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，也稱尼生素。乳酸鏈球菌素又稱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，世界上有不少國(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)。
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，世界上有不少國(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)。