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天然生物发酵食品添加剂


焙烤食品/熟肉制品/果蔬汁类可用于寿司、饮料、米饭、糕点、面点、酱类、肉制品、罐头等的防腐保鲜。

 

新型广谱杀菌抑菌剂——ε-聚赖氨酸
    公司简介:
    樟树市狮王生物科技有限公司总部坐落于中国药都——樟树,是一家以研制、开发、生产、经营天然绿色食品添加剂、医药中间体、化肥添加剂以及饲料天然添加剂为主的科技型企业。公司占地66000平方米,建有现代化生产基地,厂区绿草如茵,环境优雅。 
    产品简介:
    ε-聚赖氨酸(ε-poly-L-lysine,简称ε-PL)是一种由白色链球菌(Streptomyces albulus)发酵生产的含有25~30个L-赖氨酸残基的同型单体聚合物,由人体必需氨基酸L-赖氨酸的ε-氨基与另一L-赖氨酸的α-羧基形成ε-酰胺键连接而成,ε-PL最早是由日本科学家发现的。
    食品添加剂使用标准(GB2760-2011)中聚赖氨酸已经是国家规定可添加的安全生物食品添加剂,它比化学性添加剂更安全,抑菌效果更好,在体内代谢为有益于人体的氨基酸。在日本、美国已经普遍使用,中国食品企业也已经开始使用并且逐年增加。由于国家越来越重视食品安全,如何选择食品添加剂、选择哪种才让产品更安全、消费者更满意,是我们做食品的企业关注的。
    1.1 理化性质
    ε-聚赖氨酸为淡黄色粉末、吸湿性强,略有苦味,是赖氨酸的直链状聚合物。它不受pH值影响,对热稳定(120℃,20min),能抑制耐热菌,故加入后可热处理。与盐酸、柠檬酸、苹果酸、甘氨酸和高级脂肪甘油酯等合用有增效作用。分子量在3600—4300之间的ε-聚赖氨酸其抑菌活性最好,当分子量低于1300时,ε-聚赖氨酸失去抑菌活性。由于聚赖氨酸是混合物,所以没有固定的熔点,250℃以上开始软化分解。ε-聚赖氨酸溶于水,微溶于乙醇。对其表征进行红外光谱分析表明:在1680~1640cm -1和1580—1520cm-1有强吸收峰。
    1.2 ε-聚赖氨酸的特点
    ɛ-聚赖氨酸(ε-PL) 具有广谱抑菌性,对革兰氏阳性和阴性菌如枯草杆菌、乳酸菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌等的繁殖有强的抑制作用,对酵母菌和霉菌也有一定的抑制作用。作为防腐剂,ε-PL具有安全性能高、在水中的溶解性极强、热稳定性好、使用范围广等优点,在中性和微酸性环境条件均有较强的抑菌性(表3)。由于对热稳定,故加入后可热处理(表4),因此还能抑制一些耐热性芽孢杆菌等,另外,ε-PL对一些呈蝌蚪状的非收缩性长尾噬菌体也有抑制作用 。
 
表1  ε-PL和其它两种天然防腐剂的比较
 

抑菌剂

乳酸链球菌素

纳他霉素

聚赖氨酸

抗菌谱

比较窄,只能杀死或抑制G+,对G-和酵母菌无效

窄,只能霉菌和酵母菌有很强的抑制效果,对细菌无效

抗菌谱广,能有效抑制G+/G-、霉菌和酵母菌等,对其他防腐剂不抑制的G-大肠杆菌、沙门菌的抑制效果很好,并且对一些耐热性芽孢杆菌和病毒也有一定抑制作用

热稳定性

PH2.5时, 115℃高压灭菌15min不失活性;PH5时,115℃失活40%;PH6.8时,115℃失活90%

能承受短暂高温(100℃),对紫外线、阳光较为敏感,氧化剂和重金属会影响其稳定性

可承受一般食品加工过程的热处理,80℃,热处理60min不失活性; 100℃,30min不失活性; 120℃,20min不失活性

使用PH范围

强酸性环境2-4

4-7

2-9

溶解性

PH2.5时,溶解度12%;PH5时,溶解度4%在中性和碱性条件下不溶于水

微溶于水、甲醇等,难溶于大部分有机溶剂。常温下在水中的溶解度为30-100mg/L

易溶于水和盐酸,不溶于乙醇、乙醚等有机溶剂

 

    从表1可以看出,乳酸链球菌素和纳他霉素的抑菌谱都较窄,两者必须配合使用才能达到较好的抑菌效果。而聚赖氨酸在酸性和微酸性环境中对G+、G-、酵母菌、霉菌均有抑菌效果,对其他天然防腐剂不易抑制的G-的大肠杆菌、沙门氏菌抑菌效果非常好(表2),而且其对耐热性芽孢杆菌和一些病毒也有抑制作用。

 

表2 ε-PL抑制微生物生长的最小抑菌浓度
 

不同类型的微生物

菌  种

MIC / mg·L-1

环境pH

真菌(fungi)

Aspergillus niger IFO4416  黑曲霉

250

5.6

 

Trichophyton mentagrophytes IFO7522 须癣毛癣菌

60

5.6

酵母菌(yeast)

Candida acutus IFO1912  假丝酵母

6

5.0

 

Phaffia rhodozyma IFO10129  红发夫酵母

12

5.0

 

Pichia anomala IFO0146 异常毕赤酵母

150

5.0

 

Pichia  membranaefaciens IFO0577 膜醭毕氏酵母

< 3

5.0

 

Rhodotorula lactase IFO1423  红酵母

25

5.6

 

Sporobolomyces roseus IFO1037 掷胞酵母

< 3

5.0

 

Saccharomyces cerevisiae  酿酒酵母

50

5.0

 

Zygosaccharomyces rouxii IFO1130 鲁氏结合酵母

150

5.6

革兰氏阳性细菌(G+)

Geobacillus stearothermophilus IFO12550 嗜热脂肪芽孢杆菌

5

7.0

 

Bacillus coagulans IFO12583 凝固芽孢杆菌

10

7.0

 

Bacillus subtilis IAM1069  枯草芽孢杆菌

< 3

7.3

 

Clostridium acetobutylicum IFO13948 丙酮丁醇杆菌

32

7.1

 

Leuconostoc mesenteroides IFO3832 肠系膜明串珠菌

50

6.0

 

Lactobacillus brevis IFO3960 短乳杆菌

10

6.0

 

Lactobacillus  plantarum IFO12519  植物乳杆菌

5

6.0

 

Micrococcus luteus IFO12708 藤黄微球菌

16

7.0

 

Staphylococcus aureus IFO13276 金黄色葡萄球菌

12

7.0

 

Streptococcus lactis IFO12546 乳链球菌

100

6.0

革兰氏阴性细菌(G-)

Raoultella planticola IFO3317 植生克雷伯菌

8

7.0

 

Campylobacter jejuni 空肠弯曲菌

100

7.0

 

Escherichia coli IFO13500 大肠杆菌

50

7.0

 

Pseudomonas aeruginosa IFO3923 铜绿假单胞菌

3

7.0

 

Salmonella typhymurium 鼠伤寒沙门氏菌

16

7 0

 
    可以看出,ε-PL 具有广谱抗菌性,其对细菌的最小抑菌浓度(MIC) 均小于100μg/mL ,对真菌其MIC相对要高一些。
 
表3 pH 对ε-PL的MIC的影响

试验菌种

MIC/ mg·L -1

 

pH =5.0

pH =6.0

pH =7.0

pH =8.0

Bacillus subtilis

3.0

3.0

3.0

3.0

Bacillus cereus

25.0

100.0

50.0

12.5

Escherichia coli

25.0

25.0

50.0

50.0

Staphylococcus aureus

12.5

25.0

12.5

< 6.3

 
表4 热处理对ε- PL的MIC的影响
 

热处理方式

MIC/ mg·L-1

未处理

50

80 ℃,60 min

50

100 ℃,30 min

50

120 ℃,20 min

50

* 用大肠杆菌( E.coli) 进行试验

 
    因此,聚赖氨酸在抗菌谱和稳定性方面均优于其它两种防腐剂,而且使用成本低,已经成为新一代的天然抑菌剂。
抑菌机理
    ε-PL呈高聚合多价阳离子态,它能破坏微生物的细胞膜结构,引起细胞的物质、能量和信息传递中断,还能与胞内的核糖体结合影响生物大分子的合成,最终导致细胞死亡。
安全性
    ε- PL 作为食品的保鲜剂已有将近二十年的时间了, 研究表明,它具有较强的安全性。
    经慢性毒性和致癌性联合试验表明,每日摄取食物中的ε-PL含量在6500mgk/g,属于极安全的水平;在20000mg/kg,无明显的组织病理变化,也观察不到可能的致癌性。Hiraki等更用非常详细的毒理试验证实了ε-PL作为食品保鲜剂的高度安全性。他们用雄性或雌性老鼠进行急性毒性试验,实验分两组,均用ε-PL连续喂养14d,一组喂养量为每日5g/kg(ε-PL质量/老鼠体重),5min后,所有老鼠的情绪只受到轻微的影响,3~6h后恢复正常;而喂养量为每日1125~215g/kg的另一组老鼠,则观察不到任何毒性反应,两组老鼠的体重也没有差别,显示ε-PL对生长没有任何影响,急性毒性试验后进一步观察很长一段时间,发现所有老鼠的体重均没有受到影响,主要器官的病理检查也没有任何异常。用代谢活力缺陷的鼠伤寒沙门氏菌( Salmonella typhimurium) 等细菌进行回复试验也表明ε-PL 没有致突变性。90d喂养慢性毒理试验表明,每日摄取的食物中ε-PL 含量在10,000μg/ g (相当于895mg ε- PL /kg 雄鼠和995 mg/kg 雌鼠) 以下,属于极安全的水平。用14C 标志的ε-PL 进行ADME 试验(动物的吸收性、分布性、代谢性和排泄性试验) 也表明ε-PL 的安全性。根据美国FDA的标准,ε-PL 作为食品保鲜剂在米饭或寿司中的添加量为5~50μg/g ,以每人每天进食300g 米饭(加有50mg/kg 的ε-PL) ,一个60 kg 体重的人每天进食的ε-PL 量只有15mg ,因此ε-PL 作为食品保鲜剂是极安全的。
使用范围
    ε- PL 具有水溶性好、热稳定性和pH 使用范围广等特点,在各种不同条件下均可使用。
对食品风味的影响
    ε-PL 作为食品保鲜剂不影响食品风味,Yu-TingHo 等发现,由于耐热性好,ε-PL 加入食品中经过高温消毒能与右旋糖苷发生美拉德反应,且不仅能够保持抗菌效力,还有很强的乳化特性,甚至食品在pH7 和 1 mol/L NaCl 的环境下,这种乳化特性也不受影响,因此ε-PL 是具有乳化和保鲜双功能的食品添加剂。
ε-聚赖氨酸的应用
1、在食品上的应用
    ε-PL 最突出的特点在于广谱抗菌性而可用作食品保鲜剂,从肉类、家禽、海产品到面包、饼干等各种各样的食品,由于它天然又安全,符合消费者的健康需求。
    ε- PL 作为一种新型食品防腐剂除了单独使用外,还可以与其它食品添加剂混合使用, 如氨基乙酸、醋、乙醇、维生素、甘氨酸、十二磺酸硫胺素等, 并且混合使用后可以大大提高ε- PL 的抑菌能力。使用时加入食品或喷淋到食品表面, 均具有显著抗菌保鲜作用, 能杀死或抑制食品内部或表面致病微生物。如,酒精制剂:以含质量分数50%聚赖氨酸的糊精粉末为基础原料,添加体积分数30%~70%的酒精的制剂,主要用于各种蛋制品;醋酸制剂:添加体积分数0.5%~5.0%的醋酸,主要用于米饭,色拉等食品;甘油制剂:添加量为体积分数0.01%~5%,主要用于含有动物性蛋白乳蛋白较多的食品;甘氨酸制剂:添加量为质量分数0.01%一10%,和聚赖氨酸复合使用,协同抑菌效果更佳。
    1989 年日本在添加剂目录表中把ε- PL 归属于一种天然添加剂,并允许使用。以后韩国也允许作为食品添加剂使用。在美国和欧洲,主要是使用山梨酸作为防腐剂,但自2003 年7 FDA 已正式批准ε- PL 作为天然食品添加剂。
    另外,ε-PL还可以作为食品加工企业食品机械及容器较好的清洗杀菌剂。

 

表2  ε-聚赖氨酸在各种食品中的推荐使用量

 

食品种类

推荐用量

熟肉制品

香肠

0.25g/kg

西式火腿

0.25g/kg

生鲜畜肉

冷鲜肉

残留量小于0.05g/kg(表面处理)

冷冻肉

残留量小于0.05g/kg(表面处理)

饮料类

饮用纯净水

0.075g/l

果蔬饮料

0.2g/l

蛋白类饮料

0.15g/l

水基调味饮料

0.15g/l

茶、咖啡、植物饮料

0.2g/l

海水产品

鲜水产品

残留量小于0.1g/kg(表面处理)

冷冻水产品及其制品

残留量小于0.1g/kg(表面处理)

预制水产品

0.25g/kg

熟制水产品

0.25g/kg

焙烤食品

面包

0.1g/kg

中式糕点

0.15g/kg

西式糕点

0.15g/kg

乳及乳制品

纯乳

0.15g/l

稀奶油

0.2g/kg

干酪

0.2g/kg

 

建议用量
100ppm-500ppm