文章编号:1004-5422(2010)01-0014-04乳酸链球菌素及其在肉制品中的应用唐仁勇,刘达玉,郭秀兰,王卫,张佳敏(成都大学肉类加工四川省重点实验室,四川成都610106)摘要:在肉制品的生产、加工乃至消费过程中,其防腐保鲜一直深受重视,人们期望能使用安全、绿色并对人体完全无害的添加剂.乳酸链球菌素是由Lactococcus lactic菌株产生的一种无毒副作用、热稳定的小分子多肽,能抑制大部分革兰氏阳性菌及其芽孢的生长和繁殖.研究显示,乳酸链球菌素既具有抑菌防腐作用,又具有一定的安全性,并已开始在食品行业大量应用,其作为安全的食品添加剂具有较佳的应用前景.关键词:乳酸链球菌素;革兰氏阳性菌;肉类;防腐中图分类号:TS20213文献标识码:A0引言在肉类加工产业中,肉制品的防腐保鲜始终是一个备受关注的重要问题.据统计,全球每年因为各类肉制品变质、腐败导致的经济损失高达数十亿美元.除了经济损失,肉制品变质还会影响消费者的健康,对食品安全产生严重的不良影响.因此,研究肉制品的防腐保鲜,延长肉制品的保藏期限一直是食品科学家的研究热点.此外,随着人们生活水平的提高,健康食品、绿色食品的概念已经越来越被大众所接受.乳酸链菌素(Nisin)是乳酸乳球菌产生的一种细菌素,它能抑制大部分革兰氏阳性(G+)菌及其芽孢的生长和繁殖[1,2],其本身易被人体消化道中的一些蛋白酶所降解,并且对食品的色、香、味等无不良影响,目前它已逐渐成为食品加工领域的研究热点.基于此,笔者就Nisin的研究进展及其在肉制品中的应用做一综述.1Nisin的主要特性及研究历程1.1Nisin的主要特性Nisin是由乳酸乳球菌乳酸亚种(L actoc oc c2 tis.subs ctis)分泌的一种线型多肽,呈白色、淡黄色至浅棕色易流动状粉末,分子式是C14H228N42O37 S7,平均分子量为3348,其活性体常为二聚体或四聚体.Nisin分子由34个氨基酸残基(Ile2D hb2Ala2Ile2 Dha2Leu2Ala2A bu2Pro2G ly2Ala2Lys2Abu2Gly2Ala2Lys2Abu2 Gly2Ala2Leu2Met2Gly2Ala2Asn2M et2L ys2A bu2Ala2Abu2Ala2His2Ala2Ser2Ile2His2Val2Dha2Lys)组成,其中含有5种稀有氨基酸:AB A(氨基丁酸)、D HA(脱氢丙氨酸)、D HB(B2甲基脱氢丙氨酸)、AL A2S2A L A(羊毛硫氨酸)、A L A2S2ABA(B2甲基羊毛硫氨酸).Nisin的溶解度和稳定性与溶液的pH值有关,例如,Nisin在水中(pH5.0)的溶解度为3mg P L,当水的pH增加(pH7.0)时,其溶解度为49mg P mL.Nisin的活性在室温下,以及酸性加热条件下均很稳定[3].到目前为止,已发现的Nisin种类包括A、B、C、D、E和Z6种,科研人员对Nisin A和Nisin Z研究较多[4,5],二者的区别在于Nisin A的第27位氨基酸为组氨酸,而Nisin Z的第27位为天冬氨酸.此外,Nisin的耐酸、耐热性能优良,当Nisin溶于pH3.0的盐酸中经121e,15 min加热仍能保持100%的活性[6].当Nisin加入到食品中,则受介质的影响,一些大分子食物,如牛奶、肉汤等,可使其稳定性大大增强.另外,Nisin的稳定性还与热处理时间、食品保藏的温度及时间等有关[7].1.2Nisin的研究历程1928年,Rogers等首先报道了乳链球菌代谢物能抑制保加利亚杆菌的生长;1933年,Witehead等观察到野生乳链球菌能抑制干酪制作中乳酸菌的生长和酸的产生,并发现这种抑制物是一种多肽;1947年,M attick等从乳酸链球菌发酵液中制备出这种多肽,发现该物质可抑制许多革兰氏阳性菌,并指出它们是血清学N群中的一些乳酸菌所产生的抑菌物质,并将其命名为Nisin[8].1951年,Hirsch等将Nisin收稿日期:2009-12-20.作者简介:唐仁勇(1977)),男,博士,讲师,从事畜产品加工研究1用作食品防腐剂.1953年,Nisin的第一种商业化产品在英国面世;1969年,FAO P W HO食品添加剂联合专家委员会批准Nisin作为食品添加剂使用.1971年,Gross等阐明了Nisin分子的完整结构;1988年, Buchman等克隆了编码Nisin前体的结构基因并测定了D N A序列.在我国,对Nisin的研究始于1989年中科院微生物所的基础研究.1990年,卫生部将其列入国标(GB2760-86).2008年,新的食品添加剂使用卫生标准(GB2760-2007)规定,Nisin可适用于乳及乳制品、食用菌和藻类罐头、八宝粥罐头、预制肉制品、熟肉制品、饮料类、醋、酱油、酱及酱制品、复合调味料、方便米面制品等.目前,已有60多个国家和地区批准Nisin可以作为一种纯天然食品防腐剂、保鲜剂使用[9].2Nisin的抑菌范围与机理2.1Nisin的抑菌范围Nisin为多肽窄谱抗菌素,对一定范围的微生物有抗菌能力,大量的研究表明它能强烈地抑制革兰氏阳性菌.早期的研究认为,Nisin一般对霉菌、酵母菌和G2菌无效,但近期的研究表明,在一定条件下,如冷冻、加热、降低pH和ED T A处理,一些G2菌,例如沙门氏菌、大肠杆菌、假单胞菌、拟杆菌、放线杆菌、克雷伯氏菌等,对Nisin敏感[6].江芸[10]根据前人的研究总结了Nisin的抑菌谱(见图1).张百刚等[11]研究了温度和pH值对Nisin抑菌效果的影响,结果表明,在pH<4.0时,Nisin的稳定性较强,温度对其活性几乎无影响,随着pH值的降低,Nisin的抑菌作用增强;当pH>4.0时,温度对其活性影响较大,随着pH值的升高,其抑菌作用下降.在中性和碱性条件下,Nisin的活性几乎完全丧失.在相同的处理条件下,Nisin对枯草芽孢杆菌的抑菌效果最好,对金黄色葡萄球菌的抑菌效果较好,对大肠杆菌的抑菌效果最差[11].2.2Nisin的抑菌机理尽管很多学者进行了大量的研究,但目前对Ni2 sin的抑菌机理尚未定论.研究者普遍认为,Nisin的作用机理类似于阳离子表面活性剂,影响细菌胞膜以及抑制革兰氏阳性菌胞壁的形成[12,13].此外,有学者认为,Nisin的杀菌机制与D HA和D HB密切相关,因为Nisin中的D HA和D HB能够与敏感菌株细胞膜中某些酶的巯基发生作用,释放细胞质,造成敏感图1Nisin的抑菌范围示意图菌细胞裂解[14];也有学者认为,Nisin的作用机制主要是消耗敏感细胞的质子驱动力,进而抑制细菌细胞壁中肽聚糖的生物合成,使细胞膜和磷脂化合物的合成受阻,导致细胞内物质外泄,引起敏感细胞裂解[15].近年来,部分学者又提出所谓的/孔道理论0,认为Nisin是一个疏水的带正电荷的阳离子分子,在一定膜电位存在下,可吸附于敏感菌的细胞膜上,通过C末端作用侵入细胞膜内形成通透性孔道,细胞膜失去极化并导致A TP泄露,使细胞内小分子和离子流失,细胞外水分子流入,造成细胞膜内外能差消失,导致细胞自溶而死亡[12,13].总体上可以认为,Ni2 sin对芽孢的作用是在其萌发前期及膨胀期破坏其膜,以抑制其发芽过程.3Nisin在肉制品中的应用3.1Nisin在猪肉制品中的应用张洪震等[16]研究表明,Nisin在猪肉冷却肉保鲜中具有一定的抑菌作用,并且该作用随Nisin浓度的增加而增强.当Nisin的浓度为200ppm时,可使猪#15#第1期唐仁勇,等:乳酸链球菌素及其在肉制品中的应用肉保质期延长1倍.宋萌等[17]对应用不同保鲜液喷涂处理的鲜猪肉经聚乙烯袋包装后在冷藏(0~4e)条件下的保鲜效果进行了研究,结果表明,综合成本及保鲜效果选择250mg#L-1Nisin+0.25%壳聚糖+1%乳酸钠+1%乳酸为最佳保鲜配方.江芸等[18]将Nisin、NaL单独及联合应用于真空包装冷却猪肉中,结果表明,单独使用Nisin、Na L均可显著抑制菌落总数的产生,且浓度越高抑菌效果越好;贮藏前期Nisin抑菌效果较好,贮藏后期3%Na L抑菌效果最好;Nisin、NaL联合应用比单独使用抑菌效果要好,而且两者在整个贮藏期间均显示显著的交互效应. 3.2Nisin在牛、羊肉制品中的应用罗欣等[19]研究发现,在牛肉冷藏保鲜中Nisin 有显著的抑菌作用,细菌总数明显降低,且保鲜效果随Nisin浓度增加而增强,其有效保鲜浓度为0.075 g P kg,且与乳酸钠之间存在协同作用,而与山梨酸钾发生拮抗作用.于见亮等[20]利用响应面法对Nisin、茶多酚、壳聚糖进行复配组合,应用于羊肉冷藏中,通过实验确定复合保鲜剂最佳配比.结果表明:3种保鲜剂的抑菌效果依次为Nisin>壳聚糖>茶多酚; Nisin和壳聚糖之间存在极显著的交互效应,茶多酚与Nisin、茶多酚与壳聚糖之间的交互效应不显著;复合保鲜Nisin、壳聚糖、茶多酚的最佳配比分别是0.137%、1.395%、0.158%.张德权等[21]用Nisin、溶菌酶和乳酸钠构成的复合保鲜剂对冷却羊肉进行处理,结果表明:3种保鲜剂的抑菌效果依次为Nisin>溶菌酶>乳酸钠;Nisin与溶菌酶之间存在极显著的交互效应,而Nisin与乳酸钠、溶菌酶与乳酸钠之间存在显著的交互效应;浸泡用复合保鲜剂的最佳配比为Nisin0.34%、溶菌酶0.24%、乳酸钠2.27%.3.3Nisin在禽肉制品中的应用李清秀等[22]研究了不同浓度的Nisin和纳他霉素对鸡肉的防腐保鲜效果,结果显示,采用不同浓度的天然保鲜剂处理鸡肉,可获得不同程度的保鲜效果.其中以质量浓度为0.049g/kg的Nisin和500 mg/L纳他霉素的保鲜效果最佳.有报道称,为提高软包装扒鸡的质量,研究者在扒鸡加工过程中添加Nisin,以降低其灭菌强度,改善扒鸡的食用品质.试验结果表明,采用0.1g P kg的Nisin后,软包装扒鸡从原杀菌温度121e降为105e,其他工艺条件不变,货架期可以达到半年以上,口感与手工制作的散装扒鸡接近.张坤生等[23]将Nisin、丙酸钙、山梨酸钾、乳酸钠作为复合型防腐剂加入到鸡肉香肠中,结果表明,以Nisin为主的复合防腐剂联合其他防腐剂的抑菌效果明显大于单一使用时的抑菌效果,能延长鸡肉香肠的货架期.3.4Nisin在其他肉制品中的应用黄群等[24]为初步探索酸肉Nisin保鲜,对传统湘西酸肉发酵过程中pH值、酸度、氨基态氮、氨基酸总量、细菌总数等变化动态进行分析.结果表明, pH值与总酸变化趋势基本一致,发酵后游离氨基酸总量增加61.4%,细菌总数基本呈S型曲线;Nisin 能有效抑制T VBN值、TB A值上升与细菌总数增加,添加量以0.15%较好.4结语肉制品由于营养价值高、口感佳,一直深受人们喜爱.但肉类的蛋白质含量高易腐败,脂肪含量高易氧化酸败,很难保存较长时间.Nisin的出现和使用,较好地解决了上述难题,但其价格较贵,效果存在波动,在实际应用中常和其他添加剂混合使用.故今后需要研究者对Nisin在添加剂量、添加方式和作用机理等方面进行更深入的研究.参考文献:[1]赵剑飞.Nisin的性能及在肉制品中的应用[J].肉类工业,2005,26(7):40-41.[2]贺家亮,秦翠丽,康怀彬,等.乳酸链球菌素的研究现状[J].中国食品添加剂,2004,15(3):54-57.[3]刘静,李湘利.Nisin及其在食品工业中的应用研究进展[J].农产品加工(学刊),2008,4(9):16-18.[4]Jack R W,Jung ntibiotics and mic r o cins:po lype ptides withunusual che mical div ersity[J].Current Opinion in Chemical Bi ol2 ogy,2000,4(3):310-317.[5]Larid R,Kheadr E E,Benech R2O,et al.Liposo me encaps ulatedNis in Z:o ptimization,sta b ility and releas e du rin g milk fermenta2 tion[J].International Dairy Journal,2003,13(4):325-336. 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