新型天然食品防腐剂纳他霉素的研究进展
2006-09-17 17:28:01   来源：不详   评论：0 点击：

    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。