1 纳他霉素的结构及性质
1.1 纳他霉素的结构特性
纳他霉素是一类两性物质，分子中有一个碱性基团和一个酸性基团，含3个以上的结晶水，分子式C33H47N013，相对分子量665.75，等电点为6.5。
1.2 纳他霉素的稳定性及溶解性
纳他霉素是近白色至奶油黄色的结晶粉末，几乎无臭无味，溶点约280℃(分解)，稳定性受pH值、温度、光照、氧化剂和重金属等条件的影响而变化。纳他霉素在pH4.5-9之间非常稳定，在极端的pH值下纳他霉素迅速失活，形成各种各样的分解产物。在低pH值时其主要的裂解产物是海藻糖胺；在高pH值时，如pH12，由于内酯皂化可形成纳他霉酸，用强碱处理导致进一步的分子破裂，产生一系列的后醛醇反应。pH值对纳他霉素的稳定性有一定的影响，但对纳他霉素的抗真菌活性没有明显的影响。Gist-Brocades报道，在pH5-7的范围内，纳他霉素于30℃储存三星期，活性仍保持100%，pH3.6时保持大约85%，pH9.0时仅剩大约75%，但在大部分食品的pH范围内，纳他霉素十分稳定。温度对纳他霉素在中性水溶液中的活性几乎没有影响。纳他霉素在室温条件下是稳定的，50℃放置几天或100℃短时处理，其活性几乎无损失。120℃条件下加热不超过1h仍能保持纳他霉素的部分活性。纳他霉素在紫外光下分解，失去四烯结构。γ辐射也能使纳他霉素分解。纳他霉素不宜与氧化剂如过氧化氢、漂白粉等接触，否则抑菌活性会明显下降。防止氧化的方法是使用抗氧化剂，如叶绿素、抗坏血酸、丁基羟基茴香醚、丁基甲苯等。重金属对稀释的纳他霉素水溶液的稳定性有负面影响,因此最好使用玻璃、塑料或不锈钢容器来储存和使用纳他霉素。
纳他霉素微溶于水、甲醇，溶于冰醋酸及二甲苯甲酰胺，难溶于大部分有机溶剂。在pH值高于9或低于3时，其溶解度会有所提高，纳他霉素不溶于非极性溶剂，室温下在水中的溶解度为30-50mg／L，易于溶于碱性和酸性的水溶液中，转变为胆酸盐形式后溶解度可以迅速增加。纳他霉素的低水溶性不利于它的生物利用度。
1.3 纳他霉素的抑菌机理
纳他霉素是一种高效、广谱的真菌抑制剂，它是26种多烯烃大环内酯类抗真菌剂中的1种。多烯是一平面大环内酯环状结构，能与甾醇化合物相互作用且具有高度亲和性，对真菌有抑制活性，其抗菌机理在于它能与细胞膜上的甾醇化合物反应，由此引发细胞膜结构改变而破裂，导致细胞内容物的渗漏，使细胞死亡。研究表明,绝大多数霉菌在0.5-6mg/kg的纳他霉素浓度下被抑制；极个别菌种在10-25mg/kg的纳他霉素浓度下被抑制；多数酵母在1.0-5.0mg/kg的纳他霉素浓度下被抑制。但有些微生物如细菌的细胞壁及细胞质膜不存在这些类甾醇化合物，所以纳他霉素对细菌没有作用。由于对细菌没有作用,因此它在以细菌发酵为基础的食品行业有着广泛的应用前景。
2 纳他霉素在食品中的应用
2.1 在乳制品中的应用
添加纳他霉素可高效低成本地抑制乳制品中的真菌，延长货架期，保证产品的质量。1975年，Nison等人以制霉菌素为标准对纳他霉素对于延长乳酪货架期的作用进行了研究，认为纳他霉素不但有效延长乳酪的保存期，而且不影响其风味。1992年，日本T Shibata等首次研究比较了纳他霉素、无水乙醇和山梨酸在乳酪中的防霉效果。结论认为，纳他霉素用量最小，且保持乳酪风味效果最好。Pugazhenti等人(1999)比较了纳他霉素和山梨酸钾对橘青霉的抑制作用,橘青霉是一种能产生霉菌毒素—橘霉素的霉菌，干酪样品或者不作任何处理，或者用5ug/g、10ug/g的纳他霉素或500、1000ug/g山梨酸钾表面处理，所有这些干酪于25℃贮存21天后分析菌落的数量，无处理的干酪菌落数最高，10ug/g纳他霉素处理的干酪菌落数最低。最低用量的纳他霉素(5ug/g)也比最高用量的山梨酸钾有效。De Ruig和Vanden Berg的研究也证明了纳他霉素在控制干酪表面霉菌生长的其它方面优于山梨酸钾。Cristina M.B.S等（2009）在研究纳他霉素与乳酸链球菌素和苹果酸的复合蛋白膜对乳酪病原菌生长的控制中也取得了很好的效果。
另外，把纳他霉素直接添加到酸奶等发酵制品中，抑制霉菌和酵母菌的生长，而不杀死有益的细菌(双歧杆菌)，添加5-10mg／kg纳他霉素于酸奶中能有效地抑制真菌，酸奶的货架期可延长4周以上。其它防腐剂尚不具备这一功能。谢继志等(2001)在酸奶中添加20mg／kg纳他霉素也得到相似结果，产品保质期延长4周以上。Var I等（2004）在酸奶中添加纳他霉素的研究的结果表明4℃贮藏条件下，酸奶样品贮藏30天，乳酸菌数减少了约3个对数周期，菌数最高为第7天，最低是30天，无纳他霉素的对照组，霉菌在第15、30天的数量分别是1.8logcfu／g和4.271ogcfu／g，酵母菌数在第7、15、30天分别是2.51、4.59、5.92log cfu／g，而添加了纳他霉素的酸奶样品经30天贮藏后，霉菌和酵母菌均未检出。姚自奇等（2007）在常温(25℃)贮藏条件下向发酵型酸奶中添加10ppm的纳他霉素和冰箱(6℃)贮藏条件下添加2.5ppm的纳他霉素，可显著抑制霉菌和酵母的滋生，延长保质期，且不影响酸奶制品的感官特征。
2.2 在肉类制品中的应用
在肉类保鲜方面，可采用纳他霉素浸泡或喷涂肉类食品，来达到防止霉菌生长的目的。每平方厘米喷涂4ug的纳他霉素时，可达到安全而有效的抑菌水平。但由于产品性质，地区气候等的差异，可通过实验确定最适宜的浓度。在制作香肠时，将纳他霉素悬浮液浸泡或喷涂已添好馅料的香肠表面，可有效的防止香肠表面长霉。
在欧洲，纳他霉素常用于对干发酵香肠和熟火腿进行表面处理。Holley(1986)比较了山梨酸与纳他霉素对意大利干腊肠表面霉菌的抑制作用，尽管并没有完全抑制，但是在填充后立即将肠衣喷洒2000ug／mL的纳他霉索悬液将表面霉菌减到了最少。用山梨酸处理并不理想，因为山梨酸有抗菌活性，抑制了意大利腊肠成熟所需细菌的生长。Baldini等(1979)用不同浓度的纳他霉素水溶液(1000～5000ug／mL)对摩泰台拉香肠(Mortadella)、Salami以及生火腿进行了喷淋，处理的时间是在贮存开始即肉开始成熟时，在通常的制备和贮存条件下，这样的处理有效防止了所有产品表面霉菌的生长。该防霉剂没有引起意大利香肠典型菌落的变化，而且也没有产生异味。大多数样品在成熟期末以及贮存期末都检测不到纳他霉素。Cattaneo等(1978)也研究了喷和浸纳他霉素对相似的肉制品(意大利腊肠，腌牛肉)的保护作用，结果发现这一防霉剂很好地防止了霉菌的生长。该保护是通过将肠衣浸入防霉剂中获得的。实际上这样纳他霉素的含量比合成肠衣中的要高。Moerman(1972)用香肠(Snijworst)进行了相似的研究，在烟薰前或后的盐渍时喷或浸50～100Oug／g的纳他霉素，或事先将肠衣(天然、蛋白质或纤维)进行喷或浸处理。香肠贮存5周，每周观察霉菌的形成情况。使用天然肠衣的香肠，不论什么处理方式，4周后没有或极少霉菌生长；以蛋白质为基料的肠衣，除肠衣长了很多霉菌外，其余情况与天然肠衣相似。对纤维素为基料的肠衣，只有喷了1000ug／mL纳他霉素的结果令人满意。对实际应用来说，建议喷1000～2000ug／mL。De Boer等(1979)人指出，霉菌和酵母菌有相似的纳他霉素敏感性，而与香肠中的纳他霉素含量无关，而这些菌正是从这些香肠中分离出来的。这进一步证实了纳他霉素抗药性的发展并不是问题。Haan Deben Rudolf等(2004)发明了纳他霉素和其他抗菌素制成混合粉剂用于香肠防腐，能使香肠在12℃条件下至少保存60天不会发霉。
在我国，杜艳等（2005）在对金华火腿传统工艺改进的基础上，采用复合生物抑菌涂膜剂来防止低盐火腿表面霉菌生长，以纳他霉素、Nisin、乳酸、明胶配制复合涂膜溶液，采用正交实验方法，对配比成分进行优选，结果表明，0.02％纳他霉素+0.01％Nisin+1％乳酸+3％明胶的溶液组合较优，通过感官检测和霉菌计数，与对照相比，抑霉效果显著。郭雪松等（2007）探讨了复合天然防腐剂(nisin、纳他霉素、EDTA、溶菌酶)对低温火腿保质期的影响。通过正交试验，确定了4种防腐剂的最佳配比。试验结果表明在低温火腿中加入0.5Og／kg的nisin，0.2g／kg的纳他霉素，0.15g／kg的EDTA，0.25g／kg溶菌酶的复合防腐剂，保存效果最好，在室温下保质期最长达145天。李清秀等（2008）研究了不同浓度的乳酸链球菌素和纳他霉素对鸡肉的防腐保鲜效果。冷藏过程中，对鸡肉的微生物、感官品质和理化指标进行了检测，结果显示，采用不同浓度的天然保鲜剂处理鸡肉，可起到不同程度的保鲜效果，其中以质量浓度为O.04g／kg乳酸链球菌素和500mg／L纳他霉素的保鲜效果更佳。赵春燕等（2009）研究不同浓度的Nisin，纳他霉素及Nisin、纳他霉素、乳酸的复配保鲜剂对冷却肉的作用效果。实验表明：不同浓度的Nisin及纳他霉素处理冷却肉，可起到不同程度的保鲜效果；复配的最优水平组为Nisin(0.008％)+纳他霉素(0.0l2％)+乳酸(3％)。我国对纳他霉素的研究起步比较晚，所以对其在肉类保鲜方面的研究报道还很少，需要进一步进行探索。纳他霉素在中式烤肉、烤鸭等烤制品、鱼干制品，亦可通过喷洒0.05％～0.1％(w／v)纳他霉素悬浮液，延长产品的货架期。
2.3 在焙烤食品中的应用
月饼在常温下，饼皮和馅都容易霉变。用纳他霉素可轻而易举地延长其成
品的货架期。凌关庭等（1998）通过纳他霉素对广式月饼防霉效果的试验，证明纳他霉素对广式月饼有良好的防霉效果。月饼烘烤后冷却至常温时，将纳他霉素的悬浮液喷涂在月饼的表面四周及底部，即可完成外部防霉。娄捷嘉等（2006）研究了乳酸链球菌素和纳他霉素对蛋黄月饼的防腐保鲜效果，在蛋黄月饼的蛋黄馅中添加乳酸链球菌素和纳他霉素的复配混合液以及在月饼表皮中添加适量浓度的纳他霉素，具有明显的抑菌保鲜效果，可使蛋黄月饼的保质期延长到45天。
面包是一种价格低廉的大众化食品，王路玲等（2003）比较纳他霉素、山梨酸钾、丙酸钙、富马酸、尼泊金甲酯对面包的防霉效果。实验显示，纳他霉素的抑菌效果较其它防腐剂要好，当使用浓度在750mg／kg、采用喷淋法对面包进行处理时，保质期可提高1倍以上。
孙微等(2005)将50％纳他霉素溶于75％乙醇溶液中，配成含纳他霉素300ug／kg的溶液，对蛋黄派表面喷洒8ug／cm2纳他霉素溶液。同时将纳他霉素与山梨酸钾、丙酸钠、酒精和脱氢醋酸钠等派类食品常用的防霉剂进行对比试验。结果表明，纳他霉素用于派类食品防腐，生产成本并未增加很多(成本约30元／t)，但安全高效。不但起到抑霉防腐效果，并且能保持良好的口感，明显地延长了派类食品保质期，防腐效果明显优于常用的几种食品防霉剂。其他焙烤食品如：蛋糕、馅饼等都可以用纳他霉素的悬浮液喷涂其表面，在不对产品产生任何影响的同时，可有效地防止霉变和延长货架期。
2.4 在饮料及果蔬汁中的应用
1998年，Crigliano等在软饮料中加入一定比例的纳他霉素和DMDC(dimethyl dicarbonate)，发现能有效防止饮料腐败及病原体的生长。他们在次年又报导了将纳他霉素应用于茶饮料保鲜中并给出了具体的操作方法。霉菌和酵母菌是导致果蔬汁变质的主要菌类，添加纳他霉素可有效地防止因真菌而引起的变质。在葡萄汁中添加20mg／kg的纳他霉素可防止因酵母菌污染而导致果汁发酵；在苹果汁中添加30mg／kg的纳他霉素可防止苹果汁发酵。Bunger等(2000)用山梨酸酯、纳他霉素和二羟基碳酸盐组成的抗菌混合物处理饮料和其他食品，特别是果汁饮料、钙饮料、茶饮料、含牛奶固形物和蛋白质的饮料等，均能有效地防止饮料中微生物生长。此外，在葡萄汁中添加20mg／kg纳他霉素，在苹果汁中添加30mg／kg纳他霉素也可防止上述两种果汁发酵变质。Thomas和Delves-Broughton(2001)研究了纳他霉素在防止苹果汁、橙汁和菠萝汁由于大量霉菌和酵母菌引起的可见腐败(表面生长或产气)的效果。Shirk和Clark(1963)发现,添加20ug/g纳他霉素能立即减少接种了酿酒酵母或不接种的橙汁中霉菌和酵母菌的数量。在2.5～4℃贮存一周后,霉菌和酵母菌均未检出,在所试验的8周内样品未腐败。而不含纳他霉素的对照样在一周内就变质了。在该研究中,接种了天然腐败菌的果汁在贮存一周后就腐败了,而仅含1.25ug/g纳他霉素的果汁在8周贮存期内都未变质。相比而言,高达1000ug/g的山梨酸才能阻止酵母菌的生长。山梨酸会使果汁的风味变差,而纳他霉素不会。朱美娟（2009）主要研究了纳他霉素在苹果汁中的应用，结果得出：苹果汁的pH值为3.5左右，糖度较高，生长的微生物主要是酵母菌，其次是霉菌和极少数细菌。在苹果汁中添加纳他霉素产品的效果明显，适宜的添加量为400mg／kg。
2.5 在其它食品中的应用
纳他霉素在水中溶解度很低，不易渗入果皮，防霉效果不显著，在这方面的试验研究报道较少。杨德山等(2006)将0.02％-0.03％纳他霉素与0.04％-0.06％环糊精及少量0.2％柠檬酸、0.05％异抗坏血酸、0.05％EDTA等混合，获得一种稳定、速溶制剂，并采用病原菌感染方法比较了上述纳他霉素混合制剂与50％多菌灵对苹果贮运期间病害的防治效果。试验结果表明，应用50-200ug／mL纳他霉素混合制剂对苹果病菌防治效果达20.88％-54.12％，明显优于1000ug／mL多菌灵对照组。孙远功等(2006)分离出导致柑橘腐败的主要菌种，确定是大量的橘青霉和少量的酵母菌，采用直接喷雾法将纳他霉素悬浮液作用于柑橘结果表明，纳他霉素能较好地抑制柑橘表面真菌生长，减少营养物质损失。在18-22℃湿度为58％-65％环境条件下，纳他霉素最佳作用浓度为300mg-400mg／L。他们还用同样方法研究了纳他霉素对草莓的防腐保鲜作用。研究表明，在上述同样环境条件下，纳他霉素不仅能较好地抑制草莓表面真菌生长，且赋予草莓良好的风味。Fengsong Cong等（2007）在研究纳他霉素延长新疆哈密瓜的保存时间中也取得了很好的效果。
在酱油、食醋、酱菜等调味品中，使用一定量的纳他霉素可防止霉菌和酵母菌引起的变质。陆晓滨等通过纳他霉素对酱油防腐效果的研究，得出结论：酱油中添加15mg／kg的纳他霉素不影响产品的口感、颜色、香味及成份，可有效抑制酱油中酵母菌的生长。姜元荣等（2002）研究纳他霉素(Natamycin)与乳酸链球菌素(Nisin)在传统酿造酱油中的防霉应用情况，以及不同浓度纳他霉素与乳酸链球菌素的复合使用情况。结果表明：纳他霉素防止传统酿造酱油霉变的最小抑菌浓度(MIC)为20ug/kg。而通过与乳酸链球菌素复合，可以有效降低MIC至8ug/kg，符合食品添加剂的卫生要求。刘兰花等（2007）在复合生物防腐剂在腌制蔬菜中的应用研究中研究了Nisin、植酸和纳他霉素复合作用对延长腌制蔬菜货架期的作用效果。得出：将Nisin、植酸和纳他霉素三种生物防腐剂复合应用于腌制蔬菜产品中，在Nisin0.03g/kg，植酸0.045g/kg，纳他霉素0.008g/kg时，可以保证产品微生物指标合格并且具有良好的感官质量。纳他霉素还可以应用于果酱、黄油、桔汁、生肉、沙拉酱防霉方面。在年糕和馒头中使用纳他霉素，可防止霉变，有效地延长货架期。
3 展望
防腐剂是食品工业中主要的添加剂之一，我国目前使用的防腐剂主要是苯甲酸及其钠盐、山梨酸及其钠盐、对羟基苯甲酸酯类等化学合成防腐剂。随着人们生活水平的提高和对食品安全的日益重视，寻求广谱、高效、低毒、天然的食品防腐剂成为食品科学研究中的热点之一。
纳他霉素具有许多优点：延长食品的保质期，防止酵母和霉菌引起的变质；为变质而引起的食品回收，降低生产成本；满足消者对天然食品的要求；不改变食品的风味；低剂量、高效率；抗菌作用时间长等等。目前，纳他霉素作为一种新型的天然生物防腐剂已在乳制品、肉制品、焙烤食品、饮料、调味品及水果等食品工业中得到广泛应用，其制剂普遍是用分离纯化后的纳他霉素与乳糖或氯化钠或葡萄糖按一定比例混合而成的粉剂，其作为一种新型高效的天然生物防腐剂，符合未来食品防腐剂的发展要求，必然愈来愈受到人们的关注。纳他霉素能有效抑制霉菌和酵母菌的生长，但对细菌没有作用。因此，纳他霉素和其它防腐剂复合使用，组成复合防腐剂应用于食品的防腐，可以更好地发挥作用。另外，纳他霉素还可应用于青贮饲料的防腐，以及真菌引起的疾病的治疗。
纳他霉素作为一种微生物防腐剂以它安全、天然、健康的特点而倍受人们的关注，各国纷纷投入较大量人力物力对其进行研究。目前，国内对纳他霉素的菌种选育、发酵条件研究较多，但对其应用及其复配技术方面的研究较少。
随着人们对纳他霉素研究的不断深入，纳他霉素一定会在更多的领域发挥作用。可以预见，纳他霉素具有较广阔的市场及发展前景。
