Nisin是由原料乳中天然存在的Lactococcus菌产生的,故认为它是无害的,因为数个世纪以来人和动物摄入也没有引起任何副作用。产Nisin的乳酸乳球菌在自然界中大量存在,Aplin和Barretitd进行的251个原料乳样品的检测中发现,109个样品中含有产Nisin的乳酸乳球菌。
对远超过食品应用量的Nisin的毒性研究表明,Nisin是无毒的,Nisin在消化道可被消化酶迅速分解,在食用含Nisin的液体10min后就无法在人的唾液中测定到Nisin的存在。现在也有没有发现对Nisin过敏的情况。大量的微生物研究表明:Nisin和治疗的抗生物素间无任何交叉性的拮抗作用。
1963年FAO/WHO专家委员会去认定了Nisin的毒性数据,推荐了它在食品中的应用量,现在Nisin已在约50个国家得到应用,包括原欧共体国家、美国和中国。它在食品中的用量在各不同国家间有所不同,以加工干酪产品和罐头食品的应用最为广泛。
1.5 乳酸菌素的作用机理及应用
1.5.1 抗菌功能
乳酸菌素作用的靶目标是细胞膜。主要是利用其蛋白质结构上不同部位有不同的电价,可造成指标菌细胞膜结构部分改变。一般而言,其杀菌机制是先吸附在目标菌的细胞膜上,再侵入膜内而形成通透孔道,以引起胞内物质如ATP、K+等的流失或生化反应障碍,而导致指标菌死亡。乳酸菌素的功能类似抗生素,但作用机制不同,具有专一性,完全不产生耐药性及毒性,而且不易被小肠中的胰蛋白酶破坏,可有效抑制病原菌的生长。
最近几年,对乳酸菌产生的那些具有杀菌作用的细菌素的研究进一步增强,主要是它们可作为潜在的食物保护剂。在这类肽中,相当一部分含有羊毛硫氨基酸或其他转录后修饰的氨基酸,这些含有羊毛硫氨基酸的分子(羊毛硫抗生素)似乎存在两种相反的连接方式,即类型A和类型B。近些年,分离到一大批属于类型A的羊毛硫抗生素部分,最近分离到的A类羊毛硫抗生素所具有的新的结构特点是:①发现新的装饰基因,如D-Ala和2-羧酸丙酰基,二者都来自丝氨酸;②不同类型的前羊毛硫抗生素引导信号;③合成A类羊毛硫细菌素所需基团的数量及类型不同;④细胞裂解素(cytolysin)可同时发挥溶血素(hemolysin)和细菌素的作用;⑤最近分离的一种羊毛硫细菌素(Lactocin S)在中性pH条件下,不带净电荷。迄今为止,Carnocin U149是已知的羊毛硫细菌素中分子量最大的一种,而细胞裂解素的杀菌作用则依赖于组成其分子结构的两条肽链之间的相互作用。
体外研究表明,乳酸菌产生的细菌素的抗菌谱非常广,包括多种革兰氏阳性及阴性菌,研究最系统的细菌素是Nisin,是由Lactococcus lactis产生的。Gibson曾报道L.reuteri产生的细菌素Reuterin能作用于G-菌(沙门氏菌和志贺氏菌)及G+菌(梭状芽孢菌和利斯特氏菌)。
1.5.2 乳酸菌素在食品方面的应用
乳酸菌素的代谢产物乳酸菌肽,能有效地抑制多种导致食物腐败的革兰氏阳性菌,尤其对多产芽孢的细菌特别有效,是一种高效、无毒的天然防腐剂。
⑴ 乳制品 Nisin能使干酪中的芽孢杆菌量降至最低程度,有效抑制肉毒梭菌的生产和毒素的产生,延长产品的保质期并使其在常温下保存。故Nisin已成为乳酪加工最常用的防腐剂。1961年美国FAO/WHO批准Nisin作为食品添加剂。
⑵ 肉制品 Nisin能有效抑制肉制品中微生物的生长,尤其能抑制肉毒梭菌的生长,故在肉制品加工中,可用Nisin代替和部分代替化学防腐剂,抑菌作用好,且不影响肉制品的色、香、味。Nisin是美国联邦肉类检验法规认可的用于香肠和半干香肠中的防腐剂。
⑶ 啤酒和果汁饮料 Nisin能有效控制乳酸菌和啤酒中的片球菌引起的腐败,不影响啤酒的外观、风味等,且能延长瓶装啤酒的保质期。在果汁中加入Nisin能阻止存活的酸土芽孢杆菌的生长,防止果汁及果汁产品的腐败变质。
1.5.3 乳酸菌素在医药方面的应用
⑴ 抑制作用 用于治疗临床上因消化不良引起的腹胀、腹泻、胃肠炎等。抑菌实验表明,它们对致病的一些革兰氏阳性细菌及阴性细菌,如大肠埃希氏菌、单细胞增生利斯特氏菌、金黄色葡萄球菌、绿脓杆菌、福氏志贺氏菌均有不同程度的抑制作用,故可治疗胃、肠炎。乳酸菌素能促进胃液分泌,增强胃肠蠕动,促进食物消化,故对消化不良引起的腹胀、腹泻也有明显效果。
⑵ 改善肠道微环境 乳酸菌素是多肽物质,食用后,在消化道很快被蛋白水解酶吸收,因而不会影响肠道内正常菌体存活。乳酸菌素能选择性杀死肠道致病菌,保护和促进有效益菌的生长,调节肠黏膜电解质、水分平衡,调节胃肠道菌群平衡,改善肠道微环境。
⑶ 提高免疫力 微生态制剂乳酸菌素具有免疫调节作用,增强机体的特异性与非特异性免疫物质,激活吞噬细胞酶的活性,选择性杀死肠道致病菌,促进有益菌的生长。刺激肠道产生IgA,增强机体的细胞免疫和体液免疫,提高产道免疫力,特别是乳酸菌素中的双歧杆菌是一种重要的生理性细菌,对人体有增强免疫力、抗感染、延缓衰老的功能,它能抑制有害微生物的生长,从而促进人体的健康。药用制剂如金双歧(双歧杆菌/嗜酸性乳杆菌/粪链球菌)、乳酸菌素片等。
⑷ 进行结构基因的克隆和免疫因子的测定 已有几个将细菌素基因克隆到不产细菌素的乳酸菌中的研究报道。这不仅可以使不产细菌素的菌株获得产细菌素的能力,而且为人工合成大量的细菌素提供了可能。