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工业抑菌剂的研究进展 生物化工工艺0902班 刘策 02号摘要 抑菌剂经不断研究，在医药，食品工业上有很大的进展，在不久的将来抑菌剂将代替化学合成药物，将在人类疾病防治、动物医药保健及食品防腐等方面体现巨大的应用潜力。关键词 抑菌剂 细菌素 挥发性风味化合物抑菌剂是指防止或抑制病原性微生物生长发育的化学物质。理想的抑菌剂应具有以下特点：理化性质和抗微生物作用稳定，一定的pH范围内足够有效，不影响制剂的渗透压、稳定性与临床效果；长期贮存中不分解、不与包装材料发生作用，不丧失抑菌效力；抑菌浓度范围内对眼表无毒、无刺激；作用迅速、具有广谱的杀菌活性。理想的状况是使用一种抑菌剂即可达到上述效果，既能降低成本又降低刺激性和潜在毒性。但很难找到同时满足上述条件的抑菌剂。需要根据产品类型、配方特性及潜在污染的微生物种类等选择合适的抑菌剂。在药品上的研究进展微生物对药品的污染是医院药剂工作中一个很普遍而又必需解决的重要问题，特别是自制口服液体制剂，在适宜细菌生长繁殖的条件下，更易染菌，因肉眼不易察觉，大多又不易立即产生严重反应，因而常被忽略，危及用药者的健康。研究发现，苯甲酸和混合抑菌剂I (苯甲酸O.8%+尼泊金甲醋0.08%+尼泊金乙醋夕0.08%)对四类常见菌均有较强的抑菌力；尼泊金乙醋单独使用的抑菌效果较混合抑菌剂I好，其原因尚待进一步探讨1。乳酸菌产细菌素的研究进展细菌素(Bacteriocins)是细菌在代谢过程中合成并分泌到环境中的一类对同种的或亲缘关系较近的种有抑制作用的杀菌蛋白或多肽物质,具有高效、无毒、耐高温、无残留、无抗药性等优点。细菌素不仅种类丰富,而且在自然界中普遍存在,几乎每种细菌均可产细菌素2。细菌素被广泛用于食品添加剂和饲料添加剂。细菌素作为饲料添加剂可以防止饲料本身被致病菌污染,防止致病菌对动物肠道的影响。目前对细菌素产生菌的研究主要集中在乳酸菌上。国外对乳酸菌素的研究较早,已经从乳酸菌的产物中分离到上百种细菌素。产细菌素的乳酸菌种类包括肉杆菌属、乳杆菌属、乳球菌属、明片株菌属、片球菌属等。杨瑾用植物乳杆菌L.PlantarumDSM20205产生的细菌素plantaricinDSM20205对16个指示菌进行抑菌测定,发现该细菌素对革兰氏阳性、阴性致病菌均有较好的抑菌效果3SaharF.Deraz等研究发现嗜酸乳杆菌DSM20079所产细菌素DSM20079只对亲缘关系较近的德氏乳杆菌L.del-brueckii subsp. lactisDSM 20076、保加利亚乳杆菌Lactobacillusdelbrueckii subsp.bulgaricusDSM20080及清酒乳杆Lactoba-cillus sakeiNCDO2714有抑菌活性,其中对德氏乳杆菌DSM20076具有较大的抑菌效果4。植物乳杆菌DSM20079对大肠杆菌JM101、XLI-blue,粪球菌B13、T136,明串珠菌,李斯特菌,乳酸片球菌则没有抑菌效果。乳酸乳球菌产生的Nisin(尼生素)能有效地抑制革兰氏阳性菌,如乳杆菌、分支杆菌、微球菌、葡萄球菌、肠球菌、片球菌、明串珠菌、李斯特菌及链球菌属等,但对革兰氏阴性菌、霉菌和酵母菌没有抑菌作用5。Cinata等研究发现片球菌属不仅对李斯特菌和植物乳杆菌具有较强的抑菌作用,而且对金黄色葡糖球菌、梭状芽胞杆菌也具有抑菌作用6。1）在食品工业上的应用在乳制品的加工和贮藏过程中,微生物污染一般是难避免的。原料乳属于热敏性物料,虽经巴氏灭菌但仍可能残存部分腐败菌和耐热芽孢,从而影响乳制品的货架期。如果使用乳酸菌细菌素如Nisin,不仅可以弥补保存期限短的缺陷,而且可以提高乳制品的质量。1988年美国FDA批准将Nisin作为食品添加剂7。细菌素也可以作为发酵底物的副产物存在于成熟奶酪、酸奶、腊肠、泡菜等食品中。许多研究证明,具有产细菌素能力的菌株可以防止和控制不良菌群引起的污染。因此,一般认为在食品中直接添加产细菌素的乳酸菌比直接添加细菌素更可取8。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Ninsin代替和部分代替化学防腐剂。抑制作用好,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。此外,在肉制品加工中,为了保持肉色及风味,通常加入一定量的硝酸盐。硝酸盐通过硝酸盐还原菌的作用转化为亚硝酸盐,而亚硝酸盐与体内的胺类物质作用,生成具有致癌性的亚硝酸铵。如果将细菌素加入肉制品中,可降低pH。较低pH能减少残留的亚硝酸盐,避免对人的危害,保证肉加工品安全9。Nisin能有效控制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10。2）在饲料工业上的应用目前,细菌素主要作为饲料添加剂应用于饲料工业,是一种新型绿色饲料添加剂。细菌素在饲料工业中的应用主要有两个方面:防饲料本身被沙门氏菌等致病菌污染;防止致病菌对动物肠道的危害。产生细菌素的乳酸菌(尤其是乳杆菌)是动物肠道中的优势菌,因而可以利用它们研制益生菌,进行宿主动物胃肠的生态调节。研究肠道微生物类群与细菌素的关系,可以更好地选择益生菌菌种,使它们能更好地定植于肠道系统中,发挥出更好的功效11。研究发现,来自无害微生物的蛋白质可以减少禽类小肠中的弯曲杆菌和其他病原性细菌。给鸡喂食这种细菌素时,可以使弯曲杆菌的数量减少至百万分之一,因而细菌素也可以作为养禽生产中用来控制病原性细菌的抗生素的有效替代品12。细菌素作为饲料添加剂具有抗生素无法比拟的优势:无毒、无副作用、无残留、无抗药性,并且不污染环境。细菌素代替抗生素作为饲料添加剂具有广阔的发展前景。挥发性风味化合物抑菌研究进展挥发性风味化合物决定了食品的香气特性,并对食品的特征气味贡献最大,在食品中除了具有消除异味、赋予特殊香气的作用外,还可以作为防腐抑菌剂来延缓食品的腐败变质。具有抑菌能力的挥发性风味物质的化学类别较多,主要有酚类、杂环类、烯烃类、醛类、醇类、酯类等。下文对各类挥发性风味化合物的抑菌研究最新进展进行了简要概述13。1 酚类挥发性风味化合物Aligiannis等对牛至属植物木龙葵和小叶红中的挥发性风味物质进行了抑菌试验,研究表明,木龙葵中的挥发性风味物质对革兰氏阳性菌金黄色葡萄球菌、革兰氏阴性菌大肠杆菌、阴沟肠杆菌、肺炎克雷伯菌和病原真菌白念珠菌、热带念珠菌、光滑球拟酵母有着极强的抑制作用,进一步分析表明抑菌活性在一定程度上取决于其中的主体挥发性风味化合物香芹酚。在其它研究中也证实了香芹酚对所有的测试菌都有类似的活性,如Liolios从牛鲜属的一种植物中提取的挥发性风味化合物成分,其中香芹酚的含量达到了51.7%,随后进行的抑菌性试验研究显示,对金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌和绿脓杆菌均具有抑制作用醛类挥发性风味化合物Matasyoh等从芫荽的叶子中提取了一些挥发性风味化合物,其中醛类化合物占55.5%,主要为(E)-2-癸烯醛(15.9%)、癸醛(14.3%)。在探索其抑菌效用时,发现除了绿脓杆菌外,提取物对所有的革兰氏阳性菌(G+)和阴性菌(G-)都有一定抑菌作用,G+的MIC值在108163 mg/mL之间,G-的MIC值在130217 mg/mL之间。而对于真菌中白念珠菌的抑制作用更加明显,其MIC值是22.5 mg/mL。谢小梅等在研究肉桂醛、柠檬醛抗黄曲霉作用时,指出肉桂醛、柠檬醛的浓度分别在0. 05g/mL和0.28g/mL作用4 h后,萌发的黄曲霉孢子数明显减少,孢子菌丝的形态、表面结构等均明显改变。因此,肉桂醛、柠檬醛表现出对黄曲霉孢子萌发有的显著的抑制作用。2 醇类挥发性风味化合物醇类抑菌剂的主要作用机理是:使蛋白质变性、干扰腐败菌的新陈代谢、抑制其快速繁殖和溶菌作用等。一般地,8个碳链以内,醇类抑菌能力随碳链的增加而增强,但是醇类在4个碳链以上时,碳链愈长,溶解度愈小,实际使用起来较困难。晏增研究了杉木中挥发性风味化合物的抑菌性质,杉木挥发性成分主要是雪松醇,含量高达76.27%。在培养基中,当提取物的浓度为0.25 mg/mL时,金黄色葡萄球菌、枯草杆菌、伤寒沙门氏菌生长完全受抑制,培养皿中无菌落生长;当培养基中的杉木心材精油的浓度达到0.5 mg/mL时,大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、枯草杆菌、伤寒沙门氏菌的生长完全受抑制,培养皿中无菌落生长。3 酸及酯类挥发性风味化合物关于脂肪酸及其酯类的防腐抑菌机制,目前较有信服力的是脂肪酸及其酯类与微生物的膜关系假说,脂肪酸及其酯类首先接近细胞膜表面,然后亲油部分的脂肪酸及其酯类呈刺透状态进入细胞膜中。这种状态下,细胞膜的脂质机能降低,甚至导致细胞机能停止。Salvia等对印尼的某种丹参进行了研究,在提取的挥发性风味化合物中,乙酸芳樟酯占19.8%,乙酸萜品酯占13.0%,显示了较强的抗真菌能力。徐清萍等论述了食醋的抑菌功能进展,指出如果醋酸的含量达到0.1%时,食源性病菌的生长就会受到抑制,同时对甲种链球菌、卡他球菌、肺炎双球菌、白色葡萄球菌和流感病毒等具有相当强大的抑制作用。其它类挥发性风味化合物某些挥发性醛类、杂环类化合物有着很强的抑菌能力,这些挥发性风味化合物一般不是单一存在的,它们之间是有着协同作用,或者添加其它化合物共用产生良好的抑菌效果。表1中列举出的是最近发表的关于其它类风味化合物的一些研究报道。表1一些挥发性风味化合物的协同抑菌作用来源主要有效成分抑制菌种参考文献Camadulen-sis一种药用植物(刚果)1,8-桉叶素、-蒎烯,-松油醇大肠杆菌、普通变形杆菌、枯草芽胞杆菌、产酸克雷伯菌、肺炎克雷伯菌、普通变形杆菌、鼠伤寒沙门菌等。14S. cuneifo-lia,香草花树(土耳其)香芹酚、对异丙基苯甲烷大肠杆菌、空肠弯曲菌、宋内氏痢疾杆菌、金黄色葡萄球菌、李斯特氏菌、蜡样芽胞杆菌、绿脓杆菌、肠炎沙门菌等。15A. conchig-era节鞭山姜(马来西亚)没药烯、-蒎烯、-倍半水芹烯、1, 8-桉树素绿脓杆菌、洋葱假单胞菌、黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、犬小孢子菌、须癣毛癣菌红色毛癣菌等。16R. cartham-oides漏芦属植物(捷克)云木香烯、香附子烯粪肠球菌、大肠杆菌、李斯特氏菌、绿脓杆菌、化脓性链球菌、肠炎沙门氏菌、白色念珠菌、金黄色葡萄球菌等。17Moslachinensis石香薷(中国)香芹酚、对异丙基苯甲烷、乙酸百里酚酯粪肠球菌、金黄色葡萄球菌、李斯特氏菌、大肠杆菌、伤寒沙门氏、黑曲霉、球毛壳霉、总状毛霉、白念珠菌等。18Salvia hy-drangea丹参(土耳其)樟脑、-蛇麻烯、香桃木醇镰刀霉菌属、轮枝霉属、交链孢霉属、辣椒疫霉、终极腐霉等。19讨论与展望抑菌剂作为药品，食品添加剂其抑菌效果具有较好的应用前景。它们即渴望单独使用，也可以通过和其他抑菌剂共用，以降低其使用量，从而减少生产成本。在作为防腐抑菌剂，其安全性和实用性还需要进行验证，对于添加量的标准也需要制定，特别是在特殊人群的使用方面。在实际使用时还需要考虑原料的不同和使用要求，最好在延长保质期，提高或不影响产品质量。天然安全是消费者追求食品品质的重要因素，对天然抑菌剂的研究和技术突破，有可能称为药品，食品保藏与加工的一个革命性的变化。参考文献1 闺然星,朱俊章.药用抑菌剂的研究进展.药剂科,63-64.2郭兴华.益生乳酸细菌-分子生物学及生物技术M.北京:科学出版社,2008:214-2163杨瑾.乳酸菌细菌素分离纯化及生物学特性D.杭州:浙江工商大学,2007.4 DERAZ S F,KARLSSON E N,HEDSTR M M, et a.l Purification and characterisation ofacidocinD20079,abacteriocin produced byLactobacil-lusacidophilusDSM 20079J. 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