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纳他霉素研究进展 纳他霉素研究进展2009年11月 内容概要 纳他霉素研究进展 纳他霉素应用现状 纳他霉素功能性质 纳他霉素研究进展2009年11月 纳他霉素简介 纳他霉素 natamycin 也称匹马菌素 pimaricin 游链霉素 是一种重要的多烯类抗菌素 可以由纳他霉菌 streptomycesnatalensis 恰他努加链霉菌 streptomyceschmanovgensis 和褐黄孢链霉菌 streptomycesgilvosporeus 等多种链霉菌发酵产生 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乳制品 肉类 水果 饮料等许多食品工业中 纳他霉素研究进展2009年11月 纳他霉素简介 纳他霉素是一种多烯烃大环内酯类抗真菌剂 分子式为C33H47O13 相对分子量为665 75 结构式如图1所示 纳他霉素是一种两性物质 分子中有一个碱性基团和一个酸性基团 等电点为6 5 熔点280 其外观为白色或奶油色 为无味的结晶粉末 其微溶于水 甲醇 溶于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 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 另外纳他霉素的稳定性受氧化剂和重金属的影响 一 结构与理化性质 纳他霉素研究进展2009年11月 纳他霉素简介 纳他霉素研究进展2009年11月 纳他霉素简介 二 活性和稳定性 纳他霉素干粉在避光避潮下是稳定的化合物 室温下保存几年只有很小一部分失去活性 三水合物同样稳定 但无水形态不稳定 在室温封闭的瓶子中保存48h失去15 的活性 中性的纳他霉素水溶液几乎和干粉一样稳定 纳他霉素的稳定性受pH值 温度 光照 氧化剂和重金属等条件的影响而变化 pH值 纳他霉素在pH4 5 9之间非常稳定 在极端pH值下纳他霉素迅速失活 形成各种各样的分解产物 在低pH值时其主要的裂解产物是海藻糖胺 在高pH值时 如pH12 由于内酯皂化可形成纳他霉酸 用强碱处理导致进一步的分子破裂 产生一系列的后醛醇反应 纳他霉素研究进展2009年11月 纳他霉素简介 pH值对于纳他霉素的稳定性有一定的影响 但对纳他霉素的抗真菌活性没有明显的影响 Gist Brocades报道 纳他霉素于30 储存三星期 在pH5 7的范围内 纳他霉素的活性仍保持100 pH3 6时保持大约85 pH9 0时仅剩大约75 但在大部分食品的pH范围内 纳他霉素十分稳定 温度 温度对纳他霉素的活性几乎没有影响 在中性水溶液中 纳他霉素在室温条件下是稳定的 50 放置几天或100 短时处理 其活性几乎无损失 120 条件下加热不超过1h仍能保持纳他霉素的部分活性 纳他霉素研究进展2009年11月 纳他霉素简介 光照 纳他霉素在紫外光下分解 失去四烯结构 辐射也能使纳他霉素分解 氧化剂 纳他霉素不宜与氧化剂如过氧化氢 漂白粉等接触 否则抑菌活性会明显下降 防止氧化的方法是使用抗氧化剂 如叶绿素 抗坏血酸 丁基羟基茴香醚 丁基甲苯等 重金属 一些金属离子可以促进纳他霉素的氧化失活 尤其是铁 镍 铅 汞等重金属 因此 纳他霉素适宜存放在玻璃 塑料或不锈钢容器中 也可以添加EDTA或聚磷酸盐来防止失活 纳他霉素研究进展2009年11月 纳他霉素简介 三 抗微生物性质 纳他霉素是一种高效 广谱的抗霉菌 酵母菌 某些原生动物和某些藻类剂 能与甾醇化合物相互作用且具有高度的亲和性 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 使细胞内容物的渗漏 导致细胞死亡 但它没有抗细菌活性 这是由于真菌的细胞膜含有麦角固醇 而细菌细胞膜中不含这种物质 多烯大环内酯类抗生素能有选择的和固醇结合 结合的程度与膜的固醇含量成正比 结合后形成多烯化合物 引起细胞膜结构的改变 导致细胞膜渗透性的改变 造成细胞内物质的泄漏 真菌对纳他霉素极为敏感 添加量15 g mL以下即可表现出抑真菌活性 进一步的研究表明 绝大多数霉菌在纳他霉素浓度为0 5 6mg kg时即被抑制 个别菌种在纳他霉素浓度为10 25mg kg时被抑制 多数酵母菌在纳他霉素浓度为1 0 5 0mg kg时即被抑制 细菌细胞膜缺乏甾醇 麦角固醇 类结构 所以纳他霉素对其抑制效果不明显 当最小抑菌浓度 MIC 10000 g mL时才显示出抑制细菌作用 纳他霉素研究进展2009年11月 纳他霉素简介 四 安全性 纳他霉素难溶于水和油脂 大部分摄入的纳他霉素会随粪便排出 很难被消化吸收 口服500mg纳他霉素后 检测血液中含量 1mg mL 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 经耐药性试验 未见有霉菌和酵母菌对纳他霉素产生抗药性 经人为诱导也没发现真菌对其形成抗性 纳他霉素研究进展2009年11月 纳他霉素应用现状 纳他霉素作为一种天然防腐剂以其安全 健康的特点而备受人们的关注 1982年6月 美国FDA正式批准纳他霉素可用作食品防腐剂 1997年 我国食品添加剂使用卫生标准GB2760 1996将纳他霉素作为增补品种批准使用 现在纳他霉素已成功应用于多种食品的生产 纳他霉素研究进展2009年11月 纳他霉素应用现状 一 在乳制品中的应用 添加纳他霉素可高效低成本地抑制真菌 延长酸奶的货架期 保证产品的质量 5 10mg kg的添加量 可以使产品的货架期延长4周以上 而且不影响其风味 纳他霉素用于干酪皮防止其表面发霉 它不会渗透到干酪内部 仅仅停留在酪皮外层 而这一部分一般不会被取食 干酪放置5 10周后 纳他霉素基本消失 此时酪皮变硬不易受到霉菌侵染 另外 把纳他霉素直接添加到酸奶等发酵制品中 抑制霉菌和酵母菌 而不杀死有益的细菌 双歧杆菌 其它防腐剂尚不具备这一功能 纳他霉素研究进展2009年11月 纳他霉素应用现状 二 在肉类制品中的应用 在肉类保鲜方面 可采用纳他霉素浸泡或喷涂肉类食品 来达到防止霉菌生长的目的 每平方厘米喷涂4ug的纳他霉素时 可达到安全而有效的抑菌水平 但由于产品性质 地区气候等的差异 可通过实验确定最适宜的浓度 在制作香肠时 将纳他霉素悬浮液浸泡或喷涂已添好馅料的香肠表面 可有效的防止香肠表面长霉 纳他霉素研究进展2009年11月 纳他霉素应用现状 三 在焙烤食品中的应用 纳他霉素对3种含水量高 极易生霉变质的豆沙月饼 莲蓉月饼和咸鸭蛋黄莲蓉月饼进行防霉试验 结果表明 400mg kg的纳他霉素对月饼有良好的防霉效果 贮藏60d以上不发霉 且残留量仅为5mg kg 当使用浓度在750mg kg 采用喷淋法对面包进行处理时 保质期可提高1倍以上 其他焙烤食品如 蛋糕 馅饼等都可以用纳他霉素的悬浮液喷涂其表面 在不对产品产生任何影响的同时 可有效地防止霉变和延长货架期 纳他霉素研究进展2009年11月 纳他霉素应用现状 四 在饮料中的应用 1998年 Crigliano等人在软饮料中加入一定比例的纳他霉素和DMDC dimethyldicarbon ate 发现能有效防止饮料腐败及病原体的生长 他们在次年又报导了将纳他霉素应用于茶饮料保鲜中并给出了具体的操作方法 霉菌和酵母菌是导致果蔬汁变质的主要菌类 添加纳他霉素可有效地防止因真菌而引起的变质 在葡萄汁中添加20mg kg的纳他霉素可防止因酵母菌污染而导致果汁发酵 在苹果汁中添加30mg kg的纳他霉素可防止苹果汁发酵 纳他霉素用于茶饮料 也可以有效防止真菌腐败 并给予茶饮料更加可接受的感官特性 纳他霉素研究进展2009年11月 纳他霉素应用现状 五 在其它食品中的应用 在酱油 食醋等调味品中 使用一定量的纳他霉素可防止霉菌和酵母菌引起的变质 在年糕和馒头中使用纳他霉素 可防止霉变 有效地延长货架期 纳他素还可用于果酱 黄油 沙拉酱防霉方面 纳他霉素研究进展2009年11月 纳他霉素研究进展 一 纳他霉素的复配研究 1 Nisin及纳他霉素在冷却肉中的应用研究 纳他霉素是一种高效 广谱的抗霉菌 酵母菌 某些原生动物和某些藻类剂 但它没有抗细菌活性 不同防腐剂的复合使用成为研究热点 沈阳农业大学食品学院的赵春燕等研究了不同浓度的Nisin 纳他霉素及Nisin 纳他霉素 乳酸的复配保鲜剂对冷却肉的作用效果 纳他霉素研究进展2009年11月 纳他霉素研究进展 纳他霉素研究进展2009年11月 纳他霉素研究进展 由各实验的分析结果可知 Nisin和纳他霉素分别单独作用 对于延缓鲜肉的保质期具有一定的效果 其保鲜效果随浓度的增加而增加 其处理组与对照组相比 差异显著 各组处理间差异并不十分显著 考虑到成本 效果等因素 复配效果较好 再通过保鲜剂配方优化L9 33 正交实验 得出Nisin 纳他霉素及乳酸复配时 最优水平组为Nisin 0 008 纳他霉素 0 012 乳酸 3 参考 赵春燕等 Nisin及纳他霉素在冷却肉中的应用研究 食品科技 2009 34 3 140 143 纳他霉素研究进展2009年11月 纳他霉素研究进展 2 纳他霉素与山梨酸复配改良MRS培养基 乳酸菌通常采用MRS培养基进行培养 但霉菌 酵母菌和一些常见细菌也容易在该培养基上生长 用MRS培养基来筛选分离乳酸菌或者对乳酸菌计数都不理想 因此 在MRS培养基中添加抑制真菌和其他常见细菌 但又不影响乳酸菌生长的化学物质 可以达到优化MRS培养基的目的 四川农业大学的刘书亮等对不同浓度纳他霉 Natamycin 与山梨酸 SorbicAcid 及其复配后在MRS培养基中防止杂菌生长的情况进行了研究 结果表明 单独使用10mg L纳他霉素可防止MRS培养基中真菌的生长 单独使用2000mg L山梨酸可抑制真菌及常见细菌的生长 纳他霉素与山梨酸复配后可适当降低二者的使用浓度并具有协同增效的作用 但均没有抑制乳酸菌的生长 由此初步得到了一种新的改良MRS培养基 参考 刘书亮等 纳他霉素与山梨酸复配改良MRS培养基的研究 中国酿造 2008 33 35 纳他霉素研究进展2009年11月 纳他霉素研究进展 3 Nisin与纳他霉素在低盐酱菜中应用研究 现代医学研究表明 日常饮食中高盐食品是导致高血压的重要因素 因此 目前传统酱菜加工正朝着低盐方向发展 但酱菜含盐量较低 常常导致产品的货架期短 腐败严重 为避免化学防腐剂对人体健康的影响 使用天然防腐剂延缓食品腐败成为酱菜加工的必然选择 陕西科技大学的易建华等以萝卜为原料 进行酱菜制作 重点研究了天然防腐剂Nisin与纳他霉素 natamycin 在酱菜加工中的应用 结果表明 采用天然防腐剂Nisin与纳他霉素复配 可有效提高酱菜保藏品质 其最优复合配方为300mg kg乳酸链球菌素 150mg kg纳他霉素 乳酸链球菌素与纳他霉素复合防腐剂对酱菜总酸度影响较小 酱菜在保藏3个月内 Nisin与纳他霉素复合防腐剂可以改善酱菜的感官品质 参考 易建华等 乳酸链球菌素与纳他霉素在低盐酱菜中应用的研究 食品工业科技 2008 29 10 227 229 纳他霉素研究进展2009年11月 纳他霉素研究进展 二 纳他霉素保鲜作用的研究 1 纳他霉素在草莓保鲜中应用的研究 草莓是非跃变呼吸型果实 采后没有后熟作用 果实必须在充分成熟的情况下采摘才有商品价值 常温条件下贮藏期仅为1 2d 因此 草莓保鲜技术已成为草莓生产与流通中亟待解决的问题 大连民族学院的姜爱丽等用20mg L的纳他霉素溶液对新鲜草莓果实进行浸泡和喷雾处理 探讨了不同处理方式和浸泡时间对新鲜草莓贮藏过程中生理和病理指标的影响 实验结果表明 纳他霉素处理可有效控制果实表面霉菌数量 并可降低果实呼吸强度及腐烂率上升的速度 减慢叶柄叶绿素含量下降的速率 提高果实花色素苷含量 浸泡5min和喷雾处理比浸泡10min处理显示了明显的防腐效果 参考 姜爱丽等 纳他霉素在草莓保鲜中应用的研究 食品科学 2009 28 12 515 520 纳他霉素研究进展2009年11月 纳他霉素研究进展 2 纳他霉素天然保鲜果蜡 水果涂蜡保鲜技术是20世纪70年代发展起来的新技术 广泛用于柑橘 苹果 梨 葡萄等果品的保鲜 它能改善果品外观 并在表面形成一层薄膜而降低果品的呼吸强度 推迟呼吸跃变和延长贮藏期 紫胶果蜡是一种传统果蜡 紫胶是果蜡的主要成分之一 它是源于植物和昆虫的一种天然树脂 有耐酸 耐油 无味 无臭和无毒的特点 但其稳定性和机械性能较差 干燥速度较慢 当加入化学防腐剂时 易造成果实中残留量超标 易造成对人体的伤害 纳他霉素是一种广谱 高效真菌抑制剂 纳他霉素研究进展2009年11月 纳他霉素研究进展 它能较好地抑制霉菌 酵母菌生长 不但起到防腐的作用 还能减少真菌毒素对人体的毒害 天津科技大学的胡云峰等研究了不同助剂对紫胶保鲜蜡物理性能和纳他霉素对保鲜蜡抑菌性能的影响 确定了含纳他霉素的天然保鲜果蜡的生产工艺为 紫胶120g L 吗啉20mL L 丙二醇10mL L 氨水12mL L 乳化时间30min 当温度降至60 时加入0 6g L的纳他霉素 应用该保鲜果蜡贮藏的胡柚和锦橙 在温度为5 10 相对湿度为60 65 条件下贮藏45d 能较好地保持果实的外观 表面新鲜饱满 有光泽 品质好 与对照相比失重率降低70 好果率提高65 参考 胡云峰等 含纳他霉素天然保鲜果蜡的制备与应用 农业机械学报 2009 40 3 139 142 纳他霉素研究进展2009年11月 纳他霉素研究进展 3 纳他霉素在柑桔防腐保鲜中的应用 柑桔采收后 因为呼吸代谢使果实贮藏后其内部物质的含量将发生不同程度的变化 VC含量与贮藏前相比总体上呈下降趋势 同时柑桔果实采收后腐烂的控制是柑桔贮鲜的重要环节 而纳他霉素可以较好的抑制柑桔贮藏过程中真菌的侵入 进而降低腐烂率 上海奇泓生物科技有限公司的孙远功等研究分离了导致柑桔腐败的重要菌种 采用直接喷雾法将不同浓度的纳他霉素悬浮液作用于柑桔并和未经纳他霉素处理的柑桔进行比较 通过相关指标测定 确定大量桔青霉和少量的酵母菌是导致柑桔腐败变质的主要病菌 分别从纳他霉素浓度对贮藏效果 柑桔酸度 水分含量 柑桔 纳他霉素研究进展2009年11月 纳他霉素研究进展 Vc含量及纳他霉素残留量等不同的角度阐述了新型防腐剂纳他霉素对柑桔保鲜的作用效果 实验证明纳他霉素能较好的抑制柑桔表面真菌的生长 减少营养物质的损失 在温度为18 22 湿度为58 65 的环境下最佳作用浓度为300mg L400mg L 参考 孙远功等 纳他霉素在柑桔防腐保鲜中的应用 食品研究与开发 2006 27 7 190 192 纳他霉素研究进展2009年11月 纳他霉素研究进展 三 纳他霉素在生产方面的研究 1 高产菌株的选育 我国卫生部在1997年正式批准其为食品添加剂 应用于乳制品 肉类 水果 饮料等许多食品中 几十年来 由于纳他霉素优良的抗菌性及安全性 已经被欧美许多国家广泛应用于食品工业和医药上 而饲料上和农药上的应用也在不断的推广之中 高产菌株的选育是一直困扰着国内纳他霉素的生产一个问题 天津科技大学的杨东靖等用紫外线对纳他霉素 Natamycin 产生菌褐黄孢链霉菌 Streptomycesgilvosporeus ATCC13326菌株孢子进行诱变处理后 利用链霉素抗性突变选育得122株链霉素抗性突变株 纳他霉素研究进展2009年11月 纳他霉素研究进展 其中纳他霉素产量高于出发菌株的有13株 突变株SG 56的生产能力达到出发菌株的146 研究了其发酵性能 优化了培养基组成和发酵工艺条件 纳他霉素产量为2 81g L 较出发菌株产量提高了170 根据美国相关专利记载 链霉菌streptomycesgilvosporeus发酵生产纳他霉素的水平达到了8 5g L以上 参考 杨东靖等 纳他霉素高产菌株的链霉素抗性选育及其发酵工艺的优化 药物生物技术 2003 10 2 84 87 纳他霉素研究进展2009年11月 纳他霉素研究进展 2 提取工艺的研究 最初人们利用水溶性或者部分水溶性的溶剂来萃取纳他霉素 这些方法都需要在预处理时先去除一部分水分 而且使用了大量的有机溶剂 因此增加了提取的成本和环境的污染 Raghoenath等分二步从发酵液中分离纳他霉素 1 分解菌丝体 2 从处理过的发酵液中分离纳他霉素 分解菌丝体的过程包括