乳酸鏈球菌素及其在食品中的應用研究進展

高蕾蕾，李迎秋

（齊魯工業大學食品科學與工程學院，濟南 250353）

乳酸鏈球菌素及其在食品中的應用研究進展

高蕾蕾，李迎秋＊

（齊魯工業大學食品科學與工程學院，濟南 250353）

乳酸鏈球菌素（Nisin）是一種天然的生物防腐劑，Nisin具有抑菌效果好，耐熱穩定性，對革蘭氏陽性菌抑菌譜廣，對人體無毒副作用等特點，在食品行業中的防腐保鮮效果良好。文章對Nisin的結構、分類、特性、抑菌機理及其在食品中的應用進行了詳細的闡述，對以后進行深入的研究具有非常重要的意義。

乳酸鏈球菌素；抑菌；食品；應用

乳酸鏈球菌素又稱為乳鏈菌肽，簡稱為Nisin，它是由34個氨基酸殘基組成的抗菌多肽，可以有效地抑制革蘭氏陽性菌，尤其是細菌芽孢［1］。乳酸鏈球菌素是一種新型多肽，攝入后可被人體中的蛋白酶降解為各種氨基酸，沒有毒副作用，因此被認為是一種天然、高效、安全的生物防腐劑。

而當今的食品工業中，防腐劑是最重要的一種食品添加劑，防腐劑一般分為合成防腐劑和天然防腐劑，而我國大量使用的是化學合成的防腐劑，如苯甲酸及其鹽、山梨酸及其鹽等，雖然控制在一定的安全范圍內，但是隨著人們生活水平的提高以及食品安全問題的時有出現，生物防腐劑的天然以及安全性備受人們的青睞，天然防腐劑除了如乳酸鏈球菌素外，還有諸如納他霉素、ε-聚賴氨酸、魚精蛋白等，但是我國允許使用的是乳酸鏈球菌素和納他霉素，因此研究天然防腐劑中的乳酸鏈球菌素具有一定的意義。

1969年聯合國糧食及農業組織（FAO）和世界衛生組織（WHO）食品添加劑聯合專家委員會確認Nisin為食品防腐劑，這也是第一個被批準用于食品中的細菌素［2］。而我國于1990年開始批準使用Nisin，并在GB 2760－2010《食品添加劑使用衛生標準》中規定Nisin作為食品添加劑的最大允許使用量。

1 乳酸鏈球菌素的結構以及分類

1.1 分子結構

Nisin屬羊毛硫抗生素線型分子的一種，Gross和Morell等［3］研究發現成熟的Nisin分子由34個氨基酸殘基組成，分子量為3510。Nisin分子結構中包含5種稀有的氨基酸，分別為雙脫氫丙氨酸、雙脫氫丁氨酸、羊毛硫氨酸、3-甲基羊毛硫氨酸和氨基丁酸，它們通過硫醚鍵形成5個內環，其活性分子常為二聚體或四聚體。

杜琨等［4］采用原子力顯微鏡分析乳酸鏈球菌素的結構，發現乳酸鏈球菌素的分子呈現大小不一的螺旋纏繞形狀，并且在三維形貌圖上可以看出乳酸鏈球菌素的不規則環上有很多明顯的峰狀突起，以此來推測乳酸鏈球菌素有很多分支，并且Nisin是新型多肽，其組成可能是通過肽鍵形成雙螺旋，再纏繞形成較大的聚集體，并且為后續的研究提供了理論依據。

1.2 分類

由文獻可知，Nisin分子常見的是6種類型，其中Nisin A和Nisin Z是研究的熱點，但是在2010年，Piper C等［5］研究發現Nisin分子還存在著其余的類型，如Nisin Q，Nisin F。

Nisin A和Nisin Z之間的差異僅僅是氨基酸順序上的第27位氨基酸的種類不同，Nisin Z第27位上的天冬酰胺取代了Nisin A相同位置上的組氨酸。Kyung Yuk Ko等［6］利用液相色譜-串聯質譜法測定140種奶酪產品中的Nisin A和Nisin Z含量，以及比較兩者的穩定性和溶解性差異，得出Nisin Z的溶解度和穩定性均比Nisin A要強。

De Arauz L J等［7］提出Nisin Z常被用于多種食品產品中來提高抗菌安全性，主要是因為Nisin Z良好的溶解性和穩定性。

2 乳酸鏈球菌素的特性

Nisin是一種白色易流動的粉末，使用時需要溶于水或者溶液中，不同pH值下的溶解度不同.

影響Nisin穩定性的主要因素是溫度、pH。食品成分、結構和微生物等。

2.1 溶解性

Nisin溶解度與溶液的pH值有關，在pH較低時（pH為2左右），溶解度較好，而隨著pH值變大，Nisin的溶解度降低，在中性以及堿性中幾乎不溶解，因此應用時，一般用酸溶解添加在食品中［8］。

2.2 穩定性

影響Nisin穩定性的因素中，pH值對其穩定性影響最大，pH為2時的Nisin溶液中高溫滅菌時呈現穩定性，而在中性條件下，其活性損失大于90%，Nisin的活性基本不受殺菌的影響，而且食品中的一些大分子可以增強對Nisin的穩定性［9］。

2.3 抑菌性

乳酸鏈球菌素對大部分的革蘭氏陽性菌，比如金黃色葡萄球菌、李斯特菌、小球菌，特別是芽孢桿菌、梭狀芽孢桿菌等具有明顯的抑制作用［10］。

早期的研究認為，Nisin一般對革蘭氏陰性菌、霉菌、酵母菌是無效的，但近期的研究表明，在一定條件下（如冷凍、加熱、降低pH等），一些革蘭氏陰性菌（如沙門氏菌、大腸桿菌等）對Nisin敏感［11］。

2.4 抑菌機理

Breukink E等［12］研究認為乳酸鏈球菌素主要作用在敏感細胞膜上，并且依賴于肽聚糖前體分子脂質II的濃度，形成孔洞，引起內容物的泄露，導致細胞自溶而死亡。

Zhao Xingchen等［13］對使用Nisin處理過的金黃色葡萄球菌進行基因表達譜分析指出，Nisin可以有效地抑制革蘭氏陽性菌的生長，由全基因組轉錄的狀況得出，Nisin可以阻礙金黃色葡萄球菌中主要功能性基因的轉錄，從微觀的方面提供了金黃色葡萄球菌對Nisin敏感性的重要性線索。

對于Nisin的抑菌機理，沒有明確的定論，許多學者也在進一步的研究中。

2.5 安全性

對乳酸鏈球菌素的毒性研究發現，其結果表明半致死劑量與普通食鹽相近。作為一種新型多肽，食用后會在消化道中被蛋白酶降解成氨基酸，因此是世界上公認的無毒、天然的食品防腐劑。而且目前Nisin已在60多個國家及地區被用作防腐劑，全球乳酸鏈球菌素的產量保持高速增長，因此Nisin作為新型的防腐劑其行業的利潤前景以及市場需求仍然向好［14］。其中乳制品和預制肉制品是乳酸鏈球菌素攝入量的主要來源［15］。

3 在食品工業中的應用

3.1 在乳制品中的應用

Nisin最早用于干酪的防腐，也是目前奶制品應用中的一個主要方面。由于Nisin能抑制嗜熱耐熱細菌和芽孢的生長、繁殖，因此將Nisin加入滅菌乳、煉乳等產品的加工中，均能抑制這些微生物的腐敗作用，從而減少高溫處理強度，改善產品品質，有效地延長產品的貨架壽命。另外，Nisin還可用于防止酸奶的后發酵。

Ulpathakumbura C P等［16］研究生物防腐劑對切達奶酪的抗菌、物化特性和感官品評的影響，結果表明乳酸鏈球菌素、溶菌酶以及乳酸菌作為生物防腐劑應用在切達奶酪中，其抗菌特性、物理化學特性以及感官品質的鑒定均優于硝酸鈉的化學防腐劑。

Maryam Zohri等［17］比較了Nisin和包被在殼聚糖中的Nisin對生牛乳中金黃色葡萄球菌的抑菌作用。結果表明將納米顆粒摻入到食品級聚合物中如殼聚糖聚體為Nisin提供一個更加穩定的體系。

3.2 在肉制品中的應用

肉制品加工過程中，易受到微生物的影響，產生不良的風味以及品質的降低，基于Nisin抑制革蘭氏陽性菌，尤其是細菌芽孢，其抗菌防腐的效果較強，因此可以將Nisin添加到肉制品中，防止微生物污染，同時延長貨架期，具有一定的商業價值和食用價值。

對于傳統肉制品來說，為了提高防腐和增色，商家一般會添加一定量的亞硝酸鈉。經研究表明：亞硝酸鹽具有一定的防腐效果，但由于是化學防腐劑，其安全性存在一定的隱患，亞硝酸鹽食入后，會與體內的胺類物質作用，生成強烈的致癌物質N-亞硝胺。因此，可以在肉制品中加入Nisin來降低亞硝酸鹽的含量。

楊瑞［18］研究乳酸鏈球菌素在即食臘肉制品保藏應用中的研究，結果表明：乳酸鏈球菌素可以降低即食臘肉的殺菌溫度，其品質不受影響，乳酸鏈球菌素與熱處理相結合，可以保存食品營養價值和延長貨架期。

Sureshkumar S等［19］將Nisin和BHA復配添加到水牛肉香腸中，比較單獨添加BHA以及同時添加二者在35℃，相對濕度70%～80%的條件下對水牛肉香腸制品貨架期的影響。結果表明：單獨添加BHA可延長貨架期為3天，而同時添加二者貨架期為5天。

李清秀等［20］使用質量濃度為0.049g/kg的Nisin和500mg/L的納他霉素處理雞肉，結果表明其防腐保鮮效果最佳，口感和品質最好。

魚類的蛋白質含量約為15%～24%，所以魚肉是很好的蛋白質來源，并且約有87%～98%的蛋白質都會被人體吸收，其吸收率高，同時魚類的脂肪含量少，還含有ω-3系列脂肪酸，如EPA及DHA。因此在魚肉制品中添加乳酸鏈球菌素能起到防腐的效果，降低亞硝酸鹽含量，還不影響魚肉色澤，是理想中的天然防腐劑。

Behnam Shabnam等［21］利用乳酸鏈球菌素的生物防腐作用噴涂在虹鱒魚上，將處理好的虹鱒魚真空包裝在4℃下存放，對照組噴灑蒸餾水真空包裝在4℃下存放，進行細菌學和生化學的評估以及脂肪酸組成的分析，結果表明用Nisin處理過的虹鱒魚貨架期可以延長至16天。

3.3 罐藏食品中的應用

3.3.1 罐頭食品

乳酸鏈球菌素在酸性條件下易溶、穩定并且抑菌性強，因此可以添加在高酸性食品中用于防腐，而對于低酸性食品或非酸性食品，同樣可以起到防腐和降低熱處理強度，保證食品的品質。

3.3.2 低鹽醬菜

傳統醬菜的制作主要是利用高濃度鹽的高滲作用，起到防腐保鮮的作用，但是我國居民膳食指南提倡每人每日食鹽攝入量應該少于6g，而對于高血壓患者，每天的食鹽攝入量應該在4g左右，因此，我國醬菜的研究方向應該朝著低鹽的方向發展，但是鹽濃度過低，微生物會大量繁殖，致使食品的貨架期變短，而且Nisin的半數致死量與食鹽相同，所以使用天然防腐劑Nisin成為醬菜行業中的選擇。

易建華等［22］采用乳酸鏈球菌素、納他霉素進行醬菜的保藏實驗研究，單一使用二者時，300g/kg乳酸鏈球菌素和150mg/kg納他霉素效果最好，最優復合配方為300g/kg乳酸鏈球菌素＋150mg/kg納他霉素；乳酸鏈球菌素與納他霉素復合防腐劑對醬菜總酸度影響較小，同時，在保藏3個月內，乳酸鏈球菌素與納他霉素復合防腐劑可以改善醬菜的感官品質。

3.4 在酒精飲料中的應用

乳酸鏈球菌素對革蘭氏陽性菌有廣譜抑菌的效果，但是對霉菌、酵母菌等抑制效果不明顯，因此可以將這一特性應用到酒精飲料如啤酒中，防止乳酸桿菌和啤酒片球菌引起的酸敗，保證產品品質與風味的一致性。

Jagannath A等［23］將Nisin作為穩定劑添加在含有細菌纖維素的果蔬汁飲料中，結果證明在室溫下可以穩定存儲90天。

3.5 其余方面的應用

李聽聽等［24］采用的食品級抑菌劑乳酸鏈球菌素、山梨酸鉀和仲丁胺等在國內預防糧食霉變研究中尚處于起步階段，目前上述抑菌劑主要應用于飼料、食品、果蔬等儲藏方面的研究。以腫丁胺、山梨酸鉀與Nisin組合成不同的Nisin復配抑菌劑對小麥處理，將處理后的小麥置于溫度30℃、相對濕度75%的環境中儲藏，測定儲藏過程中小麥微生物多樣性及品質變化規律，旨在為研制和篩選出能滿足糧食儲藏要求的復配抑菌劑產品。

在整個儲藏過程中，通過抑菌能力、抑菌范圍和抑菌穩定性綜合分析，由“Nisin（0.20g/kg）＋山梨酸鉀（1.00g/kg）＋仲丁胺（2.00g/kg）”組合為最佳抑菌組合。

Preet Simran等［25］研究了Nisin和阿霉素對皮膚癌癥的抗性作用。對小白鼠進行4組實驗研究，用Nisin進行皮下注射，而用阿霉素進行靜脈注射，通過分析其腫瘤的體積、細胞凋亡的量化、血清指標、脂質過氧化、亞硝酸鹽的評估、過氧化氫酶活性、超氧化物岐化酶的活性、蛋白質的評估等指標，結果表明乳酸鏈球菌素能增強阿霉素有效降低腫瘤的程度。

4 展望

綜述全文，乳酸鏈球菌素是一種理想的天然、高效、安全的食品防腐劑，獨有的抑菌特性、低pH值的熱穩定性以及無毒副作用，使其能夠代替化學防腐劑應用在特定的食品加工生產中，不僅延長貨架期，還能保持食品原有的風味和品質，大部分的研究著重于Nisin在食品中的應用，雖然Nisin有許多優點，但是其市場價格昂貴，在使用時，一般與其余的化學防腐劑復配使用，這種復配既降低了生產成本，又減少了化學合成防腐劑的用量，同時抑菌范圍增大。乳酸鏈球菌素是一種新型多肽，隨著未來的發展，可以通過基因工程的手段，改良Nisin的特性，使其抑菌譜變廣，制造出更適合企業應用在食品行業中的產品，人們生活水平不斷提高，綠色、天然的生物添加劑將備受關注，其前景更加廣闊。

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Research Progress of Nisin and Its Application in Food Industry

GAO Lei-lei，LI Ying－qiu＊
（College of Food Science and Engineering，Qilu University of Technology，Ji＇nan 250353，China）

Nisin is a natural biological preservative.It has good antibacterial effect，thermal stability，wide antimicrobial spectrum of gram-positive bacteria，and non-toxic side effects to the human body.Thus，nisin has good preservative effect in food industry.Mainly introduce the molecular structure，classification，correlation characteristics antimicrobial mechanism of nisin and its application in food industry，which has a vital significance to the further research.

nisin；antimicrobial；food；application

TS202.3

A

10.3969/j.issn.1000-9973.2017.03.037

1000-9973（2017）03-0157-04

2016－09－17 ＊通訊作者

高蕾蕾（1990－），女，山東德州人，碩士，研究方向：食品生物技術；李迎秋（1972－），女，山東濟南人，教授，碩士生導師，博士，研究方向：食品生物技術。