乳酸菌素及其乳酸链球菌素在食品中的应用

乳酸菌素及其乳酸链球菌素在食品中的应用

文/姜旭德 张春华

（黑龙江民族职业学院）

乳酸菌素是在乳酸菌代谢过程中产生的具有活性的抗菌蛋白或多肽，是一种高效、无毒的天然食品防腐剂。对乳酸菌素的抑菌机理、安全性和在食品工业中的应用作了全面系统的综述。

乳酸菌素；乳酸链球菌素（Nisin）；抑菌机理；安全性；应用

随着我国食品工业的快速发展和人们食品安全意识的增强，近年来，食品中防腐剂的添加问题越来越受到关注。食品防腐剂一般分为合成防腐剂和天然防腐剂，合成防腐剂的使用较为广泛，但其诱癌性、致畸性和易引起食物中毒等问题不容忽视。近年来对于天然防腐剂的研究成为防腐剂研究领域的热点。在世界各国，利用乳酸菌发酵来保藏食品有着悠久的历史。乳酸菌发酵过程中产生的乳酸、有机酸等对腐败菌的抑制作用被人们充分认识。但是，在乳酸菌代谢过程中所产生的乳酸菌素的抑菌作用，却是人们在后来的研究中才逐渐发现的。乳酸菌素是大多数乳酸菌在代谢过程中通过核糖体合成机制产生的一类低分子量多肽或蛋白质物质，对亲缘性较近的细菌具有抑菌活性，可以抑制食品中的致病菌和腐败菌，包括蜡状芽胞杆菌、金黄色葡萄球菌、肉毒梭状芽胞杆菌、单核细胞增生李斯特菌、产气荚膜梭菌等。乳酸菌素本身是一种蛋白质、多肽或前体多肽类物质，可以被肠道系统的水解蛋白酶分解，对肠道微生物菌群没有不利影响。而且产生乳酸菌素的乳酸菌一般被认为是安全的，所以乳酸菌素作为一种无毒副作用的天然防腐剂，越来越多地受到各国研究者的关注。因其同时具有热稳定性、耐热性等特性，在食品工业中的应用也具有广阔的市场前景。

1 乳酸菌素的抑菌机理

乳酸菌素主要有2 种分类方法，基于分子量、热敏性等特性一般将乳酸菌素分为四类：羊毛硫抗生素（I）、肽类乳酸菌素（Ⅱ）、蛋白类乳酸菌素（Ⅲ）、复合型乳酸菌素（Ⅳ）。乳酸菌素，主要是I类和Ⅱ类，可有效地抑制革兰氏阳性菌，如一些腐败菌、致病菌和芽孢菌，而对革兰氏阴性菌不起作用。其中乳酸链球菌素属于羊毛硫抗生素（lantibiotics）类，其分子量小于5 kDa。目前，对于乳酸链球菌素（Nisin）的研究最深，应用也最广泛，国内外均有许多关于Nisin结构与抗菌机理的综述。但是，目前对Nisin的抑菌机理尚未定论。研究者普遍认为Nisin类似于一种阳离子表面活性剂，影响细菌细胞膜的形成。Montville等人提出“孔道理论”，认为Nisin能与细菌的细胞膜结合并形成通透性孔道结构，具体过程为：Nisin吸附细菌细胞膜上后，通过氨基酸C端和N端作用侵入细菌细胞膜内而形成通透性的孔道，使质子驱动力和pH值失衡，导致钾离子等小分子量的亲水物质从胞浆中流出，细胞膜去极化，使细菌细胞膜内的ATP泄露，一些小分子和离子流失，细胞膜外水分子进入，细胞膜内外渗透压改变，造成细菌细胞自溶而死亡[1，2]。而Kordel等认为Nisin的杀菌机制与分子中的二十二碳六烯酸（DHA）和5-二 羟基苯甲酸（DHB）有密切关系。因为Nisin中的DHA和DHB能够与敏感菌株细胞膜中某些酶的疏基发生作用，释放细胞质，造成敏感细菌的细胞裂解[3]。

2 乳酸菌素的安全性

乳酸菌制剂在工业、农业、医药等领域的应用价值很高，同时部分乳酸菌素作为天然的食品添加剂，也已逐渐被世界各国接受和认可。所以，近年来关于乳酸菌素的研究不断深入。目前，已被鉴定的乳酸菌素数以百计，并且有许多新的乳酸菌素正不断的被发现。人们对乳酸菌素的安全性也在进一步评估中。

长期以来，以乳酸菌发酵的各类食品一直为人类所食用。人们可能在开始食用各类乳酸菌发酵的产品时，就已经无意识地摄取了乳酸菌素。目前已发现的乳酸菌素生产菌株几乎都是从食品中分离出来的。尤其是目前研究最多、最深入的Nisin，人类在食用酸奶等乳酸菌发酵的乳制品时，就已经接触到了。英国Apin公司从9 个国家采集到251份牛乳样品，其中109 份样品中含有可产Nisin的乳酸链球菌，数据说明Nisin早就天然存在于人们日常食用的牛乳中。乳制品的流行病学数据和益生菌安全性的总回顾，显示乳酸菌没有涉及人类疾病传染的证据。1962年日本的Hara等证实，Nisin对鼠的半致死剂量LD50约为7 000 mg/kg体重，接近于普通食盐。英国和前苏联的商业部门对其生产的Nisin进行包括致癌性、存活性、再生性、血液化学、应激反应及动物器官病理学等的毒性和生物学研究，结果表明Nisin是安全的[4，5]。

1951年Hirsh提出将Nisin用于食品保藏，1953年Nisin的第一批商业产品——Nisaplin在英国面市，1969年FAO/WHO批准将Nisin作为食品添加剂。我国卫生部于1990年批准将Nisin列入食品添加剂增补品种。在GB 2760-2014《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》中Nisin被允许限量用于乳制品、肉制品、蛋制品、饮料、复合调味料等15 大类的部分产品中。但需要注意的是，乳酸菌在各类食品中含量差异较大，其代谢产生的乳酸菌素的含量也受很多因素的影响，无法确定。所以，对于乳酸菌素的安全性还需要进一步深入的研究。

3 乳酸菌素在食品工业中的应用

乳酸菌素作为一种天然的食品防腐剂，近年来，其在食品领域中越来越受到研究者和食品加工企业的关注，并在应用乳酸菌素防腐保鲜方面进行了一系列相关实验。杨瑞等做了Nisin在即食腊肉制品保藏应用中的研究[6]。应杰等做了Nisin对控制酸奶后发酵的作用分析[7]。Nisin作为一种新型的天然防腐剂，现已广泛应用于乳制品、肉制品、饮料、啤酒、罐头食品等领域。

3．1 乳酸菌素在乳制品中的应用

牛乳富含各种营养成分，深受人们喜爱。但牛乳及其制品在生产、加工、贮运、消费的过程中，极易受各种微生物的污染。由于乳制品特性不同，污染的微生物种类和数量差异也很大，乳制品保藏的问题始终是乳制品加工者首要解决的问题。

3．1．1 在巴氏杀菌乳中的应用

巴氏杀菌乳采用巴氏杀菌工艺生产，只能杀死致病微生物，但仍含有能影响产品风味、引起产品变质的其它微生物，所以其保质期一般都较短，且需要冷藏。在巴氏杀菌乳中添加乳酸菌素可以对革兰氏阳性菌起到抑制作用，从而延长产品的保质期并使其在常温下保存。经试验证实，加入30～50 IU/mL的乳酸菌素可以使鲜奶货架期延长一倍。

3．1．2 在酸奶中的应用

Nisin应用于酸奶中，主要目的不是为了防腐，而是为了抑制后酸。酸奶因其低pH值的特点，污染菌主要是霉菌和酵母菌，Nisin对其无抑制作用，所以不能防止酸奶长毛和鼓盖现象。后酸是影响酸奶保质期的一个主要因素，尤其是在现有的冷链条件下，我国酸奶的运输、贮藏和销售还没有完全实现全程冷链，所以后酸问题尤为突出。在酸奶中添加Nisin，可以有效地抑制酸奶中的保加利亚乳杆菌。李海燕等通过试验得出，当Nisin添加量为60 IU/mL时，可抑制酸奶的后酸化，对酸奶的黏度、酸菌活菌数无明显影响[8]。

此外，乳酸菌素还可应用在干酪、炼乳、乳粉、干酪、乳饮料等各种乳制品中。

3．2 乳酸菌素在肉制品中的应用

Nisin在罐装火腿、香肠、真空包装牛肉、熏猪肉、咸猪肉等肉制品中都有应用。肉制品的保藏过程中最主要控制的微生物是肉毒梭状芽孢杆菌，特别是在一些真空包装的肉制品中，肉毒梭菌如果存在，则很容易繁殖。Nisin能很好地抑制肉毒梭菌的生长，所以可以有效地应用于肉制品中。此外，不同细菌产生的细菌素还可以对单核细胞增生李斯特氏菌、乳球菌、粪肠球菌、产气夹膜梭菌、金黄色葡萄球菌等起到抑制作用。此外，在红肠等深受消费者喜爱的肉制品中，现有工艺往往都是通过添加定量的硝酸盐、亚硝酸盐起到发色作用，得到红肠等产品特有的枣红色。但是，硝酸盐加工过程中较易转化为亚硝酸盐，并最终形成具有致癌作用的亚硝胺化合物，对人体健康有害。如果在这些产品中加入乳酸菌素，可减少硝酸盐、亚硝酸盐的使用量，同时起到抑制肉毒梭菌的作用。袁秋萍在香肠和猪肉丝中添加乳酸菌素，进行了对比实验，表明添加乳酸菌素的产品色、香、味没有明显变化，但样品的菌落总数明显下降[9]。

3．3 乳酸菌素在啤酒中的应用

因乳杆菌、片球菌等污染造成的啤酒混浊、发黏、变酸等现象，是在啤酒生产中需要重点控制的问题。乳酸菌素可以有效地抵制乳酸菌等革兰氏阳性菌，但对酵母菌无作用，所以酵母菌几乎不受其影响。在啤酒生产中添加Nisin，可在不影响酵母发酵的前提下，对一些腐败菌起到有效的抑制作用。Nisin能使啤酒花对嗜热性细菌的杀菌作用增强，在发酵过程中，剩余的Nisin仍能抑制细菌繁殖，而对啤酒酵母的发酵特性无任何不良影响。宋柏等进行了Nisin用于瓶装生啤酒的抑菌试验，结果表明，Nisin可以在一定程度上抑制厌氧菌的生长，延缓啤酒浊度的上升[10]。此外，乳酸菌素也可广泛地应用于果酒等酒精饮料的生产中。

4 展望

随着食品工业的快速发展和居民生活水平的不断提高，人们对食品安全和健康越来越重视，对食品防腐剂的使用越来越关注。天然、高效、无毒的食品防腐剂、保鲜剂必将逐渐取代部分或全部的化学防腐剂。近年来，在天然防腐剂、保鲜剂等方面的研究也不断深入。同时，食品生产企业也在积极进行一些实验，来验证乳酸菌素等天然防腐败剂的防腐效果及其对产品的影响。我国在乳酸菌素应用方面的研究起步较晚，目前，除Nisin外，对其它的乳酸菌素研究、开发的较少。随着研究的不断深入，乳酸菌素必将有广阔的市场前景。C

[1] Montville T J，Chen Y． Mechanistic action of pediocin and Nisin：recent progress and unresolved questions[J]． Applied Microbiology and Biotechnology，1998，50（5）：511-519．

[2] Kordel M，Sahl H G． Susceptibility of bacter，eukaryotic and artificial membranes to the disruptive action of the cationic peptides Pep 5 and Nisin[J]． Fems Microbiology Letters，1986，34（2）：139-144．

[3] Jack P W，Tagg J，Ray R B． Bacteriocins of Gram-positive bacteria[J]． Microbiology Review，1995（59）：171-200．

[4] 陶勇． Nisin及其在食品防腐方面的应用[J]． 食品科学，1991，12（2）：53-57．

[5] Vuyst L D，Vandamme E J． Bacteriocins of lactic acid bacteria：microbiology，genetics and applications[M]． London：Blackie Academic & Professional，1994．

[6] 杨瑞． 乳酸链球菌素在即食腊肉制品保藏应用中的研究[J]． 食品工业科技，2000，21（2）：48-50．

[7] 应杰，沈玲，周凌华． 乳酸链球菌素对控制酸奶后发酵的作用分析[J]． 中国乳业，2009（7）：225-226．

[8] 李海燕，乔成亚，龚广予，等． 乳酸链球菌素对酸奶品质影响的研究[J]． 食品工业科技，2012，33（4）：146-148，152．

[9] 袁秋萍． 乳酸链球菌素在肉制品中的应用[J]．食品工业科技，1998（4）：27-28．

[10] 宋柏，杜长春，蒋树学． Nisin用于瓶装生啤酒的抑菌实验[J]． 酿酒，2001，28（2）：67-68．

The Application of Lactobacteriocin and Nisin in Food Processing

JIANG Xu-de，ZHANG Chun-hua
（Heilongjiang Vocational College for Nationalities）

Lactobacteriocins are peptides or proteins produced by metabolism of kinds of lactic acid bacteria（LAB）. They are kinds of high efficient and innocuous inartificial food antiseptic. The mechanism of restraining growth of bacteria，security and application in food industry of the lactobacteriocins are reviewed.

Lactobacteriocins；Nisin；mechanism of restraining growth of bacteria；security；application

姜旭德（1964-），男，本科，教授，从事食品科学与工程方向教学研究工作。

2016-11-24）