Mecanismo de ação e segurança do aditivo alimentar nisina

2023-11-14

Mecanismo de ação e segurança do aditivo alimentar nisina

O que é a Nisina?

A nisina é um peptídeo antimicrobiano biológico natural produzido pela fermentação da nisina que ocorre naturalmente no leite e no queijo. Tem um efeito antibacteriano de amplo espectro e pode inibir efetivamente a maioria das bactérias gram-positivas. e o crescimento e reprodução de seus esporos. Em particular, tem um efeito inibitório significativo sobre bactérias comuns, como Staphylococcus aureus, Streptococcus hemolítico e Clostridium botulinum, e pode desempenhar um papel conservante e preservativo em muitos alimentos. Além disso, a nisina possui boa estabilidade, resistência ao calor e aos ácidos e tem boas perspectivas de aplicação na indústria alimentícia.

A nisina é um conservante de alimentos biológico natural e agente antibacteriano seguro e reconhecido mundialmente. É usado principalmente para a preservação e preservação de leite e laticínios, carnes e produtos cárneos. A descoberta da nisina remonta à década de 1920. Em 1928, pesquisadores americanos como LA. Rogers relatou pela primeira vez que os metabólitos da nisina podem inibir o crescimento de outras bactérias do ácido láctico. Em 1947, ATR Mattick et al. descobriram que alguns estreptococos do ácido láctico no grupo N sorológico poderiam produzir substâncias bacteriostáticas à base de proteínas e prepararam essa substância polipeptídica a partir do caldo de fermentação do estreptococo do ácido láctico, porque era produzida pelas bactérias do ácido láctico no grupo N. É uma substância antibacteriana, por isso é denominada Substância N-inibitória, ou seja, substância antibacteriana do grupo N, abreviada como Nisina.

Nisina branca em pó

A nisina é um produto natural da nisina. Estudos sobre a toxicidade da nisina em quantidades muito superiores às aplicações alimentares mostraram que ela não é tóxica. Por ser particularmente sensível às enzimas proteolíticas (α-tripsina), pode ser rapidamente hidrolisado em aminoácidos por enzimas proteolíticas no trato digestivo após o consumo. Em 1953, o Nisaplin, o primeiro produto comercial de nisina, foi lançado no Reino Unido; em 1969, o Comité Misto de Peritos em Aditivos Alimentares da FAO/OMS aprovou a nisina como aditivo alimentar; em 1988, a Food and Drug Administration (FDA) dos EUA também aprovou oficialmente o uso de nisina em alimentos; em 1990, o Departamento de Supervisão Alimentar do Ministério da Saúde do meu país emitiu um certificado de conformidade para o uso de nisina na China. Atualmente, mais de 50 países aprovaram o uso da nisina.
 

Escopo antibacteriano da nisina

A nisina pode efetivamente inibir ou matar bactérias Gram-positivas que causam a deterioração dos alimentos. A uma concentração de 100 ppm, pode matar a maioria das bactérias Gram-positivas e inibir Staphylococcus, Streptococcus e Lactobacillus. Também tem um efeito inibitório significativo na maioria dos gêneros Clostridium e Bacillus e seus esporos. Hitchins, AD e outros estudos mostraram que os esporos de Bacillus stearothermophilus do gênero Bacillus são os mais sensíveis à nisina, e uma quantidade muito pequena de nisina pode matar os esporos. O efeito da Nisina nos esporos é inibir a sua germinação na fase inicial da expansão dos esporos. Em vez de matar.

Como a nisina tem um espectro antibacteriano estreito e só pode matar ou inibir bactérias Gram-positivas, não tem efeito óbvio sobre bactérias Gram-negativas, bolores e leveduras, pelo que a sua aplicação é limitada e a nisina é utilizada em conjunto com outros conservantes. Pode compensar essa deficiência e exercer um efeito antibacteriano de amplo espectro. Estudos demonstraram que a Nisina pode aumentar o seu efeito antibacteriano quando usada em combinação com outros conservantes, podendo obter um espectro antibacteriano mais amplo. A combinação de nisina e ácido láctico pode inibir Salmonella e Staphylococcus aureus na carne. A nisina, usada em combinação com agentes quelantes (como o EDTA), tem um certo efeito inibitório sobre a Salmonella e pode efetivamente reduzir o número de outras bactérias G. Além disso, a combinação de Nisina com fosfato e citrato também pode melhorar o seu efeito inibitório sobre as bactérias G.

Estrutura molecular da nisina

Mecanismo antibacteriano da nisina

A pesquisa mostra que a nisina é um pequeno peptídeo hidrofóbico e carregado positivamente que pode ser adsorvido na membrana celular de bactérias sensíveis Gram-positivas e interagir com substâncias carregadas negativamente na parede celular (como ácido teicóico, ácido urônico, polissacarídeos ácidos ou fosfolipídios) pode invadir a membrana celular através da função C-terminal para formar poros permeáveis, inibir a síntese da parede celular de bactérias Gram-positivas, alterar a permeabilidade da membrana celular e fazer com que substâncias de pequenas moléculas na célula fluam para fora. Ao mesmo tempo, moléculas de água extracelular fluem, levando eventualmente à autólise e morte celular.

A nisina tem atividade antibacteriana contra muitas bactérias G+, mas não tem efeito sobre bactérias G-, leveduras e bolores. Comparando as paredes celulares das bactérias G+ e das bactérias G-, pode-se descobrir que a camada de peptidoglicano das bactérias G+ é significativamente mais espessa do que a das bactérias G-, enquanto a composição da parede celular das bactérias G- é mais complexa, incluindo principalmente proteínas, fosfolipídios, lipopolissacarídeos, etc., e é muito denso. , só pode permitir a passagem de pequenas moléculas com peso molecular inferior a 600 Da, e a nisina tem um peso molecular de cerca de 3510 Da, portanto, não pode passar através da parede celular densa. Portanto, a Nisina não consegue atingir a membrana celular e exercer seu efeito bactericida. Para confirmar ainda mais esta afirmação, Steven e Kordel et al. relataram que após o tratamento para alterar as propriedades de permeabilidade da parede externa das bactérias G, as bactérias G também se tornaram sensíveis à nisina e também poderiam ser inibidas ou mortas. Isto prova fortemente que as bactérias G não são sensíveis à nisina porque a parede celular é muito espessa e as moléculas de nisina não podem entrar. Durante o processo de esterilização da Nisina, os raros aminoácidos contidos na molécula têm um grande efeito sobre a Nisina. A pesquisa sobre esta questão é bastante ativa, principalmente através de métodos de engenharia de proteínas para alterar direcionalmente um ou uma seção de aminoácidos na molécula de Nisina. composição para estudar suas funções. A investigação nesta área permitirá às pessoas compreender melhor o mecanismo de ação da Nisina, a fim de expandir o seu âmbito de aplicação ou aumentar o seu efeito.

Segurança da nisina

A nisina é uma substância polipeptídica natural que pode ser digerida e decomposta em aminoácidos por proteases (como tripsina, tripsina, enzimas salivares, etc.) no corpo humano após o consumo. Não apresenta toxicidade microbiana ou efeitos patogênicos, por isso é relativamente seguro. alto.

Em 1956, o Comitê Britânico de Conservantes de Alimentos confirmou que existem naturalmente diferentes quantidades de nisina no leite e no queijo; em 1962, o japonês Hara et al. confirmou que a dose semi-letal LD50 de nisina em camundongos foi de cerca de 7g/kg de peso corporal, tem um valor LD50 semelhante ao do sal comum; o setor comercial no Reino Unido e na antiga União Soviética conduziu extensos estudos de toxicidade e biológicos sobre a nisina por ele produzida, incluindo carcinogenicidade, viabilidade, regeneração, química do sangue, função renal, função cerebral, resposta ao estresse e patologia de órgãos animais e muitos outros aspectos de pesquisas provaram que a nisina é segura. Testes toxicológicos provaram que a toxicidade oral aguda da nisina em camundongos: o LD50 de camundongos fêmeas é de 6.81g/kg de peso corporal e o LD50 de camundongos machos é de 9.26g/kg de peso corporal, o que na verdade não é tóxico. Toxicidade aguda oral da nisina em ratos: o LD50 de ratas fêmeas é de 6.81g/kg pc, e o LD50 de ratos machos é 14.70g/kg pc, o que é praticamente atóxico. Os resultados mostram que a nisina é segura. Os regulamentos federais dos EUA classificaram a nisina como "geralmente reconhecida como segura (GRAS)". Em Março de 1992, o Ministério da Saúde do meu país afirmou claramente no documento que aprovava a implementação: “A nisina pode ser cientificamente considerada segura como conservante alimentar”. Actualmente, quase 50 países em todo o mundo formularam leis que estipulam o âmbito e o limite da utilização da nisina como conservante alimentar, enquanto mais de 20 países, como o Reino Unido, França e Austrália, não têm regulamentos sobre a utilização limitada.

Usos da nisina

1. Aplicação em leite e produtos lácteos
1. A nisina doméstica foi aplicada pela primeira vez com sucesso em leite esterilizado em alta temperatura (UHT). Normalmente, o leite UHT é esterilizado instantaneamente em temperatura ultra-alta e embalado assepticamente sem adição de conservantes alimentares. No entanto, no verão quente, a qualidade do leite cru é muitas vezes difícil de garantir. Como resultado, mais microrganismos permanecem, resultando num aumento na taxa de sacos estragados (sacos azedos, sacos inchados, etc.). A adição de nisina pode reduzir significativamente a taxa de deterioração do leite UHT e prolongar a vida útil.
2. Aplicação em leite duas vezes esterilizado. A maior parte do leite esterilizado secundário é produzida por pequenas e médias empresas lácteas, e os produtos são de médio e baixo custo. O leite fresco precisa ser aquecido e esterilizado por muito tempo, o que causará escurecimento não enzimático e a cor do produto ficará mais escura. A adição de Nisina pode reduzir a intensidade da esterilização, reduzir o processo de escurecimento não enzimático e prolongar a vida útil do produto.
3. Aplicação em leite pasteurizado. Segundo relatos, em agosto do ano passado, a taxa de aprovação do leite pasteurizado no mercado de Xangai foi de apenas 73.37%. Os produtos qualificados, ao saírem da fábrica, eram então distribuídos aos consumidores por meio de postos de distribuição. Devido à falta de suporte da cadeia de frio (sem status de cadeia de frio, o tempo mais longo é de 8 horas), resultando em um sério declínio na qualidade do leite processado e em excesso de bactérias coliformes. A adição de nisina pode melhorar a segurança do leite pasteurizado.
4.Aplicação em leite fresco. De acordo com o novo padrão internacional GB5408.2-1999, não é permitido adicionar conservantes de alimentos ao leite esterilizado em temperatura ultra-alta e ao leite esterilizado secundário. Para tal, a qualidade do leite cru (leite fresco) deve ser melhorada e os indicadores microbianos no leite cru devem ser rigorosamente controlados. De acordo com os padrões alimentares livres de poluição promulgados pelo Ministério da Agricultura, o número total de colónias bacterianas por mililitro de leite fresco deve ser inferior a 500,000. No entanto, de acordo com uma fábrica de laticínios em Shandong, além do controle de fazendas de propriedade direta, o número total de colônias bacterianas no leite fresco transportado por caminhões refrigerados a 400 quilômetros de distância e levando de 5 a 6 horas excederá em muito o padrão. De acordo com um relatório de uma estação de leite na Mongólia Interior, mesmo que o leite seja coletado intensivamente, resfriado mecanicamente e transportado por caminhões refrigerados, e a temperatura do leite seja controlada entre 4 e 6°C e não exceda 10°C no verão, o número total de colônias bacterianas por mililitro de leite cru ainda está na faixa de 1 a 2 milhões. Dentro, os indicadores especificados nas normas não podem ser atendidos.
Além disso, conservantes químicos não podem ser utilizados no leite cru. Para evitar que o leite fresco se deteriore e estrague, alguns agricultores adicionam formaldeído como conservante, o que é uma violação grave e um comportamento ilegal. Se for adicionada nisina, a qualidade do leite fresco pode ser mantida e atender aos padrões (porque a nisina existe naturalmente em alguns leites frescos).
5. Aplicação em iogurte. Durante a vida útil do iogurte contendo bactérias lácticas ativas, as bactérias lácticas também podem fermentar lentamente, fazendo com que a acidez do iogurte continue a aumentar. Como resultado, o sabor do iogurte deteriora-se e é inaceitável para os consumidores. A adição de Nisina pode inibir o aumento contínuo da acidez da fermentação do iogurte.
O método de adição ao iogurte pode ser antes da fermentação principal ou após a fermentação principal. Qual é a maneira apropriada de adicioná-lo? Isso depende da variedade do produto e do processo. Se adicionada antes da fermentação principal, a quantidade de Nisina deve ser rigorosamente controlada. Porque a Nisina tem efeito inibitório nas cepas produtoras de iogurte, o que prolonga o tempo de fermentação. O critério de julgamento é que após a adição de Nisina, o principal tempo de fermentação do iogurte deve terminar em 3 a 6 horas, o que é normal. Se o tempo de fermentação principal exceder 6 horas, a quantidade de Nisina adicionada deverá ser reduzida. Como existem muitas variedades de iogurte, as aplicações específicas de cada tipo de iogurte não serão apresentadas uma a uma.

2. Aplicação em produtos cárneos
A nisina doméstica foi a primeira a ser aplicada com sucesso em produtos cárneos de alta temperatura. Então, também é usado com eficácia em produtos cárneos de baixa temperatura. Até agora, não importa o tipo de embalagem (embalagem flexível, enlatada, engarrafada, envase de tripa), não importa o tipo de método de processamento (em conserva, curado, molho, defumado, salmoura, agridoce, seco) aves (frango, pato, ganso), carne (suíno, bovino, ovino, coelho), peixe e camarão e outros produtos alcançaram resultados ideais.
Como os produtos cárneos são ricos em nutrientes, possuem alta atividade de água e pH neutro, vários microorganismos nocivos, como bactérias, fungos e leveduras, podem crescer e se reproduzir. A fim de expandir a gama antibacteriana e aumentar o efeito anti-séptico, devem ser utilizados produtos compostos de Nisina em vez de Nisina pura. Os chamados aditivos compostos referem-se a dois ou mais tipos únicos de aditivos misturados por métodos físicos. Normalmente é fornecido diretamente pela unidade de produção, e clientes qualificados também podem combiná-lo por conta própria.
Hoje em dia, os produtos compósitos são geralmente desenvolvidos de acordo com os três princípios seguintes:
① Cada componente do produto composto é uma espécie aprovada para uso pelo estado.
②Para facilitar o uso e transporte do cliente, as variedades sólidas não são misturadas com variedades líquidas e não existem produtos líquidos manipulados. Geralmente são aditivos compostos sólidos. Se o cliente fizer o composto por conta própria, não estará sujeito a este princípio.
③Para melhorar a segurança e a qualidade dos alimentos, os conservantes naturais de alimentos não são combinados com conservantes químicos, exceto o ácido sórbico. Como o ácido sórbico é um ácido graxo insaturado, é basicamente igual aos ácidos graxos insaturados naturais e pode ser assimilado pelo corpo para produzir dióxido de carbono e água. Portanto, o ácido sórbico pode ser considerado um componente dos alimentos. Pode ser considerado inofensivo para o corpo humano.
Alguns dados mostram que a nisina atua em conjunto com agentes quelantes como o EDTA para inibir bactérias Gram-negativas. Desta forma, o espectro antibacteriano da Nisina é ampliado. EDTA é o sal dissódico do ácido etilenodiaminotetracético, que é produzido pela reação de etilenodiamina, cianeto de sódio e solução aquosa de formaldeído e, em seguida, reagindo com hidróxido de sódio. As normas nacionais estipulam que seu uso só é permitido em alguns alimentos enlatados. Por razões de segurança, certa empresa recusou-se uma vez a utilizar aditivos compostos contendo EDTA, o que é razoável. Se você optar pelo quelante glucono-delta-lactona, ele terá maior segurança e superioridade. Este ácido orgânico é um produto intermediário do metabolismo do açúcar no corpo. Portanto, pode-se considerar que é inofensivo ao corpo humano. A glucono-delta-lactona também tem o efeito de diminuir o pH dos produtos cárneos e pode aumentar os efeitos dos agentes formadores de cor e conservantes. Além disso, também pode reduzir a atividade de água dos produtos cárneos e é um excelente conservante alimentar.

3. Aplicação em alimentos enlatados
Adicionar Nisina aos alimentos enlatados tem muitas vantagens:
① Pode reduzir a intensidade do tratamento térmico, reduzir a perda de nutrientes alimentares e melhorar a qualidade alimentar do produto.
② Inibir o crescimento e a reprodução de esporos bacterianos resistentes ao calor e prolongar o tempo de armazenamento dos alimentos. Atualmente, é usado principalmente em algumas frutas e vegetais enlatados para reduzir a intensidade da esterilização e fazer com que as frutas e vegetais enlatados tenham melhor crocância dos tecidos e qualidade alimentar.

4. Aplicação em alimentos proteicos vegetais
O tofu com lactona embalado tem vida útil de menos de 12 horas no verão quente. Ao longo de 12 horas, o produto ficará desidratado, azedo e deteriorado. Com a adição de Nisina, o prazo de validade pode ser estendido para 24 horas. O prazo de validade de 1 dia é seguro e pode atender às necessidades desse tipo de produto pronto para consumo para circulação no mercado. Se houver requisitos mais elevados para o prazo de validade, de acordo com a pesquisa do professor Wang Shaolin da Universidade Agrícola de Pequim, adicionar nisina e combiná-la com a esterilização por microondas pode atingir um prazo de validade de 3 dias à temperatura ambiente de 18°C.
5. Aplicação em bebidas
Adicionar nisina às bebidas pode inibir o crescimento e a reprodução de bactérias resistentes aos ácidos e ao calor (como Geobacillus acidophilum), prevenir o ranço das bebidas e prolongar a vida útil dos produtos. Atualmente, os tipos de bebidas que têm sido utilizadas na produção de bebidas incluem bebidas de suco de frutas, bebidas de ácido acético, bebidas de aloe vera, bebidas contendo leite, bebidas saudáveis ​​(como bebidas de ginseng, bebidas de wolfberry e crisântemo), etc.
6. Aplicação na produção de vinho
vantagem do fato de a nisina não inibir a fermentação do fermento, ela pode ser usada na fabricação de cerveja, vinho de arroz, vinho e outras bebidas que contenham álcool para evitar que as bactérias do ácido láctico causem ranço do vinho e outras doenças. Na fabricação de cerveja e vinho de arroz, atualmente é usado principalmente para a cultura expandida de levedura de cerveja e levedura de vinho de arroz para prevenir a infecção de bactérias diversas. Para o vinho de arroz com baixo teor de álcool, o vinho de arroz muitas vezes torna-se azedo e deteriora-se durante o armazenamento devido à esterilização incompleta, embalagens sujas, má vedação, baixo teor de álcool, etc. A adição de nisina pode prevenir eficazmente o ranço do vinho de arroz e prolongar sua vida útil.
7. Aplicação em alimentos de conveniência
Pequenos salgadinhos embalados, como coxas de frango, pés de frango, carne seca e outros produtos avícolas, foram resumidos na seção "Aplicação em produtos cárneos" e não serão repetidos aqui. Alimentos vegetais de conveniência, como mostarda em conserva com baixo teor de sal, pedaços de abóbora, etc., também são comumente usados ​​na produção.


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