納他霉素和乳酸鏈球菌素復配在食品中的應用

馮林慧，李迎秋

(齊魯工業大學(山東省科學院) 食品科學與工程學院，濟南 250353)

為了避免由化學防腐劑引起的食品安全問題，需要開發和利用天然防腐劑從而延長食品的保質期。納他霉素和乳酸鏈球菌素的復配可以同時抑制真菌和細菌的生長，延長食品的貨架期，在食品工業中具有很高的研究價值。

納他霉素，簡稱Natamycin，主要是由納塔爾鏈霉菌和褐黃孢鏈霉菌等鏈霉菌發酵得到的一種多烯大環內酯類抗菌劑；通常以烯醇式結構存在，是一種無臭無味的結晶粉末。納他霉素能夠有效抑制和殺死酵母菌和霉菌，抑制食品腐敗以及真菌毒素給人體帶來的損害。乳酸鏈球菌素，簡稱Nisin，是由乳酸鏈球菌在代謝過程中產生的具有殺菌作用的多肽物質，其由34個氨基酸殘基組成，是一種高效且無毒副作用的天然防腐劑。乳酸鏈球菌素的抗菌譜較窄，只能夠有效抑制由細菌引起的食品腐敗。

1 納他霉素的結構和性質

1.1 結構

納他霉素的分子式C33H47NO13，相對分子量為665.73，是具有一定活性的環狀四烯化合物。它存在2種典型的分子構型：烯醇式和酮式結構，其中以烯醇式結構為主。

圖1 納他霉素分子結構式Fig.1 The molecular structural formula of natamycin

1.2 性質

1.2.1 理化性質

納他霉素是一種兩性物質，分子中有1個酸性基團和1個堿性基團，幾乎不溶于水和大部分有機溶劑，較易溶于冰醋酸和二甲基亞砜等稀酸稀堿溶液。由于環狀的分子結構，納他霉素的穩定性受光照、溫度、重金屬、pH等因素影響[1]。在使用時應保持pH在4～7范圍內，同時避免高溫和光照。

1.2.2 抑菌機理

納他霉素是一種專一且高效的抗真菌劑，幾乎對所有的酵母菌、霉菌都有很好的抑制效果。納他霉素的抑菌機理是其與細胞膜上的麥角固醇結合，形成復合體從而改變細胞膜結構和滲透性，引起胞內電解質、氨基酸等物質泄漏[2]，進一步使細胞死亡。李東等[3]研究表明，納他霉素對曲霉菌的最小抑制濃度為0.63 mg/kg，對黑曲霉菌的最小抑制濃度為1.80 mg/kg，對島狀青霉菌的最小抑制濃度為1.10 mg/kg。張旋等[4]研究表明，納他霉素對真菌具有顯著的抑制能力，最小抑菌濃度大致為1 mg/L。

2 乳酸鏈球菌素的結構和性質

2.1 結構

乳酸鏈球菌素分子式為C143H228N42O37S7，相對分子量為3510，是由34個氨基酸組成的高分子多肽[5]。乳酸鏈球菌素有6種類型，分別是A、B、C、D、E、Z，其中又以研究Nisin A和 Nisin Z為主[6]。 Kyung Yuk Ko等[7]利用液質聯用法研究2種常用的乳酸鏈球菌素，結果表明Nisin Z的溶解度和穩定性遠遠優于Nisin A。

圖2 乳酸鏈球菌素分子結構Fig.2 The molecular structural formula of nisin

2.2 性質

2.2.1 理化性質

乳酸鏈球菌素在酸性條件下非常穩定，尤其當pH<2.0時可耐受121 ℃滅菌而不失活；當pH在中性和堿性時，滅菌后乳酸鏈球菌素活力基本喪失。pH與乳酸鏈球菌素的溶解度也密切相關，隨著pH的下降，其溶解度增加。

2.2.2 抑菌機理

乳酸鏈球菌素對大多數革蘭氏陽性菌的抑菌效果很好[8]，特別是對金黃色葡萄球菌、芽孢桿菌作用明顯。其可以作用于細菌細胞膜，形成孔狀結構，打破細胞內外平衡，導致細胞死亡；也可以抑制肽聚糖的合成，使細胞壁合成受阻，從而抑制細胞生長[9]。姜愛麗等[10]研究表明當pH在酸性時，乳酸鏈球菌素濃度高于10 μg/mL，對單增李斯特菌有一定的抑菌效果。

3 納他霉素和乳酸鏈球菌素的制備

3.1 納他霉素的制備

納他霉素的制備方法見表1。

表1 不同方法制備納他霉素Table 1 Different methods for preparation of natamycin

3.2 乳酸鏈球菌素的制備

乳酸鏈球菌素的制備方法見表2。

表2 不同方法制備乳酸鏈球菌素Table 2 Different methods for preparation of nisin

4 在食品工業中的應用

4.1 在低鹽醬菜中的應用

醬菜通過鹽的高滲作用來達到長期儲存的目的，然而高鹽食品容易引發多種疾病，因此低鹽生活逐漸成為人們的追求。防腐劑的使用可以代替鹽達到抑菌效果。易建華等[11]發現乳酸鏈球菌素和納他霉素復合防腐劑對低鹽醬菜的抑菌能力最佳。乳酸鏈球菌素與納他霉素復合防腐劑在3個月內對醬菜酸度和感官影響很小，且抑菌效果非常好。

4.2 在蛋黃月餅中的應用

蛋黃月餅符合焙烤食品高油、高糖的特點，且餡料營養豐富，很容易發生氧化和霉變。目前，化學防腐劑廣泛應用于蛋黃月餅防腐，有害于人體健康。顧佳瑩等[12]研究發現，將蛋黃餡中添加15 g/kg的乳酸鏈球菌素和100 mg/kg的納他霉素復配溶液可達到內部防腐的目的，且用300 mg/kg的納他霉素溶液噴灑蛋黃月餅表皮能達到外部防腐的目的。

4.3 在肉制品中的應用

肉制品中含有豐富水分，使得肉制品在運輸和儲藏過程中成為微生物生長的溫床。利用防腐劑抑制腐敗微生物的生長，是肉類工業常用的方法之一。李清秀等[13]將乳酸鏈球菌素和納他霉素復配應用于雞肉中，很好地抑制了雞肉中腐敗微生物的生長，且對雞肉的口感無影響。

4.4 在醬油防霉中的應用

醬油是常用的調味品，防腐劑的使用可以延長醬油的貨架期。山梨酸鉀、苯甲酸鈉等化學防腐劑對人體有致畸、誘癌性，因此尋找天然高效的防腐劑在醬油生產中尤為重要。丁培峰等[14]通過實驗研究了納他霉素、乳酸鏈球菌素和茶多酚在醬油防腐中的應用，發現單一的防腐劑不能起到良好的抑菌效果，而3種防腐劑按比例復配，可以使醬油貨架期達到1年。

4.5 在方便面料包中的應用

目前對于方便面面餅的防腐研究大有成效，然而對于方便面料包的防腐研究非常少見。化學防腐劑山梨酸鉀常常被用作料包中的防腐，但因其對人體有害，急需研發天然防腐劑添加到料包中。張玉鑫研究表明乳酸鏈球菌素與納他霉素的比例為0.02∶0.0065時，其抑菌效果與山梨酸鉀相當，可有效地抑制方便面料包中的腐敗菌生長。

5 展望

隨著人們生活水平的提高，天然防腐劑的應用受到廣泛的關注。復配使用不同防腐機理的防腐劑可以減少成本，達到更好的防腐效果。我國目前對納他霉素和乳酸鏈球菌素的制備、分離、發酵等方面需要深入研究，提高其產量和純度，廣泛應用于食品工業中。