乳酸鏈球菌素（英文：Nisin）是由乳酸鏈球菌產(chǎn)生的一種多肽抗菌素類物質(zhì)，分子式為C143H230O37N42S7 （Nisin A）、C141H228O38N41S7（Nisin Z），平均分子量大小約為3.5kDa，為淺棕色至乳白色粉末。乳酸鏈球菌素含有34個氨基酸殘基，以二聚體或四聚體活性形式存在。
一般用微生物發(fā)酵法來生產(chǎn)合成乳酸鏈球菌素，常用檢測方法有瓊脂擴散法、高效液相色譜法、酶聯(lián)免疫吸附法等。乳酸鏈球菌素對腐敗菌和致病菌（尤其是革蘭氏陽性菌）如金黃色葡萄球菌、單增李斯特菌、變形桿菌、微球菌等有較好的抑制作用，廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、畜牧等領(lǐng)域，如在食品上用于防腐抑菌、生鮮保鮮、改善品質(zhì)等；醫(yī)藥方面將乳酸鏈球菌素用于根管沖洗、口腔保健及抑制腫瘤等；在畜牧行業(yè)主要用于畜禽健康養(yǎng)殖等。乳酸鏈球菌素不易產(chǎn)生耐藥性，無藥物殘留，是世界公認(rèn)安全的天然生物食品防腐劑和細(xì)菌生長抑制劑。
歷史
1928年，美國學(xué)者Rogers和Whittier發(fā)現(xiàn)乳酸鏈球菌的代謝產(chǎn)物能夠抑制部分革蘭氏陽性細(xì)菌的生長。隨后1933年，新西蘭學(xué)者Whitehead及其合作者觀察到，野生乳酸鏈球菌能抑制干酪制作中乳酸菌的生長和酸的產(chǎn)生，發(fā)現(xiàn)抑制乳酸菌生長的乳酸鏈球菌代謝產(chǎn)物實質(zhì)上是一種多肽，并分離出這種物質(zhì)。在1947年，英國Mattick和Hirsch通過對這些產(chǎn)天然蛋白類抑菌物質(zhì)的乳酸鏈球菌鑒定，發(fā)現(xiàn)這些乳酸鏈球菌屬于血清學(xué)N群中的菌株，于是將該抗菌多肽命名為N群抑菌物質(zhì)(N-inhibitory substance)，簡稱Nisin或乳鏈菌肽。
1951年，Hirseh等人將乳鏈菌肽用作食品防腐劑，成功地控制了肉毒桿菌引起的埃門塔爾干酪的膨脹腐敗。1969 年，聯(lián)合國糧農(nóng)組織/世界衛(wèi)生組織批準(zhǔn)乳酸鏈球菌素（Nisin）為高效安全天然食品防腐劑。1988年美國食品和藥物管理局(美國食品藥品監(jiān)督管理局)也正式批準(zhǔn)將Nisin應(yīng)用于食品中；1989年，中國科學(xué)院微生物研究所對乳鏈菌肽產(chǎn)生菌進行分子生物學(xué)研究；1992年，中國將Nisin列入國標(biāo)GB2760-86中的增補品種，可用于罐頭食品、植物蛋白飲料、乳制品和肉制品的保藏中。
應(yīng)用領(lǐng)域
食品行業(yè)
乳制品
在鮮乳及乳制品中使用乳酸鏈球菌素方法簡便，先將乳酸鏈球菌素配成5％～6％的水懸液，然后按設(shè)定比例直接加入鮮乳及乳制品中攪拌均勻即可，在牛奶中加入0.05g/kg乳酸鏈球菌素，可使鮮奶的保質(zhì)期延長1倍；在巴氏消毒奶中添加0.03—0.05g/kg乳酸鏈球菌素，保質(zhì)期可延長2倍；在高溫滅菌奶中加入適量乳酸鏈球菌素，可控制腐敗的發(fā)生；在干酪中添加乳酸鏈球菌素可使干酪的優(yōu)質(zhì)品率達90％以上。
肉制品
引起肉制品腐敗的細(xì)菌相當(dāng)多，這些細(xì)菌多屬于耐熱性病原菌，普通的加熱方式難以將它們徹底殺死，殘留的細(xì)菌常引起肉制品腐敗，乳酸鏈球菌素對造成肉制品腐敗的大多數(shù)細(xì)菌都能有效抑制，故可用于西式火腿、泡鳳爪、即食臘肉、烤肉、扒雞、魚類等肉制品的防腐保鮮，可大大降低亞硝酸鈉的使用量，延長肉制品的保存期。
果汁飲料
酸土芽孢桿菌是一種耐酸且耐熱的產(chǎn)孢子菌，常引起果汁及果汁類飲料的酸敗，在對果汁及果汁類產(chǎn)品巴氏滅菌前添加適量的 Nisin，不僅可以降低熱加工強度，而且可以阻止存活的酸土芽孢桿菌孢子的生長，防止果汁及果汁類產(chǎn)品的腐敗。
畜牧行業(yè)
Nisin 具有抗菌能力強、安全無毒等優(yōu)勢，在畜牧行業(yè)主要用于奶牛乳房炎治療、防治畜禽飼料致病菌污染、畜禽健康養(yǎng)殖等方面，能夠增強機體免疫功能、調(diào)節(jié)腸道健康、提高營養(yǎng)物質(zhì)吸收，進而改善畜禽生長發(fā)育。
醫(yī)藥行業(yè)
根管沖洗
糞腸球菌是引起持續(xù)性根管感染的主要病原菌之一，且難以根除。Nisin聯(lián)合MTAD（A 混合物 of tetracycline isomer, acid and detergent 四環(huán)素類藥、酸和去污劑混合物）可以快速地抑制根管常見致病菌，提高MTAD對糞腸球菌的殺菌作用，因此Nisin和MTAD聯(lián)合可以作為一種有效地根管沖洗液來抑制根管中致病菌。
防齲作用
細(xì)菌是病發(fā)生發(fā)展的關(guān)鍵因素之一，引起齲病的常見致齲菌有鏈球菌屬、乳桿菌屬、放線菌屬等，其中變異鏈球菌被認(rèn)為是最常見的致齲菌。在Nisin聯(lián)合化鈉（氟化鈉）對變異鏈球菌的協(xié)同性拮抗研究中，Nisin和NaF具有協(xié)同性抑制變異鏈球菌的作用。
抑制腫瘤
乳酸鏈球菌素具有抑制多種腫瘤細(xì)胞（頭頸部鱗狀細(xì)胞癌、皮膚癌、結(jié)腸癌細(xì)胞和人星形細(xì)胞瘤細(xì)胞等）生長、誘導(dǎo)腫瘤細(xì)胞凋亡的作用。
作用機理
對于 Nisin 的抗菌機理還未有較為明確的定論，而在諸多Nisin 的抗菌機理中，“孔道理論”得到了廣泛的認(rèn)同。孔道理論：Nisin通過靜電相互作用吸附到細(xì)菌的細(xì)胞膜上，通過氨基酸的Ｃ端、Ｎ端和細(xì)胞膜上的磷酸酯層結(jié)合，侵入細(xì)菌細(xì)胞膜內(nèi)，形成通透性的孔道，從而使得細(xì)菌細(xì)胞膜內(nèi)外滲透壓發(fā)生改變，細(xì)胞自溶而死亡。
理化性質(zhì)
乳酸鏈球菌素（Nisin）是一種淺棕色至乳白色粉末，易流動，使用時需溶于水或液體中，難溶于堿性溶液，可溶于中性或酸性溶液，在中性水里溶解度為49.0mg/ml，在0.02M 鹽酸中溶解度為118.0mg/ml；Nisin 在酸性條件下具有較好的熱穩(wěn)定性，115℃、pH為2時穩(wěn)定存在，而pH為5時失活率為40%，pH為9.8時失活90%；在冰箱中保存 Nisin 數(shù)月之后，其活性幾乎不會發(fā)生變化，在干燥狀態(tài)下保存數(shù)年之后，仍有活性；對蛋白酶特別敏感，在消化道中很快被α-胰凝乳蛋白酶分解。
生產(chǎn)合成
在Nisin的發(fā)酵生產(chǎn)中，主要是以乳鏈球菌和乳酸乳球菌作為菌種進行搖瓶活化培養(yǎng)，將活化好的菌種接入種子罐、發(fā)酵罐中，通過將菌種逐級放大培養(yǎng)來生產(chǎn)合成乳酸鏈球菌素，當(dāng)乳酸鏈球菌素產(chǎn)量達到峰值時，轉(zhuǎn)入下一步提取工段，常用分離純化Nisin 的方法主要有吸附法、鹽析法、膜過濾法、有機溶劑法、泡沫分離法和雙水相萃取法等，將提取出來的高純?nèi)樗徭溓蚓貪饪s液用去離子水稀釋，加入麥芽糊精、食鹽、葡萄糖、海藻糖等保護劑、輔料攪拌均勻，使用高速離心噴霧干燥塔，進行干燥。
吸附法
在較高pH條件下，Nisin會吸附到產(chǎn)生菌或其他菌的表面，而在pH較低時會從菌體上脫離，即解吸附，因而可通過改變pH，并在發(fā)酵液中加入固體吸附劑如高分子多孔微球或者利用菌體細(xì)胞自身吸附乳酸鏈球菌素。吸附法方便高效，已經(jīng)成為工業(yè)上提取Nisin的重要方法。
膜過濾法
膜過濾法首先用無機化合物膜或管式膜從發(fā)酵液中除去菌體和固體等相對分子質(zhì)量比乳酸鏈球菌素大的物質(zhì)，再采用卷式膜超濾從發(fā)酵液中除去相對分子質(zhì)量比乳酸鏈球菌素小的物質(zhì)，得到發(fā)酵液濃縮物。
有機溶劑法
有機溶劑沉淀法是向蛋白質(zhì)溶液中加入丙酮或乙醇等水溶性有機溶劑，水的活度降低，水對蛋白表面荷電基團或親水基團的水化程度降低，溶液介電常數(shù)下降，蛋白質(zhì)分子間靜電引力增加，從而凝聚和沉淀。Nisin 是兩性分子，具有傾向于膜蛋白的性質(zhì)，可在有機相和水相的交界處富集濃縮。
泡沫分離法
泡沫分離是以待分離組分之間的表面活性差異作為分離依據(jù)，向溶液中鼓入空氣產(chǎn)生氣泡，通過氣泡上的吸附和泡沫層的排液達到富集濃縮的目的。泡沫分離方法效率高，能耗少，操作簡便，無污染，并且易于推廣到大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)中，乳鏈菌肽是一種表面活性物質(zhì)，具有良好的起泡性，可以通過泡沫分離技術(shù)分離提純。
檢測方法
測定Nisin效價的方法主要有瓊脂擴散法、高效液相色譜法、酶聯(lián)免疫吸附試驗等方法。
瓊脂擴散法
瓊脂擴散法因具有簡單、方便、經(jīng)濟的特點，是較為常用的檢測方法，利用Nisin在營養(yǎng)瓊脂平板上產(chǎn)生的抑菌圈大小來測定活性，根據(jù)擴散形式的不同，瓊脂擴散法可分為直線擴散法、點滴法、濾紙片法、管碟法和打孔法，打孔法和杯碟法應(yīng)用最為廣泛。
高效液相色譜法
高效液相色譜法可以對乳酸鏈球菌素進行準(zhǔn)確的定性和定量測定，精密度高，最低檢測限為10IU／mL，對固體、液體均能做出準(zhǔn)確的分析，且這種方法操作簡單，易于推廣，適合生產(chǎn)企業(yè)以及檢測部門檢測乳酸鏈球菌素的含量。
酶聯(lián)免疫吸附法
利用預(yù)先包被在酶標(biāo)板孔上的抗原和樣本中的Nisin和抗體競爭性的結(jié)合原理，用酶標(biāo)二抗（羊抗兔抗抗體）與已經(jīng)結(jié)合的抗原抗體結(jié)合物反應(yīng)，進行Nisin的檢測分析。利用結(jié)合的酶標(biāo)記物使無色的底物產(chǎn)生顏色深淺，以進行定性或定量檢測。該方法穩(wěn)定性、重復(fù)性好，其檢測低限為：牛奶、飲料、乳制品為1.0 mg/L（mg/kg）；肉制品為0.5 mg/kg，測范圍0.5～600 mg/kg（mg/L）之間。
法律法規(guī)與限制
中國
制定了乳酸鏈球菌素的國家標(biāo)準(zhǔn) GB 1886.231《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品添加劑 乳酸鏈球菌素》及GB 2760 《食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》 。GB2760 規(guī)定 Nisin 在食品中的應(yīng)用范圍及最大使用量：在乳及乳制品（13.0特殊膳食用食品涉及品種除外）、腌漬的蔬菜、加工食用菌和藻類、預(yù)制肉制品、熟肉制品、熟制水產(chǎn)品（可直接食用）中最大使用量為0.5g/kg；在面包、糕點中最大使用量為0.3g/kg；在其他雜糧制品、方便米面制品（僅限方便濕面制品、米面灌腸制品）、蛋制品（改變其物理性狀）中最大使用量為0.25g/kg；在醬油、釀造醬、復(fù)合調(diào)味料、飲料類中最大使用量為0.2g/kg；在食醋中最大使用量為0.15g/kg。
國際
1984年，聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織（FAO）、世界衛(wèi)生組織（WHO）規(guī)定乳酸鏈球菌素可用于熔融干酪制劑和熔融干酪，限量12.5mg/kg。
美國
美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）將乳酸鏈球菌素列為美國聯(lián)邦法規(guī)中的“一般公認(rèn)為安全（GRAS）”的物質(zhì)，規(guī)定可用于巴氏滅菌干酪涂抹制品和含有水果、蔬菜或肉類的巴氏滅菌干酪涂抹食品，但是其最大使用量為250ppm（以最終產(chǎn)品計）。
物質(zhì)結(jié)構(gòu)
Nisin作為一種天然抑菌多肽，成熟的分子由34個殘基組成，平均分子量大小約為3.5kDa，通常呈螺旋結(jié)構(gòu)。Nisin分子內(nèi)部有五種稀有氨基酸：氨基丁酸、脫氫丙氨酸、甲基脫氫丙氨酸、羊毛硫氨酸、β-甲基羊毛硫氨酸，通過醚鍵構(gòu)成五個環(huán)，以二聚體或四聚體活性形式存在。乳酸鏈球菌素（Nisin）存在多種天然變異體，如Nisin Ａ、Nisin Z、Nisin Q等，其中Nisin A 和 Nisin Z 是人們發(fā)現(xiàn)最早的Nisin 天然類型。Nisin A的分子式為C143H230O37N42S7 ，分子量3354. 35Da；Nisin Z的分子式為C141H228O38N41S7，分子量3330. 31Da。
乳酸鏈球菌素A（Nisin Ａ）
乳酸鏈球菌素中首個被發(fā)現(xiàn)的是乳酸鏈球菌素A，由34個氨基酸組成，分子量為3354Da，乳酸鏈球菌素A對許多革蘭氏陽性菌有殺菌作用，包括形成孢子的營養(yǎng)細(xì)胞，對孢子有抑菌作用，在體內(nèi)會被蛋白酶代謝分解，所以對人體無害。
乳酸鏈球菌素Z（Nisin Z）
乳酸鏈球菌素Z是與乳酸鏈球菌素A組成最接近的乳酸鏈球菌素變體，兩者僅有一個氨基酸的差異，乳酸鏈球菌素A的27位是組氨酸，乳酸鏈球菌素Z的是天門冬氨酸。乳酸鏈球菌素Z與乳酸鏈球菌素A有相似的抗菌性質(zhì)和殺菌機制，但是乳酸鏈球菌素Z比乳酸鏈球菌素A在中性pH條件下有更好的溶解度。
乳酸鏈球菌素Q（Nisin Q）
乳酸鏈球菌素Q結(jié)構(gòu)與乳酸鏈球菌素A相似，由34個氨基酸組成，與乳酸鏈球菌素A相比有四個氨基酸差異，基因位點相似度為82％，乳酸鏈球菌素Q與其他乳酸鏈球菌素有相似的抗菌譜。在氧化條件下，乳酸鏈球菌素Q的活性比乳酸鏈球菌素A高，因此乳酸鏈球菌素Q產(chǎn)生菌菌株在氧化食物方面特別有用。
安全事宜
安全性
在1959年英國食品防腐劑委員會證實了不同數(shù)量的Nisin自然存在于日常食用的牛奶、奶酪等；1962年日本的Hara 證實了Nisin的LD50（半數(shù)致死量）與普通食鹽相近；1969年，Nisin被聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織（FAL/WHO）食品添加劑聯(lián)合專家委員會批準(zhǔn)應(yīng)用于食品工業(yè)中。Nisin是一種多肽，會被消化道中的蛋白水解酶快速地分解為氨基酸，而且Nisin和其他抗生素之間無任何交叉性的互相抵消作用。
GHS分類
非危險物質(zhì)或混合物。
消防措施
未規(guī)定乳酸鏈球菌素對滅火劑的使用限制，因此可以根據(jù)現(xiàn)場情況和周圍環(huán)境采用適合的滅火措施，如選擇干粉、泡沫或二氧化碳滅火劑滅火。
急救措施
如果不慎吸入大量乳酸鏈球菌素粉末后，要立刻將傷者轉(zhuǎn)移到新鮮空氣的地方；如果皮膚接觸到大量的乳酸鏈球菌素，要立刻脫掉所有沾污的衣物，并及時用水清洗皮膚或淋浴；如果眼睛接觸到乳酸鏈球菌素，要立刻用大量清水沖洗眼睛；如果誤食乳酸鏈球菌素，要立刻飲水（最多 2 杯），并及時就醫(yī)檢查。
貯存與運輸
在-20℃溫度環(huán)境中，緊閉貯存，同時在貯存、運輸中還需要注意不能與強氧化劑等禁配物接觸。
參考資料 >
乳酸鏈球菌素專題.chemical book.2023-06-10
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乳酸鏈球菌素安全嗎？專家：為化學(xué)合成防腐劑的替代佳品.今日頭條.2023-05-18
GB 2760-2021 食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn).食品伙伴網(wǎng).2023-06-10
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