Trong xu thế người tiêu dùng ngày càng đòi hỏi thực phẩm an toàn, “clean label” và ít chất bảo quản tổng hợp, các bacteriocin có nguồn gốc vi sinh vật nổi lên như một giải pháp thay thế hiệu quả. Nisin là bacteriocin được nghiên cứu và thương mại hóa sớm nhất, đồng thời là chất bảo quản kháng khuẩn duy nhất do vi khuẩn lactic sản xuất được FAO/WHO công nhận an toàn từ năm 1969 và được Cục Quản lý Thực phẩm và Dược phẩm Hoa Kỳ (US FDA) cấp trạng thái GRAS năm 1988. Tại Việt Nam, Nisin nằm trong danh mục phụ gia thực phẩm được phép sử dụng và đã có cả quy chuẩn kỹ thuật quốc gia (QCVN) lẫn tiêu chuẩn quốc gia (TCVN) làm cơ sở pháp lý đầy đủ cho doanh nghiệp ứng dụng. Bài viết này cung cấp cái nhìn tổng quan từ bản chất hóa học, cơ chế kháng khuẩn, ứng dụng công nghiệp đến bối cảnh quy định cụ thể tại Việt Nam.

1. Nisin là gì?

Nisin là một polypeptide kháng khuẩn do vi khuẩn Lactococcus lactis subsp. lactis (trước đây được phân loại là Streptococcus lactis, nhóm Lancefield N) sinh tổng hợp trong quá trình lên men. Tên gọi “Nisin” được Mattick và Hirsch đặt năm 1947, viết tắt từ cụm “Group N Inhibitory Substance” — tức “chất ức chế nhóm N”.

Hợp chất này được phát hiện lần đầu năm 1928 tại Anh khi các nhà nghiên cứu nhận thấy một số chủng vi khuẩn lactic ức chế sự phát triển của vi khuẩn khác trong sản xuất phô mai. Đến năm 1953, công ty Aplin & Barrett (Anh) thương mại hóa chế phẩm Nisin đầu tiên với tên Nisaplin. Sau hơn 70 năm sử dụng trong ngành thực phẩm, Nisin hiện được cấp phép tại hơn 50 quốc gia, trong đó có Việt Nam.

Theo phân loại hiện đại, Nisin thuộc nhóm bacteriocin Class I (lantibiotics — kháng sinh chứa lanthionine). Đây là điểm cần phân biệt rõ: dù tên gọi có chứa từ “antibiotic”, các lantibiotic được tổng hợp ribosome (gen mã hóa, sau đó cải biến hậu dịch mã) hoàn toàn khác với kháng sinh y tế tổng hợp hóa học hoặc bán tổng hợp.

2. Cấu trúc hóa học và đặc tính kỹ thuật

Nisin là một peptide gồm 34 axit amin, có 5 vòng thioether (lanthionine và β-methyllanthionine) tạo nên cấu trúc cứng vững và hoạt tính sinh học đặc trưng. Các thông số định danh chính:

Thông sốGiá trị
Mã số INS / EINS 234 (tương đương E234 tại Liên minh châu Âu)
Số CAS1414-45-5
Công thức phân tửC₁₄₃H₂₃₀N₄₂O₃₇S₇
Khối lượng phân tử~3.354 Da
Cảm quanBột mịn, màu trắng đến nâu sáng
Độ tan trong nước56 mg/ml ở pH 2,2; ~3 mg/ml ở pH 5,0; chỉ ~1 mg/ml ở pH 11
pH ổn định nhấtpH 3 (mất < 5% hoạt tính khi đun 115 °C/20 phút)
Hoạt độ chế phẩm thương mại≥ 900 IU/mg
Quy ước hoạt độ1 IU = 0,025 µg nisin tinh khiết

Đặc điểm nổi bật về kỹ thuật: Nisin tan tốt và bền nhất trong môi trường axit. Đây là tính chất cực kỳ thuận lợi cho ngành thực phẩm vì đa số sản phẩm cần bảo quản (nước trái cây, nước sốt, đồ hộp axit, sữa lên men) đều có pH thấp. Ngược lại, ở pH trung tính hoặc kiềm, Nisin nhanh chóng mất hoạt tính, đặc biệt khi gia nhiệt.

Chế phẩm Nisin thương mại trên thị trường (ví dụ Nisaplin của DuPont/Danisco, hoặc Chrisin của Chr. Hansen) thường chứa khoảng 2,5% nisin tinh khiết và ≥ 50% NaCl làm chất pha loãng để chuẩn hóa hoạt độ. Phần còn lại là protein, carbohydrate và chất khô sữa, tùy quy trình sản xuất.

3. Cơ chế kháng khuẩn và phổ tác dụng

3.1. Cơ chế tác động

Đích tác động chính của Nisin là màng tế bào chất của vi khuẩn Gram dương. Cơ chế gồm hai bước:

  • Tạo lỗ thủng màng (pore formation): các phân tử Nisin (mang điện dương) hút tĩnh điện vào nhóm phosphate âm trên phospholipid màng, sau đó liên kết đặc hiệu với phân tử lipid II — chất tải peptidoglycan — và tự lắp ráp thành lỗ thủng “barrel-stave”. Lỗ này cho phép K⁺, ATP và axit amin thoát ra, làm sụp đổ điện thế xuyên màng, dẫn đến chết tế bào.
  • Ức chế tổng hợp thành tế bào: Nisin “khóa” lipid II, ngăn chu trình tái tổng hợp peptidoglycan — thành tế bào không hoàn chỉnh và tế bào ly giải.
  • Đối với bào tử (Bacillus, Clostridium): Nisin có tác dụng kìm bào tử — không tiêu diệt bào tử nhưng ngăn quá trình nảy mầm và sinh trưởng sau đó. Đây là lý do Nisin được dùng phổ biến trong đồ hộp và phô mai chế biến.

3.2. Phổ kháng khuẩn

Nisin có phổ tác dụng rộng đối với vi khuẩn Gram dương, đặc biệt mạnh với các tác nhân gây hư hỏng và ngộ độc thực phẩm phổ biến:

  • Listeria monocytogenes — tác nhân listeriosis, đặc biệt trong phô mai mềm và sữa.
  • Clostridium botulinum, Cl. tyrobutyricum, Cl. perfringens — gây phồng hộp, lên men sai trong đồ hộp và phô mai.
  • Bacillus cereus, B. stearothermophilus, B. coagulans, B. sporothermodurans — gây hư hỏng đồ hộp axit thấp, sữa UHT.
  • Staphylococcus aureus, vi khuẩn lactic gây hư hỏng (Lactobacillus, Pediococcus, Leuconostoc).
  • Alicyclobacillus acidoterrestris — tác nhân hư hỏng nước trái cây thanh trùng bảo quản nhiệt độ thường.

Nisin không tác dụng trực tiếp trên vi khuẩn Gram âm (Salmonella, E. coli, Pseudomonas), nấm men và nấm mốc do màng ngoài lipopolysaccharide ngăn cản. Tuy nhiên, phổ tác dụng có thể mở rộng đáng kể khi phối hợp với EDTA, axit hữu cơ (lactic, citric, sorbat), lysozyme, áp suất cao hoặc gia nhiệt nhẹ — các tác nhân làm tổn thương màng ngoài Gram âm.

4. Ứng dụng trong công nghệ thực phẩm

Liều dùng điển hình của Nisin trong sản phẩm thường nằm trong khoảng 1–25 µg/g (40–1.000 IU/g), tùy mức độ thách thức vi sinh và phương pháp xử lý nhiệt. Một số ứng dụng tiêu biểu:

4.1. Sản phẩm sữa và phô mai

  • Phô mai chế biến (processed cheese), phô mai phết: 5–20 µg/g, kiểm soát Cl. botulinum, Cl. tyrobutyricum và Bacillus. Đây là ứng dụng kinh điển và cũng là ứng dụng được Việt Nam ghi nhận trong khảo sát quốc tế.
  • Sữa thanh trùng/UHT ở vùng nhiệt đới: 0,25–1,25 µg/ml giúp kéo dài hạn dùng và cho phép giảm cường độ xử lý nhiệt UHT, hạn chế mùi cháy.
  • Sản phẩm tráng miệng từ sữa: crème caramel, kem, pudding sữa — 1,25–25 µg/g.
  • Phô mai mềm (ricotta, cottage): 2,5–5 µg/g để kiểm soát L. monocytogenes.

4.2. Đồ hộp, nước sốt, đồ uống

  • Đồ hộp axit thấp và đồ hộp axit: 2,5–5 µg/g, kiểm soát B. stearothermophilus và bào tử Clostridium.
  • Nước sốt salad, mayonnaise: 5 µg/g, kiểm soát vi khuẩn lactic gây hư hỏng (Lb. fructivorans).
  • Nước trái cây thanh trùng bảo quản nhiệt độ thường: 0,125–0,25 µg/ml, kiểm soát A. acidoterrestris.
  • Bia: dùng để rửa men (1.000–1.500 mg/kg) hoặc bổ sung trong lên men (25–100 mg/kg) để kiểm soát vi khuẩn lactic mà không ảnh hưởng nấm men Saccharomyces.

4.3. Trứng lỏng và sản phẩm thịt

  • Trứng lỏng thanh trùng: ~5 mg/L, kéo dài hạn dùng từ 6–11 ngày lên 17–20 ngày, kiểm soát B. cereus.
  • Sản phẩm thịt chế biến: phối hợp với nitrit và lactate cho phép giảm hàm lượng nitrit; ứng dụng dạng phun bề mặt, gel alginate, màng bao gói.

5. Khung pháp lý và tiêu chuẩn tại Việt Nam

Nisin là một trong số ít chất bảo quản có hệ thống pháp lý đầy đủ tại Việt Nam: vừa có quy chuẩn kỹ thuật quốc gia (QCVN) mang tính bắt buộc, vừa có tiêu chuẩn quốc gia (TCVN) tự nguyện công bố áp dụng, đồng thời nằm trong danh mục phụ gia thực phẩm được phép theo thông tư hiện hành của Bộ Y tế.

5.1. QCVN 4-12:2010/BYT — Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về phụ gia thực phẩm — Chất bảo quản

Ban hành kèm Thông tư 27/2010/TT-BYT (ngày 30/12/2010) của Bộ Y tế. Trong Phụ lục 16 của quy chuẩn, Nisin được quy định cụ thể với mã số INS 234, chức năng “chất bảo quản chống vi sinh vật”. Các yêu cầu kỹ thuật chính áp dụng cho chế phẩm Nisin nhập khẩu hoặc lưu hành tại Việt Nam:

STTChỉ tiêuMức yêu cầu
1Hoạt độ Nisin≥ 900 IU/mg
2Hàm lượng NaCl≥ 50%
3Hao hụt khối lượng khi sấy (105 °C, 2 h)≤ 3,0%
4Hàm lượng chì (Pb)≤ 1,0 mg/kg
5SalmonellaKhông có / 25 g
6Coliform tổng số≤ 30 CFU/g
7Escherichia coliKhông có / 25 g

QCVN cũng quy định các phép thử nhận biết bắt buộc: thử độ bền axit (đun sôi 5 phút trong HCl 0,02 N — hoạt độ giảm < 5%), thử mất hoạt tính trong môi trường kiềm (pH 11, 65 °C/30 phút — mất hoàn toàn hoạt tính), và phép thử khả năng phát triển của L. lactis trên môi trường sữa quỳ nồng độ 1.000 IU/ml. Phép định lượng hoạt độ áp dụng phương pháp resazurin chuẩn.

5.2. TCVN 10637:2015 — Phụ gia thực phẩm – Nisin

Tiêu chuẩn này do Ban kỹ thuật TCVN/TC/F4 (Gia vị và Phụ gia thực phẩm) biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng thẩm định, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố năm 2015. Tiêu chuẩn xây dựng dựa trên monograph của JECFA năm 2013 (cập nhật so với phiên bản 1969 mà QCVN 4-12:2010 còn tham chiếu).

Một số điểm cập nhật quan trọng của TCVN 10637:2015:

  • ADI (lượng ăn vào hàng ngày chấp nhận được) được nâng từ 0,825 mg/kg thể trọng (JECFA 1969) lên 0–2 mg/kg thể trọng (JECFA 2013) — phản ánh lịch sử sử dụng an toàn lâu dài của Nisin.
  • Tham chiếu các phương pháp thử mới của Việt Nam: TCVN 6469:2010 (đánh giá ngoại quan), TCVN 8900-2:2012 (hao hụt khối lượng), TCVN 8900-6:2012 và TCVN 8900-8:2012 (định lượng chì bằng AAS ngọn lửa và lò graphit).
  • Giữ nguyên các chỉ tiêu lý-hóa và vi sinh trùng khớp với QCVN 4-12:2010 (hoạt độ ≥ 900 IU/mg, NaCl ≥ 50%, Pb ≤ 1,0 mg/kg).

TCVN 10637:2015 có giá trị tham chiếu cho doanh nghiệp khi công bố hợp chuẩn, kiểm tra chất lượng đầu vào, và là cơ sở để hải quan/QLTT đánh giá chất lượng chế phẩm Nisin nhập khẩu khi cần thiết.

5.3. Thông tư 24/2019/TT-BYT — Danh mục phụ gia thực phẩm được phép sử dụng

Đây là văn bản pháp lý quan trọng nhất khi triển khai sử dụng Nisin trong sản phẩm thực phẩm tại Việt Nam. Thông tư 24/2019/TT-BYT (ban hành ngày 30/8/2019) thay thế Thông tư 27/2012/TT-BYT, quy định nhóm thực phẩm được phép sử dụng và mức tối đa (ML) của từng phụ gia.

Doanh nghiệp khi xây dựng công thức cần tra cứu chính xác: (i) nhóm thực phẩm mà sản phẩm thuộc về theo phân loại GSFA của Codex, (ii) ML cụ thể cho INS 234 trong nhóm đó, và (iii) ghi nhãn theo đúng tên hoặc mã số INS theo Thông tư 17/2023/TT-BYT về ghi nhãn dinh dưỡng và Nghị định 43/2017/NĐ-CP (sửa đổi bởi Nghị định 111/2021/NĐ-CP) về nhãn hàng hóa.

Lưu ý quan trọng cho doanh nghiệp: mức ML và các nhóm thực phẩm cho phép sử dụng Nisin có thể được Bộ Y tế cập nhật định kỳ. Khi xây dựng công thức hoặc nhập khẩu nguyên liệu chứa Nisin, doanh nghiệp cần tra cứu phiên bản hiện hành của Thông tư 24/2019/TT-BYT (và các văn bản sửa đổi, bổ sung) để đảm bảo tuân thủ.

6. An toàn và đánh giá rủi ro

Nisin có hồ sơ an toàn rất tốt. Tổng kết các nghiên cứu của JECFA và các cơ quan quản lý thực phẩm hàng đầu:

  • ADI hiện hành: 0–2 mg/kg thể trọng (JECFA 2013, được TCVN 10637:2015 trích dẫn).
  • LD₅₀ ~ 7 g/kg thể trọng trên chuột — tương đương muối ăn (NaCl); độc tính chủ yếu đến từ chất nền NaCl chứ không phải Nisin.
  • Bị bất hoạt nhanh bởi enzyme tiêu hóa (tripsin, chymotrypsin, pepsin) — không tồn lưu, không làm thay đổi hệ vi sinh đường ruột; không phát hiện trong nước bọt sau 10 phút sử dụng.
  • Không có kháng chéo với kháng sinh y tế đã được ghi nhận trong các nghiên cứu từ thập niên 1950 đến nay.
  • Vi khuẩn Lactococcus lactis sản sinh Nisin đã được tìm thấy trong khoảng 43% mẫu sữa tươi trên thế giới — con người đã tiêu thụ Nisin tự nhiên qua các sản phẩm sữa truyền thống từ lâu đời.

7. Kết luận

Nisin là phụ gia bảo quản sinh học hiếm hoi vừa có hiệu quả kháng khuẩn cao đối với các tác nhân quan trọng (Listeria, Clostridium, Bacillus), vừa có hồ sơ an toàn dài hạn và bền vững với xu hướng “clean label”. Tại Việt Nam, hệ thống pháp lý cho Nisin đã hoàn chỉnh — bao gồm QCVN 4-12:2010/BYT (yêu cầu kỹ thuật chế phẩm), TCVN 10637:2015 (tiêu chuẩn quốc gia, cập nhật theo JECFA 2013) và Thông tư 24/2019/TT-BYT (danh mục và mức tối đa). Đây là nền tảng vững chắc để doanh nghiệp triển khai ứng dụng trong các nhóm sản phẩm phô mai chế biến, sữa thanh trùng, đồ hộp, nước sốt, nước trái cây và sản phẩm thịt.

Tuy nhiên, để tối ưu hóa hiệu quả của Nisin, kỹ sư công nghệ thực phẩm cần lưu ý phối hợp đúng pH, nhiệt độ chế biến và các tác nhân hỗ trợ (EDTA, axit hữu cơ, lactate) — đặc biệt khi cần mở rộng phổ tác dụng sang vi khuẩn Gram âm.

INGRETECH là đơn vị cung cấp nguyên liệu và giải pháp nguyên liệu, công nghệ thực phẩm uy tín tại Việt Nam. Để được tư vấn lựa chọn chế phẩm Nisin phù hợp ứng dụng (phô mai, đồ hộp, nước trái cây, sản phẩm thịt…), hỗ trợ tài liệu kỹ thuật (CoA, TDS, MSDS) và kiểm tra tuân thủ QCVN/TCVN, Quý khách hàng vui lòng liên hệ đội ngũ chuyên gia của chúng tôi tại ingretech.vn.

Tài liệu tham khảo

  • Thomas L.V., Clarkson M.R., Delves-Broughton J. (2000). Nisin. Trong: Naidu A.S. (chủ biên), Natural Food Antimicrobial Systems, CRC Press.
  • Bộ Y tế (2010). QCVN 4-12:2010/BYT — Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về phụ gia thực phẩm — Chất bảo quản (Phụ lục 16: Nisin).
  • Bộ Khoa học và Công nghệ (2015). TCVN 10637:2015 — Phụ gia thực phẩm — Nisin.
  • Bộ Y tế (2019). Thông tư 24/2019/TT-BYT — Quy định về quản lý và sử dụng phụ gia thực phẩm.
  • JECFA (2013). Combined Compendium of Food Additive Specifications, monograph 16 — Nisin preparation. FAO/WHO.
  • US FDA (1988). 21 CFR 184.1538 — Nisin preparation. GRAS affirmation.
  • Codex Alimentarius Commission. General Standard for Food Additives (GSFA, Codex STAN 192-1995).