نایسین

 

فساد محصولت غذایی ناشی از باکتری‌های گرم مثبت، چالشی اساسی برای تولید کنندگان محصولات غذایی در دنیا است. نایسین با کشتن یا مهار باکتری‌های گرم مثبت باعث افزایش ایمنی و نگهداری مواد غذایی می‌شود. یک آنتی بیوتیک دارای 34 اسید آمینه است و به طور گسترده به ویژه در پنیرها به عنوان نگهدارنده مواد غذایی استفاده می شود. نایسین متعلق به لانتی بیوتیک‌ها است که به این دلیل نامگذاری شده است که حاوی یک اسید آمینه غیر معمول به نام لانتیونین است.نایسین از جمله‌ نگهدارنده‌های وابسته به غلظت است. بسته به شرایط می‌تواند باکتریو استاتیک (مهار کننده باکتری) یا باکتریو سید (کشنده باکتری) باشد. هر چقدر سلول‌های باکتریایی، محتوای انرژی بالاتری داشته باشند، نایسین خواص باکتری کشی بیشتری بروز خواهد داد. در شرایط زیر اثر نایسین باکتریواستاتیک خواهد بود:

• سلول‌ها در فاز تاخیری یا فاز ثابت رشد باشند.
• سلول‌ها در محیط با pH غیر بهینه و فعالیت آب غیر بهینه باشند.
• سلول‌ها در شرایط عدم دسترسی به مواد مغذی و در دمای رشد نامناسب باشند.
• سلول‌ها در حالت بدون انرژی باشند.
• در برابر هاگ‌های باکتری، نایسین به جای اسپور کشی، در وضعیت اسپوروستاتیک عمل می‌کند.

نحوه عمل نایسین بر باکتری‌ها

نایسین دارای بار مثبت است و بنابراین می‌تواند به راحتی به غشای پلاسمایی با بار منفی متصل شود. نایسین به دو صورت بر دیواره سلولی باکتری تاثیر می‌گذارد:

• لیپید II پیش ساز پپتیدوگلیکان در دیواره سلولی به عنوان یک مولکول اتصال برای نایسین عمل می‌کند؛ این کمپلکس نایسین-لیپید II در غشای سیتوپلاسمی است که منافذ نفوذ پذیری را ایجاد می‌کند که باعث نشت مواد سلولی ضروری می‌شود.
• سنتز پپتیدوگلیکان را که جزء دیواره سلولی باکتری است، مهار می‌کند.

طیف فعالیت نایسین

نایسین معمولاً از طریق تخمیر محصولات طبیعی مانند شیر و کلم ترش توسط لاکتوکوکوس لاکتیس تولید می‌شود. علیه طیفی از ارگانیسم‌های گرم مثبت فعال است، اما تأثیر کمی بر باکتری‌های گرم منفی، مخمرها و قارچ ها نشان می‌دهد. دارای طیف فعالیت باریکی است که فقط باکتری‌های گرم مثبت را مهار می‌کند، از جمله:

• Alicyclobacillus
• Bacillus cereus
• Brochothrix thermosphacta
• Clostridium botulinum
• sporogenes
• Desulfotomaculum
• Enterococcus
• Lactobacillus
• Leuconostoc
• Listeria monocytogenes
• Micrococcus
• Pediococccus
• Sporolactobacillus
• Staphylococcus

هنگامی که نایسین در ترکیب با عوامل کیلیت کننده، گرما و سرما استفاده شود، طیف فعالیت آن می‌تواند دربرگیرنده باکتری‌های گرم منفی نیز شود. فعالیت نایسین به طور کلی با کاهش pH و کاهش تعداد اولیه میکروارگانیسم‌ها افزایش می‌یابد. وجود اجزای غذایی مانند لیپیدها و پروتئین بر فعالیت این نگهدارنده تأثیر می‌گذارد.

حلالیت نایسین

نایسین پودری خاکستری است و معمولا نیاز دارد قبل از استفاده در آب و مایعات دیگر حل شود.حلالیت آن با توجه به pH متفاوت است؛ هر چه pH افزایش پیدا می‌کند، حلالیت نایسین کاهش می‌یابد به طوریکه تقریبا در حلال‌های قلیایی نامحلول است. حلالیت آن در pH 2.2 تقریباً 56000 میکروگرم در میلی لیتر، در pH 5  برابر 3000 میکروگرم در میلی لیتر و درpH11  برابر 1000 میکروگرم در میلی لیتر است. این میزان کم حلالیت، مشکلی برای استفاده در محصولات غذایی ایجاد نمی‌کند زیرا سطح نایسین مورد استفاده کمتر از 250 میکروگرم در میلی‌لیتر است.

پایداری نایسین 

پایداری نایسین نیز  به pH و حرارت وابسته است؛ به عنوان مثال، اگر در شیر پس چرخ با pH 6.5 حل شود، فعالیت فقط به میزان 15 دصد پس از پاستوریزاسیون در 85 درجه سانتیگراد به مدت حدود 15 دقیقه کاهش می‌یابد. هنگامی که نایسین در HCL pH 3.0 حل شود، پس از استریلیزاسیون با اتوکلاو در دمای 121 درجه سانتی گراد به مدت 15 دقیقه 100 درصد فعالیتش را حفظ می‌کند. به طور کلی می‌توان گفت که پایداری نایسین در برابر اسید و حرارت خوب است. اگر در جای خشک، دور از نور مستقیم خورشید و دمای کمتر از 22 درجه سانتیگراد نگهداری شود، پایداری عالی نشان می‌دهد. پایداری محلول‌های Nisin A بین pH 3 تا 3.5 بهینه است. فعالیت آن در 0 تا 1 کاهش می‌یابد.

کاربرد نایسین در صنعت غذا

در صنایع لبنی (شیر، ماست همزده، انواع پنیر، دسرهای لبنی سرد)، محصولات گوشتی فراوری شده و پخته (سوسیس و کالباس) و سایر مواد غذایی مانند تخم مرغ مایع، سس‌ها و رب کاربرد دارد.

• صنعت نوشیدنی و رب

در حال حاضر، بیش از 20 سویه از باکتری آلیسیکلوباسیلوس (Alicyclobacillus) شناسایی شده‌اند؛ اما تنها چهار سویه (A. acidoterrestris، A. pomorum، A. herbarius و A. acidiphillus ) مسئول فساد آبمیوه، نوشیدنی‌های تخمیر شده و رب هستند. اسپورهای A. acidoterrestris، در برابر عملیات حرارتی که معمولاً بر آبمیوه‌های اسیدی اعمال می‌شود، مقاوم هستند، می‌توانند جوانه زده، رشد کنند و باعث فساد شوند. آبمیوه‌ها مستعد بدطعمی ناشی از عمل باکتری آلیسایکلو اسیدوترستریس Alicyclobacillus acidoterrestris هستند. این باکتری گرم مثبت از اوایل سال 1991 به عنوان یکی از عوامل فساد میکروبی آبمیوه های صنعتی موردتوجه قرار گرفته است. استفاده از نایسین یک روش موثر و مفید برای کنترل این میگروارگانیسم در آبمیوه‌ها و رب است. برای مثال نایسین z ماندگاری آب سیب را بدون اثرات نامطلوب بر ویژگی‌های محصول (مانند ایجاد حالت ابری و برجای گذاشتن رسوب ناشی از ناخالصی‌های غیرنایسین) افزایش می‌دهد.

• صنایع لبنی

پنیرهای پروسس به سویه‌هایی از باکتری از باسیلوس حساس هستند. همچنین بادکردگی دیررس، ناشی از تعدادی از گونه‌های کلستریدیوم است. هردو NisinA و NisinZ هنگامی که به پنیر پروسس اضافه شوند در برابر کلیه اسپورهای مقاوم در برابر حرارت فعال هستند. در دوزهای یکسان، NisinZ  از NisinA کارآمدتر است.

صنعت گوشت

گوشت مرغ پخته شده مستعد آلودگی توسط باکتری‌های اسید لاکتیک عامل فساد و باکتری‌های تشکیل دهنده اسپور مانند کلستریدیوم بوتولینوم و کلستریدیوم پرفرنژنس است. بنابراین استفاده از مهارکننده‌ها به منظور کنترل رشد باکتری ها در این محصولات بسیار رایج است. Nisin Z به عنوان یک ماده ضدمیکروبی قدرتمند به میزان قابل توجهی به کاهش میکروارگانیسم‌های عامل فساد کمک می‌کند.