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技术文摘

新型天然食品防腐剂纳他霉素的研究进展

发布者::   发布时间: :2009-12-30 浏览次数: :

     纳他霉素(Natamycin)也称游链霉素(Pimaricin),是一种重要的多烯类抗菌素,可以由Streptomyces natalensis 和Streptomyceschatanoogensis等链霉菌发酵生成的。该抗菌素是一种很强的抗真菌试剂,能有效地抑制酵母菌和霉菌的生长,阻止丝状真菌中黄曲霉毒素的形成。与其它抗菌成分相比,纳他霉素对哺乳动物细胞的毒性极低,可以广泛应用于由真菌引起的疾病。除此之外,由于纳他霉素的溶解度低,可用其对食品表面进行处理以增加食品的保质期,却不影响食品的风味和口感。目前,纳他霉素作为一种天然的食品防腐剂已被批准应用于某些乳制品、肉类、水果、饮料等许多食品工业中。

 


    美国FDA建议纳他霉素作为食品添加剂使用的抗生素,还被归类为GRAS产品之列。我国1996年中食品添加剂委员会对纳他霉素进行评价并建议批准使用,现已列入食品添加剂使用标准,其商品名称为霉克(NatamaxinTM)。美国CFR编码:21CFR172.155,其中对纳他霉素的DAI值是0.3mg/kg,根据我国《食品添加剂使用卫生标准》(GB2760)规定,食物中最大残留量是10mg/kg,而纳他霉素在实际应用中的使用量为10负6次方数量级。


    因此,纳他霉素是一种高效、安全的新型生物防腐剂。


1. 纳他霉素的性质
   1.1 理化性质
    纳他霉素是一种多烯烃大环内酯类抗真菌剂,其分子是一种具有活性的环状四烯化合物,含3个以上的结晶水,其外观白色(或奶油色),为无色、无味的结晶粉末,分子式C33H47NO13,分子量为665.73。微溶于水、甲醇,溶于稀酸、冰醋酸及二甲苯甲酰胺,难溶于大部分有机溶剂。在pH值高于9或低于3时,其溶解度会有所提高,在大多数食品的PH范围内非常稳定。纳他霉素具有一定的抗热处理能力,在干燥状态下相对稳定,能耐受短暂高温(100℃);但由于它具有环状化学结构、对紫外线较为敏感,故不宜与阳光接触。纳他霉素活性的稳定性受PH值、温度、光照强度和氧化剂及重金属的影响,所以产品应该避免与氧化物及硫氢化合物等接触。


1.2 特点
    纳他霉素对真菌极为敏感,微量使用即可起作用,作为防腐剂的用量仅为山梨酸钾的 1/50--1/100。
    而且其适用的PH范围更广,在PH3—9具有活性。由于纳他霉素是白色、无气味、无味道的粉状物,故对产品的口感物性无任何影响,更适合作为食品的防腐剂,可以直接添加到酸奶等发酵制品中,只抑制其中的霉菌和酵母菌,却不作用于酸奶中的细菌(双歧杆菌),而其它防腐剂则不具备这一功能。


1.3 抑菌机理
    纳他霉素是一种高效、广谱的真菌抑制剂,它是26种多烯烃大环内酯类抗真菌剂的1种,多烯是一平面大环内酯环状结构,能与甾醇化合物相互作用且具有高度亲和性,对真菌有抑制活性,其抗菌机理在于它能与细胞膜上的甾醇化合物反应,由此引发细胞膜结构改变而破裂,导致细胞内容物的渗漏,使细胞死亡。但有些微生物如细菌的细胞壁及细胞质膜不存在这些类甾醇化合物,所以纳他霉素对细菌没有作用。

2. 纳他霉素的生产工艺
  2.1 菌种
    纳他霉素的生产菌为Streptomyces natalensls和 StrePtomyces gilvosPoreus,其中后者的产率可达8.5g/L。


  2.2 原材料
    发酵所采用的原材料主要为大豆蛋白抽提物,酵母抽提物,葡萄糖,原料的质量标准为通用发酵用(药用)标准,实验表明,原材料的产地和质量对发酵有较大影响,原材料的确定除了其他化验指标外,摇瓶实验结果是极为重要的依据。


  2.3 生产
    Streptomyces gulvOSporeuS菌经发酵罐放大培养总发酵周期为250h,发酵在好氧条件下进行,搅拌速度在不同时期有所不同,在发酵第1阶段的搅拌速度为500rpm,到发酵第2阶段,由于产物及代谢物的积累,产物的产生速率有所下降,故应适当增加搅拌速度以保持发酵罐内足够的溶解氧水平;同时还要持续地抽去发酵罐中的旧培养液,并以与之相同的速率向发酵罐中添加新培养液,这样就避免有害代谢物在发酵罐中过度积累,及时补充新鲜的营养成分。另外,在发酵后期,添加的新鲜培养液各营养成分的浓度比原来的培养液都有所增加,这也有利于产物的生成,进一步提高产量。
    在发酵过程中,培养液中各成分的浓度和类型都会影响纳他霉素的生物合成,其中碳氮比是最关键的因素之一,氮源促进菌体的生长繁殖,同时要在发酵中流加补充适当的碳源(葡萄糖)。纳他霉素在以葡萄糖作为碳源时产量最高,这是因为葡萄糖能渗入纳他霉素的分子中去 。在发酵前期葡萄糖的浓度为40g/L,到发酵后期则为20g/L,此时菌体生长和纳他霉素的产量均达到最佳值。该生产工艺中所用的氮源是在豆蛋白抽提物与酵母抽提物的混合物。有资料表明,氮源的类型对菌体生长和纳他霉素的产量有较大影响,菌体细胞生长最好的氮源是酵母抽提物,而纳他霉素产生的最佳氮源是牛肉浸出物,所以,将两种氨源混合使用则使纳他霉素的产量增加两部。Eisenschink等用非酵母蛋白和酵母蛋白的混合物作为培养基中的氮源,得到较高产量的纳他霉素。另外还有研究发现,用孢子接种得到的纳他霉素产量比用营养细胞接种的高40%。
 

3. 纳他霉素的安全性评价和应用
  3.1 安全性评价
    纳他霉素对所有的霉菌和酵母菌几乎都具有极强的抑制力,但对细菌、病毒等其他的微生物则无效。据报道,人体口服500mg纳他霉素后,在血液中的含量少于 1mg/ml,即说明纳他霉素很难从动物或人体的肠胃吸收。经卫生学调查和皮肤斑点试验,表明纳他霉素无过敏性反应。经降解处理后的纳他霉素在急性毒理、短期毒性试验中均无对动物的损害。耐药性的研究表明,未见有霉菌和酵母菌对纳他霉素有异常的耐药性;使用大于MIC的纳他霉素量,人为诱导也没有真菌形成抗性的证据。
    目前纳他霉素的分析方法主要有分光光度计分析法、比色分析法、元素分析法、微生物分析法、色谱分析法、滴定分析法、电泳分析法。由于纳他霉素的分析干扰因素较多,各种方法也各有优缺点,应根据具体情况合理选择。


  3.2 应用
    目前商品化生产的霉克是由乳糖与纳它霉素的按1:1混合制得纳他霉素制剂(Natamax),将其配置成300—600ppm的悬浮液,可以用于肉制品表面浸泡或喷洒、糕点、月饼表面喷洒、蚝油表面、浓缩果汁的液面、水果表面浸泡(如将苹果浸在含500PPm本品的悬浮液中1—2min后包装,可保存8个月)。在富含酵母的酒中加入10ppm即可清除酵母;在苹果汁中加入本品30ppm,6周之内可防止果汁发酵,并保持果汁的原有风味不变;可以直接将其加入沙拉酱中,延长保质期不会改变其原味。
    国内外目前实际使用的食品防腐剂的防腐效果均受微生物种类、食品成分、pH值和溶解性等因素的影响,且在常规使用量下,影响食品的风味,致使这些防腐剂的使用受到限制,不能满足现代食品加工的需要。而且,随着人们对化学合成食品防腐剂安全认识的提高,低毒、高效、广谱及经济实用的生物食品防腐剂的研究和开发,必将愈来愈受到人们的关注。 展望未来,可以预测天然食品防腐剂——纳他霉素在乳制品、肉制品、果蔬汁饮料、焙烤食品中具有极其广阔的应用前景。
 

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