細(xì)菌素及其在食品應(yīng)用中的研究進展課稿

1、細(xì)菌素及其在食品應(yīng)用中的研究進展摘要：細(xì)菌素是細(xì)菌產(chǎn)生的抗細(xì)菌蛋白質(zhì)，殺死或抑制其他細(xì)菌的生長。本文就細(xì)菌的分類、細(xì)菌素與抗菌素的區(qū)別以及在食品中的應(yīng)用等方面進行了綜述。關(guān)鍵詞：細(xì)菌素；食品；應(yīng)用ResearchDevelopmentofBacteriocinsandItsApplicationsinFoodAbstract:Bacteriocinsareantibacterialproteinsproducedbybacteriathatkillorinhibitthegrowthofotherbacteria.Thisreviewarticlefocusesonclassification

2、andantibacterialmechanismofbacteriocins,anddifferencesfromantibiotics.Thisarticlealsogivesanoverviewofitsapplicationsinfood.Keywords:Bacteriocins;Food;Application隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展和人們生活水平的不斷提高，人們對自身健康和食品安全也越來越重視，由于一些化學(xué)防腐劑具有危害性，所以尋找安全的天然食品防腐劑是食品工業(yè)發(fā)展的首要問題之一。自乳酸鏈球菌素成功地用于食品保鮮以來，細(xì)菌素被認(rèn)為是安全的天然食品防腐劑1，人們對細(xì)菌素的研究也越來越重視

3、。1 細(xì)菌素細(xì)菌素(bacteriocin)是某些細(xì)菌產(chǎn)生的具有抗菌活性的多肽、蛋白質(zhì)或蛋白質(zhì)復(fù)合物，某些細(xì)菌通過核糖體機制產(chǎn)生的一類具有抑菌生物活性的蛋白質(zhì)。李斯特菌是一種能夠引發(fā)李氏桿菌病的食源性致病菌，這種疾病具有較高的致死率。此外，該細(xì)菌具有在壓力條件下生存的能力。KaewklomS等2描述和評價了從泰式蝦醬中分離出的解淀粉芽孢桿菌株SP-1-13LM所產(chǎn)生的抗李斯特細(xì)菌素的有效性。發(fā)現(xiàn)從菌株SP-1-13LM部分純化的細(xì)菌素表現(xiàn)出廣泛的抑制性，包括單增李斯特菌，沙門氏菌和志賀氏菌。大多數(shù)細(xì)菌素只對親緣關(guān)系較近的細(xì)菌有毒害作用，研究發(fā)現(xiàn)抑菌范圍為相同的微生物種屬（窄譜）或不同微生物種屬

4、（寬譜）3，而產(chǎn)生菌對其產(chǎn)生的細(xì)菌素具自身免疫性。1.1 細(xì)菌素的分類目前已發(fā)現(xiàn)并正被廣泛研究的細(xì)菌素有乳酸鏈球菌素（Nisin）、乳球菌素（L.actococcin）、片球菌素（Pediocin）、明用珠菌素（Canonic）等幾十種。通常根據(jù)化學(xué)結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性和分子量大小將細(xì)菌素分為四類4：第一類是羊毛硫抗生素（lantibiotics），第二類是小分子熱穩(wěn)定的非修飾肽（SHSP），第三類為熱不穩(wěn)定性大分子蛋白質(zhì)（LHLP），第四類是蛋白復(fù)合體。其中，第一、二類作為防腐劑研究得較多，應(yīng)用最廣的是第一類中的Nisin。1.2 細(xì)菌素的抑菌原理首先細(xì)菌素非特異性地吸附到細(xì)胞表面，然后與細(xì)胞特異受

5、體結(jié)合。細(xì)菌素能否與細(xì)胞特異結(jié)合，主要取決于細(xì)胞壁和質(zhì)膜的結(jié)構(gòu)，雖然細(xì)菌素的識別受體只是質(zhì)膜脂質(zhì)體，但由于膜蛋白可以影響到脂質(zhì)體的組合，所以細(xì)菌素對細(xì)胞的敏感性由整個胞質(zhì)膜決定。同時細(xì)菌素的特異性還與其自身的特性有關(guān)。然后，細(xì)菌素嵌入到質(zhì)膜內(nèi)部，并開始聚集形成寡聚體結(jié)構(gòu)，最終在質(zhì)膜上形成疏水性膜孔。研究表明，親水膜孔的大小與細(xì)菌素的濃度有關(guān)，濃度越大，孔徑越大；這些膜孔釋放了細(xì)胞內(nèi)部大量的離子和小分子，使質(zhì)膜的質(zhì)子動勢（PMF）失去平衡，此時細(xì)胞需要消耗大量的ATP去維持這個平衡，這個無效的循環(huán)最終導(dǎo)致細(xì)胞沒有足夠的ATP去維持其自身正常的生理活動而死亡。盡管細(xì)菌素在質(zhì)膜上的成孔機理不盡相同，

6、但細(xì)菌素的抗菌模式都是一樣的，即通過形成膜孔。2 細(xì)菌素與抗生素的區(qū)別從法律的角度考慮，區(qū)分細(xì)菌素和抗生素是重要的，因為抗生素在食品中的出現(xiàn)通常是被禁止的。例如，在丹麥，用于生產(chǎn)食品添加劑的細(xì)菌必須不產(chǎn)生毒素或抗生素。細(xì)菌素可以作為部分純化或純化的濃縮物來添加，但是需要從立法的角度來得到批準(zhǔn)以作為防腐劑。到目前為止，乳酸鏈球菌素和片球菌素的PA-1被許可用作食品防腐劑5。細(xì)菌素與抗生素都是由微生物產(chǎn)生，用量都很小，都具有一定的抗菌譜，能較強地抑制甚至殺死其他微生物。但是細(xì)菌素和抗生素是有區(qū)別的。抗生素是某些微生物通過酶促反應(yīng)將初級代謝物轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)性的次級代謝物。而Nisin等細(xì)菌素則需要通過核

7、糖體來合成，是真正的蛋白質(zhì)類物質(zhì)。細(xì)菌素與抗生素的根本差別是：大部分細(xì)菌素只對近緣關(guān)系的細(xì)菌有損害作用，而且無毒、無副作用、無殘留、無抗藥性，同時也不污染環(huán)境。因此，細(xì)菌素的使用，可以部分減少甚至取代抗生素的使用6。3 細(xì)菌素在食品基體中的應(yīng)用方式食品中細(xì)菌素的來源可以分為易地來源與原位來源。前者指加入產(chǎn)細(xì)菌素菌株，其在食品中生長的過程中產(chǎn)生細(xì)菌素；同理，后者指直接向食品中添加細(xì)菌素制劑。從食品級底物（乳或乳清）中培養(yǎng)的產(chǎn)細(xì)菌素菌株中獲得的易地細(xì)菌素可以直接加入食品中。從肉湯培養(yǎng)基中培養(yǎng)出的部分純化或濃縮的易地細(xì)菌素，可固定在載體上應(yīng)用。載體作為濃縮的細(xì)菌素分子的儲蓄池和擴散體源源不斷地向食品

8、基體供給細(xì)菌素。載體還可能保護細(xì)菌素免于和食品中的成分相互作用而失活。此外，只在食品表面上用細(xì)菌素（與在整個食品機體都用相比），需要量少，可以降低加工成本。近年來在固定化細(xì)菌素方面較先進的應(yīng)用是在抗菌包裝上。用含有32Y的固定化細(xì)菌素的聚乙烯膜包裝無骨豬排和絞牛肉以及香腸，儲藏時可以減少產(chǎn)單核增生細(xì)胞的菌群數(shù)量。同樣，含有Nisin的賽璐玢包膜可以減少8存放的新鮮小牛肉中好氧菌的數(shù)量。用Nisin處理過的活性膜包裝生牛乳與巴氏滅菌乳都可以起到減少菌群的作用7。因此用含有細(xì)菌素的抗菌膜包裝食品，可以提高食品的質(zhì)量、食用安全性以及延長貨架期。產(chǎn)細(xì)菌素的菌株可直接作為發(fā)酵劑、發(fā)酵劑佐劑，也可以作為生

9、物保護劑（尤其在非發(fā)酵類食品中）。產(chǎn)細(xì)菌素菌株作為發(fā)酵劑時能實現(xiàn)發(fā)酵工藝的最佳狀態(tài)同時還能產(chǎn)生足夠的細(xì)菌素用來防腐。在某些情況下，細(xì)菌素產(chǎn)物能增強發(fā)酵菌株的培植能力，提高競爭力和穩(wěn)定性。另外，細(xì)菌素與其他柵欄因子的組合使用也可以達(dá)到很好的保鮮效果。當(dāng)多種抗菌因子共同用來殺死微生物，觀察到可以大大減少其數(shù)量后，柵欄技術(shù)的概念就在食品工業(yè)中開始應(yīng)用了。近年來細(xì)菌素作為柵欄技術(shù)應(yīng)用的一部分，引起了很大的關(guān)注，其中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了超過60多種的柵欄技術(shù)，并且能夠提高食品的穩(wěn)定性和質(zhì)量。4細(xì)菌素在食品中的應(yīng)用在全世界50多個國家和地區(qū)廣泛應(yīng)用Nisin作為食品防腐劑。雖然許多國家對其添加數(shù)量和所應(yīng)用食品的范圍

10、有所不同，但有不少國家,如英國、法國、澳大利亞等國對其添加數(shù)量則不作任何限制。我國衛(wèi)生部頒發(fā)的GB2760-86規(guī)定，Nisin在罐裝食品、植物蛋白食品最大使用量為0.2g/kg,乳制品、肉制品最大使用量為0.5g/kg,一般參考用量為0.10.2g/kg,是食品工業(yè)普遍使用的一種天然生物防腐劑。3.1 在乳制品中的應(yīng)用、乳及乳制品屬于營養(yǎng)價值高、成分豐富而完善的大眾化食品,極容易腐敗變質(zhì)。采用自然安全的防腐劑來延長它們的貨架期，可以顯著提高乳及其制品的質(zhì)量和安全性。乳酸菌發(fā)揮抑菌作用的一個重要的代謝物質(zhì)就是細(xì)菌素8，Nisin已成功應(yīng)用于硬質(zhì)干酪、巴氏滅菌干酪、巴氏滅菌奶、罐裝濃縮牛奶、高溫

11、滅菌奶、高溫處理風(fēng)味奶、酸奶、乳制甜點等制品中。尚楠等9通過添加不同數(shù)量的雙歧桿菌，利用其產(chǎn)生的少量細(xì)菌素延長凝固型酸奶的保質(zhì)期。在干酪的加工過程中Nisin是最有效的保護劑，干酪原料經(jīng)80100c巴氏消毒后，梭菌芽抱仍能存活，乳酪中的微生物為丁酸梭菌，酪丁酸梭菌，生孢梭菌，尤其是肉毒梭菌在加工的乳酪中產(chǎn)生毒素。3.2 肉制品肉類產(chǎn)品容易引起病原體生長，微生物種類很多，隨肉制品加工過程而生長繁殖。常采用冷凍和添加化學(xué)防腐劑的方法進行保藏。使用細(xì)菌素的肉制品有西式火腿、熏豬肉咸豬肉、香腸、醬牛肉、真空包裝的新鮮牛肉、澳式烤肉、禽肉制品等。李清秀等10的研究表明，乳酸鏈球菌素和納他霉素復(fù)配對雞肉進

12、行保鮮研究具有較好的效果，且質(zhì)量濃度為40mg/L的Nisin和500mg/L的納他霉素的效果更加顯著。也有研究者認(rèn)為Nisin在肉制品中應(yīng)用沒有效果，原因是Nisin能與肉中的脂類成分發(fā)生作用而使Nisin的分布不均勻。因Nisin在肉制品中應(yīng)用的局限性，現(xiàn)在集中研究其他的細(xì)菌素，主要是乳酸片球菌產(chǎn)生的pediocin，pediocin能抑制單核細(xì)胞增多癥李斯特菌和彎曲乳桿菌的生長，單核增生李斯特菌是肉制品廣泛存在的腐敗菌。植物乳桿菌素可作為發(fā)酵的副產(chǎn)物存在于肉制品、乳制品等發(fā)酵食品中。植物乳桿菌在發(fā)酵香腸的生產(chǎn)中心占有主導(dǎo)地位，在香腸發(fā)酵過程中，添加的植物乳桿菌始終處于優(yōu)勢菌狀態(tài)，保證了產(chǎn)

13、品的安全性，延長了保藏期。與自然發(fā)酵的香腸相比，由于植物乳桿菌能降解蛋白質(zhì)和脂肪，使氨基態(tài)氮和游離脂肪酸的含量升高，亞硝酸鹽含量也明顯降低11，從而提高了產(chǎn)品的質(zhì)量。3.3 在蔬菜制品中的應(yīng)用饒瑜等12介紹了最新的產(chǎn)細(xì)菌素乳酸菌(LAB)在蔬菜發(fā)酵制品中的應(yīng)用，通過將產(chǎn)細(xì)菌素乳酸菌作為發(fā)酵菌劑(starterculture)、保護菌劑(protectiveculture)或共培養(yǎng)菌劑(co-culture)運用到蔬菜的發(fā)酵制作中，以穩(wěn)定蔬菜發(fā)酵過程中微生物體系，控制腐敗和病原菌的存活和生長13。韓國泡菜(Kimchi)是一種典型的蔬菜發(fā)酵加工品，是朝鮮族飲食生活中最重要副食之一，同樣在中國也很

14、受歡迎。Chang等14從韓國泡菜中篩選到了產(chǎn)細(xì)菌素kimchicinG17的檸檬明申珠菌G17(LeuconostoccitreumG17)該細(xì)菌素具有熱穩(wěn)定和pH穩(wěn)定的特性，抑菌范圍廣；同時，植物乳桿菌KFRI464能夠激活和加強該細(xì)菌素的表達(dá)。進一步研究表明，檸檬明申珠菌G17作為發(fā)酵菌劑，可改善韓國泡菜的質(zhì)量和貨架期15。檸檬明串珠菌G17作為發(fā)酵菌劑時，韓國泡菜于7c發(fā)酵1215d,然后-1C保存，并進行125d跟蹤監(jiān)測。結(jié)果表明，當(dāng)產(chǎn)細(xì)菌素的檸檬明串珠菌G17作為發(fā)酵菌劑時，在發(fā)酵階段該細(xì)菌占微生物總數(shù)的70%90%，在儲存的過程中未檢測到酵母，并有效控制了韓國泡菜的過熟。相比之下

15、，未用檸檬明串珠菌G17作為發(fā)酵菌劑的韓國泡菜，不能確定占主導(dǎo)地位的乳酸菌，20d時韓國泡菜的質(zhì)感已開始發(fā)生變化，在50d時檢測到酵母菌。同時，當(dāng)發(fā)酵液中接種病原菌如大腸桿菌O157：H7(EscherichiacoliO157：H7)、傷寒沙門氏菌(SalmonellaTyphi)和金黃色葡萄球菌(Staphylococcusaureu)s時，檸檬明串珠菌G17作為發(fā)酵菌劑，在發(fā)酵過程中能夠有效控制這些病原菌的生長和降低病原菌數(shù)量16。3.4 在啤酒及果汁飲料中的應(yīng)用乳酸菌是啤酒中主要的腐敗菌。Nisin已應(yīng)用于啤酒保藏，它能有效抑制乳酸菌和啤酒中的片球菌的生長，防止酒類的酸敗，同時對啤酒的

16、外觀和風(fēng)味等特性沒有影響，并且不影響生長和發(fā)酵階段的啤酒酵母和Nisin的活性，提高啤酒的生物穩(wěn)定性。乳酸菌素還可以保持啤酒的新鮮度。其他的細(xì)菌素在酒品中也有應(yīng)用。研究發(fā)現(xiàn)，EnterocinAS-48能有效地抑制蘋果酒中的有害乳酸桿菌和片球菌的產(chǎn)酸能力，能延長果酒的貨架期17。果蔬飲料營養(yǎng)豐富，但容易腐敗變質(zhì)。Nisin對果汁中的泛酸芽孢桿菌有抑制作用。在果汁中加入Nisin能阻止存活的酸土芽孢桿菌的生長，防止果汁及果汁類飲品的腐敗變質(zhì)。在果汁中添加細(xì)菌素EnterocinAS-48，發(fā)現(xiàn)EnterocinAS-48在果汁中呈現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性18。5 細(xì)菌素在食品應(yīng)用中的缺陷雖然細(xì)菌素作為食

17、品保鮮劑有很大的價值，但其應(yīng)用無疑也受到很多因素的限制。細(xì)菌素有交叉抗性,限制了其應(yīng)用范圍,目前能尋找到一種新的沒有交叉抗性的細(xì)菌素，無疑是個專利性的項目。并且細(xì)菌素的活性受食品基體環(huán)境(成分、溫度、酶活性及其分布等)的影響，它并不能如人們所期望的那樣去作用靶細(xì)胞。另外，產(chǎn)細(xì)菌素菌群的利用也受很多因素的限制。6 結(jié)語細(xì)菌素是某些細(xì)菌在代謝過程中，通過核糖體合成機制產(chǎn)生的一類具有抑菌活性的多肽、蛋白質(zhì)或蛋白質(zhì)復(fù)合物，具有高效、無毒、無殘留、無抗藥性等優(yōu)點。細(xì)菌素在自然界中資源豐富，種類繁多，但目前商品化的細(xì)菌素只有Nisin一種，其抗菌譜窄，產(chǎn)量少。國內(nèi)外對細(xì)菌素的研究主要涉及產(chǎn)生細(xì)菌素菌株的篩

18、選、鑒定，發(fā)酵條件及細(xì)菌素的分離純化、理化性質(zhì)、遺傳調(diào)控、作用機理和應(yīng)用等19。細(xì)菌素的生產(chǎn)成本偏高，目前對細(xì)菌素的研究重點還是在于對高產(chǎn)菌種的篩選和發(fā)育條件的優(yōu)化。GarsaAK等20關(guān)注了生產(chǎn)細(xì)菌素所用到的復(fù)雜的食品級的媒介，強調(diào)了細(xì)菌素的生產(chǎn)菌株，以及不同的生產(chǎn)系統(tǒng)和不同發(fā)酵條件對細(xì)菌素生產(chǎn)起到的效果。概述了對于小型和大型規(guī)模的細(xì)菌素高效回收工藝所設(shè)計的進化過程。只有降低細(xì)菌素的生產(chǎn)成本，細(xì)菌素才能被大量應(yīng)用。相信在不久的將來，細(xì)菌素將不僅是在食品保鮮中，也會在動物飼料生產(chǎn)及傳染病的預(yù)防與治療中發(fā)揮更大的作用。參考文獻1 王鳳芹,劉芳,徐為民,等.細(xì)菌素在食品保鮮中的研究進展J.內(nèi)蒙古農(nóng)

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