Mecanismo de acción y seguridad del aditivo alimentario nisina.

2023-11-14

Mecanismo de acción y seguridad del aditivo alimentario nisina.

Que es ¿Nisín?

La nisina es un péptido antimicrobiano biológico natural producido por la fermentación de la nisina que se encuentra naturalmente en la leche y el queso. Tiene un efecto antibacteriano de amplio espectro y puede inhibir eficazmente la mayoría de las bacterias grampositivas. y el crecimiento y reproducción de sus esporas. En particular, tiene un efecto inhibidor significativo sobre bacterias comunes como Staphylococcus aureus, Streptococcus hemolítico y Clostridium botulinum, y puede desempeñar un papel de conservación y conservación en muchos alimentos. Además, la nisina tiene buena estabilidad, resistencia al calor y a los ácidos, y tiene buenas perspectivas de aplicación en la industria alimentaria.

La nisina es un agente antibacteriano y conservante de alimentos biológico natural seguro y reconocido mundialmente. Se utiliza principalmente para la conservación y conservación de leche y productos lácteos, carne y productos cárnicos. El descubrimiento de la nisina se remonta a la década de 1920. En 1928, investigadores estadounidenses como LA. Rogers informó por primera vez que los metabolitos de la nisina pueden inhibir el crecimiento de otras bacterias del ácido láctico. En 1947, ATR Mattick et al. descubrió que algunos estreptococos del ácido láctico del grupo serológico N podían producir sustancias bacteriostáticas a base de proteínas y prepararon esta sustancia polipeptídica a partir del caldo de fermentación del estreptococo del ácido láctico, porque era producida por las bacterias del ácido láctico del grupo N. Es una sustancia antibacteriana, por lo que se denomina Sustancia N-inhibidora, es decir, sustancia antibacteriana del grupo N, abreviada como Nisina.

Polvo de nisina blanca

La nisina es un producto natural de la nisina. Los estudios sobre la toxicidad de la nisina en cantidades muy superiores a las aplicaciones alimentarias han demostrado que no es tóxica. Debido a que es particularmente sensible a las enzimas proteolíticas (α-tripsina), las enzimas proteolíticas pueden hidrolizarlo rápidamente en aminoácidos en el tracto digestivo después del consumo. En 1953, se lanzó en el Reino Unido Nisaplin, el primer producto comercial de nisina; en 1969, el Comité Mixto de Expertos en Aditivos Alimentarios de la FAO/OMS aprobó la nisina como aditivo alimentario; en 1988, la Administración de Drogas y Alimentos de los Estados Unidos (FDA) también aprobó oficialmente el uso de nisina en los alimentos; En 1990, el Departamento de Supervisión de Alimentos del Ministerio de Salud de mi país emitió un certificado de conformidad para el uso de nisina en China. Actualmente, más de 50 países han aprobado el uso de nisina.
 

Alcance antibacteriano de la nisina.

La nisina puede inhibir o matar eficazmente las bacterias grampositivas que provocan el deterioro de los alimentos. En una concentración de 100 ppm, puede matar la mayoría de las bacterias Gram positivas y puede inhibir Staphylococcus, Streptococcus y Lactobacillus. También tiene un efecto inhibidor significativo sobre la mayoría de los géneros Clostridium y Bacillus y sus esporas. Hitchins, AD y otros estudios han demostrado que las esporas de Bacillus stearothermophilus del género Bacillus son las más sensibles a la nisina, y una cantidad muy pequeña de nisina puede matar las esporas. El efecto de la nisina sobre las esporas es inhibir su germinación en la etapa inicial de expansión de las esporas. En lugar de matar.

Debido a que la nisina tiene un espectro antibacteriano estrecho y solo puede matar o inhibir las bacterias grampositivas, no tiene ningún efecto obvio sobre las bacterias gramnegativas, los mohos y las levaduras, por lo que su aplicación es limitada y la nisina se usa junto con otros conservantes. Puede compensar esta deficiencia y luego ejercer un efecto antibacteriano de amplio espectro. Los estudios han demostrado que la nisina puede mejorar su efecto antibacteriano cuando se usa en combinación con otros conservantes y puede obtener un espectro antibacteriano más amplio. La combinación de nisina y ácido láctico puede inhibir Salmonella y Staphylococcus aureus en la carne. La nisina, utilizada en combinación con agentes quelantes (como EDTA), tiene un cierto efecto inhibidor sobre la Salmonella y puede reducir eficazmente la cantidad de otras bacterias G. Además, la combinación de nisina con fosfato y citrato también puede mejorar su efecto inhibidor sobre las bacterias G.

Estructura molecular de nisina

Mecanismo antibacteriano de la nisina.

Las investigaciones muestran que la nisina es un pequeño péptido hidrófobo y cargado positivamente que puede adsorberse en la membrana celular de bacterias sensibles Gram-positivas e interactuar con sustancias cargadas negativamente en la pared celular (como el ácido teicoico, el ácido urónico, los polisacáridos ácidos o los fosfolípidos). Puede invadir la membrana celular a través de la función C-terminal para formar poros permeables, inhibir la síntesis de la pared celular de las bacterias Gram-positivas, cambiar la permeabilidad de la membrana celular y hacer que fluyan sustancias de moléculas pequeñas en la célula. Al mismo tiempo, entran moléculas de agua extracelular, lo que eventualmente conduce a la autolisis y muerte celular.

La nisina tiene actividad antibacteriana contra muchas bacterias G+, pero no tiene ningún efecto sobre las bacterias G-, levaduras y mohos. Al comparar las paredes celulares de las bacterias G+ y las bacterias G-, se puede encontrar que la capa de peptidoglicano de las bacterias G+ es significativamente más gruesa que la de las bacterias G-, mientras que la composición de la pared celular de las bacterias G- es más compleja e incluye principalmente proteínas. fosfolípidos, lipopolisacáridos, etc., y es muy denso. , solo puede permitir el paso de moléculas pequeñas con un peso molecular inferior a 600 Da, y la nisina tiene un peso molecular de aproximadamente 3510 Da, por lo que no puede atravesar la densa pared celular. Por tanto, la nisina no puede llegar a la membrana celular y ejercer su efecto bactericida. Para confirmar aún más esta afirmación, Steven y Kordel et al. informaron que después del tratamiento para cambiar las propiedades de permeabilidad de la pared exterior de las bacterias G, las bacterias G también se volvieron sensibles a la nisina y también pudieron inhibirse o matarse. Esto demuestra claramente que las bacterias G no son sensibles a la nisina porque la pared celular es demasiado gruesa y las moléculas de nisina no pueden entrar. Durante el proceso de esterilización de la nisina, los raros aminoácidos contenidos en la molécula tienen un gran efecto sobre la nisina. La investigación sobre este tema es bastante activa, principalmente mediante métodos de ingeniería de proteínas para cambiar direccionalmente uno o una sección de aminoácidos en la molécula de nisina. composición para estudiar sus funciones. La investigación en esta área permitirá a las personas comprender mejor el mecanismo de acción de Nisin para ampliar su alcance de aplicación o mejorar su efecto.

Seguridad de la nisina

La nisina es una sustancia polipeptídica natural que puede ser digerida y descompuesta en aminoácidos mediante proteasas (como tripsina, tripsina, enzimas salivales, etc.) en el cuerpo humano después del consumo. No tiene toxicidad microbiana ni efectos patógenos, por lo que es relativamente seguro. alto.

En 1956, el Comité Británico de Conservantes de Alimentos confirmó que existen naturalmente diferentes cantidades de nisina en la leche y el queso; en 1962, el japonés Hara et al. confirmó que la dosis medio letal LD50 de nisina en ratones era de aproximadamente 7 g/kg de peso corporal y tiene un valor LD50 similar al de la sal común; El sector comercial en el Reino Unido y la ex Unión Soviética llevó a cabo extensos estudios biológicos y de toxicidad sobre la nisina producida por ella, incluyendo carcinogenicidad, viabilidad, regeneración, química sanguínea, función renal, función cerebral, respuesta al estrés y patología de órganos animales y muchos otros aspectos de Las investigaciones han demostrado que la nisina es segura. Las pruebas de toxicología han demostrado que la toxicidad oral aguda de la nisina en ratones: la LD50 de las hembras es de 6.81 g/kg de peso corporal y la LD50 de los machos es de 9.26 g/kg de peso corporal, lo que en realidad no es tóxico. Toxicidad aguda oral de la nisina en ratas: la DL50 de ratas hembra es de 6.81 g/kg de peso corporal y la LD50 de ratas macho es de 14.70 g/kg de peso corporal, lo que prácticamente no es tóxico. Los resultados muestran que la nisina es segura. Las regulaciones federales de EE. UU. han clasificado a la nisina como "generalmente reconocida como segura (GRAS)". En marzo de 1992, el Ministerio de Salud de mi país declaró claramente en el documento que aprobaba la implementación: "La nisina puede considerarse científicamente segura como conservante de alimentos". En la actualidad, casi 50 países de todo el mundo han formulado leyes que estipulan el alcance y el límite de uso de la nisina como conservante de alimentos, mientras que más de 20 países, como el Reino Unido, Francia y Australia, no tienen regulaciones sobre su uso limitado.

Usos de la nisina

1. Aplicación en leche y productos lácteos
1. La nisina doméstica se aplicó con éxito por primera vez en leche esterilizada a alta temperatura (UHT). Por lo general, la leche UHT se esteriliza instantáneamente a temperaturas ultraaltas y se envasa asépticamente sin agregar conservantes alimentarios. Sin embargo, en el caluroso verano, la calidad de la leche cruda suele ser difícil de garantizar. Como resultado, quedan más microorganismos, lo que resulta en un aumento en la tasa de bolsas defectuosas (bolsas agrias, bolsas hinchadas, etc.). Agregar nisina puede reducir significativamente la tasa de deterioro de la leche UHT y extender su vida útil.
2. Aplicación en leche dos veces esterilizada. La mayor parte de la leche esterilizada secundaria es producida por pequeñas y medianas empresas lecheras, y los productos son de gama media y baja. La leche fresca debe calentarse y esterilizarse durante un tiempo prolongado, lo que provocará un oscurecimiento no enzimático y el color del producto se oscurecerá. Agregar Nisin puede reducir la intensidad de la esterilización, reducir el proceso de oscurecimiento no enzimático y extender la vida útil del producto.
3. Aplicación en leche pasteurizada. Según los informes, en agosto del año pasado, la tasa de aprobación de la leche pasteurizada en el mercado de Shanghai fue sólo del 73.37%. Los productos calificados al salir de la fábrica se distribuían a los consumidores a través de estaciones de distribución. Debido a la falta de soporte de la cadena de frío (sin estado de cadena de frío (el tiempo más largo es de 8 horas), lo que resulta en una grave disminución en la calidad de la leche procesada y un exceso de bacterias coliformes. Agregar nisina puede mejorar la seguridad de la leche pasteurizada.
4.Aplicación en leche fresca. Según la nueva norma internacional GB5408.2-1999, no se permite agregar conservantes alimentarios a la leche esterilizada a temperatura ultraalta ni a la leche esterilizada secundaria. Para ello, es necesario mejorar la calidad de la leche cruda (leche fresca) y controlar estrictamente los indicadores microbianos de la leche cruda. Según las normas alimentarias libres de contaminación promulgadas por el Ministerio de Agricultura, el número total de colonias bacterianas por mililitro de leche fresca debe ser inferior a 500,000. Sin embargo, según una fábrica láctea de Shandong, además del control de las granjas de propiedad directa, el número total de colonias bacterianas en la leche fresca transportada en camiones frigoríficos a 400 kilómetros de distancia y en un tiempo de entre 5 y 6 horas superará con creces la norma. Según un informe de una estación de producción de leche en Mongolia Interior, incluso si la leche se recoge de forma intensiva, se enfría mecánicamente y se transporta en camiones frigoríficos, y la temperatura de la leche se controla entre 4 y 6 °C y no supera los 10 °C en verano, el número total de colonias bacterianas por mililitro de leche cruda todavía oscila entre 1 y 2 millones. En su interior, no se pueden cumplir los indicadores especificados en las normas.
Además, no se pueden utilizar conservantes químicos en la leche cruda. Para evitar que la leche fresca se deteriore y se eche a perder, algunos agricultores añaden formaldehído como conservante, lo que constituye una infracción grave y una conducta ilegal. Si se agrega nisina, la calidad de la leche fresca se puede mantener y cumplir con los estándares (porque la nisina existe naturalmente en algunas leches frescas).
5. Aplicación en yogur. Durante la vida útil del yogur que contiene bacterias activas del ácido láctico, las bacterias del ácido láctico también pueden fermentar lentamente, lo que hace que la acidez del yogur siga aumentando. Como resultado, el sabor del yogur se deteriora y es inaceptable para los consumidores. Agregar nisina puede inhibir el aumento continuo de la acidez de la fermentación del yogur.
El método de adición al yogur puede ser antes de la fermentación principal o después de la fermentación principal. ¿Cuál es la forma apropiada de agregarlo? Esto depende de la variedad del producto y del proceso. Si se añade antes de la fermentación principal, la cantidad de Nisina debe controlarse estrictamente. Porque la nisina tiene un efecto inhibidor sobre las cepas productoras de yogur, lo que prolonga el tiempo de fermentación. El criterio de valoración es que después de añadir nisina, el tiempo de fermentación principal del yogur debe finalizar entre 3 y 6 horas, lo cual es normal. Si el tiempo de fermentación principal supera las 6 horas, se debe reducir la cantidad de nisina añadida. Dado que existen muchas variedades de yogur, las aplicaciones específicas de cada tipo de yogur no se introducirán una por una.

2. Aplicación en productos cárnicos
El nisin doméstico fue el primero que se aplicó con éxito en productos cárnicos de alta temperatura. Luego, también se utiliza eficazmente en productos cárnicos a baja temperatura. Hasta ahora, no importa qué tipo de forma de envasado (envases flexibles, enlatados, embotellados, relleno de tripas), no importa qué tipo de método de procesamiento (encurtidos, curados, salteados, ahumados, en salmuera, agridulces, secos) aves de corral (pollo, pato, ganso), carne (cerdo, ternera, oveja, conejo), pescado y camarones y otros productos han logrado resultados ideales.
Debido a que los productos cárnicos son ricos en nutrientes, tienen una alta actividad acuosa y un pH neutro, varios microorganismos dañinos, como bacterias, mohos y levaduras, pueden crecer y reproducirse. Para ampliar el rango antibacteriano y mejorar el efecto antiséptico, se deben utilizar productos compuestos de Nisin en lugar de Nisin pura. Los denominados aditivos compuestos se refieren a dos o más tipos únicos de aditivos mezclados mediante métodos físicos. Por lo general, lo proporciona directamente la unidad de producción y los clientes calificados también pueden prepararlo ellos mismos.
Hoy en día, los productos compuestos se desarrollan generalmente según los tres principios siguientes:
① Cada componente del producto compuesto es una especie aprobada para su uso por el estado.
②Para facilitar el uso y transporte del cliente, las variedades sólidas no se combinan con variedades líquidas y no hay productos líquidos compuestos. Generalmente son aditivos compuestos sólidos. Si el cliente fabrica el compuesto por su cuenta, no está sujeto a este principio.
③Para mejorar la seguridad y la calidad de los alimentos, los conservantes alimentarios naturales no se combinan con conservantes químicos, a excepción del ácido sórbico. Debido a que el ácido sórbico es un ácido graso insaturado, es básicamente igual que los ácidos grasos insaturados naturales y puede asimilarse en el cuerpo para producir dióxido de carbono y agua. Por tanto, el ácido sórbico puede considerarse un componente de los alimentos. Puede considerarse inofensivo para el cuerpo humano.
Algunos datos muestran que la nisina actúa junto con agentes quelantes como el EDTA para inhibir las bacterias gramnegativas. De esta forma se amplía el espectro antibacteriano de la nisina. EDTA es la sal disódica del ácido etilendiaminotetraacético, que se produce al hacer reaccionar una solución acuosa de etilendiamina, cianuro de sodio y formaldehído y luego reaccionar con hidróxido de sodio. Las normas nacionales estipulan que sólo se permite su uso en algunos alimentos enlatados. Por razones de seguridad, cierta empresa se negó una vez a utilizar aditivos compuestos que contienen EDTA, lo cual no es descabellado. Si elige el agente quelante glucono-delta-lactona, tendrá mayor seguridad y superioridad. Este ácido orgánico es un producto intermedio del metabolismo del azúcar del cuerpo. Por tanto, se puede considerar que es inofensivo para el cuerpo humano. La glucono-delta-lactona también tiene el efecto de reducir el pH de los productos cárnicos y puede mejorar los efectos de los conservantes y agentes formadores de color. Además, también puede reducir la actividad del agua de los productos cárnicos y es en sí mismo un excelente conservante de alimentos.

3. Aplicación en conservas
Agregar Nisina a los alimentos enlatados tiene muchas ventajas:
① Puede reducir la intensidad del tratamiento térmico, reducir la pérdida de nutrientes de los alimentos y mejorar la calidad del consumo del producto.
② Inhibe el crecimiento y la reproducción de esporas bacterianas resistentes al calor y extiende el tiempo de almacenamiento de los alimentos. En la actualidad, se utiliza principalmente en algunas frutas y verduras enlatadas para reducir la intensidad de la esterilización y hacer que las frutas y verduras enlatadas tengan un tejido más crujiente y una mejor calidad para comer.

4. Aplicación en alimentos proteicos vegetales
El tofu con lactona en caja tiene una vida útil de menos de 12 horas en el caluroso verano. Después de 12 horas, el producto se deshidratará, se agriará y se deteriorará. Con la adición de Nisin, la vida útil se puede extender a 24 horas. La vida útil de 1 día es segura y puede satisfacer las necesidades de este tipo de producto listo para el consumo para su circulación en el mercado. Si existen requisitos más altos para la vida útil, según una investigación del profesor Wang Shaolin de la Universidad Agrícola de Beijing, agregar Nisin y combinarlo con esterilización por microondas puede lograr una vida útil de 3 días a temperatura ambiente de 18°C.
5. Aplicación en bebidas
Agregar nisina a las bebidas puede inhibir el crecimiento y la reproducción de bacterias resistentes a los ácidos y al calor (como Geobacillus acidophilum), prevenir el enranciamiento de las bebidas y extender la vida útil de los productos. En la actualidad, los tipos de bebidas que se han utilizado en la producción de bebidas incluyen bebidas de jugos de frutas, bebidas de ácido acético, bebidas de aloe vera, bebidas que contienen leche, bebidas saludables (como bebidas de ginseng, bebidas de baya de goji y de crisantemo), etc.
6. Aplicación en la elaboración de vino.
La ventaja del hecho de que la nisina no inhibe la fermentación de la levadura, se puede utilizar en la elaboración de cerveza, vino de arroz, vino y otras bebidas que contienen alcohol para evitar que las bacterias del ácido láctico causen rancidez del vino y otras enfermedades. En la elaboración de cerveza y vino de arroz, actualmente se utiliza principalmente para el cultivo expandido de levadura de cerveza y levadura de vino de arroz para prevenir la infección de diversas bacterias. En el caso del vino de arroz con bajo contenido de alcohol, el vino de arroz a menudo se vuelve ácido y se deteriora durante el almacenamiento debido a una esterilización incompleta, envases sucios, sellado deficiente, bajo contenido de alcohol, etc. Agregar nisina puede prevenir eficazmente la rancidez del vino de arroz y prolongar su vida útil.
7. Aplicación en comidas preparadas
Los bocadillos envasados ​​pequeños, como muslos de pollo, patas de pollo, cecina y otros productos avícolas, se han resumido en la sección "Aplicación en productos cárnicos" y no se repetirán aquí. También se utilizan habitualmente en la producción alimentos vegetales preparados, como mostaza encurtida baja en sal, calabaza triturada, etc.


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