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＿ｉｎｈｉｂｉｔｏｒｙＳｕｂｓｔ
ａｎｃｅ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。Ｎｉｓ
ｉｎ分子结构中包含5种稀有氨基酸即ＡＢＡ、ＤＨＡ、ＤＨＢ、ＡＬＡ-Ｓ-ＡＬＡ和ＡＬＡ-Ｓ-ＡＢ
Ａ,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。Ｎｉ
ｓｉｎ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 ｍａ
ｎ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。