，對人體健康有害。如果在這些產品中加入乳酸菌素，可減少硝酸鹽、亞硝酸鹽的使用量，同時起到抑制肉毒梭菌的作用。袁秋萍在香腸和豬肉絲中添加乳酸菌素，進行了對比實驗，表明添加乳酸菌素的產品色、香、味沒有明顯變化，但樣品的菌落總數明顯下降[9]。

3．3 乳酸菌素在啤酒中的應用

因乳桿菌、片球菌等污染造成的啤酒混濁、發黏、變酸等現象，是在啤酒生產中需要重點控制的問題。乳酸菌素可以有效地抵制乳酸菌等革蘭氏陽性菌，但對酵母菌無作用，所以酵母菌幾乎不受其影響。在啤酒生產中添加Nisin，可在不影響酵母發酵的前提下，對一些腐敗菌起到有效的抑制作用。Nisin能使啤酒花對嗜熱性細菌的殺菌作用增強，在發酵過程中，剩余的Nisin仍能抑制細菌繁殖，而對啤酒酵母的發酵特性無任何不良影響。宋柏等進行了Nisin用于瓶裝生啤酒的抑菌試驗，結果表明，Nisin可以在一定程度上抑制厭氧菌的生長，延緩啤酒濁度的上升[10]。此外，乳酸菌素也可廣泛地應用于果酒等酒精飲料的生產中。

4 展望

隨著食品工業的快速發展和居民生活水平的不斷提高，人們對食品安全和健康越來越重視，對食品防腐劑的使用越來越關注。天然、高效、無毒的食品防腐劑、保鮮劑必將逐漸取代部分或全部的化學防腐劑。近年來，在天然防腐劑、保鮮劑等方面的研究也不斷深入。同時，食品生產企業也在積極進行一些實驗，來驗證乳酸菌素等天然防腐敗劑的防腐效果及其對產品的影響。我國在乳酸菌素應用方面的研究起步較晚，目前，除Nisin外，對其它的乳酸菌素研究、開發的較少。隨著研究的不斷深入，乳酸菌素必將有廣闊的市場前景。C

[1] Montville T J，Chen Y． Mechanistic action of pediocin and Nisin：recent progress and unresolved questions[J]． Applied Microbiology and Biotechnology，1998，50（5）：511-519．

[2] Kordel M，Sahl H G． Susceptibility of bacter，eukaryotic and artificial membranes to the disruptive action of the cationic peptides Pep 5 and Nisin[J]． Fems Microbiology Letters，1986，34（2）：139-144．

[3] Jack P W，Tagg J，Ray R B． Bacteriocins of Gram-positive bacteria[J]． Microbiology Review，1995（59）：171-200．

[4] 陶勇． Nisin及其在食品防腐方面的應用[J]． 食品科學，1991，12（2）：53-57．

[5] Vuyst L D，Vandamme E J． Bacteriocins of lactic acid bacteria：microbiology，genetics and applications[M]． London：Blackie Academic & Professional，1994．

[6] 楊瑞． 乳酸鏈球菌素在即食臘肉制品保藏應用中的研究[J]． 食品工業科技，2000，21（2）：48-50．

[7] 應杰，沈玲，周凌華． 乳酸鏈球菌素對控制酸奶后發酵的作用分析[J]． 中國乳業，2009（7）：225-226．

[8] 李海燕，喬成亞，龔廣予，等． 乳酸鏈球菌素對酸奶品質影響的研究[J]． 食品工業科技，2012，33（4）：146-148，152．

[9] 袁秋萍． 乳酸鏈球菌素在肉制品中的應用[J]．食品工業科技，1998（4）：27-28．

[10] 宋柏，杜長春，蔣樹學． Nisin用于瓶裝生啤酒的抑菌實驗[J]． 釀酒，2001，28（2）：67-68．

The Application of Lactobacteriocin and Nisin in Food Processing

JIANG Xu-de，ZHANG Chun-hua
（Heilongjiang Vocational College for Nationalities）

Lactobacteriocins are peptides or proteins produced by metabolism of kinds of lactic acid bacteria（LAB）. They are kinds of high efficient and innocuous inartificial food antiseptic. The mechanism of restraining growth of bacteria，security and application in food industry of the lactobacteriocins are reviewed.

Lactobacteriocins；Nisin；mechanism of restraining growth of bacteria；security；application

姜旭德（1964-），男，本科，教授，從事食品科學與工程方向教學研究工作。

2016-11-24）