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天然生物性食品防腐剂抗菌剂

乳酸链球菌素是一种世界公认的、安全的天然生物性食品防腐剂和抗菌剂,主要用于乳和乳制品、肉和肉制品的防腐保鲜。乳酸链球菌素的发现要追溯到上世纪20年代,1928年,LA.Rogers等美国研究人员首先报道了乳酸链球菌代谢产物能抑制其他乳酸菌的生长。1947年,A.T.R.Mattick等人发现血清学N群中的一些乳酸链球菌能产生蛋白类抑菌物质,并从乳酸链球菌发酵液中制备出了这种多肽物质,由于是N群中的乳酸菌所产生的抑菌物质,故命名为N-inhibitory Substance,即N群抑菌物质,简称为Nisin。

Nisin是乳酸链球菌的一种天然产物,对远超过食品应用量的乳酸链球菌素的毒性研究表明,它是无毒的。由于其对蛋白水解酶(α-胰蛋白酶)特别敏感,因此食用后在消化道内即可很快被蛋白水解酶水解成氨基酸。1953年,乳酸链球菌素的第一批商业产品Nisaplin在英国面市;1969年,FAO/WHO食品添加剂联合专家委员会批准乳酸链球菌素可作为一种食品添加剂;1988年,美国食品和药物管理局(FDA)也正式批准将乳酸链球菌素应用于食品中;1990年,我国卫生部食品监督部门签发了乳酸链球菌素在中国的使用合格证明书。目前已有50多个国家批注允许使用乳酸链球菌素。

乳酸链球菌素的抑菌范围

乳酸链球菌素能够有效抑制或杀死引起食品腐败变质的革兰氏阳性菌,浓度为100ppm时就可以杀死大多数的革兰氏阳性菌,能抑制葡萄球菌属、链球菌属、乳杆菌属及微球菌属的某些菌种;对大部分的梭菌属和芽孢杆菌属及其芽孢也有明显的抑制作用。Hitchins,A.D等研究表明,杆菌属中的嗜热脂肪芽孢杆菌的芽孢对Nisin为敏感,极少量的Nisin即能够杀死其芽孢,Nisin对芽孢的作用是在孢子膨胀起始阶段抑制其萌发,而不是杀死。

由于Nisin抗菌谱窄,仅能杀死或抑制革兰氏阳性菌,而对于革兰氏阴性菌、霉菌和酵母菌则无明显作用,故使其应用受到限制,将Nisin与其他防腐剂配合使用可以弥补这一缺点,进而发挥广谱抑菌作用。有研究表明,Nisin与其他防腐剂联合使用能增强自身的抑菌作用,可获得较宽的抑菌谱。Nisin和乳酸合用能抑制肉中的沙门氏菌和金黄色葡萄球菌。Nisin与螯合剂(如EDTA)联合使用,对沙门氏菌具有一定的抑制作用,并能够有效减少其他G-菌的数量。此外,Nisin与磷酸盐、柠檬酸盐合用也能提高其对G-菌的抑制效果。

乳酸链球菌素的抑菌机理

研究表明,Nisin是一个疏水、带正电荷的小肽,它能够吸附在革兰氏阳性敏感菌的细胞膜上,与细胞壁中带负电荷的物质(如磷壁酸、糖醛酸、酸性多糖或磷脂)作用,能够通过C末端的作用侵入到细胞膜中形成通透孔洞,抑制革兰氏阳性菌细胞壁的合成,改变细胞膜的通透性,引起细胞中的小分子物质流出,同时,细胞外水分子流入,后导致细胞自溶死亡。

Nisin对许多G+菌有抗菌活性,但对G-菌、酵母菌和霉菌没有作用。对比G+细菌和G-细菌的细胞壁,可以发现G+菌的肽聚糖层明显比G-菌厚得多,而G-菌的细胞壁组成比较复杂,主要包括蛋白质、磷脂和脂多糖等,十分致密,仅能允许分子量在600Da以下的小分子通过,而Nisin分子量约为3510Da,所以无法通过致密的细胞壁,因此,Nisin就不能到达细胞膜进而发挥杀菌作用。为了进一步证实这一说法,Steven及Kordel等研究报道,经过处理改变G-菌的外壁的透过性质之后,G-菌也对Nisin变得敏感,也可以被抑制或杀死。这就有力证明了G-菌对Nisin不敏感是因为细胞壁太厚,Nisin分子进不去。在Nisin杀菌过程中,其分子中所含的稀有氨基酸对Nisin的作用方式很大,对这一问题的研究进行得相当活跃,主要是通过蛋白质工程的手段,定向改变Nisin分子中一个或一段氨基酸的组成,以对其功能进行研究。对这一领域的研究将使人们进一步了解Nisin的作用机制,以便扩大应用范围或增强作用效果。

乳酸链球菌素的安全性

乳酸链球菌素是一种天然的多肽物质,食用后可被人体内的蛋白酶(如胰蛋白酶、胰酶、唾液酶等)消化分解成氨基酸,无微生物毒性或致病作用,因此其安全性较高。

1956年,英国食品防腐剂委员会证实了在牛奶和干酪中自然存在有不同数量的乳酸链球菌素;1962年日本的Hara等证实乳酸链球菌素对小白鼠的半致死量LD50约为7g/kg bw,与普通盐的LD50值相近;英国和前苏联的商业部门对其生产的乳酸链球菌素进行了广泛的毒性和生物学研究,包括致癌性、存活性、再生性、血液化学、肾功能、脑功能、应激反应及动物器官病理学等诸多方面研究证明,Nisin是安全的。通过毒理学试验证明,乳酸链球菌素小鼠经口急性毒性:雌性小鼠LD50为6.81g/kg bw,雄性小鼠LD50为9.26g/kg bw,属于实际无毒性。乳酸链球菌素大鼠经口急性毒性:雌性大鼠LD50为6.81g/kg bw,雄性大鼠LD50为14.70g/kg bw,属于实际无毒性。结果表明:乳酸链球菌素是安全的。美国联邦法规规定已将乳酸链球菌素列为“一般公认为安全的(GRAS)”范围。1992年3月,我国卫生部在批准实施的文件中就明确指出:“可以科学地认为乳酸链球菌素作为食品保藏剂是安全的”。目前全世界已有近50个国家制定了法律规定乳酸链球菌素作为食品防腐剂的使用范围和极限使用量,而英国、法国、澳大利亚等20多个国家则没有限量使用的规定。

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