液体纺织酶论文：液体酶制剂防腐要素探究

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本文作者：李琦、王文芳 单位：湖南利尔康生物有限公司、湖南农业大学

低温

对于酶活性蛋白,温度影响较大.过高或过低的温度均会引起蛋白质的变性,且有时这种变化是不可逆的.经试验验证,将液态纺织酶放置在50℃下3个月后,会或多或少的出现酸变、絮凝、沉淀、胀气、酶活降低等现象,所以高温对其有不利影响.目前液体纺织酶的保存温度一般标注的是4℃或25℃.4℃指的是低温状态保存;25℃指的是常温状态保存.在25℃以上存放,会缩短保质期.在4~25℃保存,保质期也在2者保存时间之间.在盛夏和密闭的运输车或集装箱中,如不采取措施,酶制剂的外观和酶活都可能出现较大的变化.杭州海关曾经做过一次试验,证明夏天经过曝晒的普通集装箱内部温度高达60~70℃,液体纺织酶易变性.所以应尽量低温保存,最好在冷库中保存,运输宜用冷藏车或用干冰、冰袋冷藏.

适宜的pH

环境中的pH对微生物的生命活性影响较大,会改变基质中氢离子浓度.主要作用:引起细胞膜电荷的变化,从而影响微生物对营养物质的吸收;影响代谢过程中酶的活性;改变生长环境中营养物质的可给性以及有害物质的毒性.随着环境pH的不断变化,微生物生长受阻,当超过最低或最高pH时,将导致其死亡.在最适pH时,酶活性最高,如果其他条件适合,微生物的生长速率也最高.大多数细菌、藻类和原生动物的最适pH为6.5~7.5,在pH4~10也可以生长;放线菌一般在微碱性即pH7.5~8最适合;酵母菌、霉菌则适合于pH5~6的酸性环境,生存范围在pH1.5~10.由于酸碱度对酶的活性影响很大,所以液体纺织酶需要选择其合适的pH,同时,一定的pH范围也有抑菌作用.目前常用的纺织酶一般为酸性或中性,所用的助剂也必须是酸性或中性.酸性纺织酶的pH一般选择在4~5,中性纺织酶的pH一般选择在6~7.随着保存时间的延长,有些酶制剂会出现变酸的现象,会使酶活降低.要延长保质期,就要减少或避免这种情况的出现,往往通过加入缓冲溶液维持液体纺织酶pH的稳定.缓冲溶液的选择以酶的种类和pH范围为基准,确保酶的活性不受影响,常用的缓冲溶液有醋酸缓冲体系、磷酸缓冲体系、柠檬酸缓冲体系、硼酸缓冲体系等.使用时,要注意硼酸盐会与许多化合物形成复盐,如蔗糖;柠檬酸盐容易与钙结合;磷酸盐在有些试验中是酶的抑制剂甚至代谢物,重金属易以磷酸盐的形式从溶液中沉淀出来,而且它在pH7.5以上时缓冲能力很小.

控制微生物污染

液体纺织酶如受微生物的污染,会变得不稳定.酶制剂的微生物污染原因很多,可能在生产或灌装过程中,卫生控制不严格,也可能是后期防腐控制不到位,或外部条件适宜杂菌生长.控制微生物是一般企业所采取的手段,方法很多,如下所述.

1保持合适的渗透压

在高温环境下,国产的液体酶制剂可能会出现胀气的情况,而国外公司如诺维信、杰能科的液体酶制剂产品则不会出现.要改变此情况,可以从控制渗透压入手.选择合适的渗透压可抑制微生物的生长,从而延长保质期.适宜于微生物生长的渗透压范围较广,而且它们往往对渗透压有一定的适应能力,如突然改变渗透压会使微生物失去活性,所以,需要逐渐改变渗透压,使微生物能适应这种改变.一般微生物的细胞膜属半透膜,细胞若置于高渗溶液中,水将通过细胞膜从低浓度的细胞内进入细胞周围的溶液中,造成细胞脱水而引起质壁分离,使细胞不能生长甚至死亡.相反,若将微生物置于低渗溶液或水中,外部环境中的水将从溶液进入细胞内引起细胞膨胀,甚至使细胞破裂.一般液体纺织酶是高浓缩型,用低渗透压不行,只能考虑高渗透压.利用一般微生物不能耐受高渗透压来延长保质期,如常用的高浓度糖或盐等.虽然应用较多,但添加的剂量较大.另一种是添加控制渗透压的物质,在实验室已发现其有较好的效果.

2降低含氧量

微生物的增殖需要不同的气体环境,有需氧微生物、厌氧微生物和兼性厌氧微生物.在有氧的环境中,霉菌、酵母和细菌都能引起变质,而缺氧时,引起变质的只能是酵母和细菌.高浓度CO2和N2对有氧呼吸和无氧呼吸都有抑制作用,从而可抑制微生物生长,所以,在发酵结束后或灌装时可通入高浓度CO2或N2,但具体的方式或工艺,还有待摸索.

3使用抗生素

一般选择抗菌范围广,抗菌能力强的抗生素.广谱抗生素是指能够抵抗大部分细菌的药物,比如脱氢醋酸钠.还有一种窄谱抗生素,是专门杀灭某一种或一类细菌的药物.广谱抗生素主要是用在致病菌还未知,但需要杀菌的时候,当明确致病菌的时候,用窄谱抗生素针对性的杀菌.目前常用的窄普抗生素是氯霉素、金霉素、土霉素、四环素等,不仅能强力抑制大部分革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌,而且能抑制立克次体、螺旋体和某些原虫.新型抗生素纳塔霉素[1],不仅可用于工业、食品,对酵母和霉菌等也有好的效果,且有广泛的pH范围,在pH4.0时都可耐受2~3周.

4使用化学防腐剂

中国允许在一定量范围内使用的防腐剂有30多种,包括苯甲酸及其钠盐、山梨酸及其钾盐、二氧化硫、焦亚硫酸钠(钾)、丙酸钠(钙)、对羟基苯甲酸乙酯、脱氢醋酸等,其中使用较多的是山梨酸和苯甲酸及其盐类.山梨酸及其盐类是良好的防腐剂,不但低毒,而且对于霉菌、酵母、好气性细菌均有抑制作用.山梨酸的抗菌机理是其分子结构上的α、β位上的双键阻止了霉菌的脱氢,降低了微生物的新陈代谢.此外,山梨酸还能与微生物系统中的巯基结合,从而破坏许多酶系作用,达到抑制微生物增殖的目的.在使用不同种类的化学防腐剂时,要注意是用于工业级、食品级还是饲料级的酶制剂,以及各种防腐剂适合的pH范围、添加量.

5使用天然防腐剂

鉴于化学合成防腐剂的安全性和其他缺陷,人们正在探索更安全、使用更方便的天然防腐剂[2],如微生物源的乳酸链球菌素、纳塔霉素、红曲米素等;动物源的溶菌酶、壳聚糖、鱼精蛋白[3]、蜂胶等;植物源的果胶分解物、琼脂低聚糖、中草药、辛香料、大蒜素、茶多酚、银杏提取物、花生壳提取物、大豆异黄酮等[4];微生物、动物和植物复合源的R-多糖等.一般来说,天然防腐剂安全性更好,但价格昂贵,限制了其使用.

6使用复合防腐剂

每种防腐剂都有对其敏感和不敏感的微生物,所以用复合防腐剂就可以利用其协同作用,扩大抑菌的范围,提高抑菌的强度,比单一防腐剂的效果要好.张赟彬等人[5]发现通过与二丁基羟基甲苯(BHT)、蔗糖脂肪酸酯、山梨酸钾复配的八角茴香精油对散装肉抑菌效果明显好于使用单一防腐剂,其中以山梨酸钾复合八角茴香精油防腐剂的抑菌活性最为显著.冯治平等人[6]对雪梨果汁作保藏试验研究,经过10周的保藏,未添加防腐剂的雪梨汁样品糖度下降了26%;添加山梨酸钾、脱氢醋酸钠及复合防腐剂的雪梨汁样品糖度分别下降11.6%、9.2%和8%.李冬冬等人[7]发现将乳酸钠、双乙酸钠、葡萄糖-γ-内酯单独使用时均不能很好地抑制卤蛋中微生物的生长,而选择0.2g/kg乳酸钠、0.02g/kg双乙酸钠、0.02g/kg葡萄糖-γ-内酯作为复配型抑菌剂时,能显著地抑制卤蛋中微生物的生长,其抑菌效果优于单一防腐剂.彭家泽[8]通过脱氢醋酸钠及其复配形式在面制品、肉制品、豆制品中的防腐应用,发现单一防腐剂处理,脱氢醋酸钠的抑菌能力优于山梨酸钾、双乙酸钠、丙酸钙;复配形式以脱氢醋酸钠与月桂酸单甘油酯为主体,配以山梨酸钾或丙酸钙、双乙酸钠,其防腐效果较单一防腐剂好.在使用复合防腐剂时,要注意选择合适的搭配.其一,阴离子和阳离子在一起可能会产生沉淀.钱木水等人[9]发现一般阴离子型的防腐剂(如苯甲酸钠、山梨酸钾等)遇到阳离子的物质(如铁盐、生物碱盐类)往往产生沉淀.同理,阳离子型的防腐剂(如季铵盐类)遇到阴离子的物质(如脂肪酸盐、氨基酸等)也会产生沉淀.阴离子型和阳离子型的防腐剂不能同时使用,一般最好用非离子型的.另外,山梨酸与碱、氧化剂、还原剂和重金属有反应,遇到非离子型表面活性剂时,活性会降低.其二,注意相互搭配时的溶解度和稳定性.防腐剂的种类很多,其溶解度是不同的,有些易溶于液体,有些需要加热溶解,有些难溶解.在复配时,特别要注意有时一种物质会影响另一种物质的溶解性或稳定性.还要注意加料的顺序,如果配制工艺稍有不慎,可能会使防腐剂的溶解度偏低或产生沉淀或絮凝,导致在酶制剂中的有效物质达不到其最低的防腐浓度.

7使用表面活性剂

表面活性剂的杀菌作用归结于它们与细菌生物膜蛋白质的强烈作用使之变性或失去功能,从而影响微生物细胞的生长与分裂.在选择表面活性剂时要注意产品中应不含有APEO,这既是自身安全意识的增强,也是出口安全的要求,一般常用非离子型表面活性剂.王超等[10]发现,非离子表面活性剂能对酸性纤维素酶起到促进作用,原因是非离子表面活性剂与酶的结合弱,不会对酶的构象产生很大的影响,酶能够容易的吸附并移动到其他的结合部位,继而具有良好的活性.文飞等[11]发现,阴离子或阳离子表面活性剂易与纤维素酶结合,对酶制剂的性能影响显著,不利于酶制剂的稳定性和活性,在复配中应当尽量避免使用.

8保持无菌环境

从生产到完成包装整个过程处于无菌状态,这对设备、厂房、人员等要求较高,投入较大,但是无菌环境可减少酶制剂的杂菌,从而延长保质期.例如,诺维信的产品中杂菌的含量很低.

结语

延长液体纺织酶的保质期是个很大的课题,值得长期的探索.