乳酸链球菌素的性能及其在肉制品中应用

摘要：乳酸链球菌素(NISIN)是由乳酸链球菌产生的一种高效、无毒、安全、无副作用的天然食品防腐剂。本文简要介绍乳酸链球菌素的特性、优越性、抑菌机理、抑菌效用以及在肉制品中的应用，表明乳酸链球菌素是理想的食品防腐剂。

关键词：乳酸链球菌素；特性；抑菌；肉制品；应用

前言：肉制品由于营养丰富，风味独特而一直受到人们的喜爱，同时因其有较高的营养成分，为各种微生物的生长提供了一个良好的场所，从而导致肉品容易腐败，货架期缩短。为了达到更长的货架期，有必要在肉制品中适当添加一些防腐保鲜剂。随着人们生活水平的提高和对食品安全意识的增加，肉制品中的防腐剂也必然将向天然、绿色的方向发展。随着生物技术的不断发展，利用动植物或微生物的代谢产物等为原料经提取、酶法转化或者发酵等技术生产的天然生物性食品防腐剂逐渐受到人们的重视[1]。乳酸链球菌素（Nisin）是一种高效、无毒的天然防腐剂，也是唯一一种可作为防腐剂应用于食品的细菌素。目前，已有包括中国、美国、英国在内的50多个国家和地区将其作为一种天然食品防腐剂使用。

1、乳酸链球菌素简介

乳酸链球菌素也称乳链菌肽或尼生素，是从乳酸乳球菌乳酸亚种一些菌株产生的一种细菌素，首次发现于1928年[2]。Nisin为白或略带黄色的结晶粉末或颗粒，其相对分子质量为3510，活性形式常是二聚体或四聚体，它是由34个氨基酸残基组成的多肽，该多肽由羊毛硫氨酸、β–甲基羊毛硫氨酸、脱氢丙氨酸及β–甲基脱氢丙氨酸等不常见的氨基酸组成。到目前为止，我们发现Nisin的种类共有A/B/C/D/E和Z六种，对NisinA和NisinZ研究较多，二者的区别仅在于A的第27位氨基酸为组氨酸，而Z的第27位氨基酸为天冬氨酸，其抗菌特性几乎无差别[3]。

2、 乳酸链球菌素的特性

2.1溶解性

Nisin是一种白色或灰白色的固体粉末，使用时需溶于水或液体中，它的溶解度主要取决于溶液pH值，在水中的溶解度随pH下降而升高,即pH在5.0时溶解度为4g/100ml，pH在2.5时溶解度为12g/100ml，pH等于或大于7.0时溶解度约为0，几乎不溶解，产品中由于含有乳蛋白，其水溶液呈轻微的混浊。所以在应用时，一般先用盐酸溶解后再加入到食品中。

2.2稳定性

Nisin的稳定性主要取决于温度，pH值，基质等因素，Nisin在酸性条件下呈现最大的稳定性，其热稳定性随着pH的增加而减弱[2]。当Nisin溶于pH=3的稀盐酸中，经121℃、15min高压灭菌，仍能保持100%的活性。当pH超过4时，特别是加热条件下，它在水溶液中的分解速度加快，活力降低；在pH等于5.0时，灭菌后丧失40%活力；pH等于6.8时，灭菌后丧失90%活力。但在乳酸链球菌素加入食品后，由于受到牛奶、肉汤等中的蛋白质大分子的保护，其稳定性将大大的提高。

3、乳酸链球菌素的优越性

3.1高效抑菌

Nisin不抑制革兰氏阴性菌、酵母和霉菌，专抑制革兰氏阳性菌，特别是细菌芽孢。如对金黄色葡萄球菌、溶血链球菌、肉毒梭菌、嗜热脂肪芽孢杆菌以及利斯特氏菌等多种腐败菌和食物病原菌有强烈的抑制作用。只要在食品中添加Nisin就可对革兰氏阳性菌具有强烈的抗菌活性，它与其他防腐剂联合使用能增强其抑菌作用，获得较宽的抑菌谱，如乳酸和Nisin合用能抑制肉中的金黄色葡萄球菌和沙门氏菌。Nisin和螯合剂合用时能有效地减少革兰氏阴性菌的数量，如Nisin与柠檬酸盐、磷酸盐合用也能提高其对革兰氏阴性菌的抑菌效果。

3.2安全性高

Nisin是乳中存在的一种天然成分，千百年来被人们食用未见毒性问题，其生产菌种从奶中分离，采用发酵方法获得产物，物理方法提取，没有化学反应过程。乳酸链球菌素对蛋白酶特别敏感，进入人体后可被消化道α­-胰凝聚蛋白酶降解为多种氨基酸，可吸收，无残留，不产生抗药性，不影响人体益生菌，与其它抗生素不产生交叉抗性。研究证明Nisin是安全的，LD50为7000mg属实际无毒级。1992年3月，我国卫生部在批准实施的文件中就明确指出：“可以科学的认为乳酸链球菌素作为食品保藏剂是安全的[ 4 ]。”

4、乳酸链球菌素的抑菌机理

目前对Nisin的抑菌机理尚不完全清楚，人们普遍认为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。孔洞机制和共价修饰机制学说是解释Nisin抑菌机理的两种重要学说。

孔洞机制学说认为，Nisin的抑菌作用分两步完成。第一步是乳酸菌素吸附于敏感细胞表面上。Nisin是一个疏水、带正电荷的小肽，它作用于革兰氏阳性菌细胞壁上带负电荷的阴离子如磷壁酸、糖醛酸、酸性多糖、磷脂。第二步是与细胞膜结合形成管状结构，引起细胞膜的渗漏，导致小分子量的细胞成分如氢离子、钾离子、氨基酸、核苷酸(ATP/ADP)等物质迅速流出，引起膜内外能差的消失，并对DNA、RNA蛋白质和多糖等物质的生物合成产生抑制作用，从而起到抑菌的作用[5]。

共价修饰机制学说认为Nisin的活性位点（脱水丙氨酸和脱水丁氨酸）与靶细胞膜的-SH发生反应，从而改变细胞膜的性质，导致靶细胞的死亡。

5、Nisin在肉制品中的应用

Nisin很早就已在国外应用于肉制品中，并广泛应用于肉类、鱼类的防腐保鲜。据研究，在不影响香肠、火腿色泽和防腐效果的情况下加入乳酸链球菌素，可使亚硝酸盐含量明显降低。在鱼类防腐方面，乳酸链球菌素还具有延迟熏制鱼中存在的肉毒梭菌芽孢毒素形成的作用。Rayman(1981)发现亚硝酸盐同乳酸链球菌素结合使用具有协同作用，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。Nisin在我国肉制品的应用仅限于研究阶段。

5.1在香肠中应用

在传统的香肠生产中，普遍使用亚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，随后亚硝酸盐与肉毒素反应产生腌制红色和腌制风味。当人们食用香肠的同时，也食用一定量的亚硝酸盐，与体内的胺类物质作用生成一种强烈的致癌物质--亚硝胺化合物，若添加Nisin到香肠中可降低亚硝酸盐的用量，又能有效地延长香肠的保质期。据袁秋萍的试验表明，按传统工艺制作的香肠，亚硝酸盐的添加量为0.15g/kg，经检测菌落总数为12000个/g，若添加0.2g/kg Nisin，亚硝酸盐的添加量减少到0.04g/kg，则香肠中的菌落总数降低到3200个/g，抑菌效果明显，而且香肠的色、香、味与传统的比较，没有明显的区别[6]。

5.2在猪肉丝中的应用

目前，在猪肉丝等肉干制品的生产中，普遍使用山梨酸钾作为防腐剂，由于山梨酸钾适用于pH5.5以下的食品防腐，而肉类制品是中性食品，因此山梨酸钾对肉类制品的防腐效果不甚理想。袁秋萍采用乳酸链球菌素代替山梨酸钾进行试验，添加量为0.4 g/kg时，所有稀释度均无菌落生长[6]，这说明革兰氏阴性菌在煮制、加料烧干及烘培等工序中已被完全杀灭，受到热损伤的耐热芽孢杆菌此时也基本上完全被控制，其抑菌效果明显优于山梨酸钾，在口感上，添加Nisin的样品口味纯正，有利于提高产品的质量。

5.3在烤肉中的应用

焦晓霞为了适当的延长烤肉的货架期，考虑在烤肉中添加适量的Nisin，进行了大量试验。在其方案一中，Nisin的抑菌效果并不理想，样品在28℃恒温保存5-6d，就发生了质变酸败；在方案二中，另加入了0.04%的山梨酸，效果比空白实验的保质期延长了一星期之久；在方案三中，找出了一种更有效便捷的添加方式，保质期得到了大大的延长。因此，从她的实验来看，在烤肉中添加适量的Nisin对抑制细菌生长繁殖，延长产品的保质期确实起到了一定作用，产品的保质期可以从28℃的45d延长到了20d[7]。

5.4在冷却牛肉中的应用

山东农大的罗欣[8]（2000）将Nisin首次添加于牛肉冷却肉中，用于牛肉的保鲜。探讨了不同浓度的乳酸链球菌素对高档牛肉的保鲜效果，以及与其他类型的防腐保鲜剂之间的相互作用。罗欣将鲜牛肉在2℃条件下经24h预冷，用不同浓度的Nisin溶液浸渍30s，沥干，真空包装，80℃热水浸渍2s，4℃下贮存观察。结果表明，75mg/L的Nisin在牛肉冷却肉的保鲜中起到明显的抑菌作用，细菌总数明显降低，且保鲜效果随质量分数的增加而增强。Nisin与食品常用保鲜剂丙酸钙间无交互作用，与乳酸钠具有协同作用，与山梨酸钾具有拮抗作用。

5.5在扒鸡中的应用

为了提高扒鸡的质量，延长货架期，还连栋[9]（2000）等将Nisin添加于扒鸡生产中，这样可以降低杀菌温度，使扒鸡的食用品质得到改善，保质期达半年以上。银象生物化工厂提供的肉用型Nisin，用量为0.1 g/kg，软包装扒鸡从原杀菌温度121℃降为105℃，其他工艺条件不变，货架期也可以达到半年以上，口感与散装扒鸡接近，被消费者认可。

5.6在西式切片火腿中的应用

火腿切片，一般是先熟化后再切片包装。为防止二次污染，研究人员在切片中添加Nisin，在无菌化包装条件下，延长火腿切片的保质期。孙京新在试验中添加Nisin300IU/g，延长货架期达到28天，若与1.5%乳酸钠联合使用则能达到70天，并且降低了亚硝酸盐的含量[10]。

5.7在其他的肉制品中的应用

孔保华应用Nisin进行红肠保鲜，显著地降低了细菌总数，在一定程度上能延长红肠的保质期，但单独使用效果不是很理想，最好能与其他办法结合使用[11]。杨瑞得出即食腊肉制品中Nisin的最佳用法为：1g/L溶液浸渍，加热至80℃，时间8分钟[12]。武运通过试验表明，在冷藏条件下的真空包装鲜羊肉中加入Nisin能够有效地抑制鲜羊肉中细菌总数和pH值的上升，从而达到保鲜的目的，但也发现，经Nisin处理的样品存在液汁流失过多和口味偏酸等特点，有待进一步研究解决。

以上众多应用表明，在肉制品加工过程中，添加Nisin都能有效延长产品的货架期。但要想获得理想的效果，Nisin必须与其他防腐剂进行科学合理的搭配，这样才能使产品达到更为理想的保鲜效果。

6、乳酸链球菌素的效用

乳酸链球菌素最主要的效用是有效抑制引起食品腐败的细菌、孢子和毒素的产生，延长食品货架期；同时它又是一种食品品质改良剂，降低灭菌温度，缩短热处理时间，减少营养成分的损失，提高制品的营养价值；它也能改进食品的品质、风味、结构、颜色等性状，促进良好风味的形成，它对食品的色、香、味、口感不产生副作用；可取代或部分取代化学防腐剂，以满足生产健康食品、绿色食品的需要；节省能源，节省工时，降低生产成本，增加有效工作时间；它是一种多肽，可被人体内的酶降解、消化，乳酸链球菌素对蛋白水解酶如胰蛋白酶、胰酶、唾液酶和消化酶特别敏感，但对粗制凝乳酶不敏感；降低pH值，减少腐败，改良肉制品结构；促进发色，降低亚硝酸盐残留量，减少亚硝胺的形成。

Nisin既可以延长食品的保藏时间，又可以降低灭菌温度，具有这样双重作用的食品防腐剂是不多见的，可以降低灭菌温度，这在食品加工中具有很大的使用价值。Nisin的问世，最重要的贡献是解决了食品行业短时间低温灭菌的难题，并从根本上改善了食品的口味。

7、展望

天然食品防腐剂取代化学合成防腐剂是一种必然的趋势，乳酸链球菌素作为一种天然、高效、安全、无毒副作用的食品防腐剂，应用前景十分广阔。乳酸链球菌素在今后的研究方向是继续加强Nisin与其它防腐剂、栅栏因子和现代技术的协同效应研究。在我国天然防腐剂的研究、开发虽比较晚，但随着人们生活水平和综合素质的提高，天然防腐剂将会在21世纪的中国大展宏图，必将对人类健康发挥巨大的作用。

参考文献
[1]王岁楼，食品生物技术[M]，北京：海洋出版社，1998：12
[2]郝利平，食品添加剂，中国农业，2004，3
[3]万素英，食品防腐与食品防腐剂[M]，北京：中国轻工业出版社1998：147
[4]凌天庭，天然食品添加剂手册[M]，北京：化学工业出版社，2000
[5]汤凤霞，蔡慧农，微生物防腐剂Nisin的研究与应用[J]食品科技，2002(11)：46-47.
[6]袁秋萍，乳酸链菌素在肉制品中的应用[J]，食品工业科技，1998，⑷：27-28
[7]焦晓霞，乳酸链球菌素在烤肉中的应用研究，肉类工业，2000，⑻：23-24
[8]罗欣， Nisin在牛肉冷却肉保鲜中的应用研究，食品科学，2000，⑶：53-57
[9]还连栋，乳酸链球菌素在扒鸡生产中的应用，肉类工业，2000，⑿：27-28
[10]孙京新，Nisin，乳酸钠添加于西式火腿延长货架期寿命的研究，中国畜产与食品，1999，⑵：56-58
[11]孔保华，Nisin在红肠中的应用，1997，⑴：42-45
[12]杨瑞，乳酸链球菌素在即食腊肉制品保藏应用中的研究.食品工业科技，2000，⑵：48-58