乳酸链球菌素及其在食品中的应用研究进展

高蕾蕾，李迎秋

（齐鲁工业大学食品科学与工程学院，济南 250353）

乳酸链球菌素及其在食品中的应用研究进展

高蕾蕾，李迎秋＊

（齐鲁工业大学食品科学与工程学院，济南 250353）

乳酸链球菌素（Nisin）是一种天然的生物防腐剂，Nisin具有抑菌效果好，耐热稳定性，对革兰氏阳性菌抑菌谱广，对人体无毒副作用等特点，在食品行业中的防腐保鲜效果良好。文章对Nisin的结构、分类、特性、抑菌机理及其在食品中的应用进行了详细的阐述，对以后进行深入的研究具有非常重要的意义。

乳酸链球菌素；抑菌；食品；应用

乳酸链球菌素又称为乳链菌肽，简称为Nisin，它是由34个氨基酸残基组成的抗菌多肽，可以有效地抑制革兰氏阳性菌，尤其是细菌芽孢［1］。乳酸链球菌素是一种新型多肽，摄入后可被人体中的蛋白酶降解为各种氨基酸，没有毒副作用，因此被认为是一种天然、高效、安全的生物防腐剂。

而当今的食品工业中，防腐剂是最重要的一种食品添加剂，防腐剂一般分为合成防腐剂和天然防腐剂，而我国大量使用的是化学合成的防腐剂，如苯甲酸及其盐、山梨酸及其盐等，虽然控制在一定的安全范围内，但是随着人们生活水平的提高以及食品安全问题的时有出现，生物防腐剂的天然以及安全性备受人们的青睐，天然防腐剂除了如乳酸链球菌素外，还有诸如纳他霉素、ε-聚赖氨酸、鱼精蛋白等，但是我国允许使用的是乳酸链球菌素和纳他霉素，因此研究天然防腐剂中的乳酸链球菌素具有一定的意义。

1969年联合国粮食及农业组织（FAO）和世界卫生组织（WHO）食品添加剂联合专家委员会确认Nisin为食品防腐剂，这也是第一个被批准用于食品中的细菌素［2］。而我国于1990年开始批准使用Nisin，并在GB 2760－2010《食品添加剂使用卫生标准》中规定Nisin作为食品添加剂的最大允许使用量。

1 乳酸链球菌素的结构以及分类

1.1 分子结构

Nisin属羊毛硫抗生素线型分子的一种，Gross和Morell等［3］研究发现成熟的Nisin分子由34个氨基酸残基组成，分子量为3510。Nisin分子结构中包含5种稀有的氨基酸，分别为双脱氢丙氨酸、双脱氢丁氨酸、羊毛硫氨酸、3-甲基羊毛硫氨酸和氨基丁酸，它们通过硫醚键形成5个内环，其活性分子常为二聚体或四聚体。

杜琨等［4］采用原子力显微镜分析乳酸链球菌素的结构，发现乳酸链球菌素的分子呈现大小不一的螺旋缠绕形状，并且在三维形貌图上可以看出乳酸链球菌素的不规则环上有很多明显的峰状突起，以此来推测乳酸链球菌素有很多分支，并且Nisin是新型多肽，其组成可能是通过肽键形成双螺旋，再缠绕形成较大的聚集体，并且为后续的研究提供了理论依据。

1.2 分类

由文献可知，Nisin分子常见的是6种类型，其中Nisin A和Nisin Z是研究的热点，但是在2010年，Piper C等［5］研究发现Nisin分子还存在着其余的类型，如Nisin Q，Nisin F。

Nisin A和Nisin Z之间的差异仅仅是氨基酸顺序上的第27位氨基酸的种类不同，Nisin Z第27位上的天冬酰胺取代了Nisin A相同位置上的组氨酸。Kyung Yuk Ko等［6］利用液相色谱-串联质谱法测定140种奶酪产品中的Nisin A和Nisin Z含量，以及比较两者的稳定性和溶解性差异，得出Nisin Z的溶解度和稳定性均比Nisin A要强。

De Arauz L J等［7］提出Nisin Z常被用于多种食品产品中来提高抗菌安全性，主要是因为Nisin Z良好的溶解性和稳定性。

2 乳酸链球菌素的特性

Nisin是一种白色易流动的粉末，使用时需要溶于水或者溶液中，不同pH值下的溶解度不同.

影响Nisin稳定性的主要因素是温度、pH。食品成分、结构和微生物等。

2.1 溶解性

Nisin溶解度与溶液的pH值有关，在pH较低时（pH为2左右），溶解度较好，而随着pH值变大，Nisin的溶解度降低，在中性以及碱性中几乎不溶解，因此应用时，一般用酸溶解添加在食品中［8］。

2.2 稳定性

影响Nisin稳定性的因素中，pH值对其稳定性影响最大，pH为2时的Nisin溶液中高温灭菌时呈现稳定性，而在中性条件下，其活性损失大于90%，Nisin的活性基本不受杀菌的影响，而且食品中的一些大分子可以增强对Nisin的稳定性［9］。

2.3 抑菌性

乳酸链球菌素对大部分的革兰氏阳性菌，比如金黄色葡萄球菌、李斯特菌、小球菌，特别是芽孢杆菌、梭状芽孢杆菌等具有明显的抑制作用［10］。

早期的研究认为，Nisin一般对革兰氏阴性菌、霉菌、酵母菌是无效的，但近期的研究表明，在一定条件下（如冷冻、加热、降低pH等），一些革兰氏阴性菌（如沙门氏菌、大肠杆菌等）对Nisin敏感［11］。

2.4 抑菌机理

Breukink E等［12］研究认为乳酸链球菌素主要作用在敏感细胞膜上，并且依赖于肽聚糖前体分子脂质II的浓度，形成孔洞，引起内容物的泄露，导致细胞自溶而死亡。

Zhao Xingchen等［13］对使用Nisin处理过的金黄色葡萄球菌进行基因表达谱分析指出，Nisin可以有效地抑制革兰氏阳性菌的生长，由全基因组转录的状况得出，Nisin可以阻碍金黄色葡萄球菌中主要功能性基因的转录，从微观的方面提供了金黄色葡萄球菌对Nisin敏感性的重要性线索。

对于Nisin的抑菌机理，没有明确的定论，许多学者也在进一步的研究中。

2.5 安全性

对乳酸链球菌素的毒性研究发现，其结果表明半致死剂量与普通食盐相近。作为一种新型多肽，食用后会在消化道中被蛋白酶降解成氨基酸，因此是世界上公认的无毒、天然的食品防腐剂。而且目前Nisin已在60多个国家及地区被用作防腐剂，全球乳酸链球菌素的产量保持高速增长，因此Nisin作为新型的防腐剂其行业的利润前景以及市场需求仍然向好［14］。其中乳制品和预制肉制品是乳酸链球菌素摄入量的主要来源［15］。

3 在食品工业中的应用

3.1 在乳制品中的应用

Nisin最早用于干酪的防腐，也是目前奶制品应用中的一个主要方面。由于Nisin能抑制嗜热耐热细菌和芽孢的生长、繁殖，因此将Nisin加入灭菌乳、炼乳等产品的加工中，均能抑制这些微生物的腐败作用，从而减少高温处理强度，改善产品品质，有效地延长产品的货架寿命。另外，Nisin还可用于防止酸奶的后发酵。

Ulpathakumbura C P等［16］研究生物防腐剂对切达奶酪的抗菌、物化特性和感官品评的影响，结果表明乳酸链球菌素、溶菌酶以及乳酸菌作为生物防腐剂应用在切达奶酪中，其抗菌特性、物理化学特性以及感官品质的鉴定均优于硝酸钠的化学防腐剂。

Maryam Zohri等［17］比较了Nisin和包被在壳聚糖中的Nisin对生牛乳中金黄色葡萄球菌的抑菌作用。结果表明将纳米颗粒掺入到食品级聚合物中如壳聚糖聚体为Nisin提供一个更加稳定的体系。

3.2 在肉制品中的应用

肉制品加工过程中，易受到微生物的影响，产生不良的风味以及品质的降低，基于Nisin抑制革兰氏阳性菌，尤其是细菌芽孢，其抗菌防腐的效果较强，因此可以将Nisin添加到肉制品中，防止微生物污染，同时延长货架期，具有一定的商业价值和食用价值。

对于传统肉制品来说，为了提高防腐和增色，商家一般会添加一定量的亚硝酸钠。经研究表明：亚硝酸盐具有一定的防腐效果，但由于是化学防腐剂，其安全性存在一定的隐患，亚硝酸盐食入后，会与体内的胺类物质作用，生成强烈的致癌物质N-亚硝胺。因此，可以在肉制品中加入Nisin来降低亚硝酸盐的含量。

杨瑞［18］研究乳酸链球菌素在即食腊肉制品保藏应用中的研究，结果表明：乳酸链球菌素可以降低即食腊肉的杀菌温度，其品质不受影响，乳酸链球菌素与热处理相结合，可以保存食品营养价值和延长货架期。

Sureshkumar S等［19］将Nisin和BHA复配添加到水牛肉香肠中，比较单独添加BHA以及同时添加二者在35℃，相对湿度70%～80%的条件下对水牛肉香肠制品货架期的影响。结果表明：单独添加BHA可延长货架期为3天，而同时添加二者货架期为5天。

李清秀等［20］使用质量浓度为0.049g/kg的Nisin和500mg/L的纳他霉素处理鸡肉，结果表明其防腐保鲜效果最佳，口感和品质最好。

鱼类的蛋白质含量约为15%～24%，所以鱼肉是很好的蛋白质来源，并且约有87%～98%的蛋白质都会被人体吸收，其吸收率高，同时鱼类的脂肪含量少，还含有ω-3系列脂肪酸，如EPA及DHA。因此在鱼肉制品中添加乳酸链球菌素能起到防腐的效果，降低亚硝酸盐含量，还不影响鱼肉色泽，是理想中的天然防腐剂。

Behnam Shabnam等［21］利用乳酸链球菌素的生物防腐作用喷涂在虹鳟鱼上，将处理好的虹鳟鱼真空包装在4℃下存放，对照组喷洒蒸馏水真空包装在4℃下存放，进行细菌学和生化学的评估以及脂肪酸组成的分析，结果表明用Nisin处理过的虹鳟鱼货架期可以延长至16天。

3.3 罐藏食品中的应用

3.3.1 罐头食品

乳酸链球菌素在酸性条件下易溶、稳定并且抑菌性强，因此可以添加在高酸性食品中用于防腐，而对于低酸性食品或非酸性食品，同样可以起到防腐和降低热处理强度，保证食品的品质。

3.3.2 低盐酱菜

传统酱菜的制作主要是利用高浓度盐的高渗作用，起到防腐保鲜的作用，但是我国居民膳食指南提倡每人每日食盐摄入量应该少于6g，而对于高血压患者，每天的食盐摄入量应该在4g左右，因此，我国酱菜的研究方向应该朝着低盐的方向发展，但是盐浓度过低，微生物会大量繁殖，致使食品的货架期变短，而且Nisin的半数致死量与食盐相同，所以使用天然防腐剂Nisin成为酱菜行业中的选择。

易建华等［22］采用乳酸链球菌素、纳他霉素进行酱菜的保藏实验研究，单一使用二者时，300g/kg乳酸链球菌素和150mg/kg纳他霉素效果最好，最优复合配方为300g/kg乳酸链球菌素＋150mg/kg纳他霉素；乳酸链球菌素与纳他霉素复合防腐剂对酱菜总酸度影响较小，同时，在保藏3个月内，乳酸链球菌素与纳他霉素复合防腐剂可以改善酱菜的感官品质。

3.4 在酒精饮料中的应用

乳酸链球菌素对革兰氏阳性菌有广谱抑菌的效果，但是对霉菌、酵母菌等抑制效果不明显，因此可以将这一特性应用到酒精饮料如啤酒中，防止乳酸杆菌和啤酒片球菌引起的酸败，保证产品品质与风味的一致性。

Jagannath A等［23］将Nisin作为稳定剂添加在含有细菌纤维素的果蔬汁饮料中，结果证明在室温下可以稳定存储90天。

3.5 其余方面的应用

李听听等［24］采用的食品级抑菌剂乳酸链球菌素、山梨酸钾和仲丁胺等在国内预防粮食霉变研究中尚处于起步阶段，目前上述抑菌剂主要应用于饲料、食品、果蔬等储藏方面的研究。以肿丁胺、山梨酸钾与Nisin组合成不同的Nisin复配抑菌剂对小麦处理，将处理后的小麦置于温度30℃、相对湿度75%的环境中储藏，测定储藏过程中小麦微生物多样性及品质变化规律，旨在为研制和筛选出能满足粮食储藏要求的复配抑菌剂产品。

在整个储藏过程中，通过抑菌能力、抑菌范围和抑菌稳定性综合分析，由“Nisin（0.20g/kg）＋山梨酸钾（1.00g/kg）＋仲丁胺（2.00g/kg）”组合为最佳抑菌组合。

Preet Simran等［25］研究了Nisin和阿霉素对皮肤癌症的抗性作用。对小白鼠进行4组实验研究，用Nisin进行皮下注射，而用阿霉素进行静脉注射，通过分析其肿瘤的体积、细胞凋亡的量化、血清指标、脂质过氧化、亚硝酸盐的评估、过氧化氢酶活性、超氧化物岐化酶的活性、蛋白质的评估等指标，结果表明乳酸链球菌素能增强阿霉素有效降低肿瘤的程度。

4 展望

综述全文，乳酸链球菌素是一种理想的天然、高效、安全的食品防腐剂，独有的抑菌特性、低pH值的热稳定性以及无毒副作用，使其能够代替化学防腐剂应用在特定的食品加工生产中，不仅延长货架期，还能保持食品原有的风味和品质，大部分的研究着重于Nisin在食品中的应用，虽然Nisin有许多优点，但是其市场价格昂贵，在使用时，一般与其余的化学防腐剂复配使用，这种复配既降低了生产成本，又减少了化学合成防腐剂的用量，同时抑菌范围增大。乳酸链球菌素是一种新型多肽，随着未来的发展，可以通过基因工程的手段，改良Nisin的特性，使其抑菌谱变广，制造出更适合企业应用在食品行业中的产品，人们生活水平不断提高，绿色、天然的生物添加剂将备受关注，其前景更加广阔。

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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 ＊通讯作者

高蕾蕾（1990－），女，山东德州人，硕士，研究方向：食品生物技术；李迎秋（1972－），女，山东济南人，教授，硕士生导师，博士，研究方向：食品生物技术。