乳酸链球菌素(Ｎｉｓｉｎ)是从乳酸链球菌发酵产物中提制的一种多肽抗菌素类物质,是一种世界公认的安全的天然生物性食品防腐剂和抗菌剂。早在1928年,Ｒｏｇｅｒｓ和ｗｈｉｔｔｉｅｒ就发现乳酸链球菌的代谢产物能够抑制部分革兰氏阳性菌的生长。1944年Ｍａｔｔｉｃｋ和Ｈｉｒｓｃｈ发现血清学Ｎ群中的一些乳酸链球菌能产生蛋白类抑菌物质,命名为Ｎ＿ｉｎｈｉｂｉｔｏｒｙＳｕｂｓｔａｎｃｅ即Ｎ群抑菌物质,简称为Ｎｉｓｉｎ]。1951年,Ｈｉｒｓｃｈ等人应用Ｎｉｓｉｎ到食品保藏中,成功的抑制了由产气梭状芽孢杆菌引起的奶酪腐败,极大改善了奶酪的品质。1953年由英国的阿普林和巴雷特公司首次以商品的形式出售了这种新的防腐剂———乳酸链球菌素。1969年,ＦＡＯ/ＷＨＯ食品添加剂联合专家委员会批准Ｎｉｓｉｎ作为一种生物型防腐剂应用于食品工业。1988年美国食品和药物管理局(ＦＤＡ)也正式批准将Ｎｉｓｉｎ应用于食品中。我国在ＧＢ2760—86中批准Ｎｉｓｉｎ可用于罐藏食品、植物蛋白食品、乳制品、肉制品中。迄今为止,Ｎｉｓｉｎ已在全世界约60多个国家和地区被用作防腐剂。
1.Ｎｉｓｉｎ的特性
1.1 分子结构
Ｎｉｓｉｎ分子由34个氨基酸残基组成,分子式为Ｃ143Ｈ228Ｎ42Ｏ37Ｓ7,分子量为3510。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。二聚体分子量为7000,四聚体分子量为14000。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。Ｎｉｓｉ ｎＡ是组氨酸(Ｈｉｓ),而ＮｉｓｉｎＺ是天门冬酰胺(Ａｓｎ)。资料表明,同样浓度下ＮｉｓｉｎＺ的溶解度和抗菌能力都比ＮｉｓｉｎＡ强。
1.2 溶解性与稳定性
Ｎｉｓｉｎ是一种白色易流动的粉末,使用时需溶于水或液体中。Ｎｉｓｉｎ的溶解度主要取决于溶液的ｐＨ值,在ｐＨ值较低的情况下,溶解性较好。其溶解度随ｐＨ值的降低而升高,ｐＨ5.0时溶解度为4.0%,ｐＨ为2.5时溶解度为12%。Ｎｉｓｉｎ在中性和碱性条件下几乎不溶解,所以在应用时,一般先用0.02Ｍ盐酸溶解,再加入到食品中。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,随着ｐＨ的升高其稳定性大大降低。在ｐＨ为2.0或更低的稀盐酸中,经115.6℃高压灭菌,仍能稳定存在;在ｐＨ为5时,其活力损失40%;在ｐＨ为9.8时其活力损失超过90%。在一定温度范围内,随着温度的升高,它的活性丧失增加。当Ｎｉｓｉｎ加入到食品中,则受到介质的保护,一些大分子食物如牛奶,肉汤等可使其稳定性大大增强。另外,Ｎｉｓｉｎ的稳定性还与热处理时间、食品保藏的温度及时间等有关。
1.3 抑菌性
Ｎｉｓｉｎ主要抑制大部分Ｇ+菌,特别是细菌的芽孢。Ｎｉｓｉｎ能抑制葡萄球菌属、链球菌属、小球菌属和乳杆菌属的某些菌种;抑制大部分梭菌属和芽孢杆菌属的芽孢。例如能有效抑制肉毒梭状芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌、溶血性链球菌、枯草芽孢杆菌、嗜热脂肪芽孢杆菌等引起的食品腐败。早期的研究认为,Ｎｉｓｉｎ一般对霉菌、酵母菌和Ｇ-菌是无效的,但近期的研究表明,在一定条件下(如冷冻、加热、降低ｐＨ和ＥＤＴＡ处理),一些Ｇ-菌(如沙门氏菌、大肠杆菌、假单胞菌等)对Ｎｉｓｉｎ敏感。Ｎｉｓｉｎ对Ｇ+菌营养细胞和芽孢有不同的抗菌机理。Ｎｉｓｉｎ对营养细胞的抗菌机理有不同的看法。一种观点认为,Ｎｉｓｉｎ吸取于细胞膜上,可以抑制细胞壁中肽聚糖的生物合成,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[10]。另一观点认为Ｎｉｓｉｎ的抗菌机理与ＤＨＡ和ＤＨＢ密切相,因为Ｎｉｓｉｎ中的ＤＨＡ和ＤＨＢ能够与敏感菌株细胞膜中某些酶的巯基发生作用,释放细胞质,造成敏感细胞裂解。Ｎｉｓｉｎ对芽孢的作用是在其萌发前期及膨胀期破坏其膜,以抑制其发芽过程。
1.4 安全性
Ｎｉｓｉｎ对蛋白酶特别敏感,在消化道中很快被α＿胰凝乳蛋白酶分解。它对人体基本无毒性,也不与医用抗生素产生交叉抗药性,能在肠道中无害的降解。对Ｎｉｓｉｎ的毒性、致癌性、存活性、再生性、血液化学、肾功能、应激反应以及动物器官病毒学等生物学研究证明,Ｎｉｓｉｎ是安全的。1994年,ＦＡＯ/ＷＨＯ规定其ＡＤＩ为33000ＩＵ/ｋｇ,ＬＤ50为7ｇ/ｋｇ。
2 Ｎｉｓｉｎ在食品工业中的应用
2.1 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、硝酸盐等发色剂来产生典型的腌制红色和腌制风味,并抑制肉毒梭状芽孢杆菌的生长,但这些添加剂同时对人体具有潜在的致癌危险。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。Ｒａｙ ｍａｎ等(1981)提出,Ｎｉｓｉｎ可作为一种有效的替代物,减少火腿中发色剂的用量。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。孙保华等(1997)将Ｎｉｓｉｎ添加于红肠中可显著降低细菌总数,并延长产品保存期。袁秋萍(1998)研究表明,在香肠中Ｎｉｓｉｎ添加量为0.3ｇ/ｋｇ,绝大多数的革兰氏阳性菌受到抑制,而且产品色、香、味不受影响;猪肉丝中添加0.48ｇ/ｋｇＮｉｓｉｎ,可取代山梨酸钾作防腐剂,并能提高产品质量。罗欣等将Ｎｉｓｉｎ首次用于牛肉冷却肉的保鲜。还连栋(2000)等将Ｎｉｓｉｎ用于扒鸡的生产。研究表明,添加Ｎｉｓｉｎ可降低杀菌温度,保质期达半年以上,并且使扒鸡的口感得到改善。
2.2 在乳制品中的应用
乳制品营养丰富,极易腐败变质,经巴氏灭菌和冷藏可延长保存期,但其中肉毒梭状芽孢杆菌仍能存活,并产生一定毒素。Ｎｉｓｉｎ可用于巴氏灭菌牛奶,添加量为30～50ｍｇ/ｋｇ,通常在35℃下产品货架期可延长一倍;罐装炼乳中添加80～100ｍｇ/ｋｇ的Ｎｉｓｉｎ,能减少10ｍｉｎ灭菌时间;ＵＨＴ奶中添加20ｍｇ/ｋｇ的Ｎｉｓｉｎ,能完全抑制灭菌乳中嗜热细菌芽孢的生长。郭清泉等实验证明,添加40ＩＵ/ｍｌ的Ｎｉｓｉｎ于酸奶中,将酸奶的后酸化推迟了3天,且菌数保持在107个/ｍｌ以上,而且感官质量良好。
2.3 在罐头制品中的应用
Ｎｉｓｉｎ在酸性条件下易溶、稳定、抑菌活力也高,因此可用于高酸性(ｐＨ4.6)罐头的保鲜。如西红柿罐头中,添加Ｎｉｓｉｎ可防止因耐酸的Ｇ+菌群如巴氏梭菌、浸淋芽孢杆菌引起的腐败,添加量一般为100～200ＩＵ/ｇ。在低酸性(ｐＨ4.6)罐头如马铃薯、蘑菇、水果罐头中,即使经高热处理,仍有一些嗜热菌的芽孢幸存,以致引起罐头的腐败,并且高热处理对食品的感官质量有一定影响。添加适量的Ｎｉｓｉｎ,不仅可以有效地抑制芽孢的生长,还可减少罐头的热处理时间,保持其新鲜度,并延长保存期。钱平等采用沸水杀菌和添加Ｎｉｓｉｎ相结合的方法,对蔬菜罐头进行杀菌,结果表明,经过处理的罐头感官特性大为改善,且在室温下贮藏期达到两年。
2.4 在酱菜中的应用
瓶装酱菜是可供长期贮存的方便食品。瓶装酱菜一般采用巴氏灭菌,残存的细菌主要为梭状芽孢菌及少数耐热的Ｇ+菌。传统的抑制杂菌的方法主要依赖于产品的高渗透压(高盐、高糖)、低氧环境及添加化学防腐剂。目前,各类酱菜中含盐量偏高,约在10～20%之间,但高盐食品易诱发高血压等疾病。加入100ｍｇ/ｋｇＮｉｓｉｎ,可抑制杂菌生长,并使盐的浓度下降为7～9%。由于一些国家在食品中不准使用苯甲酸钠,所以Ｎｉｓｉｎ用于瓶装酱菜出口,具有现实意义。
2.5 在酒精饮料中的应用
腐败乳酸菌对Ｎｉｓｉｎ敏感,但酵母几乎不受其影响。因此,Ｎｉｓｉｎ可与酵母一起在生产啤酒、果酒、烈性乙醇等酒精饮料时加入,用来抑制Ｇ+菌。啤酒生产中易受乳杆菌和啤酒片球菌的污染,发生混浊、变酸、发粘等现象。Ｏｇｄｅｎ等(1985)用平板打孔法检测得出,啤酒常见腐败菌几乎均能被100ＩＵ/ｍｌＮｉｓｉｎ所抑制。添加Ｎｉｓｉｎ的啤酒,可以降低巴氏灭菌的时间和温度,并能延长啤酒,尤其是非巴氏灭菌和瓶装啤酒的货架期。Ｏｇｄｅｎ等(1988)对照不加Ｎｉｓｉｎ的啤酒,存放期延长了一倍的时间。Ｒａｄｌｅｒ(1981)曾把Ｎｉｓｉｎ应用于白酒酿造中,有效地阻碍了肠膜状明串珠菌,啤酒片球菌和乳酸杆菌的生长,防止了杂菌的污染。
2.6 其它
Ｎｉｓｉｎ也可用于焙烤食品中,以防止蜡状芽孢杆菌生长。Ｊｅｎｓｏｎ等人用Ｎｉｓｉｎ作防腐剂,在制作烤饼的面团中,添加不同浓度的Ｎｉｓｉｎ作试验,结果显示:Ｎｉｓｉｎ添加量为6.25μｇ/ｇ即可有效地抑制蜡状芽孢杆菌的生长。Ｎｉｓｉｎ还可用于对Ｎｉｓｉｎ不敏感的微生物发酵过程中,以防止革兰氏阳性菌的污染。如单细胞蛋白、有机酸、氨基酸和维生素等工业发酵过程。
3 前景展望
Ｎｉｓｉｎ作为一种高效、无毒的天然食品防腐剂符合未来食品防腐剂的发展要求。它可广泛地应用于食品,特别是需经热处理的食品中,不但有较好的防腐抑菌作用,而且能减弱热处理强度,从而降低加工成本,改善风味、外观。Ｎｉｓｉｎ用于食品防腐时,会受到一些因素的影响,导致其抑菌能力下降。例如在未经热加工或经简单热加工的食品中,来源于微生物、植物或动物有机体的蛋白酶在食品货架期内可使Ｎｉｓｉｎ降解。使Ｎｉｓｉｎ发挥最佳作用的是液体和均一性的食品,对固体和异质性食品作用较差。在固体和异质性食品中需要适当增加Ｎｉｓｉｎ的使用量。若将Ｎｉｓｉｎ配制成复配型防腐剂,可发挥广谱抑菌作用。孙京新等将Ｎｉｓｉｎ和乳酸钠联合加于西式火腿中,结果表明,二者联合使用,保质期比单独使用Ｎｉｓｉｎ长,并且降低了亚硝酸盐的含量。刘喜荣等通过对Ｎｉｓｉｎ在延长豆奶保质期方面的研究表明,Ｎｉｓｉｎ与某些盐类复合使用要比Ｎｉｓｉｎ单独使用效果好。由单一型向复配型防腐剂转变,Ｎｉｓｉｎ的应用前景将更为广阔。
