乳酸链球菌素研究现状及在畜产品加工中的应用

第８卷第１期乳酸链球菌素研究现状及在畜产品加工中的应用李江阔１，张鹏１，岳喜庆２，纪淑娟２，张平１（１．国家农产品保鲜工程技术研究中心天津市采后生理重点实验室，天津３００３８４；２．沈阳农业大学食品学院，沈阳１１０１６１）

摘要：对乳酸链球菌素分子结构、作用机理、产品功效、成本核算、经济效益及国内外研究进展进行概述，并介绍了乳酸链球菌素在畜产品加工过程中的应用方法与用量。关键词：乳酸链球菌素；防腐剂；研究现状；畜产品

ＲｅｓｅａｒｃｈｉｎｇＡｃｔｕａｌｉｔｙａｎｄＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＮｉｓｉｎＤｕｒｉｎｇＰｒｏｃｅｓｓｏｆＬｉｖｅｓｔｏｃｋＰｒｏｄｕｃｔｓ

ＬＩＪｉａｎｇ－ｋｕｏ１，ＺＨＡＮＧＰｅｎｇ１，ＹＵＥＸｉ－ｑｉｎｇ２，ＪＩＳｈｕ－ｊｕａｎ２，ＺＨＡＮＧＰｉｎｇ１

（１．ＮａｔｉｏｎａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｆｏｒＰｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒｅＰｒｏｄｕｃｔｓ，ＴｉａｎｊｉｎＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＰｏｓｔｈａｒｖｅｓｔＰｈｙｓｉｏｌｏｇｙａｎｄＳｔｏｒａｇｅｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＰｒｏｄｕｃｔｓ，Ｔｉａｎｊｉｎ３００３８４，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＦｏｏｄＳｃｉｅｎｃｅ，ＳｈｅｎｙａｎｇＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｙａｎｇ１１０１６１，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｓｕｍｍａｒｉｚｅｄｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈａｃｔｕａｌｉｔｙｏｆｎｉｓｉｎ．Ｉｔｉｎｃｌｕｄｅｄｍｏｌｅｃｕｌａｒｓｔｕｃｔｕｒｅ，ｆｕｎｃｔｉｏｎａｒｙｍｅｃｈ－ａｎｉｓｍ，ｐｒｏｄｕｃｔ’ｓｅｆｆｉｃａｃｙ，ｃｏｓｔ’ｓｃｏｕｎｔ，ｅｃｏｎｏｍｉｃｂｅｎｅｆｉｔａｎｄｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｎｉｓｉｎｉｎｄｅｍｅｓｔｉｃａｎｄｏｖｅｒｓｅａｓ．Ｉｔａｌｓｏｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｈｅａｐｐｌｉｅｄｍｅｔｈｏｄｓａｎｄｄｏｓａｇｅｓｏｆｎｉｓｉｎｄｕｒｉｎｇｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｌｉｖｅｓｔｏｃｋｐｒｏｄｕｃｔｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｎｉｓｉｎ；ｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｖｅ；ｒｅｓｅａｒｃｈａｃｔｕａｌｉｔｙ；ｌｉｖｅｓｔｏｃｋｐｒｏｄｕｃｔ

中图分类号：ＴＳ２０２．３文献标识码：Ａ文章编号：１００９－６２２１（２００８）０１－０００５－０４

乳酸链球菌素（Ｎｉｓｉｎ）是世界上公认的安全防腐剂，是一种由微生物代谢产生的具有很强杀菌作用的天然代谢产物，并极易被人体消化道中的一些蛋白酶和胰蛋白酶降解［１，２］。使用它还可降低杀菌温度，减少热处理时间，因此能改进食品营养价值、风味、结构、颜色等性状，同时还可节省能耗。Ｎｉｓｉｎ本身具有热稳定性，耐酸、耐低温贮藏，作为一种理想的天然防腐剂目前已得到越来越广泛的应用。１Ｎｉｓｉｎ特性与作用机理以及研究进展１．１分子结构乳酸链球菌素分子式为Ｃ１４３Ｈ２２８Ｎ４２Ｏ３７Ｓ７，含有３４个氨基酸残基，分子量为３５１０Ｄａ。Ｎｉｓｉｎ在自然状态下主要有两种形式，分别为ＮｉｓｉｎＡ和ＮｉｓｉｎＺ［３］，

两者之间的差别在于氨基酸顺序中第２７位氨基酸不同，在ＮｉｓｉｎＡ中是组氨酸，在ＮｉｓｉｎＺ中是天冬

氨酸，在基因结构上的第１４８位脱氧核苷酸不同是造成差别的根本原因。一般而言，在相同浓度下，ＮｉｓｉｎＺ溶解度与抑菌能力比ＮｉｓｉｎＡ强。１．２性质

１．２．１理化性质Ｎｉｓｉｎ的溶解性、稳定性均与溶

液ｐＨ值密切相关。Ｎｉｓｉｎ溶解度随ｐＨ值的下降而

提高，ｐＨ值２．５时溶解度为１２％，ｐＨ值５．０时溶解度下降到４％，在中性及碱性条件下几乎不溶解［４］。Ｎｉｓｉｎ在酸性条件下极为稳定，ｐＨ值２．０时可耐

受高温处理（１２１℃，１５ｍｉｎ）无活力损失，而在中性

或碱性条件下即失活。１．２．２生物学性质当α－胰蛋白酶、胰酶制剂和

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５２００８年第１期

（总第４４期）

枯草杆菌肽作用Ｎｉｓｉｎ后会失去活性，但羧肽酶Ａ、羧肽酶Ｅ、肠肽酶、胃蛋白酶和胰蛋白酶对Ｎｉｓｉｎ无作用。Ｈｕｒｓｔ（１９９９）报道，Ｎｉｓｉｎ对α－凝乳蛋白酶、胰酶、消化酶、唾液酶等很敏感，但对粗制凝乳酶、脂酶、淀粉酶不敏感，在酸性条件下，１００℃，１０ｍｉｎ对链酶蛋白酶不敏感。１．３抑菌谱Ｎｉｓｉｎ能够抑制大部分革兰阳性菌及其芽孢的生长与繁殖，如葡萄球菌属、链球菌属、梭状芽孢杆菌属和芽孢杆菌属的细菌，特别是对金黄色葡萄球菌、溶血链球菌、肉毒杆菌作用明显［５］。在一定条件下，如冷冻、加热、降低ｐＨ值、ＥＤＴＡ处理等，Ｎｉｓｉｎ亦可抑制一些革兰阴性菌的生长，如沙门氏菌、大肠杆菌、假单胞菌等。１．４抑菌机理Ｎｉｓｉｎ抑菌机理是近年来研究热点之一，并在不断地取得突破。其抑菌作用主要是杀菌，而非抑菌或溶菌。Ｎｉｓｉｎ对营养细胞的作用主要是在细胞膜上，可以抑制细菌细胞壁中肽聚糖等的生物合成，使细胞膜和磷脂化合物的合成受阻，导致细胞内物质外泄，引起细胞裂解［６］。１．５Ｎｉｓｉｎ合成的遗传学研究编码Ｎｉｓｉｎ遗传密码的确切位置存在两种理论，一种认为它与质粒连锁，另一种则认为是在染色体上。支持前一种观点的主要证据是Ｋｏｚａｋ（１９４７）在研究产Ｎｉｓｉｎ菌株的突变现象时发现，若先以原黄素或溴乙啶诱变并进行高温处理，再以ＮＴＧ进行诱变，未检测到回复突变株。并据此推测Ｎｉｓｉｎ基因可能位于质粒上。进一步研究发现，Ｎｉｓｉｎ的产生与一个１７．５ＭＤａ的质粒有关。Ｋａｌｅｔｔａ和Ｅｎｔｉａｎ（１９９１）从乳酸链球菌素６Ｆ３的质粒中成功地克隆到了编码Ｎｉｓｉｎ的结构基因。但是，另一些研究者认为，Ｎｉｓｉｎ基因位于染色体上，并有试验证明一些产Ｎｉｓｉｎ的菌株并不存在质粒［７］。Ｎｉｓｉｎ基因定位的研究最近取得了一些突破性进展，一些研究者根据对染色体的缺失与杂交试验提出Ｎｉｓｉｎ结构基因与染色体上的一个可接合转移的转座子有关。Ｈｏｒｎ等（１９９９）则提出，Ｎｉｓｉｎ基因存在于一个７０ｋｂ大小的转座Ｔｎ５３０１中。另一些研究者也证实了这个转座子的存在，且发现Ｎｉｓｉｎ基因座不稳定。这些发现提示人们，Ｎｉｓｉｎ基因位于一个可转座于质粒和染色体上的转座子中，在不同的菌株中，Ｎｉｓｉｎ基因的位置不一定相同。１９８８年，Ｎｉｓｉｎ基因首次被克隆出来。不同于大部分的多肽类抗生素，Ｎｉｓｉｎ前体蛋白是由核糖体合成，经过一系列包括脱水、硫环形成了复杂的翻译后加工过程，最终形成有活性的成熟Ｎｉｓｉｎ分子［８］。对Ｎｉｓｉｎ遗传学研究的深入，将使人们有可能定向改变Ｎｉｓｉｎ的溶解度、稳定性、抑菌范围等，对于Ｎｉｓｉｎ的应用前景有着重大而深远的意义。１．６产品功效

乳酸链球菌素能有效地抑制引起食品腐败的细菌和孢子，延长食品货架期；同时又是一种食品品质改良剂，可降低食品灭菌温度，缩短食品灭菌

时间，节省能耗，节省工时，降低生产成本，提高食品口感，使食品保持原有风味，减少营养破坏，延长食品贮藏时间，还可减少或部分取代某些化学合成防腐剂，经济效益十分显著。１．７经济效益分析

１．７．１添加Ｎｉｓｉｎ的经济成本按照１５０μｇ／ｋｇ的

添加量计算，每吨产品应添加Ｎｉｓｉｎ０．１５ｋｇ，设定Ｎｉｓｉｎ单价为１５００元／ｋｇ，添加Ｎｉｓｉｎ后平均１吨

增加成本为０．１５ｋｇ／ｔ×１５００元／ｋｇ＝２２５元。１．７．２降低返货成本在许多肉类加工企业生产

应用表明，添加Ｎｉｓｉｎ后可延长产品货架期。在产

品保质期时间范围内，如按日产１ｔ肉制品计算，平均返货降低１５％，即日返货为１５０ｋｇ，返货平均按８元／ｋｇ成本计算，那么每天的返货成本为１５０ｋｇ×８元／ｋｇ＝１２００元。

１．７．３创造经济效益返货成本－Ｎｉｓｉｎ成本＝１２００元－２２５元＝９７５元。表明添加Ｎｉｓｉｎ不但降低了成本，还加强了质量保证体系建设。１．８国内外对Ｎｉｓｉｎ研究与应用进展

１９８９年中国科学院微生物研究所在国家自然

科学基金支持下，对乳链菌肽进行基础研究；

１９９２

年我国卫生部批准乳链菌肽用作食品防腐剂；１９９３年中国科学院微生物研究所与浙江银象生物

工程有限公司合作进行“八五”攻关中试；１９９６年中国科学院微生物研究所与浙江银象生物工程有限公司合作进行国家“九五”攻关研究；１９９８年国

家颁布参照浙江银象生物工程有限公司企业标准制定的乳链菌肽国家行业标准（ＱＢ２３９４－９８）；２０００年乳酸链球菌素通过国家科技部专家验收；２００２年中国科学院微生物研究所与浙江银象生物工程有限公司合作进行国家“十五”攻关；２００４年乳酸

链球菌素高科技产业化示范工程被列入国家高科技发展规划。银象生物工程有限公司建设产业化新厂，规模全球第一，并进行全面投产。１９２８年Ｒｏｇｅｒｓ首先发现，并在１９３３年分离

出这种物质；１９４４年Ｍａｔｔｉｃｋ证明了该物质可抑制

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６第８卷第１期分及微生物。因此，为了保证产品质量，就需要采用比巴氏杀菌更强的热处理，由于牛奶属于热敏性物料，加工过程中加热温度过高或加热时间过长均会对消毒乳的外观、味道和营养价值产生不良影响。有研究表明，添加Ｎｉｓｉｎ不仅有利于消毒乳的保鲜，而且还可明显地延长消毒乳保鲜期，即缩短杀菌时间或降低杀菌温度均能达到相同的杀菌效果，因此有利于减少营养损失，提高消毒乳品质。２．１．３在乳酪与奶油巧克力中的应用乳酪中最常见的微生物为丁酸菌、酪丁酸梭菌、生孢梭菌，尤其是肉毒梭菌在加工乳酪中会产生毒素。在干酪生产过程中，原料经８０～１００℃巴氏消毒后，梭状芽孢杆菌仍能存活，Ｔａｒａｋａ（１９９８）研究表明，在经巴氏处理的干酪中，加入５００～１０００ＩＵ／ｍＬＮｉｓｉｎ能阻止梭菌的生长与毒素形成，同时还能降低食盐

与磷酸盐的用量。Ｓｈｅｈａｔａ等（１９９９）用少量Ｎｉｓｉｎ作为佐剂生产奶油巧克力，能降低８０％热消耗，货架寿命大幅度延长。在３７℃条件下只能保存３～７天的产品，添加Ｎｉｓｉｎ后能存放到２１天，仍保持原风味不变［１０］。

许多Ｇ＋菌并命名为Ｎｉｓｉｎ，并在１９５１年用作食品防腐剂，成功地控制了肉毒梭菌引起干酪的膨胀腐败；１９５３年Ｎｉｓｉｎ作为商品进入市场；６０年代英国Ａｐｌｉｎ＆Ｂａｒｒｅｔｔ公司实现工业化生产；１９６９年被ＦＡＯ／ＷＨＯ确认可作为食品防腐剂。２Ｎｉｓｉｎ在畜产品加工中的应用２．１乳品因为牛奶极易腐败变质，挤出的生鲜牛乳稍有不慎即会失去食用价值。同时，我国奶牛养殖主要以个体饲养为主，分布在广大农村，由于夏天天气炎热、交通不便、冷却设备短缺，常会使大量的生鲜牛奶发生酸败变质而造成严重的经济损失。２．１．１在原料乳中的应用乳牛的乳房内并不是处于无菌状态，从健康的乳房刚挤出的牛乳中微生物数量极少（一般含５００～１０００ｃｆｕ／ｍＬ细菌比较普遍），但是由于挤乳操作过程中，挤乳环境与挤乳容器的接触或乳房疾病等各种因素均能增加牛乳中微生物数量与种类（细菌数会增加到５×１０５ｃｆｕ／ｍＬ），从而降低原料乳的贮藏性能，并影响加工处