乳酸鏈球菌素又稱為乳鏈菌肽，簡(jiǎn)稱為Nisin，是由牛奶和奶酪中天然存在的乳酸鏈球菌發(fā)酵產(chǎn)生的一種天然生物抗菌肽，具有廣譜抗菌作用，能有效抑制大部分革蘭陽(yáng)性菌及其芽孢的生長(zhǎng)和繁殖。特別是對(duì)常見(jiàn)的金黃色葡萄球菌、溶血鏈球菌、肉毒桿菌等細(xì)菌抑制作用明顯，對(duì)很多食品能起到防腐、保鮮作用。而且乳酸鏈球菌素穩(wěn)定性較好，耐熱耐酸，在食品工業(yè)中具有很好的應(yīng)用前景。

乳酸鏈球菌素是一種世界公認(rèn)的、安全的天然生物性食品防腐劑和抗菌劑，主要用于乳和乳制品、肉和肉制品的防腐保鮮。乳酸鏈球菌素的發(fā)現(xiàn)要追溯到上世紀(jì)20年代，1928年，LA.Rogers等美國(guó)研究人員首先報(bào)道了乳酸鏈球菌代謝產(chǎn)物能抑制其他乳酸菌的生長(zhǎng)。1947年，A.T.R.Mattick等人發(fā)現(xiàn)血清學(xué)N群中的一些乳酸鏈球菌能產(chǎn)生蛋白類抑菌物質(zhì)，并從乳酸鏈球菌發(fā)酵液中制備出了這種多肽物質(zhì)，由于是N群中的乳酸菌所產(chǎn)生的抑菌物質(zhì)，故命名為N-inhibitory Substance，即N群抑菌物質(zhì)，簡(jiǎn)稱為Nisin。

白色乳酸鏈球菌素粉末

Nisin是乳酸鏈球菌的一種天然產(chǎn)物，對(duì)遠(yuǎn)超過(guò)食品應(yīng)用量的乳酸鏈球菌素的毒性研究表明，它是無(wú)毒的。由于其對(duì)蛋白水解酶(α-胰蛋白酶)特別敏感，因此食用后在消化道內(nèi)即可很快被蛋白水解酶水解成氨基酸。1953年，乳酸鏈球菌素的批商業(yè)產(chǎn)品Nisaplin在英國(guó)面市;1969年，F(xiàn)AO/WHO食品添加劑聯(lián)合專家委員會(huì)批準(zhǔn)乳酸鏈球菌素可作為一種食品添加劑;1988年，美國(guó)食品和藥物管理局(FDA)也正式批準(zhǔn)將乳酸鏈球菌素應(yīng)用于食品中;1990年，我國(guó)衛(wèi)生部食品監(jiān)督部門簽發(fā)了乳酸鏈球菌素在中國(guó)的使用合格證明書(shū)。目前已有50多個(gè)國(guó)家批注允許使用乳酸鏈球菌素。
 

乳酸鏈球菌素的抑菌范圍

乳酸鏈球菌素能夠有效抑制或殺死引起食品腐敗變質(zhì)的革蘭氏陽(yáng)性菌，濃度為100ppm時(shí)就可以殺死大多數(shù)的革蘭氏陽(yáng)性菌，能抑制葡萄球菌屬、鏈球菌屬、乳桿菌屬及微球菌屬的某些菌種;對(duì)大部分的梭菌屬和芽孢桿菌屬及其芽孢也有明顯的抑制作用。Hitchins，A.D等研究表明，桿菌屬中的嗜熱脂肪芽孢桿菌的芽孢對(duì)Nisin最為敏感，極少量的Nisin即能夠殺死其芽孢，Nisin對(duì)芽孢的作用是在孢子膨脹起始階段抑制其萌發(fā)，而不是殺死。

由于Nisin抗菌譜窄，僅能殺死或抑制革蘭氏陽(yáng)性菌，而對(duì)于革蘭氏陰性菌、霉菌和酵母菌則無(wú)明顯作用，故使其應(yīng)用受到限制，將Nisin與其他防腐劑配合使用可以彌補(bǔ)這一缺點(diǎn)，進(jìn)而發(fā)揮廣譜抑菌作用。有研究表明，Nisin與其他防腐劑聯(lián)合使用能增強(qiáng)自身的抑菌作用，可獲得較寬的抑菌譜。Nisin和乳酸合用能抑制肉中的沙門氏菌和金黃色葡萄球菌。Nisin與螯合劑(如EDTA)聯(lián)合使用，對(duì)沙門氏菌具有一定的抑制作用，并能夠有效減少其他G-菌的數(shù)量。此外，Nisin與磷酸鹽、檸檬酸鹽合用也能提高其對(duì)G-菌的抑制效果。

乳酸鏈球菌素分子結(jié)構(gòu)式

乳酸鏈球菌素的抑菌機(jī)理

研究表明，Nisin是一個(gè)疏水、帶正電荷的小肽，它能夠吸附在革蘭氏陽(yáng)性敏感菌的細(xì)胞膜上，與細(xì)胞壁中帶負(fù)電荷的物質(zhì)(如磷壁酸、糖醛酸、酸性多糖或磷脂)作用，能夠通過(guò)C末端的作用侵入到細(xì)胞膜中形成通透孔洞，抑制革蘭氏陽(yáng)性菌細(xì)胞壁的合成，改變細(xì)胞膜的通透性，引起細(xì)胞中的小分子物質(zhì)流出，同時(shí)，細(xì)胞外水分子流入，最后導(dǎo)致細(xì)胞自溶死亡。

Nisin對(duì)許多G+菌有抗菌活性，但對(duì)G-菌、酵母菌和霉菌沒(méi)有作用。對(duì)比G+細(xì)菌和G-細(xì)菌的細(xì)胞壁，可以發(fā)現(xiàn)G+菌的肽聚糖層明顯比G-菌厚得多，而G-菌的細(xì)胞壁組成比較復(fù)雜，主要包括蛋白質(zhì)、磷脂和脂多糖等，十分致密，僅能允許分子量在600Da以下的小分子通過(guò)，而Nisin分子量約為3510Da，所以無(wú)法通過(guò)致密的細(xì)胞壁，因此，Nisin就不能到達(dá)細(xì)胞膜進(jìn)而發(fā)揮殺菌作用。為了進(jìn)一步證實(shí)這一說(shuō)法，Steven及Kordel等研究報(bào)道，經(jīng)過(guò)處理改變G-菌的外壁的透過(guò)性質(zhì)之后，G-菌也對(duì)Nisin變得敏感，也可以被抑制或殺死。這就有力證明了G-菌對(duì)Nisin不敏感是因?yàn)榧?xì)胞壁太厚，Nisin分子進(jìn)不去。在Nisin殺菌過(guò)程中，其分子中所含的稀有氨基酸對(duì)Nisin的作用方式很大，對(duì)這一問(wèn)題的研究進(jìn)行得相當(dāng)活躍，主要是通過(guò)蛋白質(zhì)工程的手段，定向改變Nisin分子中一個(gè)或一段氨基酸的組成，以對(duì)其功能進(jìn)行研究。對(duì)這一領(lǐng)域的研究將使人們進(jìn)一步了解Nisin的作用機(jī)制，以便擴(kuò)大應(yīng)用范圍或增強(qiáng)作用效果。

乳酸鏈球菌素的安全性

乳酸鏈球菌素是一種天然的多肽物質(zhì)，食用后可被人體內(nèi)的蛋白酶(如胰蛋白酶、胰酶、唾液酶等)消化分解成氨基酸，無(wú)微生物毒性或致病作用，因此其安全性較高。

1956年，英國(guó)食品防腐劑委員會(huì)證實(shí)了在牛奶和干酪中自然存在有不同數(shù)量的乳酸鏈球菌素;1962年日本的Hara等證實(shí)乳酸鏈球菌素對(duì)小白鼠的半致死量LD50約為7g/kg bw，與普通鹽的LD50值相近;英國(guó)和前蘇聯(lián)的商業(yè)部門對(duì)其生產(chǎn)的乳酸鏈球菌素進(jìn)行了廣泛的毒性和生物學(xué)研究，包括致癌性、存活性、再生性、血液化學(xué)、腎功能、腦功能、應(yīng)激反應(yīng)及動(dòng)物器官病理學(xué)等諸多方面研究證明，Nisin是安全的。通過(guò)毒理學(xué)試驗(yàn)證明，乳酸鏈球菌素小鼠經(jīng)口急性毒性：雌性小鼠LD50為6.81g/kg bw，雄性小鼠LD50為9.26g/kg bw，屬于實(shí)際無(wú)毒性。乳酸鏈球菌素大鼠經(jīng)口急性毒性：雌性大鼠LD50為6.81g/kg bw，雄性大鼠LD50為14.70g/kg bw，屬于實(shí)際無(wú)毒性。結(jié)果表明：乳酸鏈球菌素是安全的。美國(guó)聯(lián)邦法規(guī)規(guī)定已將乳酸鏈球菌素列為“一般公認(rèn)為安全的(GRAS)”范圍。1992年3月，我國(guó)衛(wèi)生部在批準(zhǔn)實(shí)施的文件中就明確指出：“可以科學(xué)地認(rèn)為乳酸鏈球菌素作為食品保藏劑是安全的”。目前全世界已有近50個(gè)國(guó)家制定了法律規(guī)定乳酸鏈球菌素作為食品防腐劑的使用范圍和極限使用量，而英國(guó)、法國(guó)、澳大利亞等20多個(gè)國(guó)家則沒(méi)有限量使用的規(guī)定。

乳酸鏈球菌素的用途

一、在乳及乳制品中的應(yīng)用
1．國(guó)產(chǎn)Nisin最先在高溫滅菌乳（UHT）中應(yīng)用成功。通常，UHT乳是采用超高溫瞬時(shí)滅菌，經(jīng)無(wú)菌包裝而成，無(wú)需添加食品防腐劑。但在炎熱的夏季，原料乳的質(zhì)量，往往難以保證，結(jié)果因有較多的微生物殘留，導(dǎo)致壞包率增加（出現(xiàn)酸包和脹袋等）。添加Nisin可以使UHT乳壞包率大幅度下降，保持期延長(zhǎng)。
2．在二次滅菌乳中的應(yīng)用。生產(chǎn)二次滅菌乳多為中小乳品企業(yè)，產(chǎn)品屬中低檔。鮮乳需經(jīng)較長(zhǎng)時(shí)間的二次加熱滅菌，導(dǎo)致非酶褐變的產(chǎn)生，產(chǎn)品色澤變深。添加Nisin牞可以降低滅菌強(qiáng)度，降低非酶褐變的進(jìn)程，又可以延長(zhǎng)產(chǎn)品的保質(zhì)期。
3．在巴氏消毒乳中的應(yīng)用。據(jù)報(bào)道，去年8月份，上海市場(chǎng)上巴氏消毒乳合格率僅為73．37％，出廠時(shí)的合格產(chǎn)品，經(jīng)配送站再分送到消費(fèi)者手中，因無(wú)冷鏈支持（無(wú)冷鏈狀態(tài)的時(shí)間最長(zhǎng)為8小時(shí)），導(dǎo)致加工乳的品質(zhì)嚴(yán)重下降，大腸菌群超標(biāo)。添加Nisin可以提高巴氏消毒乳食用的安全性。
4．在鮮乳中的應(yīng)用。據(jù)國(guó)際新標(biāo)準(zhǔn)GB5408．2－1999規(guī)定，對(duì)超高溫滅菌乳和二次滅菌乳，均不得添加食品防腐劑。為此，必須提高原料乳（鮮乳）的質(zhì)量，嚴(yán)格控制原料乳中的微生物指標(biāo)。按農(nóng)業(yè)部頒布的無(wú)公害食品標(biāo)準(zhǔn)，每毫升鮮乳中，菌落總數(shù)應(yīng)小于50萬(wàn)個(gè)。但據(jù)山東某乳品廠反映，除直屬牧場(chǎng)可以得到控制外，400公里以外、5～6小時(shí)冷藏車運(yùn)輸?shù)孽r乳，菌落總數(shù)就會(huì)大大超標(biāo)。又據(jù)內(nèi)蒙古某奶站報(bào)告，即使集中采乳，機(jī)械降溫，冷藏車運(yùn)輸，乳溫控制在4～6℃，夏天不超過(guò)10℃，每毫升原料乳的菌落總數(shù)仍在100～200萬(wàn)個(gè)范圍之內(nèi)，達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的指標(biāo)。
另外，在原料乳中不能使用化學(xué)防腐劑，個(gè)別農(nóng)戶為防止鮮乳變質(zhì)、腐敗，加甲醛防腐，更是嚴(yán)重違規(guī)、違法的行為。若添加Nisin，可以使鮮乳保質(zhì)、達(dá)標(biāo)（因Nisin在某些鮮乳中就有天然存在）。
5．在酸乳中的應(yīng)用。含有活性乳酸菌的酸乳，在保質(zhì)期內(nèi)，乳酸菌還能進(jìn)行緩慢發(fā)酵，致使酸乳的酸度繼續(xù)升高。結(jié)果是，酸乳口味變劣，消費(fèi)者不能接受。添加Nisin，可以抑制酸乳發(fā)酵酸度的繼續(xù)升高。
在酸乳中的添加方式，可以采用主發(fā)酵前或主發(fā)酵后添加。以何種添加方式為妥？這要根據(jù)產(chǎn)品的品種和工藝來(lái)決定。若在主發(fā)酵前添加，必須嚴(yán)格控制Nisin的添加量。因?yàn)?，Nisin對(duì)酸乳的生產(chǎn)菌種有抑制作用，使發(fā)酵時(shí)間延長(zhǎng)。判斷的標(biāo)準(zhǔn)是，添加Nisin后，酸乳的主發(fā)酵時(shí)間應(yīng)在3～6小時(shí)以內(nèi)結(jié)束屬正常。若主發(fā)酵時(shí)間超過(guò)6小時(shí)，應(yīng)減少Nisin的添加量。由于酸乳品種繁多，各種酸乳的具體應(yīng)用情況，就不一一作介紹了。

二、在肉制品中的應(yīng)用
國(guó)產(chǎn)Nisin最先在高溫肉制品中應(yīng)用取得成功。然后，在低溫肉制品中也得到有效的使用。到目前為止，不論何種包裝形式（軟包裝、罐裝、瓶裝、腸衣灌制），不論何種加工方法（腌、臘、醬、熏、鹵、糖醋、干制）的禽類（雞、鴨、鵝）、肉類（豬、牛、羊、兔）、魚(yú)蝦類等制品中應(yīng)用，都取得了比較理想的效果。
因肉制品營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)豐富，且水分活度大，pH又偏中性，各種有害微生物，如細(xì)菌、霉菌、酵母都能生長(zhǎng)繁殖。為擴(kuò)大抑菌范圍，增強(qiáng)防腐效果，應(yīng)選用Nisin的復(fù)合產(chǎn)品，而不能采用純品Nisin。所謂復(fù)合添加劑，是指由兩種以上單一品種的添加劑經(jīng)物理方法混合而成。通常，直接由生產(chǎn)單位提供，有條件的客戶也可自行復(fù)合。
現(xiàn)在，復(fù)合產(chǎn)品一般按下列三原則研制而成：
①?gòu)?fù)合產(chǎn)品中的各成分都是國(guó)家批準(zhǔn)使用的品種。
②為方便客戶使用和便于運(yùn)輸，固體品種不和液體品種復(fù)合，也沒(méi)有復(fù)合的液體產(chǎn)品。一般都是固體的復(fù)合添加劑。若客戶自行復(fù)合，則不受此原則的限制。
③為提高食品的安全質(zhì)量，天然食品防腐劑不與化學(xué)防腐劑復(fù)合，但山梨酸除外。因?yàn)?，山梨酸是一種不飽和脂肪酸，基本上和天然不飽和脂肪酸一樣，可以在機(jī)體內(nèi)被同化，產(chǎn)生二氧化碳和水。故山梨酸可以看成是食品的一種成分?？梢哉J(rèn)為對(duì)人體是無(wú)害的。
有資料顯示，Nisin與螯合劑如EDTA共同作用，對(duì)格蘭氏陰性菌也抑制作用。這樣，就擴(kuò)大了Nisin的抗菌譜。EDTA是乙二胺四乙酸的二鈉鹽，由乙二胺、氰化鈉和甲醛水溶液作用，再與氫氧化鈉反應(yīng)而制得。國(guó)標(biāo)規(guī)定，僅允許在部分罐頭食品中使用。為安全計(jì)，某企業(yè)曾拒絕使用含EDTA的復(fù)合添加劑，也不無(wú)道理。若選用螯合劑葡萄糖酸－δ－內(nèi)酯，就具有更大的安全性和優(yōu)越性，此有機(jī)酸是機(jī)體糖代謝的一個(gè)中間產(chǎn)物。因此，可以認(rèn)為，對(duì)人體是無(wú)害的。葡萄糖酸－δ－內(nèi)酯還有降低肉制品pH的作用，可以增強(qiáng)發(fā)色劑和防腐劑的效果。另外，它還可以降低肉制品的水分活度，本身就是一種優(yōu)良的食品防腐劑。

三、在罐頭食品中的應(yīng)用
在罐頭食品中添加Nisin有許多優(yōu)點(diǎn)：
①可以降低熱處理的強(qiáng)度，減少食品營(yíng)養(yǎng)成分的損失，改善產(chǎn)品的食用品質(zhì)。
②抑制耐熱細(xì)菌芽孢的生長(zhǎng)和繁殖，延長(zhǎng)食品的保藏時(shí)間。目前，主要在一些果蔬類罐頭中應(yīng)用，以降低滅菌強(qiáng)度，使果蔬類罐頭有較好的組織脆度和食用品質(zhì)。

四、在植物蛋白食品中的應(yīng)用
盒裝內(nèi)酯豆腐，在炎熱的夏季，保質(zhì)期不到12個(gè)小時(shí)。超過(guò)12小時(shí)，產(chǎn)品就會(huì)脫水、變酸、變質(zhì)。添加Nisin，保質(zhì)期可以延長(zhǎng)到24小時(shí)。1天的保質(zhì)期，安全可以滿足這種即食產(chǎn)品在市場(chǎng)上流通的需要。如對(duì)保質(zhì)期還有更高的要求，根據(jù)北京農(nóng)大王紹林老師的研究，添加Nisin再配合微波殺菌，在室溫18℃下，保質(zhì)期可以達(dá)到3天。
五、在飲料中的應(yīng)用
在飲料中添加Nisin可以抑制耐酸、耐熱細(xì)菌（如酸土芽孢桿菌）的生長(zhǎng)和繁殖，防止飲料的酸敗，延長(zhǎng)產(chǎn)品的保質(zhì)期。目前，已在飲料生產(chǎn)中應(yīng)用的飲料品種有果汁飲料、醋酸飲料、蘆薈飲料、含乳飲料、保健飲料（如人參飲料、枸杞菊花飲料）等。
六、在釀造酒中的應(yīng)用
利用Nisin不抑制酵母發(fā)酵這一特性，可將它用于啤酒、黃酒、葡萄酒等含酒料飲料的釀造，以防止乳酸菌引起酒的酸敗和其他的病害。在啤酒、黃酒的釀造中，目前，主要應(yīng)用于啤酒酵母、黃酒酵母的擴(kuò)大培養(yǎng)，以防止雜菌的感染。對(duì)低度黃酒，常因殺菌不徹底、包裝容器不潔，或因密封不良，酒精度低等原因，在儲(chǔ)藏期間導(dǎo)致黃酒發(fā)酸變質(zhì)。添加Nisin，可以有效地防止黃酒的酸敗，延長(zhǎng)保質(zhì)期。
七、在方便食品中的應(yīng)用
在小包裝休閑方便食品中，如雞腿、雞爪、肉干等禽肉制品，已概括在“肉制品中的應(yīng)用”一節(jié)作了闡述，這里不再重復(fù)。蔬菜類的方便食品，如低鹽榨菜、金瓜絲等也都在生產(chǎn)中正常使用。