nisin（天然生物活性抗菌肽）

nisin

天然生物活性抗菌肽

Nisin，即乳酸链球菌素（亦称乳链菌肽），是一种天然生物活性抗菌肽，是利用生物技术提取的一种纯天然、高效、安全的多肽活性物质。Nisin对包括食品腐败菌和致病菌在内的许多革兰氏阳性菌具有强烈的抑制作用，是世界上唯一被允许用作食品添加剂的细菌素。

Nisin，即乳酸链球菌素（亦称乳链菌肽），是一种天然生物活性抗菌肽，是利用生物技术提取的一种纯天然、高效、安全的多肽活性物质。

简介

Nisin，即乳酸链球菌素（亦称乳链菌肽），是一种天然生物活性抗菌肽，是利用生物技术提取的一种纯天然、高效、安全的多肽活性物质。

Nisin由34个氨基酸组成，分子式是C143H228O37N42S7，分子量为3354.07g/mol。Nisin分子结构中包含5种稀有氨基酸即ABA、DHA、DHB、ALA-S-ALA和ALA-S-ABA，它们通过硫醚键形成五个内环，其活性分子常为二聚体或四聚体。经过几十年的研究，人们已发现Nisin分子有6种类型，它们分别是A、B、C、D、E、Z，其中以NisinA和Z两种类型的研究最为活跃。NisinA与NisinZ的差异仅在于氨基酸顺序上第27位氨基酸的种类不同。NisinA是组氨酸(His)，而NisinZ是天门冬酰胺(Asn)，同样浓度下NisinZ的溶解度和抗菌能力都比NisinA强。

乳酸链球菌素活性易受到温度、pH的影响，且抗菌时效短。为了提高其抑菌稳定性及扩展在食品工业中的应用，本文以藤黄微球菌为指示菌，采用分光光度法考察了温度、pH值、存放时间、不同金属阳离子和阴离子、糖类和奶粉几个因素对Nisin抗菌活性的影响，同时结合红外光谱和差式扫描量热分析，更深一步探讨各种添加物对Nisin保护的作用机制。

理化指标

外观：米白色粉末

效价：>1000IU/mg

重金属（以Pb计）：<10ppm

砷（以As计）：<0.1ppm

干燥失重：<3%

*微生物指标：菌落总数（cfu/g）<10

致病菌：不能检出

溶解性：Nisin是一种固体粉末，使用时需溶于水或液体中，且于不同pH值下溶解度也不同。如在一般水中（pH=7）溶解度为49mgNisin/ml；若在0.02MHCl中，溶解度增加为118mgNisin/ml。

稳定性：耐酸、耐热性能优良。

特点

1、安全性

Nisin是一种多肽物质，是一种天然防腐剂、抑菌剂，食用后在消化道中很快被蛋白水解酶消化成氨基酸。它不会改变肠道内的正常菌群，不会引起抗药性问题，亦不会与其它抗生素出现交叉抗性，各国毒理学试验证明YP-1000Nisin是安全、无毒副作用的。

1969年联合国粮食及农业组织/世界卫生组织（FAO/WHO）确认Nisin为安全、高效、可靠的食品防腐剂，已在全世界50多个国家广泛应用。1990年中国卫生部签发的证明指出："可以科学的认定Nisin作为食品防腐剂是安全的。"并允许使用。1983年，美国食品药物管理局（FDA）确定Nisin为-公认安全产品（GRAS），并批准使用。欧盟也认定其为天然及安全性(E-234)，Nisin并在欧洲各国广泛使用。

纯Nisin的活性约为40×1000000IU/g（一般食品中的有效浓度为25～500IU/g）。而Nisin产品是Nisin与氯化钠等成分的复配品，其活性为1×1000000IU/g。

Nisin是乳制品中所含天然产物，若干年来，它随着食品被人们摄入，并没发现毒性问题。已对Nisin的安全性问题进行了系统的研究，大鼠经口服LD50约为7000mg/kg体重，ADI为0～0．875mg/kg体重。研究表明，Nisin对蛋白水解酶（如胰蛋白酶等）特别敏感，因此食用后在消化道中即可很快被蛋水解酶水解成氨基酸。

人在摄入10min后，在唾液中就检测不到Nisin的活性，故不会在体内残留，也不会改变肠道正常菌群，是一种安全的防腐剂。在牦牛肉脯加工后期添加复配防腐剂,采用透明复合膜真空包装,使制品达到常温保质期9个月以上。防腐剂配比:Nisin0.04％+山梨酸钾0.01％;包装材料为双向拉伸尼龙-高压聚乙烯复合膜。

2、抑菌性

Nisin能有效地杀死或抑制引起食品腐败的革兰氏阳性菌，如乳酸杆菌、肉毒杆菌、葡萄球菌、李斯特菌、耐热腐败菌、棒杆菌、小球菌、明串球菌、分枝杆菌等。特别是对产生孢子的细菌，如芽孢杆菌、梭状芽孢杆菌、嗜热芽孢杆菌、致死肉毒芽孢杆菌、细菌孢子等有很强的抑制作用。在特定条件下，如较酸性条件，YP-1000Nisin乳酸链球菌素也能杀灭革兰氏阴性菌及其它菌。

通常，产芽孢的细菌耐热性很强，如采用135℃、2秒钟超高温瞬时灭菌，非芽孢细菌的死亡率为100%，芽孢细菌的死亡率为90%，还有10%的芽孢细菌不能杀灭。若添加2-4ppmNisin或0.5-80ppmNisin就可完全抑制芽孢杆菌、梭状芽孢杆菌孢子的发芽和繁殖。

作用机制

有关敏感的营养细胞和孢子的作用方式问题已有大量研究对营养细胞的研究作用点是细胞质膜，乳酸链球菌素起了破坏作用，造成最重要的细胞质如三磷酸腺苷的渗出。更重要的导致细胞溶解，对原生质作用方式的精细研究表明，由于乳酸链球菌素的破坏使细胞质中的基质失去活性。

Nisin乳酸链球菌菌素对细菌孢子作用是杀死孢子而不是静止孢子活性，所以确信乳酸链球菌素与其它防腐剂不同，它是在孢子出现膨胀前就抑制了发芽过程，实例说明经加热杀伤的孢子对乳酸链球菌素更敏感，这就是为什么Nisin能在热加工罐装食品中能起很好的防腐保鲜作用并大量节省能源。

1928年Rogers等人在美国首次报道乳酸链球菌的代谢产物能抑制乳酸杆菌的生长;1933年Witehead等人进一步证明了这种抑制效果源于代谢产物中的一种多肽;1947年Matlick等人分离制备了这种多肽;因乳酸链球菌在分类上属血清学N群,所以以“Nisin”冠之,由GroupNinhibitorysubstance而来(N群抑菌物质之意)

应用

1、在乳制品中的应用

乳制品营养丰富，微生物对乳制品加工和贮藏过程中的污染一般是难以避免的。其属于热敏性的物料，虽经巴氏灭菌但仍可能残留部分细菌和耐热芽孢，从而缩短乳制品的货架期。如果结合Nisin的使用，可以弥补低温杀菌的不足，提高乳制品质量。在乳制品方面Nisin一般用于巴氏消毒奶、脱脂奶、无糖炼乳、高温灭菌奶、风味奶、罐装牛奶点心、奶油制品、奶粉复原的奶制品。Nisin最早用于干酪的防腐，也是奶制品应用中的一个主要方面。

在于酪加工的过程中，虽经过高温灭菌，但仍会有耐热性的革兰氏阳性菌孢子（如肉毒梭菌和厌氧梭菌芽孢）存在，乳链菌肽可有效阻止这些孢子的萌发及毒素的形成。有报道说，将乳链菌肽抗性菌和乳链菌肽产生菌混合用作干酪发酵剂，可使优质品率达90%以上，而用常规的方法仅有41%。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、再制乳的加工中，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。

Nisin还可用于防止酸奶的后酸化。将乳链菌肽产生菌乳酸乳球菌乳酸亚种与其它乳酸菌联合应用于酸奶中，发酵过程中乳链菌肽的产生和积累可以抑制产酸菌株的生长，因而控制贮存和运输过程中酸度的增加。乳链菌肽在乳制品中的有效防腐作用依赖于下列因素：1）被加工乳制品污染的菌类及程度。2）所含水分。3）pH值：有效pH值范围为3.5-8.0。4）盐的含量。5）添加的风味剂种类。6）使用的包装材料、生产环境的卫生状况和产品加工过程及条件（灭菌方式及灭菌温度和时间）。7）货架期的长短及贮藏温度。

2、在肉制品中的应用

传统的火腿、熏肉和香肠产生中，普遍使用亚硝酸盐、硝酸盐等发色剂进行发色并抑制肉毒梭状芽孢杆菌的生长，其中硝酸盐通过硝酸盐还原菌作用转化为亚硝酸盐，随后亚硝酸盐与肉色素反应产生腌制红色和腌制风味。当人们食用火腿的同时，也食入一定量的亚硝酸盐，与体内的胺类物质作用，生成一种强烈的致癌物质一亚硝胺化合物。

Nisin可作为一种有效的替代物，减少火腿中发色剂的用量。Nisin能有效控制肉制品中微生物的生长，尤其是抑制产生毒素的肉毒梭状芽孢杆菌的活性，并且Nisin本身呈酸性，能降低周围介质的pH值，因而能降低残留的亚硝酸盐的含量，减少亚硝胺的形成。

另外，在加工过程中，过分的热处理会明显改变肉制品的质地及外观，加入Nisin后仅需45%的热处理即可延长其贮存期。值得注意的是，用大量的Nisin代替亚硝酸盐的防腐作用是不经济的，另外由于在肉制品中Nisin溶解度低，不易分布均匀等原因，防腐效果相对不如亚硝酸盐。Nisin还可以应用于鲜肉、牛肉冷却肉、扒鸡以及海鲜制品等多种肉制品的保藏中，但是目前Nisin在我国肉制品的应用仅限于研究阶段。

3、在罐藏食品中的应用

常规的罐头杀菌消毒处理难以将耐热芽孢菌，如嗜热脂肪芽孢杆菌和热解糖梭菌的耐热芽孢彻底杀死。一旦条件适宜，这些芽孢便会导致罐头食品腐败。而添加Nisin可有效地减少这方面的损失。在酸性条件下，Nisin的稳定性、溶解度、活性均提高，因而它可成功地用于高酸食品（pH<4.5）的防腐。对于低酸和非酸性罐头食品添加Nisin后，也能起到减轻热处理强度的作用。如添加到番茄酱、罐头汤汁、蔬菜和蘑菇产品中，能减弱杀菌条件，保证食品的营养风味。

Nisin应用于酱菜罐头可以降低酱菜中食盐含量，而卫生质量与产品风味不受影响，这符合低盐腌制的发展要求。另外，Nisin还可有效控制罐头食品在贮藏期由于高温引起的腐败，延长货架寿命。同时由于一些国家在食品中不准使用一般用于酱菜罐头防腐的苯甲酸钠，所以将Nisin用于酱菜罐头出口，具有现实意义。

4、在啤酒中的使用

利用Nisin不抑制酵母菌这一特性亦可应用于啤酒、果酒、蒸馏酒等含酒精饮料的酿造，以防止乳酸菌引起的酸败。在啤酒酿造中的应用，在国内已取得满意的结果。在啤酒酿造中添加Nisin的作用。1）在扩培啤酒酵母所用的冷麦汁中添加Nisin，可保证酒母不受革兰氏阳性细菌的污染。将Nisin直接加入发酵醪中，可以控制发酵过程中乳杆菌、片球菌等杂菌的生长。2）代替传统的酸洗法清除酵母菌中污染的乳酸菌。

传统的酸洗法对酵母的生命力、发酵力和凝聚性都有不良的影响，用Nisin代替酸洗酵母则无此后果。3）对于生啤酒，在清酒缸中添加Nisin可延长未经巴氏灭菌的桶装或瓶装啤酒的货架期1倍-2倍。4）对于熟啤酒，在清酒缸中添加Nisin可以降低灭菌的温度和时间，改善啤酒的口味和节省能源。因为啤酒酵母的杀灭温度为52℃，巴氏灭菌温度为63℃-65℃，添加Nisin后可以在52℃-65℃之间选择温度进行杀菌，减少啤酒因杀菌带来的“熟味”和降低蒸汽消耗量。

5、在果汁饮料中的应用

果汁及果汁类饮料的酸败经常是由酸土芽孢杆菌（酸土脂环酸杆菌）引起的。酸土芽孢杆菌是一种耐酸且耐热的产孢子菌，其最适于在25℃-60℃、pH2.5-6.0的环境下生长、繁殖。据资料报道，在花园、森林土壤以及生产饮料的用水中均有酸土芽孢杆菌的生长。因此，酸土芽孢杆菌很容易被带入果汁及果汁类饮料的生产加工过程中，引起果汁类产品的腐败。Nisin对大多数革兰氏阳性菌，尤其是产孢子菌有很强的抑制作用。

参考资料

1.Nisin抑菌稳定性改善研究及其应用·中国知网

2.Nisin在牦牛肉脯常温保藏技术中的应用·中国知网

3.Nisin研究进展·中国知网