乳酸链球菌素产业的发展现状及前景展望.docx

乳酸链球菌素产业的发展现状及前景展望*李勃1 ，马喻1 ，肖明21( 陕西微生物研究所，陕西 西安，710043) 2( 西北大学附属中学，陕西 西安，710069)摘 要 概述了目前国内外乳酸链球菌素行业发展以及市场需求的状况，并对当前国内国内乳酸链球菌素产业发展的前景和存在的问题进行了分析。关键词 生物防腐剂，乳酸链球菌素，现状，展望的代谢产物能够抑制部分革兰氏阳性菌的生长3。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，并将其命名为 n-inhibitory substance 即 n 群抑菌物质，简称为 ni- sin，nisin 因此而正式命名。1951 年，hirsch 等人应 用 nisin 到食品保藏中，成功地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 ni- sin 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生物防腐 剂 ( biopreservative ) 也称为天然防腐 剂。按其来源可分为 3 类，即植物来源、动物来源，以 及微生物来源1。目前，国际上已被许可使用的生 物防腐剂仅为乳酸链球菌素( nisin) 、纳他霉素( na- tamycin) 及聚赖氨酸( -poly-lysine) 3 种1。我国目 前允许使用的仅为乳酸链球菌素( nisin) 和纳他霉素( natamycin) 7。乳酸链球菌素，是由乳酸乳球菌( lactococcus lac- tis) 发酵产生的一种小分子多肽类抗菌素，由 34 个氨 基酸组成，根据其构型不同可分为 a、b、c、d、e 和 z 型。天然的 nisin 主要以 nisin a 和 nisin z 形式存 在，其差别是第 27 位的氨基酸，nisina 是组氨酸，而 nisinz 是天门冬酰胺2。乳酸链球菌素主要用于抑 制引起食品腐败的革兰氏阳性菌，如乳酸杆菌、肉毒 杆菌、葡萄球菌、李斯特菌、耐热腐败菌、棒杆菌、小球 菌、明串球菌、分枝杆菌等，特别是对产生孢子的细 菌，如芽孢杆菌、梭状芽孢杆菌、嗜热芽孢杆菌、致死 肉毒芽孢杆菌等有很强的抑制作用。由于 nisin 被食用后在消化道中很快被蛋白水 解酶消化成氨基酸，因而不会改变肠道内的正常菌 群，不会引起抗药性问题，亦不会与其他抗生素出现 交叉抗性，是目前国际公认的一种理想的安全、无毒 副作用的生物防腐剂，已被广泛应用于乳制品、肉制 品、罐装食品、植物蛋白制品、酿造酒、酒精制品、果汁 饮料、袋装食品、焙烤食品和方便食品等食品的防腐 保鲜。应用于食品中4 5。目前，nisin 已在全世界约 60 多个国家和地区被用作防腐剂，国际市场发展迅速，2005 2009 年，全 球乳酸链球菌保持高速增长，2005 年全球乳酸链球 菌素总产量为 163 t，同比增长 9% ，2007 年总产量250 t，同比增长 32% ，2008 产量达到 342 t，同比增长37% ，2009 产量达到 468 t，同比增长 37% ，连续 5 年 呈现高速增长态势( 如图 1 所示) 。全球乳酸链球菌素产业的发展概况1 1928 年，rogers 和 whittier 最先发现乳酸链球菌图 1 2005 2009 年全球乳酸链球菌素产量统计数据来源: 国家食品行业生产力促进中心第一作者: 硕士，助理研究员。* 陕西省科学院重大产业化专项( 2011zd 01 ) 纳他霉素的产 业化开发收稿日期: 2010 11 29，改回日期: 2011 03 29近年来，从全球范围内来看，乳酸链球菌素的生产国已经由欧美国家转移到中国，中国已经成为全球 最大的乳酸链球菌素生产国和出口国。目前，乳酸链1522011 vol. 37 no. 6 ( total 282)综述与专题评论球菌素的消费国已经遍布全球的 60 多个国家和地区，其中消费量 10 t 以上的国家有埃及、西班牙、英 国、美国、中国、俄罗斯、哥伦比亚等。奇泓生物科技有限公司、兰州伟日生物工程有限公司等，其产品在国内市场上占有率达到 85% 以上( 具体 市场份额见图 2) ，部分企业的产品已出口国外; 国外 的知名企业主要有丹麦的丹尼斯克( danisco) 、荷兰 的帝斯曼( dsm) 、德国的巴斯夫( basf) 等国际大公 司。nisin 的市场竞争格局也因此分为三部分: 一是 以浙江银象生物工程有限公司、北京东方瑞德生物技 术有限公司为代表的第一批从事 nisin 生产的厂家， 他们积累了大量的技术经验和市场关系，在国内和国 际市场上发挥着重要的作用。二是以安泰生物工程 股份有限公司、上海奇泓生物科技有限公司为代表的2005 年后从事 nisin 生产的新兴企业，这些企业目前 在市场上表现越来越出色，产能和市场占有率不断提 高。三是包括丹尼斯克( danisco) 、帝斯曼( dsm) 、巴 斯夫( basf) 等在内的国际知名企业，具有极强的技 术、资金、管理实力，尤其是在国际市场占据重要地 位。我国乳酸链球菌素产业的发展概况我国对 nisin 的研究始于 1989 年，由中国科学院 微生物研究所、中国食品发酵工业研究院( 原轻工部 食品发酵工业研究所) 等单位从 nisin 生产菌的筛 选、nisin 的分离纯化鉴定和生物学特性、nisin 的发 酵条件研究、nisin 生物合成的调控和遗传学及 nisin 的研究方法和应用等各方面进行了较为全面系统的 研究，取得了较多成果。中国科学院微生物研究所与 浙江天台制药厂及中国食品发酵工业研究院协作，进 行了 2500l 发酵罐的放大试验及中试产品的应用试 验，中试产品的各项指标均符合中国食品添加剂卫生 标准。目前，已在浙江天台制药厂投产。1990 年 3 月 29 日中国卫生部在国标 gb2760 中正式批准 nisin 可用于罐藏食品、植物蛋白食品、乳制品、肉制品中。 经过十多年的发展，中国乳酸链球菌素产业在菌 种选育、发酵工艺、分离提纯技术等方面得到不断提 高，在食品中的应用研究也不断深入，相关的发明专利已经达到 15 项，经鉴定的科研技术成果 10 余项。 形成了以中科院微生物所、天津科技大学、北京营养 源研究所、天津市医药科学研究所、南开大学、东北农 业大学、齐齐哈尔安泰生物工程有限公司、浙江银象 生物工程有限公司、上海奇泓生物科技有限公司、兰 州伟日生物工程有限公司等科研院所、企业单位为核 心的技术力量; 生产企业也已发展至 10 余家。近年来，国内 nisin 产业发展迅速，2005 年产量 仅有 65 t，2007 年产量已达 150 t，发展至 2009 年已 经超过 300 t，年平均增速超过 60% ，其中出口近 100 t。中国已经成为 nisin 的主要生产国和消费国，其产 量约占全球产量的 70% ，消费量占全球的 20% ，且国 内需求量呈快速增加的趋势。目前，nisin 作为生物 防腐剂在中国食品工业中的应用已经遍及到 11 小类 的产品，从长远观点来看，随着科学技术的进步、人民 生活水平的提高以及健康意识的增强，nisin 以其安 全、天然、健康的特点，应用范围必将有更大的空间。2图 22010 年国内乳酸链球菌素主要生产企业占市场份额情况4市场供求状况分析市场需求状况nisin 作为国际上第一个被批准使用的生物防腐 剂，目前已广泛用于乳制品、肉制品、饮料等食品行 业。近年来乳酸链球菌素需求量持续增加，综合起来 主要有两方面的因素:一方面，由于乳制品、肉制品等下游行业的快速 稳定发展，产品产量增加，导致乳酸链球菌素的需求 进一步增加。尽管承受了 2008 年三聚氰胺事件带来 的重大影响，我国的乳制品行业依然发展迅速。2009 年总产量达到 1 935 万 t，产量较 2008 年增长 13% 。 肉制品行业近年来一直稳步发展，我国的猪肉和禽肉 产量已经分居世界第一位和第二位。饮料行业是近 些年发 展 最 快 的 行 业，自 2007 年 以 来，一 直 保 持20% 以上的增长速度。2009 年除包装饮用水以外的4. 1市场竞争格局分析3目前，在全球的 nisin 市场上，国内的生产企业主要有浙江银象生物工程有限公司、北京东方瑞德生 物技术有限公司、安泰生物工程股份有限公司、郑州2011 年第 37 卷第 6 期(总第 282 期)153软饮料产量达到 4 900 万 t。根据国家相应行业的产业规划和近几年的发展情况来预测，2015 年我国乳 制品总产量将达到 3 800 万 t、肉制品达到 1 亿 t、软 饮料( 除包装饮用水) 将达到 1. 25 亿 t。另一方面， 随着 nisin 使用范围的进一步拓广，其需求量在未来 一段时间内也必然将持续增长。根据 gb2760 2007食品添加剂使用卫生标准规定的 nisin 的应用范 围及最高应用限量6，按照 5% 的产品，以最高限量 的 50% 使用 nisin 推算，则 2011 年的需求量可达到3 820 t，至 2015 年则有望达到 5 900t 以上( 具体见图3) 。销售收入增长 19% ，2008 年受金融危机影响，行业销售收入增长放缓，但 2009 年整个行业的销售收入增 长由于经济危机影响的削弱而小幅回升，具体市场销 售情况见图 5。图 5 全球乳酸链球菌素市场销售情况6尽管自 2005 2009 年间，全球的 nisin 市场销售额持续大幅增长，但随着全球供给能力的不断增强， 行业利润一直呈下降趋势。尤其 2008 年受金融危机 的影响，净利润下降较大。2009 年随着全球经济的 逐渐复苏，下游各行业对 nisin 的需求量上升，行业 利润率得到小幅回升( 具体数据见图 6) ，但利润率较2005 年同比下降了 20% 。分析原因，一是受到供求 关系的影响: 最早 nisin 生产技术被少数企业垄断， 且产量较少，供不应求，市场价格及利润也因此相对 较高; 但随着掌握 nisin 生产技术的企业数量以及产 品产量的不断增加，市场竞争加剧，供求关系也因此 逐渐平衡，价格不断下调。尤其是中国生产企业不断 地增加产能，产量不断提高且基本都以出口为主，致 使国际市场供大于求。另一个重要原因，是乳酸链球 菌素生产技术水平的提高相对降低了生产成本，但近 年来受到通胀压力以及原材料价格不断上涨的影响， 其利润空间也在不断缩小。图 3 2011 2015 年乳酸链球菌素国内市场需求量预测4. 2市场供应状况随着国内生产企业生产技术的不断提高，以及全 球经济的快速发展，nisin 作为一种安全、高效的新型 食品防腐剂，其产量一直呈快速增长的趋势。据统 计，2005 年中国 nisin 产量为 65 t，而 2009 年产量则 达到 327 t，较 2005 年同比增长近 5 倍。尽管，2008 年的全球金融危机使得乳酸链球菌素的生产受到一 定影响，但增速依然高达 55% ，2009 年产量同比增长41% ( 具体见图 4) 。图 4 2005 2009 年乳酸链球菌素行业产量及增速6图 62005 2009 年乳酸链球菌素行业平均净利润率6行业利润水平的发展趋势根据相关统计资料显示，自 2005 2009 年整个nisin 丝行业的销售收入增长迅速，2007 年全行业的4. 3尽管近年来，nisin 的行业利润有所下降，但众所周知，行业利润水平主要由市场销售价格和生产成本 决定。除了欧美等经济发达国家对生物防腐剂需求1542011 vol. 37 no. 6 ( total 282)食品与发酵工业food and fermentation industries综述与专题评论量的持续增长外，随着中国以及各发展中国家的经济发展，尤其是食品产业的稳定快速发展，对生物防腐 剂的需求量必将增大，当前的产能将逐渐无法满足市 场需求，因此有理由相信，本行业的利润水平在未来 几年内仍然能够保持良好的增长态势，企业盈利情况 也将持续向好。产业的发展受到了国际金融危机，国内原材料价格上涨，人民币升值以及由于前期行业快速发展而导致的 无序竞争等不利因素的影响，但是如前文所分析的结 果，行业的利润前景以及市场需求依然向好。随着 nisin 应用范围与应用程度的不断拓展，国内生产企 业在发酵工艺、提取工艺、质量管理、应用研究等方面 不断提高技术水平，以及行业监督、管理制度的不断 完善，该产业仍将具有巨大的发展空间与市场前景。行业发展的前景分析5传统化学防腐剂如苯甲酸及其盐、山梨酸及其盐、对羟基苯甲酸酯类等对于人体的危害正在引起世 界各国的重视，其使用范围与剂量也正在受到越来越 严格的控制。而以乳酸链球菌素为代表的生物防腐 剂因其高效、安全、无毒、无残留等特点正在受到全球 市场的青睐，大有逐渐替代化学防腐剂的趋势。我国作为一个幅员辽阔、资源丰富的发展中国 家，用于发展生物防腐剂产业的原料资源丰富且价格 低廉，而且人力资源与成本也较发达国家具有明显的 优势。再加上近年来国家对于食品添加剂行业以及 生物制造产业的政策上的大力支持，为发展乳酸链球 菌素产业发展提供了诸多有利因素。尽管近年来该参 考 文 献1张鹰，曾新安，温其标 生物防腐剂及其在食品中的应用j 食品与机械，2006，22( 1) : 77 79.浮吟梅，吕亚西 生物防腐剂的应用和发展动向j中国食品添加剂，2004( 3) : 51 53.赵玲艳，邓放明，杨细平，等 生物防腐剂 乳酸菌素23j中国食物与营养，2005( 2) : 27 29.4岳喜庆 nisin 在食品中的应用j 中国食品添加剂，2006( 4) : 259 266.蒋永福，张焜，黎碧娜 天然防腐剂乳酸链球菌素的 研究进展j 精细化工，2002，19( 8) : 453 456.gb 2760 2007. 食品添加剂使用卫生标准s.56current status and prospects of nisin industryli bo，ma yu1 ，xiao ming21( shannxi microbiology institute，xian 710043，china) 2( northwestern university afficiated school，xian 710069，china) abstract this paper overviewed the current development of the nisin industry and its market in the world nations problems and prospects of this industry were also discussedkey wordsbiopreservative，nisin，current status，prospectsand( 上接第 151 页)advances on fucoidanliu ying1 ，zhang min2 ，wu qian-qian2 ，pan ren-rui2，3 ，cai jing-min21( college of life sciences，ahhui agricultural university，hefei 230022，china)2( department of biological and environmental engineering，hefei university，hef