许昌学院 食品与生物工程学院 2015-2016学年 第一学期

《食品添加剂》课程论文

乳酸链球菌素在食品应用的研究进展

《食品添加剂》课程论文

成绩评定表

乳酸链球菌素在食品应用的研究进展

许昌学院 食品与生物工程学院，河南 许昌 461000

摘 要

乳酸链球菌素是一种具有良好抑菌效果的天然生物防腐剂。近年来为了改善食品生产加工品质和食品安全问题，国内外加大了对乳酸链球菌素的研究。本文通过介绍乳酸链球菌素的功能特性、作用范围和使用方法，深入认知乳酸链球菌素。进而寻找开发利用乳酸链球菌素在食品生产的最佳途径，致力于让人们了解食品添加剂方面知识和促进食品健康发展。

关键词：乳酸链球菌素；防腐剂；食品安全问题；食品添加剂

前 言

近年来，食品安全问题层出不穷，对整个社会发展造成了严重的不利影响。然而大多数人们不能对食品产业有一个正确的认识，往往追求表面的“不含任何食品添加剂”来保证自己的健康，食品添加剂[1-4]成了食品安全问题的替罪羊。针对食品添加剂被妖魔化的现状，我们不仅要提高正确的食品安全[5,6]的意识，也应鼓励和开发对食品防腐、抗氧化、保鲜，对人体有益的食品添加剂。

乳酸链球菌素作为天然防腐剂[7]，它在食品、化工和医药等领域都显示了巨大的应用潜力。随着人们对其深入的探索，不断有新的发现，在功能特性、作用范围、使用方法等方面不断更新。笔者在整理汇总这些方面的同时，分析得出乳酸链球菌素的全貌，相信新的食品添加剂的开发与利用可能在未来不是最好的，但一定是值得我们期待的。

1. 乳酸链球菌素的性质

1.1. 基本性质

乳酸链球菌素(Nisin)是乳酸链球菌产生的一种多肽物质[8]，由34个氨基酸残基组成，它们通过硫醚键形成五个内环[9]，其活性分子常为二聚体或四聚体。二聚体相对分子质量为7000，四聚体相对分子质量为14000。有六种基本形态，一种灰白色的固体粉末，是较为成熟的天然防腐剂，使用时需溶解成液体。Nisin在水中溶解度较低，在PH较低的情况下溶解性较好。在中性及碱性条件下几乎不溶。

1.2. 抑菌机理

Nisin的抑菌机理是其与敏感菌细胞膜相互作用，通过结合、插入、孔道形成等多步过程形成孔道复合物，从而导致细胞内溶质（氨基酸、核酸、ATP等）的迅速流失、质子动力势的（PMF）的耗散，抑制细胞的生物合成（尤其肽聚糖的合成）途径，直接或者通过对其他细胞毒素的敏化作用引起细胞的死亡。

Nisin能抑制大部分G+的生长，Nisin对G+的抑菌效果明显优于对革兰氏阴性细菌[9]。G+细胞壁肽聚糖含量丰富，交联度高；而G-的细胞壁肽聚糖含量少，组成复杂，主要包括磷脂、蛋白质和脂多糖等十分致密，仅允许相对分子质量小于600 的分子通过。Nisin的仅单体的相对分子质量就约为3 500 ，故无法正常通过G-细胞壁到达细胞膜。而Nisin对G+抑菌效果优于对G-这一现象，从另一方面证明：Nisin抑菌防腐是作用于致腐菌的细胞膜。

2. 作用范围及影响条件

2.1 PH

和其他防腐剂一样，乳酸链球菌素的活性和抑菌效果受pH因素的影响。通过针对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、单增李斯特等致病菌的实验[10-14]，发现在酸性环境下，乳酸链球菌素活性较高。由此可得：乳酸链球菌素的抑菌活性从酸性到碱性呈下降趋势，乳酸链球菌素的浓度越高，pH 越低（PH：2-7），则抑菌或杀菌效果越强，这种性质也适合大多数食品添加的应用。

2.2温度、紫外线、光照

乳酸链球菌素加热到45 ℃后其所表现出的抑菌活性最高，而加热到121 ℃时乳酸链球菌素所表现出的抑菌及杀菌活性最差，不过其抑菌活性仍然高于未经热处理时的乳酸链球菌素的抑菌活性[15]。将乳酸链球菌素经过加热处理后，它的抑菌活性将会提高，高温不会使乳酸链球菌素失活；不过通过加热的手段来提高活性与对照( 36 ℃) 相比并不显著。综上所述：乳酸链球菌素对热有较好的稳定性在受到温度、紫外线、光照的影响下乳酸链球菌素较为稳定，其抑菌性不但不受抑制还可能增加活性。在食品应用中，乳酸链球菌素可用作经温度、紫外线、光照处理的食品中的防腐剂。

3. 图 1加热处理对乳酸链球菌素抑菌活性的影响

2.3金属离子

在乳酸链球菌素中分别加入FeSO4，Fe2(SO4)3，NaCl，KCl，CaCl2溶液，并调节金属离子浓度为1mol/L。以金黄色葡萄球菌为供试菌种，每孔加入25μL(浓度为1 mg/mL)乳酸链球菌素水溶液，以无菌水做空白对照，37 ℃培养箱中培养24 h，测定抑菌圈直径[12]。由此可得：金属离子Fe2+、Fe3+、K+、G2+等对乳酸链球菌素发挥防腐剂作用都有增强的效果，其中Fe2+的效果最为显著。同样盐、糖浓度对乳酸链球菌素增也有增强作用，所以天然食品添加剂乳酸链球菌素十分适合大多数食品尤其是酸性食品作为食品防腐剂使用。

图 2金属离子对乳酸链球菌素抑菌活性的影响

3应用

与其他防腐剂相比，乳酸链球菌素具有无毒、用量少、使用方便、防腐效果好、价格低廉的特点被广泛的应用在乳制品[16]、肉制品、罐头制品、果酱、饮料、啤酒等多种食品加工中。近年来，随着各行各业的同步发展，乳酸链球菌素不仅在食品天然防腐添加剂逐渐占有主导地位，它还被开发用来对付口腔致龋菌的特殊抗菌材料[17]、化妆品添加等研究中。

早期研究乳酸链球菌素能抑制大部分G+菌的生长，包括产芽孢杆菌（如肉毒芽孢杆菌），耐热腐败菌（如嗜热脂肪芽孢杆菌），生孢梭菌等，在一定条件下对G-菌也有致死作用，而对酵母菌和霉菌无效[18]。但在最新的实验研究发现：乳酸链球菌素在针对酵母菌和霉菌所引起的腐败变质也起一定的作用。与常用的合成防腐添加剂，例如：山梨酸钾、苯甲酸钠，乳酸链球菌素对革兰氏阳性菌表现出更强的抑制作用[15]；在一些食品针对较难杀死的芽孢杆菌，常用的防腐剂如苯甲酸，其最低抑菌浓度已经超出了其在食品中允许的最大添加量，而乳酸链球菌素的抑菌浓度明显低于食品中允许的最大添加量[16]。综上所述：在食品安全允许的范围内，添加乳酸链球菌素能更有效的抑制像芽孢杆菌较难作用的微生物。与食品增稠剂相似，防腐剂也有协同增效的作用。利用这种作用可以拓宽天然防腐剂的应用范围，同时达到减少用量、降低成本，为食品工业更好地开发利用天然防腐剂，尤其为酸性食品防腐提供理论和方法的指导。

3.1袋装液态饲料

江西农业大学动物科技学院通过对乳酸链球菌素、山梨酸钾和茶多酚复配对袋装液态饲料贮存特性的影响，发现乳酸链球菌素、山梨酸钾和茶多酚配伍能有效减少袋装液态饲料贮存过程中的液化和胀袋现象，抑制了主要病原微生物的生长，并延缓了糊化淀粉的老化[19]。该复配对比试验培养基PH在4.3-4.5之间，乳酸链球菌素展现了良好的抑菌防腐作用[20]，其中山梨酸钾的热稳定性好，270 ℃才开始出现分解[21]，它能抑制沙门氏菌、霉菌和酵母菌等的生长，与乳酸链球菌素配合使用可以扩大抑菌范围；茶多酚是一种无毒无害的天然抗氧化剂，其抗氧化能力优于二丁基羟基甲苯(BHT)和维生素E[22]。三者的相互协同增效作用可以有效地延长了液态饲料的货架寿命，并且给出了最适宜的配比：200mg/kg乳酸链球菌素+200mg/kg山梨酸钾+100mg/kg茶多酚，在此条件下，袋装液态饲料的适宜贮存时间为45d[12]。该实验解决袋装液态饲料在实际使用过程中存在的保质期短和外观液化等实际问题，拓展了天然防腐剂乳酸链球菌素的应用范围，同时探索这3 种添加剂在提高袋装液态饲料安全性、防止糊化淀粉老化和胀袋等方面的效果，这将为袋装液态饲料的规模生产与推广应用提供技术支持。

3.2粮食储存

山东农业大学食品学院在研究小麦储藏的问题中，分析了影响小麦品质的微生物作用，选择使用复配抑菌剂。在单一物质进行抑菌作用研究的基础上，结合抑菌作用原理及效果，将抑菌效果比较好的两种或几种抑菌剂复配，来寻求抑菌效果更好的复配抑菌剂。运用控制变量法设计对比试验表明： Nisin、Nisin 和山梨酸钾复配物、Nisin和仲丁胺复配物、山梨酸钾和仲丁胺复配物、Nisin 山梨酸钾和仲丁胺三者复配物的抑菌效果成倍增加，并得出最佳组合为每千克小麦0.20 g Nisin、1.00 g 山梨酸钾和2.00 g 仲丁胺[23]。为小麦更好地储存提出新方案，有效地减少了粮食在储藏过程中因变质带来的巨大损失。

4展望

乳酸链球菌素不仅具有无毒、用量少、方便使用、防腐效果好、价格低廉的优良特性，而且作为天然食品添加剂其研究与应用日趋广泛。目前，国内外实际使用的食品添加剂，尤其是食品防腐剂仍以化学合成物为主要对象。一方面，化学合成物对人体未知的摧残和积累，让人们不寒而栗；另一方面，针对食品防腐，新生的致腐菌和不断变化的食品环境，过分依赖某一种或某几种化学合成防腐剂，其效果越来越不乐观，这也是人们下意识的过量使用食品防腐剂的主要原因。随着社会的发展和人民生活水平的提高，人们对食品安全提出了更高的要求。盲目的选择天然食品添加剂，不仅不能得到良好的防腐保鲜效果，而且还会带来新的食品感官问题。因此，清晰正确的认识天然食品防腐剂的作用机理，加强食品科学、微生物学、生物化学等方面的通力合作，开发安全、高效、经济、营养的天然防腐剂，是食品防腐保持食品品质的最佳选择。短期内，天然防腐剂还不能取代化学合成防腐剂；但随着科学技术的进步，天然防腐剂的深入研究和成熟运用，天然防腐剂必将完全取代化学合成防腐剂。

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乳酸链球菌素在食品应用的研究进展汇总