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乳酸链球菌素(Nisin)简介

      乳酸链球菌素又称乳球菌肽或乳链菌肽,英文名为Nisin,是由属于N型血清的某些乳酸链球菌(后被更名为乳酸乳球菌)在代谢过程中合成和分泌的具有很强杀菌作用的小分子肽。Nisin可有效抑制尽大多数食物腐败菌和病原菌在内的革兰氏阳性菌,并可被人体产生的α-胰凝乳蛋白酶有效降解,对人体安全无毒。

      早在1928年,Rogers和Whittier就发现乳酸链球菌的代谢产物能够抑制革兰氏阳性细菌的生长。1944年,Mattick和Hirsch发现血清学N群种的一些乳酸链球菌能产生蛋白类抑菌物质,遂被命名为N-inhibitory Substance(即N群抑菌物质),简称Nisin。1951年,Hirsch等人将Nisin A应用到食品保躲中,成功的抑制了由产气梭状芽孢杆菌引起的奶酪腐败,并极大地改善了奶酪的品质。1953年,世界上的第一种商业化Nisin产品Nisaplin(Nisin A)在英国问世。自此,Nisin A成为被研究最多且唯一一种被FDA综合评估后认为属于GARS(Generally Regarded As Safe)的细菌素(FDA, 1988; Daoudi et al., 2001)。

      上世纪60年代对Nisin A的毒性、致癌性、存活性、再生性、肾功能、血液化学、应激反应以及动物器官病毒学等生物学研究证实:Nisin A是安全的(Querol et al., 1990; Goffeau et al., 1996)。因此,1969年世界粮农组织和世界卫生组织同意将NisinA作为一种生物型防腐剂应用于食品工业,以便提高食品的货架期(WHO, 1969)。1988年FDA也正式批准Nisin A应用于食品中(FDA, 1988)。1992年,中国卫生部食品监督部门签发了Nisin在国内的使用批文并列进国家食品安全标准GB2760中,可以用于罐躲食品、植物蛋白食品、乳制品和肉制品等的保躲中。迄今为止,Nisin已经在全世界70多个国家和地区得到广泛应用。

      上世纪80年代末至90年代初,荷兰科学家率先发现了第二种Nisin的天然变体Nisin Z(Mulders, et al., 1991)。截至目前,人们已发现8种Nisin的天然变体,分别为A、Z、F、Q、H、U、U2和P(Shin etal., 2015)。不同Nisin天然变体分子结构如图1所示。其中研究较多且被商业化生产的仅为Nisin A和Nisin Z,两者的区别在于Nisin A的第27位氨基酸残基为组氨酸(His),而Nisin Z为天冬酰胺(Asn)。由于分子量、分子结构和电荷分布上的差异,Nisin A在琼脂培养基上的扩散速率较Nisin Z低(De Vos et al., 1993),但并不是说Nisin A的抑菌能力较Nisin Z弱(Ward et al., 1994;Koet al., 2015)。研究证实,除个别菌种外,Nisin A和Nisin Z对尽大多数革兰氏阳性细菌的抑制能力和最小抑菌浓度(Minimal Inhibit Concentration,MIC)没有显著差异(De Vos et al., 1993; Matsusaki et al., 1998; Piper et al., 2010)。也有研究表明Nisin A对艰难梭菌等芽孢杆菌的抑制能力略强于Nisin Z(Le Blay et al., 2007;Le Blay et al., 2016)。 

图1  不同Nisin天然变体的分子结构差异

 

      Nisin是一种易流动的粉末,其溶解度随着pH的变化而变化,且易溶于酸性溶剂,在0.02 mol/L的盐酸中具有最大溶解度为118.0 mg/L;随着碱性增强,生物活性也减弱。在pH=6.5时,85℃经15 min加热,Nisin活性损失15%;而当Nisin溶于pH=3.0的盐酸时经121℃,15 min加热仍能保持100%的活性。
      Nisin A的分子量为3354.07,分子式为C143H230N42O37S7,CAS编号为1414-45-5;Nisin Z的分子量为3330.07,分子式为C141H228N41O38S7,CAS编号为137061-46-2。CAS编号是美国化学会的下设组织化学文摘社(Chemical Abstracts Service,简称CAS)为避免化学物质混淆而为每一种出现在文献中的物质分配的唯一编号,是该种物质唯一的数字识别号码。由于Nisin A和Nisin Z拥有不同的分子量、分子式和CAS编号,所以Nisin A和Nisin Z虽均属于Nisin类羊毛硫细菌素,但却是两种化合物。
     

      在生物效价相同的情况下,以Nisin Z作为对标品测定Nisin A抑菌活性时,Nisin A的生物效价测定值会显著低于实际值;相反的,以Nisin A作为对标品测定Nisin Z抑菌活性时,Nisin Z生物效价测定值会显著高于真实值。因此在采用琼脂扩散法测定Nisin生物效价时,Nisin A和Nisin Z不能互作对标品混淆使用(Reunanen, 2007; Guo, 2019)。
众多研究表明,在采用相同的RP-HPLC方法测定Nisin时,Nisin A在色谱上的出峰保留时间(Retention Time,RT)早于Nisin Z(不同色谱条件下具体结果可能略有不同)(Mulders, et al., 1991),且峰型有所差异(如图2所示)。一般情况下,在采用色谱法测定时,Nisin A和Nisin Z可以同时测定,但最好选择相同类型的对标品进行检测(Ko et al., 2015)。


             
 图2  Nisin A和Nisin Z高效液相色谱(HPLC)谱图(A:Nisin A色谱图;B:Nisin Z色谱图)(Mulders, et al., 1991)

      国际上常采用液相色谱质谱仪(LC-MS)对Nisin A和Nisin Z进行定性和定量研究。经液相色谱-电喷雾电离质谱联用仪(LC-ESI-MS)检测,Nisin A的典型离子碎片质核比(m/z)值约为1119,而Nisin Z的典型离子碎片质核比(m/z)值约为1111(Kuze and Morimoto, 2003)。此外,国际标准化组织推荐采用LC-MS或LC-MS/MS的方法对干酪中的Nisin A进行定性和定量分析(ISO, 2009)。
      上海麦克林生化科技有限公司本着对科学研究和消费者负责的态度,通过文献调研和实际分析后,根据目前市场对Nisin产品缺乏正确分型的现状,在国际上率先推出针对Nisin A和Nisin Z产品分型对标品。


                                                                 
图3  Nisin A和Nisin Z液相色谱-电喷雾电离质谱联用仪(LC-ESI-MS)质量色谱图(左:Nisin A;右:Nisin Z)

 
 图4  Nisin A和Nisin Z液相色谱-电喷雾电离质谱联用仪(LC-ESI-MS)典型离子碎片质核比图谱(左:Nisin A;右:Nisin Z)

相关麦克林试剂:
英文名 中文名 规格 产品编号 CAS号 操作
Nisin A 乳酸链球菌素(A型) ≥1000 IU/mg N874938 1414-45-5
Nisin Z 乳酸链球菌素(Z型) ≥1000 IU/mg N874940 137061-46-2

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