乳酸鏈球菌素的性能及其在肉制品中應用

乳酸鏈球菌素的性能及其在肉制品中應用摘要：乳酸鏈球菌素是由乳酸鏈球菌產(chǎn)生的一種高效、無毒、安全、無副作用的天然食品防腐劑。本文簡要介紹乳酸鏈球菌素的特性、優(yōu)越性、抑菌機理、抑菌效用以及在肉制品中的應用，表明乳酸鏈球菌素是理想的食品防腐劑。關鍵詞：乳酸鏈球菌素；特性；抑菌；肉制品；應用前言：肉制品由于營養(yǎng)豐富，風味獨特而一直受到人們的喜愛，同時因其有較高的營養(yǎng)成分，為各種微生物的生長提供了一個良好的場所，從而導致肉品容易腐敗，貨架期縮短。為了達到更長的貨架期，有必要在肉制品中適當添加一些防腐保鮮劑。隨著人們生活水平的提高和對食品安全意識的增加，肉制品中的防腐劑也必然將向天然、綠色的方向發(fā)展。隨著生物技術的不斷發(fā)展，利用動植物或微生物的代謝產(chǎn)物等為原料經(jīng)提取、酶法轉(zhuǎn)化或者發(fā)酵等技術生產(chǎn)的天然生物性食品防腐劑逐漸受到人們的重視I。乳酸鏈球菌素（Nisin）是一種高效、無毒的天然防腐劑，也是唯一一種可作為防腐劑應用于食品的細菌素。目前，已有包括中國、美國、英國在內(nèi)的50多個國家和地區(qū)將其作為一種天然食品防腐劑使用。1乳酸鏈球菌素簡介乳酸鏈球菌素也稱乳鏈菌肽或尼生素，是從乳酸乳球菌乳酸亞種一些菌株產(chǎn)生的一種細菌素，首次發(fā)現(xiàn)于1928年［2］。Nisin為白或略帶黃色的結(jié)晶粉末或顆粒，其相對分子質(zhì)量為3510，活性形式常是二聚體或四聚體，它是由34個氨基酸殘基組成的多肽，該多肽由羊毛硫氨酸、。-甲基羊毛硫氨酸、脫氫丙氨酸及。-甲基脫氫丙氨酸等不常見的氨基酸組成。到目前為止，發(fā)現(xiàn)Nisin的種類包括A、B、C、D、E和Z六種，對NisinA和NisinZ研究較多，二者的區(qū)別僅在于A的第27位氨基酸為組氨酸，而Z的第27位氨基酸為天冬氨酸，其抗菌特性幾乎無差別［3］。2乳酸鏈球菌素的特性2.1溶解性Nisin是一種白色或灰白色的固體粉末，使用時需溶于水或液體中，它的溶解度主要取決于溶液的pH值，在水中的溶解度隨pH的下降而升高。即pH在5.0時溶解度為4g/100ml,pH在2.5時溶解度為12g/100ml，pH等于或大于7.0時溶解度約為0，幾乎不溶解，產(chǎn)品中由于含有乳蛋白，其水溶液呈輕微的混濁。所以在應用時，一般先用鹽酸溶解后再加入到食品中。2.2穩(wěn)定性Nisin的穩(wěn)定性主要取決于溫度，pH值，基質(zhì)等因素，Nisin在酸性條件下呈現(xiàn)最大的穩(wěn)定性，其熱穩(wěn)定性隨著pH的增加而減弱［2:。當Nisin溶于pH=3的稀鹽酸中，經(jīng)121°C、15min高壓滅菌，仍能保持100%的活性。當?日超過4時，特別是加熱條件下，它在水溶液中的分解速度加快，活力降低；在pH等于5.0時，滅菌后喪失40%活力；pH等于6.8時，滅菌后喪失90%活力。但在乳酸鏈球菌素加入食品后，由于受到牛奶、肉湯等中的蛋白質(zhì)大分子的保護，其穩(wěn)定性將大大的提高。3乳酸鏈球菌素的優(yōu)越性3.1高效抑菌Nisin不抑制革蘭氏陰性菌、酵母和霉菌，專抑制革蘭氏陽性菌，特別是細菌芽抱。如對金黃色葡萄球菌、溶血鏈球菌、肉毒梭菌、嗜熱脂肪芽抱桿菌以及利斯特氏菌等多種腐敗菌和食物病原菌有強烈的抑制作用。只要在食品中添加Nisin就可對革蘭氏陽性菌具有強烈的抗菌活性，它與其他防腐劑聯(lián)合使用能增強其抑菌作用，獲得較寬的抑菌譜，如乳酸和Nisin合用能抑制肉中的金黃色葡萄球菌和沙門氏菌。Nisin和螯合劑合用時能有效地減少革蘭氏陰性菌的數(shù)量，如Nisin與檸檬酸鹽、磷酸鹽合用也能提高其對革蘭氏陰性菌的抑菌效果。3.2安全性高Nisin是乳中存在的一種天然成分，千百年來被人們食用未見毒性問題，其生產(chǎn)菌種從奶中分離，采用發(fā)酵方法獲得產(chǎn)物，物理方法提取，沒有化學反應過程。乳酸鏈球菌素對蛋白酶特別敏感，進入人體后可被消化道”胰凝聚蛋白酶降解為多種氨基酸，可吸收，無殘留，不產(chǎn)生抗藥性，不影響人體益生菌，與其它抗生素不產(chǎn)生交叉抗性。研究證明Nisin是安全的，LD5Q為7000mg屬實際無毒級。1992年3月，我國衛(wèi)生部在批準實施的文件中就明確指出：“可以科學的認為乳酸鏈球菌素作為食品保藏劑是安全的［4］?！?乳酸鏈球菌素的抑菌機理目前對Nisin的抑菌機理尚不完全清楚，人們普遍認為Nisin的作用機理類似于陽離子表面活性劑，影響細菌胞膜以及抑制革蘭氏陽性菌胞壁的形成?？锥礄C制和共價修飾機制學說是解釋Nisin抑菌機理的兩種重要學說。孔洞機制學說認為，Nisin的抑菌作用分兩步完成。第一步是乳酸菌素吸附于敏感細胞表面上。Nisin是一個疏水、帶正電荷的小肽，它作用于革蘭氏陽性菌細胞壁上帶負電荷的陰離子如磷壁酸、糖醛酸、酸性多糖、磷脂。第二步是與細胞膜結(jié)合形成管狀結(jié)構(gòu)，引起細胞膜的滲漏，導致小分子量的細胞成分如氫離子、鉀離子、氨基酸、核苷酸（ATP、ADP）等物質(zhì)迅速流出，引起膜內(nèi)外能差的消失，并對DNA、RNA蛋白質(zhì)和多糖等物質(zhì)的生物合成產(chǎn)生抑制作用，從而起到抑菌的作用"］。共價修飾機制學說認為Nisin的活性位點（脫水丙氨酸和脫水丁氨酸）與靶細胞膜的-SH發(fā)生反應，從而改變細胞膜的性質(zhì)，導致靶細胞的死亡。5Nisi在肉制品中的應用NisinB早就已在國外應用于肉制品中，并廣泛應用于肉類、魚類的防腐保鮮。據(jù)研究，在不影響香腸、火腿色澤和防腐效果的情況下加入乳酸鏈球菌素，可使亞硝酸鹽含量明顯降低。在魚類防腐方面，乳酸鏈球菌素還具有延遲熏制魚中存在的肉毒梭菌芽抱毒素形成的作用。Rayman（1981）發(fā)現(xiàn)亞硝酸鹽同乳酸鏈球菌素結(jié)合使用具有協(xié)同作用，Nisin可作為一種有效的替代物，減少火腿中發(fā)色劑的用量。Nisin能有效控制肉制品中微生物的生長，尤其是抑制產(chǎn)生毒素的肉毒梭狀芽抱桿菌的活性，并且Nisin本身呈酸性，能降低周圍介質(zhì)的pH值，因而能降低殘留的亞硝酸鹽含量，減少亞硝胺的形成。另外，在加工過程中，過分的熱處理會明顯改變?nèi)庵破返馁|(zhì)地及外觀，加入Nisin后僅需45%的熱處理即可延長其貯存期。Nisin在我國肉制品的應用僅限于研究階段。5.1在香腸中應用在傳統(tǒng)的香腸生產(chǎn)中，普遍使用亞硝酸鹽等發(fā)色劑進行發(fā)色并抑制肉毒梭狀芽抱桿菌的生長，隨后亞硝酸鹽與肉毒素反應產(chǎn)生腌制紅色和腌制風味。當人們食用香腸的同時，也食用一定量的亞硝酸鹽，與體內(nèi)的胺類物質(zhì)作用生成一種強烈的致癌物質(zhì)一一亞硝胺化合物，若添加Nisin到香腸中可降低亞硝酸鹽的用量，又能有效地延長香腸的保質(zhì)期。據(jù)袁秋萍的試驗表明，按傳統(tǒng)工藝制作的香腸，亞硝酸鹽的添加量為0.15g/kg,經(jīng)檢測菌落總數(shù)為12000個但,若添加0.2g/kgNisin，亞硝酸鹽的添加量減少到U0.04g/kg，則香腸中的菌落總數(shù)降低到3200個/g，抑菌效果明顯，而且香腸的色、香、味與傳統(tǒng)的比較，沒有明顯的區(qū)別［6］。5.2在豬肉絲中的應用目前，在豬肉絲等肉干制品的生產(chǎn)中，普遍使用山梨酸鉀作為防腐劑，由于山梨酸鉀適用于pH5.5以下的食品防腐，而肉類制品是中性食品，因此山梨酸鉀對肉類制品的防腐效果不甚理想。袁秋萍采用乳酸鏈球菌素代替山梨酸鉀進行試驗，添加量為0.4g/kg時，所有稀釋度均無菌落生長［6］，這說明革蘭氏陰性菌在煮制、加料燒干及烘培等工序中已被完全殺滅，受到熱損傷的耐熱芽抱桿菌此時也基本上完全被控制，其抑菌效果明顯優(yōu)于山梨酸鉀，在口感上，添加Nisin的樣品口味純正，有利于提高產(chǎn)品的質(zhì)量。5.3在烤肉中的應用焦曉霞為了適當?shù)难娱L烤肉的貨架期，考慮在烤肉中添加適量的Nisin，進行了大量試驗。在其方案一中，Nisin的抑菌效果并不理想，樣品在28°C恒溫保存5-6d,就發(fā)生了質(zhì)變酸?。辉诜桨付?，另加入了0.04%的山梨酸，效果比空白實驗的保質(zhì)期延長了一星期之久；在方案三中，找出了一種更有效便捷的添加方式，保質(zhì)期得到了大大的延長。因此，從她的實驗來看，在烤肉中添加適量的Nisin對抑制細菌生長繁殖，延長產(chǎn)品的保質(zhì)期確實起到了一定作用，產(chǎn)品的保質(zhì)期可以從28C的4-5d延長到了20出7］。5.4在冷卻牛肉中的應用山東農(nóng)大的羅欣［8］(2000)將Nisin首次添加于牛肉冷卻肉中，用于牛肉的保鮮。探討了不同濃度的乳酸鏈球菌素對高檔牛肉的保鮮效果，以及與其他類型的防腐保鮮劑之間的相互作用。羅欣將鮮牛肉在2C條件下經(jīng)24h預冷，用不同濃度的Nisin溶液浸漬30s，瀝干，真空包裝，80C熱水浸漬2s，4C下貯存觀察。結(jié)果表明，75mg/L的Nisin在牛肉冷卻肉的保鮮中起到明顯的抑菌作用，細菌總數(shù)明顯降低，且保鮮效果隨質(zhì)量分數(shù)的增加而增強。Nisin與食品常用保鮮劑丙酸鈣間無交互作用，與乳酸鈉具有協(xié)同作用，與山梨酸鉀具有拮抗作用。5.5在扒雞中的應用為了提高扒雞的質(zhì)量，延長貨架期，還連棟［9］(2000)等將Nisin添加于扒雞生產(chǎn)中，這樣可以降低殺菌溫度，使扒雞的食用品質(zhì)得到改善，保質(zhì)期達半年以上。銀象生物化工廠提供的肉用型Nisin，用量為0.1g/kg，軟包裝扒雞從原殺菌溫度121C降為105C，其他工藝條件不變，貨架期也可以達到半年以上，口感與散裝扒雞接近，被消費者認可。5.6在西式切片火腿中的應用火腿切片，一般是先熟化后再切片包裝。為防止二次污染，研究人員在切片中添加Nisin，在無菌化包裝條件下，延長火腿切片的保質(zhì)期。孫京新在試驗中添加Nisin300IU/g，延長貨架期達到28天，若與1.5%乳酸鈉聯(lián)合使用則能達到70天，并且降低了亞硝酸鹽的含量［10］。5.7在其他的肉制品中的應用孔保華應用Nisin進行紅腸保鮮，顯著地降低了細菌總數(shù)，在一定程度上能延長紅腸的保質(zhì)期，但單獨使用效果不是很理想，最好能與其他辦法結(jié)合使用in。楊瑞得出即食臘肉制品中Nisin的最佳用法為：莊爪溶液浸漬，加熱至80^，時間8分鐘si。武運通過試驗表明，在冷藏條件下的真空包裝鮮羊肉中加入Nisin能夠有效地抑制鮮羊肉中細菌總數(shù)和pH值的上升，從而達到保鮮的目的，但也發(fā)現(xiàn)，經(jīng)Nisin處理的樣品存在液汁流失過多和口味偏酸等特點，有待進一步研究解決。以上眾多應用表明，在肉制品加工過程中，添加Nisin都能有效延長產(chǎn)品的貨架期。但要想獲得理想的效果，Nisin必須與其他防腐劑進行科學合理的搭配，這樣才能使產(chǎn)品達到更為理想的保鮮效果。6乳酸鏈球菌素的效用乳酸鏈球菌素最主要的效用是有效抑制引起食品腐敗的細菌、抱子和毒素的產(chǎn)生，延長食品貨架期；同時它又是一種食品品質(zhì)改良劑，降低滅菌溫度，縮短熱處理時間，減少營養(yǎng)成分的損失，提高制品的營養(yǎng)價值；它也能改進食品的品質(zhì)、風味、結(jié)構(gòu)、顏色等性狀，促進良好風味的形成，它對食品的色、香、味、口感不產(chǎn)生副作用；可取代或部分取代化學防腐劑，以滿足生產(chǎn)健康食品、綠色食品的需要；節(jié)省能源，節(jié)省工時，降低生產(chǎn)成本，增加有效工作時間；它是一種多肽，可被人體內(nèi)的酶降解、消化，乳酸鏈球菌素對蛋白水解酶如胰蛋白酶、胰酶、唾液酶和消化酶特別敏感，但對粗制凝乳酶不敏感；降低pH值，減少腐敗，改良肉制品結(jié)構(gòu)；促進發(fā)色，降低亞硝酸鹽殘留量，減少亞硝胺的形成。Nisin既可以延長食品的保藏時間，又可以降低滅菌溫度，具有這樣雙重作用的食品防腐劑是不多見的，可以降低滅菌溫度，這在食品加工中具有很大的使用價值。尤新司長在浙江銀象生物工程有限公司和中科院微生物研究所共同承擔的國家“九五”攻關成功鑒定會上說：“Nisin的問世，最重要的貢獻是解決了短時間低溫滅菌的難題，并從根本上改善了食品的口味?！?展望天然食品防腐劑取代化學合成防腐劑是一種必然的趨勢，乳酸鏈球菌素作為一種天然、高效、安全、無毒副作用的食品防腐劑，應用前景十分廣闊。乳酸鏈球菌素在今后的研究方向是繼續(xù)加強Nisin與其它防腐劑、柵欄因子和現(xiàn)代技術的協(xié)同效應研究。在我國天然防腐劑的研究、開發(fā)雖比較晚，但隨著人們生活水平和綜合素質(zhì)的提高，天然防腐劑將會在21世紀的中國大展宏圖，必將對人類健康發(fā)揮巨大的作用。參考文獻[1]王歲樓，食品生物技術[M],北京：海洋出版社，1998:12[2]郝利平.食品添加劑.中國農(nóng)業(yè)，2004,3.[3]萬素英.食品防腐與食品防腐劑[M].北京：中國輕工業(yè)出版社1998：147[4]凌天庭，天然食品添加劑手冊[M],北京：化學工業(yè)出版社，2000[5]湯鳳霞，蔡慧農(nóng).微生物防腐劑Nisin的研究與應用[J]食品科技，2002(11)：46-47.[6]袁秋萍.乳酸鏈菌素在肉制品中的應用[J].食品工業(yè)科技，1998,⑷：