微生物来源的生物防腐剂是由微生物代谢产生的抗菌物质，主要是一些有机酸、多肽或前体肽。其作用机制主要是在细胞膜上形成微孔，导致细胞膜通透性增加和能量产生系统破坏，从而抑制微生物的生长。目前已被批准并在全球广泛应用的微生物防腐剂有乳酸链球菌肽、纳他霉素，ε-聚赖氨酸这些都是发酵工程的重要产品。
1、乳酸链球菌肽（Nisin）是经乳酸链球菌发酵产生的一种由34个氨基酸残基组成的小肽，对许多革兰氏阳性菌具有抗菌活性，尤其是对梭菌和芽孢杆菌等主要食品腐败菌的抗菌活性，使其在食品防腐中具有重要价值。又因其用量少，使用方便防腐效果好，价格低廉等特点，在奶制品、干酪制品、罐头食品、肉制品、饮料等食品产品的防腐保鲜中普遍应用。例如在巴氏灭菌精制乳酪糊状食品时添加的乳酸链球菌素可以有效地抑制A、B型肉毒杆菌菌株的生长及毒毒的产生。在熏肉、火腿、香肠等肉制品的加工过程中添加一定剂量的Nisin不仅可以控制细菌的生长，保持良好的风味及色泽，还可减少产生危害健康的亚硝胺
2、纳他霉素是纳他尔链霉菌产生的一种具有活性的环状四烯化合物，它能有效抑制和杀死酵母、霉菌及其它丝状真菌。作用机理在于麦角固醇与真菌的细胞壁和细胞膜的反应导致细胞破裂。对于细胞中不存在类似固醇化合物的微生物，那他霉素对其无效，如细菌和病毒。果蔬汁中添加那他霉素可以有效防止因真菌而引起的变质。在肉类保鲜方面可采用浸泡或喷涂肉类食品来达到防止霉菌生长的目的。
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3、ε-聚赖氨酸是日本酒井平一和岛昭两位博士在大量筛选有价值放线菌时发现的一种新型聚合物。它是由25～30个赖氨酸残基聚合而成，经研究发现其具有强烈的抑菌能力，可以作为防腐剂用于食品的保鲜。目前ε-聚赖氨酸已在日本工业化生产，一般采用葡萄糖为原料使用链霉菌发酵法生产。ε-聚赖氨酸具有广谱抑菌性，对于酵母属的尖锐假丝酵母属，法红酵母属，产膜毕氏酵母、玫瑰掷孢酵母；革兰氏阳性菌中的耐热脂肪芽孢杆菌，凝结芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌；革兰氏阴性菌中的产气节杆菌，大肠杆菌等引起食物中毒与腐败的菌有强烈的抑制作用，其最小抑制浓度小于或等于50g/mL。尤其ε-聚赖氨酸在50g/mL的浓度水平下对大肠杆菌抑制实验,发现其明显影响大肠杆菌的蛋白质合成,并且使大肠杆菌的细胞壁结构出现异常从而抑制大肠杆菌的繁殖。同时ε-聚赖氨酸也具有一定的抗嗜菌体的能力。聚赖氨酸由于其抗菌性和安全性已广泛应用到食品工业的各个领域,如用于面包点心、肉制品、蔬菜制品、大米及其制品和袋装食品等。
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