液體紡織酶論文：液體酶制劑防腐要素探究
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本文作者：李琦、王文芳 單位：湖南利爾康生物有限公司、湖南農(nóng)業(yè)大學
低溫
對于酶活性蛋白,溫度影響較大.過高或過低的溫度均會引起蛋白質的變性,且有時這種變化是不可逆的.經(jīng)試驗驗證,將液態(tài)紡織酶放置在50℃下3個月后,會或多或少的出現(xiàn)酸變、絮凝、沉淀、脹氣、酶活降低等現(xiàn)象,所以高溫對其有不利影響.目前液體紡織酶的保存溫度一般標注的是4℃或25℃.4℃指的是低溫狀態(tài)保存;25℃指的是常溫狀態(tài)保存.在25℃以上存放,會縮短保質期.在4~25℃保存,保質期也在2者保存時間之間.在盛夏和密閉的運輸車或集裝箱中,如不采取措施,酶制劑的外觀和酶活都可能出現(xiàn)較大的變化.杭州海關曾經(jīng)做過一次試驗,證明夏天經(jīng)過曝曬的普通集裝箱內(nèi)部溫度高達60~70℃,液體紡織酶易變性.所以應盡量低溫保存,最好在冷庫中保存,運輸宜用冷藏車或用干冰、冰袋冷藏.
適宜的pH
環(huán)境中的pH對微生物的生命活性影響較大,會改變基質中氫離子濃度.主要作用:引起細胞膜電荷的變化,從而影響微生物對營養(yǎng)物質的吸收;影響代謝過程中酶的活性;改變生長環(huán)境中營養(yǎng)物質的可給性以及有害物質的毒性.隨著環(huán)境pH的不斷變化,微生物生長受阻,當超過最低或最高pH時,將導致其死亡.在最適pH時,酶活性最高,如果其他條件適合,微生物的生長速率也最高.大多數(shù)細菌、藻類和原生動物的最適pH為6.5~7.5,在pH4~10也可以生長;放線菌一般在微堿性即pH7.5~8最適合;酵母菌、霉菌則適合于pH5~6的酸性環(huán)境,生存范圍在pH1.5~10.由于酸堿度對酶的活性影響很大,所以液體紡織酶需要選擇其合適的pH,同時,一定的pH范圍也有抑菌作用.目前常用的紡織酶一般為酸性或中性,所用的助劑也必須是酸性或中性.酸性紡織酶的pH一般選擇在4~5,中性紡織酶的pH一般選擇在6~7.隨著保存時間的延長,有些酶制劑會出現(xiàn)變酸的現(xiàn)象,會使酶活降低.要延長保質期,就要減少或避免這種情況的出現(xiàn),往往通過加入緩沖溶液維持液體紡織酶pH的穩(wěn)定.緩沖溶液的選擇以酶的種類和pH范圍為基準,確保酶的活性不受影響,常用的緩沖溶液有醋酸緩沖體系、磷酸緩沖體系、檸檬酸緩沖體系、硼酸緩沖體系等.使用時,要注意硼酸鹽會與許多化合物形成復鹽,如蔗糖;檸檬酸鹽容易與鈣結合;磷酸鹽在有些試驗中是酶的抑制劑甚至代謝物,重金屬易以磷酸鹽的形式從溶液中沉淀出來,而且它在pH7.5以上時緩沖能力很小.
控制微生物污染
液體紡織酶如受微生物的污染,會變得不穩(wěn)定.酶制劑的微生物污染原因很多,可能在生產(chǎn)或灌裝過程中,衛(wèi)生控制不嚴格,也可能是后期防腐控制不到位,或外部條件適宜雜菌生長.控制微生物是一般企業(yè)所采取的手段,方法很多,如下所述.
1保持合適的滲透壓
在高溫環(huán)境下,國產(chǎn)的液體酶制劑可能會出現(xiàn)脹氣的情況,而國外公司如諾維信、杰能科的液體酶制劑產(chǎn)品則不會出現(xiàn).要改變此情況,可以從控制滲透壓入手.選擇合適的滲透壓可抑制微生物的生長,從而延長保質期.適宜于微生物生長的滲透壓范圍較廣,而且它們往往對滲透壓有一定的適應能力,如突然改變滲透壓會使微生物失去活性,所以,需要逐漸改變滲透壓,使微生物能適應這種改變.一般微生物的細胞膜屬半透膜,細胞若置于高滲溶液中,水將通過細胞膜從低濃度的細胞內(nèi)進入細胞周圍的溶液中,造成細胞脫水而引起質壁分離,使細胞不能生長甚至死亡.相反,若將微生物置于低滲溶液或水中,外部環(huán)境中的水將從溶液進入細胞內(nèi)引起細胞膨脹,甚至使細胞破裂.一般液體紡織酶是高濃縮型,用低滲透壓不行,只能考慮高滲透壓.利用一般微生物不能耐受高滲透壓來延長保質期,如常用的高濃度糖或鹽等.雖然應用較多,但添加的劑量較大.另一種是添加控制滲透壓的物質,在實驗室已發(fā)現(xiàn)其有較好的效果.
2降低含氧量
微生物的增殖需要不同的氣體環(huán)境,有需氧微生物、厭氧微生物和兼性厭氧微生物.在有氧的環(huán)境中,霉菌、酵母和細菌都能引起變質,而缺氧時,引起變質的只能是酵母和細菌.高濃度CO2和N2對有氧呼吸和無氧呼吸都有抑制作用,從而可抑制微生物生長,所以,在發(fā)酵結束后或灌裝時可通入高濃度CO2或N2,但具體的方式或工藝,還有待摸索.
3使用抗生素
一般選擇抗菌范圍廣,抗菌能力強的抗生素.廣譜抗生素是指能夠抵抗大部分細菌的藥物,比如脫氫醋酸鈉.還有一種窄譜抗生素,是專門殺滅某一種或一類細菌的藥物.廣譜抗生素主要是用在致病菌還未知,但需要殺菌的時候,當明確致病菌的時候,用窄譜抗生素針對性的殺菌.目前常用的窄普抗生素是氯霉素、金霉素、土霉素、四環(huán)素等,不僅能強力抑制大部分革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽性菌,而且能抑制立克次體、螺旋體和某些原蟲.新型抗生素納塔霉素[1],不僅可用于工業(yè)、食品,對酵母和霉菌等也有好的效果,且有廣泛的pH范圍,在pH4.0時都可耐受2~3周.
4使用化學防腐劑
中國允許在一定量范圍內(nèi)使用的防腐劑有30多種,包括苯甲酸及其鈉鹽、山梨酸及其鉀鹽、二氧化硫、焦亞硫酸鈉(鉀)、丙酸鈉(鈣)、對羥基苯甲酸乙酯、脫氫醋酸等,其中使用較多的是山梨酸和苯甲酸及其鹽類.山梨酸及其鹽類是良好的防腐劑,不但低毒,而且對于霉菌、酵母、好氣性細菌均有抑制作用.山梨酸的抗菌機理是其分子結構上的α、β位上的雙鍵阻止了霉菌的脫氫,降低了微生物的新陳代謝.此外,山梨酸還能與微生物系統(tǒng)中的巰基結合,從而破壞許多酶系作用,達到抑制微生物增殖的目的.在使用不同種類的化學防腐劑時,要注意是用于工業(yè)級、食品級還是飼料級的酶制劑,以及各種防腐劑適合的pH范圍、添加量.
5使用天然防腐劑
鑒于化學合成防腐劑的安全性和其他缺陷,人們正在探索更安全、使用更方便的天然防腐劑[2],如微生物源的乳酸鏈球菌素、納塔霉素、紅曲米素等;動物源的溶菌酶、殼聚糖、魚精蛋白[3]、蜂膠等;植物源的果膠分解物、瓊脂低聚糖、中草藥、辛香料、大蒜素、茶多酚、銀杏提取物、花生殼提取物、大豆異黃酮等[4];微生物、動物和植物復合源的R-多糖等.一般來說,天然防腐劑安全性更好,但價格昂貴,限制了其使用.
6使用復合防腐劑
每種防腐劑都有對其敏感和不敏感的微生物,所以用復合防腐劑就可以利用其協(xié)同作用,擴大抑菌的范圍,提高抑菌的強度,比單一防腐劑的效果要好.張赟彬等人[5]發(fā)現(xiàn)通過與二丁基羥基甲苯(BHT)、蔗糖脂肪酸酯、山梨酸鉀復配的八角茴香精油對散裝肉抑菌效果明顯好于使用單一防腐劑,其中以山梨酸鉀復合八角茴香精油防腐劑的抑菌活性最為顯著.馮治平等人[6]對雪梨果汁作保藏試驗研究,經(jīng)過10周的保藏,未添加防腐劑的雪梨汁樣品糖度下降了26%;添加山梨酸鉀、脫氫醋酸鈉及復合防腐劑的雪梨汁樣品糖度分別下降11.6%、9.2%和8%.李冬冬等人[7]發(fā)現(xiàn)將乳酸鈉、雙乙酸鈉、葡萄糖-γ-內(nèi)酯單獨使用時均不能很好地抑制鹵蛋中微生物的生長,而選擇0.2g/kg乳酸鈉、0.02g/kg雙乙酸鈉、0.02g/kg葡萄糖-γ-內(nèi)酯作為復配型抑菌劑時,能顯著地抑制鹵蛋中微生物的生長,其抑菌效果優(yōu)于單一防腐劑.彭家澤[8]通過脫氫醋酸鈉及其復配形式在面制品、肉制品、豆制品中的防腐應用,發(fā)現(xiàn)單一防腐劑處理,脫氫醋酸鈉的抑菌能力優(yōu)于山梨酸鉀、雙乙酸鈉、丙酸鈣;復配形式以脫氫醋酸鈉與月桂酸單甘油酯為主體,配以山梨酸鉀或丙酸鈣、雙乙酸鈉,其防腐效果較單一防腐劑好.在使用復合防腐劑時,要注意選擇合適的搭配.其一,陰離子和陽離子在一起可能會產(chǎn)生沉淀.錢木水等人[9]發(fā)現(xiàn)一般陰離子型的防腐劑(如苯甲酸鈉、山梨酸鉀等)遇到陽離子的物質(如鐵鹽、生物堿鹽類)往往產(chǎn)生沉淀.同理,陽離子型的防腐劑(如季銨鹽類)遇到陰離子的物質(如脂肪酸鹽、氨基酸等)也會產(chǎn)生沉淀.陰離子型和陽離子型的防腐劑不能同時使用,一般最好用非離子型的.另外,山梨酸與堿、氧化劑、還原劑和重金屬有反應,遇到非離子型表面活性劑時,活性會降低.其二,注意相互搭配時的溶解度和穩(wěn)定性.防腐劑的種類很多,其溶解度是不同的,有些易溶于液體,有些需要加熱溶解,有些難溶解.在復配時,特別要注意有時一種物質會影響另一種物質的溶解性或穩(wěn)定性.還要注意加料的順序,如果配制工藝稍有不慎,可能會使防腐劑的溶解度偏低或產(chǎn)生沉淀或絮凝,導致在酶制劑中的有效物質達不到其最低的防腐濃度.
7使用表面活性劑
表面活性劑的殺菌作用歸結于它們與細菌生物膜蛋白質的強烈作用使之變性或失去功能,從而影響微生物細胞的生長與分裂.在選擇表面活性劑時要注意產(chǎn)品中應不含有APEO,這既是自身安全意識的增強,也是出口安全的要求,一般常用非離子型表面活性劑.王超等[10]發(fā)現(xiàn),非離子表面活性劑能對酸性纖維素酶起到促進作用,原因是非離子表面活性劑與酶的結合弱,不會對酶的構象產(chǎn)生很大的影響,酶能夠容易的吸附并移動到其他的結合部位,繼而具有良好的活性.文飛等[11]發(fā)現(xiàn),陰離子或陽離子表面活性劑易與纖維素酶結合,對酶制劑的性能影響顯著,不利于酶制劑的穩(wěn)定性和活性,在復配中應當盡量避免使用.
8保持無菌環(huán)境
從生產(chǎn)到完成包裝整個過程處于無菌狀態(tài),這對設備、廠房、人員等要求較高,投入較大,但是無菌環(huán)境可減少酶制劑的雜菌,從而延長保質期.例如,諾維信的產(chǎn)品中雜菌的含量很低.
結語
延長液體紡織酶的保質期是個很大的課題,值得長期的探索.