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乳酸鏈球菌素及應(yīng)用

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2007-07-03
核心提示:據(jù)統(tǒng)計(jì),全世界經(jīng)約有10%~20%的食品損失源于各種腐敗變質(zhì)。在食品工業(yè)中防腐劑是最重要的添加劑之一,食品防腐劑一般分為合成防腐劑和天然防腐劑。目前我國(guó)大量使用的還是苯甲酸及其鹽、山梨酸及其鹽、對(duì)羥基苯甲酸酯類(lèi)等化學(xué)合成防腐劑。但經(jīng)長(zhǎng)期的研究發(fā)現(xiàn),一些
    據(jù)統(tǒng)計(jì),全世界經(jīng)約有10%~20%的食品損失源于各種腐敗變質(zhì)。在食品工業(yè)中防腐劑是最重要的添加劑之一,食品防腐劑一般分為合成防腐劑和天然防腐劑。目前我國(guó)大量使用的還是苯甲酸及其鹽、山梨酸及其鹽、對(duì)羥基苯甲酸酯類(lèi)等化學(xué)合成防腐劑。但經(jīng)長(zhǎng)期的研究發(fā)現(xiàn),一些合成防腐劑有誘癌性、致畸性和易引起食物中毒等問(wèn)題。天然防腐劑具有抗菌性強(qiáng)、安全無(wú)毒、水溶性好、熱穩(wěn)定性好、作用范圍廣等合成防腐劑無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。因此,近年來(lái)研究者把目光投向天然防腐劑的開(kāi)發(fā)。經(jīng)多年精心研究,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了幾十種細(xì)菌素,已被鑒定的細(xì)菌素有Nisin、Lactacin、Lactocin、Helveticin、FerITienticin、Sakecin、Lacticin、Plantacin、Subiicin等,其中已被廣泛應(yīng)用的是Nisin,也稱(chēng)尼生素。乳酸鏈球菌素又稱(chēng)乳球菌肽或乳鏈菌肽,英文名為Nisin,是N型血清的某些乳酸鏈球菌在代謝過(guò)程中合成和分泌的具有很強(qiáng)殺菌作用的小肽。
  早在1928年,美國(guó)Roger等人發(fā)現(xiàn)乳酸鏈球菌的代謝產(chǎn)物能抑制保加利亞乳桿菌,在其后的20多年里,許多科學(xué)家對(duì)其結(jié)構(gòu)、功能等進(jìn)行了深入的研究。1989年聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織(FAO/WHO)、食品添加劑聯(lián)合國(guó)專(zhuān)家委員會(huì)對(duì)Nisin給予食品防腐劑的國(guó)際承認(rèn)后,迄今為止,已有英、美、法等50多個(gè)國(guó)家和地區(qū)批準(zhǔn)Nisin作為食品防腐劑,乳酸鏈球菌素(Nisin)作為一種安全的食品防腐劑在發(fā)達(dá)國(guó)家被應(yīng)用的歷史已達(dá)40余年,世界上有不少?lài)?guó)家,如英國(guó)、法國(guó)、澳大利亞等對(duì)在食品中Nisin的添加量不做任何限制。1992年3月,我國(guó)衛(wèi)生部在批準(zhǔn)實(shí)施的文件中也指出:“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。
  一、結(jié)構(gòu)和特性⒈結(jié)構(gòu)乳酸鏈球菌素(Nisin)的分子式為C143H228N42O37S7,由34個(gè)氨基酸殘基組成。隨著研究的深入,人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)Nisin有6種類(lèi)型,分別為A、B、C、D、E和Z,其中對(duì)NisinA和NisinZ的研究最活躍。
  Nisin的一級(jí)結(jié)構(gòu)是由34個(gè)氨基酸組成的多肽,N末端為異亮氨酸,C端為賴(lài)氨酸,含兩種特殊氨基酸Dha和Dhb,有5個(gè)硫醚鍵形成的分子內(nèi)環(huán),其中一個(gè)稱(chēng)為羊毛硫氨酸,其他四個(gè)是β-甲基羊毛硫氨酸。相對(duì)分子質(zhì)量為3510,活性分子常為
  二聚體或四聚體。NisinZ和NisinA僅在27位氨基酸殘基有差別,A為His,而Z為Asp。兩者的抗菌特性幾乎無(wú)差別。
  2溶解度和穩(wěn)定性
  Nisin的溶解度隨著pH值的下降而顯著增加,當(dāng)pH=2.5時(shí)溶解度為12%,pH=5.0時(shí)為4.0%,但當(dāng)pH為中性和堿性時(shí)Nisin則不溶解。
  Nisin的穩(wěn)定性亦與溶液的pH值有關(guān),當(dāng)把Nisin溶于pH=2的鹽酸中,Nisin可經(jīng)115.6℃高壓滅菌而不失活;而在pH=5時(shí),滅菌后喪失40%的活性;當(dāng)pH=6.8時(shí)喪失90%以上活性。但把Nisin加入食品后,由于受到牛奶等大分子的保護(hù),穩(wěn)定性大大提高。Nisin的穩(wěn)定性與溫度亦有緊密關(guān)系,將添加250IU/gNisin的pH=5.6~6.0、含水量54%~58%的巴氏滅菌精干酪貯藏于不同溫度中,30個(gè)星期后,20℃中的Nisin殘留量為90%左右,25℃中的
  Nisin殘留量為55%,30℃下降到小于40%。有關(guān)研究資料表明,Nisin的穩(wěn)定性與防腐的底物、熱處理?xiàng)l件等因素有關(guān)。
  二、乳酸鏈球菌肽的防腐機(jī)理
  Nisin能抑制大部分G+菌及其芽孢的生長(zhǎng)和繁殖,如葡萄球菌屬、鏈球菌屬、梭狀芽孢桿菌屬和芽孢桿菌屬的細(xì)菌,特別是對(duì)金黃色葡萄球菌、溶血鏈球菌、肉毒桿菌作用明顯。另外,Nisin還可以和某些絡(luò)合劑(如EDTA或檸檬酸)等一起作用,可是只有部分G-菌對(duì)之敏感。從分子水平上
  探尋Nisin的抑菌機(jī)理一直是研究的熱點(diǎn),所持觀(guān)點(diǎn)不一,但Nisin吸附在生物的細(xì)胞質(zhì)膜上是殺菌的前提,這已為人們的共識(shí),分歧在于Nisin如何進(jìn)一步作用。
  有的研究認(rèn)為,Nisin可以抑制營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞的肽聚糖等物質(zhì)的生物合成,是細(xì)胞膜和磷脂化合物的合成受阻,導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)外泄,細(xì)胞裂解;有的研究認(rèn)為Nisin單體中的DHA(脫氫丙氨酸)和DHB(β-甲基脫氫丙氨酸)可以與敏感型細(xì)胞膜中的某些酶的巰基發(fā)生作用;有的研究認(rèn)為,Nisin能消耗敏感細(xì)胞的質(zhì)子驅(qū)動(dòng)力;還有的研究顯示,Nisin屬于“孔道形成蛋白”,導(dǎo)致K+從胞漿中流出,ATP泄漏,胞外水分子進(jìn)入,引起細(xì)胞自溶。也有人認(rèn)為,Nisin對(duì)微生物的作用機(jī)理是Nisin對(duì)細(xì)胞膜的吸附,然后在細(xì)胞膜上形成孔洞。
  Nisin是一個(gè)帶正電荷的陽(yáng)離子分子,在缺乏陰離子膜磷脂的情況下,Nisin起陰離子選擇載體的作用;當(dāng)存在陰離子膜磷脂時(shí),Nisin吸附在膜上,利用離子間相互作用,其分子的C末端和N末端對(duì)膜結(jié)構(gòu)產(chǎn)生作用形成穿膜“孔道”,從而引起胞內(nèi)物質(zhì)泄漏,導(dǎo)致細(xì)胞解體死亡。
  最近研究表明,Nisin與EDTA聯(lián)合使用對(duì)沙門(mén)氏菌和革蘭氏陰性菌也有抑制作用。Nisin對(duì)營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞的作用點(diǎn)是細(xì)胞質(zhì)膜,它能抑制細(xì)胞壁中肽聚糖的生物合成,使細(xì)胞壁質(zhì)膜和磷脂化合物合成受阻,引起細(xì)胞內(nèi)含物和ATP外泄,使細(xì)胞裂解。有人認(rèn)為Nisin具有潛在的
  跨膜序列及高的偶極矩,能使膜產(chǎn)生孔道,同時(shí)使膜內(nèi)外電位差和梯度喪失,破壞細(xì)胞通過(guò)電子傳遞鏈產(chǎn)生能量的能力。
  Nisin對(duì)芽孢的作用可能是殺死芽孢。據(jù)研究,Nisin的作用方式是殺菌。事實(shí)表明,當(dāng)殺菌過(guò)程完成后,混合物中的Nisin仍保持一定的活力。在通常情況下,由于芽孢具有強(qiáng)烈的對(duì)熱敏感性,這些殘留的Nisin能抑制芽孢的發(fā)芽。
  微生物對(duì)抗菌肽會(huì)產(chǎn)生適應(yīng)性,最主要的原因可能是微生物的分泌蛋白酶。推測(cè)桿菌對(duì)Nisin的適應(yīng)至少部分是由于其分泌一種可降解Nisin的蛋白酶。最近的研究表明,適應(yīng)性產(chǎn)生原因可能是防止微生物吸收抗菌肽。此外,在與有膜活性抗菌肽的接觸中,細(xì)胞可能改變其膜組成,因?yàn)椴煌ち字M成會(huì)導(dǎo)致抗菌肽和細(xì)胞膜的親和性不同,從而使微生物對(duì)藥物的敏感性發(fā)生變化。研究發(fā)現(xiàn)對(duì)Nisin有抗性的單核細(xì)胞增生的李斯特菌菌株ScottA,相對(duì)于Nisin敏感株有不同的膜磷脂組成,Nisin抗性菌株膜中兩性離子磷脂酰乙醇胺有顯著增加,而陰離子二磷酸甘油的質(zhì)量分?jǐn)?shù)則降低。
  對(duì)作用于細(xì)胞壁的抗菌物質(zhì),微生物同樣也會(huì)產(chǎn)生一系列應(yīng)激反應(yīng)。
 

 

 
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