纳他霉素和乳酸链球菌素复配在食品中的应用

2019-03-18冯林慧李迎秋

中国调味品 2019年2期

冯林慧，李迎秋

(齐鲁工业大学(山东省科学院) 食品科学与工程学院，济南 250353)

为了避免由化学防腐剂引起的食品安全问题，需要开发和利用天然防腐剂从而延长食品的保质期。纳他霉素和乳酸链球菌素的复配可以同时抑制真菌和细菌的生长，延长食品的货架期，在食品工业中具有很高的研究价值。

纳他霉素，简称Natamycin，主要是由纳塔尔链霉菌和褐黄孢链霉菌等链霉菌发酵得到的一种多烯大环内酯类抗菌剂；通常以烯醇式结构存在，是一种无臭无味的结晶粉末。纳他霉素能够有效抑制和杀死酵母菌和霉菌，抑制食品腐败以及真菌毒素给人体带来的损害。乳酸链球菌素，简称Nisin，是由乳酸链球菌在代谢过程中产生的具有杀菌作用的多肽物质，其由34个氨基酸残基组成，是一种高效且无毒副作用的天然防腐剂。乳酸链球菌素的抗菌谱较窄，只能够有效抑制由细菌引起的食品腐败。

1 纳他霉素的结构和性质

1.1 结构

纳他霉素的分子式C33H47NO13，相对分子量为665.73，是具有一定活性的环状四烯化合物。它存在2种典型的分子构型：烯醇式和酮式结构，其中以烯醇式结构为主。

图1 纳他霉素分子结构式Fig.1 The molecular structural formula of natamycin

1.2 性质

1.2.1 理化性质

纳他霉素是一种两性物质，分子中有1个酸性基团和1个碱性基团，几乎不溶于水和大部分有机溶剂，较易溶于冰醋酸和二甲基亚砜等稀酸稀碱溶液。由于环状的分子结构，纳他霉素的稳定性受光照、温度、重金属、pH等因素影响[1]。在使用时应保持pH在4～7范围内，同时避免高温和光照。

1.2.2 抑菌机理

纳他霉素是一种专一且高效的抗真菌剂，几乎对所有的酵母菌、霉菌都有很好的抑制效果。纳他霉素的抑菌机理是其与细胞膜上的麦角固醇结合，形成复合体从而改变细胞膜结构和渗透性，引起胞内电解质、氨基酸等物质泄漏[2]，进一步使细胞死亡。李东等[3]研究表明，纳他霉素对曲霉菌的最小抑制浓度为0.63 mg/kg，对黑曲霉菌的最小抑制浓度为1.80 mg/kg，对岛状青霉菌的最小抑制浓度为1.10 mg/kg。张旋等[4]研究表明，纳他霉素对真菌具有显著的抑制能力，最小抑菌浓度大致为1 mg/L。

2 乳酸链球菌素的结构和性质

2.1 结构

乳酸链球菌素分子式为C143H228N42O37S7，相对分子量为3510，是由34个氨基酸组成的高分子多肽[5]。乳酸链球菌素有6种类型，分别是A、B、C、D、E、Z，其中又以研究Nisin A和 Nisin Z为主[6]。 Kyung Yuk Ko等[7]利用液质联用法研究2种常用的乳酸链球菌素，结果表明Nisin Z的溶解度和稳定性远远优于Nisin A。

图2 乳酸链球菌素分子结构Fig.2 The molecular structural formula of nisin

2.2 性质

2.2.1 理化性质

乳酸链球菌素在酸性条件下非常稳定，尤其当pH<2.0时可耐受121 ℃灭菌而不失活；当pH在中性和碱性时，灭菌后乳酸链球菌素活力基本丧失。pH与乳酸链球菌素的溶解度也密切相关，随着pH的下降，其溶解度增加。

2.2.2 抑菌机理

乳酸链球菌素对大多数革兰氏阳性菌的抑菌效果很好[8]，特别是对金黄色葡萄球菌、芽孢杆菌作用明显。其可以作用于细菌细胞膜，形成孔状结构，打破细胞内外平衡，导致细胞死亡；也可以抑制肽聚糖的合成，使细胞壁合成受阻，从而抑制细胞生长[9]。姜爱丽等[10]研究表明当pH在酸性时，乳酸链球菌素浓度高于10 μg/mL，对单增李斯特菌有一定的抑菌效果。

3 纳他霉素和乳酸链球菌素的制备

3.1 纳他霉素的制备

纳他霉素的制备方法见表1。

表1 不同方法制备纳他霉素Table 1 Different methods for preparation of natamycin

3.2 乳酸链球菌素的制备

乳酸链球菌素的制备方法见表2。

表2 不同方法制备乳酸链球菌素Table 2 Different methods for preparation of nisin

4 在食品工业中的应用

4.1 在低盐酱菜中的应用

酱菜通过盐的高渗作用来达到长期储存的目的，然而高盐食品容易引发多种疾病，因此低盐生活逐渐成为人们的追求。防腐剂的使用可以代替盐达到抑菌效果。易建华等[11]发现乳酸链球菌素和纳他霉素复合防腐剂对低盐酱菜的抑菌能力最佳。乳酸链球菌素与纳他霉素复合防腐剂在3个月内对酱菜酸度和感官影响很小，且抑菌效果非常好。

4.2 在蛋黄月饼中的应用

蛋黄月饼符合焙烤食品高油、高糖的特点，且馅料营养丰富，很容易发生氧化和霉变。目前，化学防腐剂广泛应用于蛋黄月饼防腐，有害于人体健康。顾佳莹等[12]研究发现，将蛋黄馅中添加15 g/kg的乳酸链球菌素和100 mg/kg的纳他霉素复配溶液可达到内部防腐的目的，且用300 mg/kg的纳他霉素溶液喷洒蛋黄月饼表皮能达到外部防腐的目的。

4.3 在肉制品中的应用

肉制品中含有丰富水分，使得肉制品在运输和储藏过程中成为微生物生长的温床。利用防腐剂抑制腐败微生物的生长，是肉类工业常用的方法之一。李清秀等[13]将乳酸链球菌素和纳他霉素复配应用于鸡肉中，很好地抑制了鸡肉中腐败微生物的生长，且对鸡肉的口感无影响。

4.4 在酱油防霉中的应用

酱油是常用的调味品，防腐剂的使用可以延长酱油的货架期。山梨酸钾、苯甲酸钠等化学防腐剂对人体有致畸、诱癌性，因此寻找天然高效的防腐剂在酱油生产中尤为重要。丁培峰等[14]通过实验研究了纳他霉素、乳酸链球菌素和茶多酚在酱油防腐中的应用，发现单一的防腐剂不能起到良好的抑菌效果，而3种防腐剂按比例复配，可以使酱油货架期达到1年。

4.5 在方便面料包中的应用

目前对于方便面面饼的防腐研究大有成效，然而对于方便面料包的防腐研究非常少见。化学防腐剂山梨酸钾常常被用作料包中的防腐，但因其对人体有害，急需研发天然防腐剂添加到料包中。张玉鑫研究表明乳酸链球菌素与纳他霉素的比例为0.02∶0.0065时，其抑菌效果与山梨酸钾相当，可有效地抑制方便面料包中的腐败菌生长。