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和食品 · 天然鮮
天然生物發(fā)酵食品添加劑
焙烤食品/熟肉制品/果蔬汁類可用于壽司、飲料、米飯、糕點(diǎn)、面點(diǎn)、醬類、肉制品、罐頭等的防腐保鮮。
新型廣譜殺菌抑菌劑——ε-聚賴氨酸
? ? 公司簡(jiǎn)介：
? ? 樟樹(shù)市獅王生物科技有限公司總部坐落于中國(guó)藥都——樟樹(shù)，是一家以研制、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)天然綠色食品添加劑、醫(yī)藥中間體、化肥添加劑以及飼料天然添加劑為主的科技型企業(yè)。公司占地66000平方米，建有現(xiàn)代化生產(chǎn)基地，廠區(qū)綠草如茵，環(huán)境優(yōu)雅。
? ? 產(chǎn)品簡(jiǎn)介：
? ? ε-聚賴氨酸（ε-poly-L-lysine，簡(jiǎn)稱ε-PL）是一種由白色鏈球菌(Streptomyces albulus)發(fā)酵生產(chǎn)的含有25～30個(gè)L－賴氨酸殘基的同型單體聚合物，由人體必需氨基酸L-賴氨酸的ε-氨基與另一L-賴氨酸的α-羧基形成ε-酰胺鍵連接而成，ε-PL最早是由日本科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的。
? ? 食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)（GB2760-2011）中聚賴氨酸已經(jīng)是國(guó)家規(guī)定可添加的安全生物食品添加劑，它比化學(xué)性添加劑更安全，抑菌效果更好，在體內(nèi)代謝為有益于人體的氨基酸。在日本、美國(guó)已經(jīng)普遍使用，中國(guó)食品企業(yè)也已經(jīng)開(kāi)始使用并且逐年增加。由于國(guó)家越來(lái)越重視食品安全，如何選擇食品添加劑、選擇哪種才讓產(chǎn)品更安全、消費(fèi)者更滿意，是我們做食品的企業(yè)關(guān)注的。
? ? 1.1 理化性質(zhì)
? ? ε-聚賴氨酸為淡黃色粉末、吸濕性強(qiáng)，略有苦味，是賴氨酸的直鏈狀聚合物。它不受pH值影響，對(duì)熱穩(wěn)定(120℃，20min)，能抑制耐熱菌，故加入后可熱處理。與鹽酸、檸檬酸、蘋(píng)果酸、甘氨酸和高級(jí)脂肪甘油酯等合用有增效作用。分子量在3600—4300之間的ε-聚賴氨酸其抑菌活性最好，當(dāng)分子量低于1300時(shí)，ε-聚賴氨酸失去抑菌活性。由于聚賴氨酸是混合物，所以沒(méi)有固定的熔點(diǎn)，250℃以上開(kāi)始軟化分解。ε-聚賴氨酸溶于水，微溶于乙醇。對(duì)其表征進(jìn)行紅外光譜分析表明：在1680～1640cm -1和1580—1520cm-1有強(qiáng)吸收峰。
? ? 1.2 ε-聚賴氨酸的特點(diǎn)
? ? ?-聚賴氨酸(ε-PL) 具有廣譜抑菌性,對(duì)革蘭氏陽(yáng)性和陰性菌如枯草桿菌、乳酸菌、金黃色葡萄球菌、大腸桿菌等的繁殖有強(qiáng)的抑制作用,對(duì)酵母菌和霉菌也有一定的抑制作用。作為防腐劑，ε-PL具有安全性能高、在水中的溶解性極強(qiáng)、熱穩(wěn)定性好、使用范圍廣等優(yōu)點(diǎn),在中性和微酸性環(huán)境條件均有較強(qiáng)的抑菌性（表3）。由于對(duì)熱穩(wěn)定,故加入后可熱處理（表4）,因此還能抑制一些耐熱性芽孢桿菌等,另外,ε-PL對(duì)一些呈蝌蚪狀的非收縮性長(zhǎng)尾噬菌體也有抑制作用 。
表1 ?ε-PL和其它兩種天然防腐劑的比較
| 抑菌劑 | 乳酸鏈球菌素 | 納他霉素 | 聚賴氨酸 |
| 抗菌譜 | 比較窄，只能殺死或抑制G+，對(duì)G-和酵母菌無(wú)效 | 窄，只能霉菌和酵母菌有很強(qiáng)的抑制效果，對(duì)細(xì)菌無(wú)效 | 抗菌譜廣，能有效抑制G+/G-、霉菌和酵母菌等，對(duì)其他防腐劑不抑制的G-大腸桿菌、沙門菌的抑制效果很好，并且對(duì)一些耐熱性芽孢桿菌和病毒也有一定抑制作用 |
| 熱穩(wěn)定性 | PH2.5時(shí)，?115℃高壓滅菌15min不失活性；PH5時(shí)，115℃失活40%；PH6.8時(shí)，115℃失活90% | 能承受短暫高溫（100℃），對(duì)紫外線、陽(yáng)光較為敏感，氧化劑和重金屬會(huì)影響其穩(wěn)定性 | 可承受一般食品加工過(guò)程的熱處理，80℃，熱處理60min不失活性；?100℃，30min不失活性；?120℃，20min不失活性 |
| 使用PH范圍 | 強(qiáng)酸性環(huán)境2-4 | 4-7 | 2-9 |
| 溶解性 | PH2.5時(shí)，溶解度12%；PH5時(shí)，溶解度4%在中性和堿性條件下不溶于水 | 微溶于水、甲醇等，難溶于大部分有機(jī)溶劑。常溫下在水中的溶解度為30-100mg/L | 易溶于水和鹽酸，不溶于乙醇、乙醚等有機(jī)溶劑 |
從表1可以看出，乳酸鏈球菌素和納他霉素的抑菌譜都較窄，兩者必須配合使用才能達(dá)到較好的抑菌效果。而聚賴氨酸在酸性和微酸性環(huán)境中對(duì)G+、G-、酵母菌、霉菌均有抑菌效果，對(duì)其他天然防腐劑不易抑制的G-的大腸桿菌、沙門氏菌抑菌效果非常好（表2），而且其對(duì)耐熱性芽孢桿菌和一些病毒也有抑制作用。
表2 ε-PL抑制微生物生長(zhǎng)的最小抑菌濃度
| 不同類型的微生物 | 菌 種 | MIC?/?mg·L-1 | 環(huán)境pH |
| 真菌(fungi) | Aspergillus?niger?IFO4416??黑曲霉 | 250 | 5.6 |
| Trichophyton?mentagrophytes?IFO7522?須癬毛癬菌 | 60 | 5.6 | |
| 酵母菌(yeast) | Candida?acutus?IFO1912??假絲酵母 | 6 | 5.0 |
| Phaffia?rhodozyma?IFO10129??紅發(fā)夫酵母 | 12 | 5.0 | |
| Pichia?anomala?IFO0146?異常畢赤酵母 | 150 | 5.0 | |
| Pichia??membranaefaciens?IFO0577?膜醭畢氏酵母 | <?3 | 5.0 | |
| Rhodotorula?lactase?IFO1423??紅酵母 | 25 | 5.6 | |
| Sporobolomyces?roseus?IFO1037?擲胞酵母 | <?3 | 5.0 | |
| Saccharomyces?cerevisiae??釀酒酵母 | 50 | 5.0 | |
| Zygosaccharomyces?rouxii?IFO1130?魯氏結(jié)合酵母 | 150 | 5.6 | |
| 革蘭氏陽(yáng)性細(xì)菌（G+） | Geobacillus?stearothermophilus?IFO12550?嗜熱脂肪芽孢桿菌 | 5 | 7.0 |
| Bacillus?coagulans?IFO12583?凝固芽孢桿菌 | 10 | 7.0 | |
| Bacillus?subtilis?IAM1069??枯草芽孢桿菌 | <?3 | 7.3 | |
| Clostridium?acetobutylicum?IFO13948?丙酮丁醇桿菌 | 32 | 7.1 | |
| Leuconostoc?mesenteroides?IFO3832?腸系膜明串珠菌 | 50 | 6.0 | |
| Lactobacillus?brevis?IFO3960?短乳桿菌 | 10 | 6.0 | |
| Lactobacillus??plantarum?IFO12519??植物乳桿菌 | 5 | 6.0 | |
| Micrococcus?luteus?IFO12708?藤黃微球菌 | 16 | 7.0 | |
| Staphylococcus?aureus?IFO13276?金黃色葡萄球菌 | 12 | 7.0 | |
| Streptococcus?lactis?IFO12546?乳鏈球菌 | 100 | 6.0 | |
| 革蘭氏陰性細(xì)菌（G-） | Raoultella?planticola?IFO3317?植生克雷伯菌 | 8 | 7.0 |
| Campylobacter?jejuni?空腸彎曲菌 | 100 | 7.0 | |
| Escherichia?coli?IFO13500?大腸桿菌 | 50 | 7.0 | |
| Pseudomonas?aeruginosa?IFO3923?銅綠假單胞菌 | 3 | 7.0 | |
| Salmonella?typhymurium?鼠傷寒沙門氏菌 | 16 | 7?0 |
? ? 可以看出,ε-PL 具有廣譜抗菌性,其對(duì)細(xì)菌的最小抑菌濃度(MIC) 均小于100μg/mL ,對(duì)真菌其MIC相對(duì)要高一些。
表3 pH 對(duì)ε-PL的MIC的影響
| 試驗(yàn)菌種 | 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 熱處理對(duì)ε- PL的MIC的影響
| 熱處理方式 | MIC/?mg·L-1 |
| 未處理 | 50 |
| 80?℃,60?min | 50 |
| 100?℃,30?min | 50 |
| 120?℃,20?min | 50 |
| *?用大腸桿菌(?E.coli)?進(jìn)行試驗(yàn) | |
? ? 因此，聚賴氨酸在抗菌譜和穩(wěn)定性方面均優(yōu)于其它兩種防腐劑，而且使用成本低，已經(jīng)成為新一代的天然抑菌劑。
抑菌機(jī)理
? ? ε-PL呈高聚合多價(jià)陽(yáng)離子態(tài),它能破壞微生物的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu),引起細(xì)胞的物質(zhì)、能量和信息傳遞中斷,還能與胞內(nèi)的核糖體結(jié)合影響生物大分子的合成,最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡。
安全性
? ? ε- PL 作為食品的保鮮劑已有將近二十年的時(shí)間了, 研究表明，它具有較強(qiáng)的安全性。
? ? 經(jīng)慢性毒性和致癌性聯(lián)合試驗(yàn)表明,每日攝取食物中的ε-PL含量在6500mgk/g,屬于極安全的水平；在20000mg/kg,無(wú)明顯的組織病理變化,也觀察不到可能的致癌性。Hiraki等更用非常詳細(xì)的毒理試驗(yàn)證實(shí)了ε-PL作為食品保鮮劑的高度安全性。他們用雄性或雌性老鼠進(jìn)行急性毒性試驗(yàn),實(shí)驗(yàn)分兩組,均用ε-PL連續(xù)喂養(yǎng)14d,一組喂養(yǎng)量為每日5g/kg(ε-PL質(zhì)量/老鼠體重)，5min后，所有老鼠的情緒只受到輕微的影響,3～6h后恢復(fù)正常；而喂養(yǎng)量為每日1125～215g/kg的另一組老鼠，則觀察不到任何毒性反應(yīng)，兩組老鼠的體重也沒(méi)有差別，顯示ε-PL對(duì)生長(zhǎng)沒(méi)有任何影響，急性毒性試驗(yàn)后進(jìn)一步觀察很長(zhǎng)一段時(shí)間，發(fā)現(xiàn)所有老鼠的體重均沒(méi)有受到影響，主要器官的病理檢查也沒(méi)有任何異常。用代謝活力缺陷的鼠傷寒沙門氏菌( Salmonella typhimurium) 等細(xì)菌進(jìn)行回復(fù)試驗(yàn)也表明ε-PL 沒(méi)有致突變性。90d喂養(yǎng)慢性毒理試驗(yàn)表明,每日攝取的食物中ε-PL 含量在10,000μg/ g (相當(dāng)于895mg ε- PL /kg 雄鼠和995 mg/kg 雌鼠) 以下,屬于極安全的水平。用14C 標(biāo)志的ε-PL 進(jìn)行ADME 試驗(yàn)(動(dòng)物的吸收性、分布性、代謝性和排泄性試驗(yàn)) 也表明ε-PL 的安全性。根據(jù)美國(guó)FDA的標(biāo)準(zhǔn),ε-PL 作為食品保鮮劑在米飯或壽司中的添加量為5～50μg/g ,以每人每天進(jìn)食300g 米飯(加有50mg/kg 的ε-PL) ,一個(gè)60 kg 體重的人每天進(jìn)食的ε-PL 量只有15mg ,因此ε-PL 作為食品保鮮劑是極安全的。
使用范圍
? ? ε- PL 具有水溶性好、熱穩(wěn)定性和pH 使用范圍廣等特點(diǎn),在各種不同條件下均可使用。
對(duì)食品風(fēng)味的影響
? ? ε-PL 作為食品保鮮劑不影響食品風(fēng)味,Yu-TingHo 等發(fā)現(xiàn),由于耐熱性好,ε-PL 加入食品中經(jīng)過(guò)高溫消毒能與右旋糖苷發(fā)生美拉德反應(yīng),且不僅能夠保持抗菌效力，還有很強(qiáng)的乳化特性，甚至食品在pH7 和 1 mol/L NaCl 的環(huán)境下,這種乳化特性也不受影響，因此ε-PL 是具有乳化和保鮮雙功能的食品添加劑。
ε-聚賴氨酸的應(yīng)用
1、在食品上的應(yīng)用
? ? ε-PL 最突出的特點(diǎn)在于廣譜抗菌性而可用作食品保鮮劑,從肉類、家禽、海產(chǎn)品到面包、餅干等各種各樣的食品,由于它天然又安全,符合消費(fèi)者的健康需求。
? ? ε- PL 作為一種新型食品防腐劑除了單獨(dú)使用外,還可以與其它食品添加劑混合使用, 如氨基乙酸、醋、乙醇、維生素、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。使用時(shí)加入食品或噴淋到食品表面, 均具有顯著抗菌保鮮作用, 能殺死或抑制食品內(nèi)部或表面致病微生物。如，酒精制劑：以含質(zhì)量分?jǐn)?shù)50％聚賴氨酸的糊精粉末為基礎(chǔ)原料，添加體積分?jǐn)?shù)30％～70％的酒精的制劑，主要用于各種蛋制品；醋酸制劑：添加體積分?jǐn)?shù)0.5％～5.0％的醋酸，主要用于米飯，色拉等食品；甘油制劑：添加量為體積分?jǐn)?shù)0.01％～5％，主要用于含有動(dòng)物性蛋白乳蛋白較多的食品；甘氨酸制劑：添加量為質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.01％一10％，和聚賴氨酸復(fù)合使用，協(xié)同抑菌效果更佳。
? ? 1989 年日本在添加劑目錄表中把ε- PL 歸屬于一種天然添加劑,并允許使用。以后韓國(guó)也允許作為食品添加劑使用。在美國(guó)和歐洲,主要是使用山梨酸作為防腐劑,但自2003 年7 FDA 已正式批準(zhǔn)ε- PL 作為天然食品添加劑。
? ? 另外，ε-PL還可以作為食品加工企業(yè)食品機(jī)械及容器較好的清洗殺菌劑。
表2 ?ε-聚賴氨酸在各種食品中的推薦使用量
| 食品種類 | 推薦用量 | |
| 熟肉制品 | 香腸 | 0.25g/kg |
| 西式火腿 | 0.25g/kg | |
| 生鮮畜肉 | 冷鮮肉 | 殘留量小于0.05g/kg（表面處理） |
| 冷凍肉 | 殘留量小于0.05g/kg（表面處理） | |
| 飲料類 | 飲用純凈水 | 0.075g/l |
| 果蔬飲料 | 0.2g/l | |
| 蛋白類飲料 | 0.15g/l | |
| 水基調(diào)味飲料 | 0.15g/l | |
| 茶、咖啡、植物飲料 | 0.2g/l | |
| 海水產(chǎn)品 | 鮮水產(chǎn)品 | 殘留量小于0.1g/kg（表面處理） |
| 冷凍水產(chǎn)品及其制品 | 殘留量小于0.1g/kg（表面處理） | |
| 預(yù)制水產(chǎn)品 | 0.25g/kg | |
| 熟制水產(chǎn)品 | 0.25g/kg | |
| 焙烤食品 | 面包 | 0.1g/kg |
| 中式糕點(diǎn) | 0.15g/kg | |
| 西式糕點(diǎn) | 0.15g/kg | |
| 乳及乳制品 | 純?nèi)?/td> | 0.15g/l |
| 稀奶油 | 0.2g/kg | |
| 干酪 | 0.2g/kg | |
建議用量
100ppm-500ppm
