提高山梨酸及鉀鹽防腐效果的研究進展

丁文慧，陸利霞，熊曉輝

（南京工業大學食品與輕工學院，江蘇南京 210009）

提高山梨酸及鉀鹽防腐效果的研究進展

丁文慧，陸利霞，熊曉輝

（南京工業大學食品與輕工學院，江蘇南京 210009）

山梨酸在人體內能參加正常的新陳代謝，是迄今為止國際公認最好的食品防腐劑之一。山梨酸是酸性防腐劑，不易溶于水，且在中性條件下，抑菌效果差；而常用的山梨酸鉀在水中的溶解性好，但在酸性條件下很難形成真正具有抑菌作用的山梨酸分子。本文主要介紹了目前國內外對提高山梨酸及鉀鹽防腐效果的研究進展。

山梨酸，山梨酸鉀，抗菌作用，復合防腐劑

山梨酸是國際糧農組織和衛生組織推薦的高效安全的防腐保鮮劑，廣泛應用于食品、飲料、煙草、農藥、化妝品等行業，作為不飽和酸，也可用于樹脂、香料和橡膠工業。山梨酸（sorbic acid）化學名2，4-己二烯酸或2-丙烯基丙烯酸，俗名B二烯酸、花楸酸、清涼茶酸，是一種分子結構特殊的不飽和有機酸類，為不飽和六碳酸，分子式為C6H8O2，結構式為CH3CH=CHCH=CHCOOH，分子量為112。基于結構的共軛雙鍵，山梨酸的化學反應活性高，易于進行加成、鹵代、加氫、氧化、酯化、脫羧及共聚等多種反應[1]。山梨酸為無色針狀結晶或白色結晶性粉末，熔點130~135℃，沸點228℃（分解），無臭或稍有刺激性氣味，對光、熱穩定。在密封狀態下穩定，暴露在潮濕的空氣中易吸水，氧化而變色，在30℃水中溶解度為0.25%，100℃時為3.8%，溶于丙二醇（5.5g/100mL）、乙醚（1g/20mL）、乙醇（1g/10mL）等[2]。山梨酸鉀是山梨酸的鉀鹽（2，4-己二烯鉀），為無色至白色鱗片狀結晶或結晶性粉末，無臭或稍有臭味，易溶于水，暴露在空氣中不穩定，有吸濕性，能被氧化著色。食品大多數是動物和植物的組織，它含有一定的營養物質、水分和能分解食品組成的酸類。在存放食品時，由于溫度、濕度、環境衛生條件等因素控制不當，各種細菌微生物中的酶就會不斷發生新陳代謝作用，食品中的飽和脂肪酸被氧化并發生脫氫現象，形成不飽和脂肪酸，導致食品腐爛變質。但是，加入適量的山梨酸控制脫氫酶的活動，阻止脂肪酸氧化、脫氫，從而抑制各種細菌微生物在食品中進行繁殖。同時山梨酸屬于一種酸性防腐劑，它可以被人體的代謝系統吸收而又迅速分解，產生二氧化碳和水，因此山梨酸對人體是無害的[3]。

1 微乳化法提高山梨酸抑菌范圍的研究

1.1 微乳化法擴大山梨酸抑菌的pH范圍

山梨酸的抑菌效果主要取決于其未解離的酸分子，酸性越大效果越好，在堿性條件下抑菌效果較差，且在水中溶解度小，這些都限制了山梨酸在食品中的應用范圍。

目前，有研究報道乳化后的防腐劑的抑菌效果不受pH的制約，可在中性環境下發揮抑菌作用。桂玲等[4]在這個啟發下，通過微乳化的辦法改性山梨酸來提高其抑菌的pH范圍，即稱取一定量的司盤20，于60℃恒溫水浴鍋中預熱10min，緩慢加入一定量的山梨酸，冷卻到室溫，即得乳化山梨酸。研究發現當乳化溫度60℃，乳化時間20min，乳化劑含量95%，該條件下的乳化山梨酸最穩定。新鮮牛奶的pH為6.86，接近中性，乳化后山梨酸對中性牛奶具有很好的抑菌作用，可知乳化后的山梨酸在中性條件下也有了抑菌效果。乳化山梨酸有一定抑菌效果是因為山梨酸的乳化，抑制了它在中性條件下的解離，使其以分子態存在，分子態的山梨酸可以透過微生物的細胞壁進入細胞內從而發揮抑菌活性。

1.2 微乳化法擴大山梨酸的水溶性

王素梅等[5]將一定量的山梨酸置于乳化劑中，攪拌，再用高速均質機高速均質10min，后用冰水浴降至15℃以下后，3000r/min離心5min，棄去沉淀，液體部分所含的山梨酸即為水溶性山梨酸，沒有被乳化的山梨酸殘留在沉淀中，即水溶性山梨酸產率=水溶性山梨酸量/山梨酸添加量×100%。主要研究了乳化劑乳化溫度、均質速度以及乳化劑種類對水溶性山梨酸產率的影響，并通過比較其對幾種常見微生物的最低抑菌濃度研究其抑菌性能。最后發現采用HLB值（親水親油平衡值）為16.7的復合乳化劑、均質速度15000r/min、乳化溫度為40℃，所制備的水溶性山梨酸的含量為18.2%，且制備的水溶性山梨酸對受試菌的抑菌能力是山梨酸鉀的10倍。

2 山梨酸及鉀鹽在可食性膜中的應用

可食性膜可以有效地控制食品污染，將防腐劑添加到可食性膜中的研究在國內外越來越受到重視?？墒承阅ぷ鳛槭称返囊徊糠?，它必須符合每個國家對食品中防腐劑添加量的相關法律。Silvia Flores等[6]研究了山梨酸鉀在不同的明膠化技術下制備的木薯淀粉-甘油可食性膜中的釋放和抗菌活性，及對酵母生長的影響進行了討論。可食性膜制備的方法中緩慢糊化和干燥速度在很大程度上影響了平衡狀態下山梨酸鉀的釋放。膜的糊化率和干燥率越高，防腐劑釋放到平衡狀態的時間越短，這可能是淀粉基質的高無定形程度導致的。在pH為4.5時，直接添加防腐劑與從膜中釋放的山梨酸鉀在延緩酵母生長上的效力是一樣的。膜作為抗污染的屏障，膜中釋放的防腐劑可以阻止外部酵母的污染，同時能夠控制在一個酸性環境（pH=4.5）和高水活性（Aw=0.98）的半固態產品中的酵母的生長。可食性膜應用到食品模型中，在經過4h的貯存后，釋放到食品模型中的山梨酸鉀大約為可食性膜中的61%，釋放率和釋放總量比在液體介質中得到的值要低。可食性膜在液體介質中浸泡30min后山梨酸鉀幾乎完全釋放。L.R.Franssen等[7]評估了乳清蛋白膜作為抗菌載體的能力，并且研究了膜的組成對防腐劑的影響。乳清蛋白膜中山梨酸鉀的擴散系數隨著乳清分離蛋白-甘油增塑劑的比例的增加而下降。

3 山梨酸及鉀鹽在涂膜保鮮中的應用

王四維等[8]將經過山梨酸處理后的青蝦浸漬于不同的殼聚糖涂膜溶液后冰藏保鮮，其中殼聚糖復合液是將山梨酸加入殼聚糖溶液中制得的。實驗結果表明，僅經過山梨酸處理的青蝦保鮮效果不佳，而在山梨酸處理后再進行涂膜保鮮可以抑制蝦體細菌總數的增長，維持較低的TVB-N（揮發性鹽基氮）值，改善青蝦的感官質量，延長青蝦的貨架期約3d。Suil Park等[9]制備2%的殼聚糖或1%的羥丙基甲基纖維素為基礎的涂膜應用于新鮮草莓，來評估涂膜的抗真菌效果。山梨酸鉀也被配方到殼聚糖涂膜中，用以加強草莓在貯存過程中對霉菌的抑制。但是添加了山梨酸鉀的殼聚糖涂料對新鮮草莓中的真菌生長沒有顯著的結合抑制作用。然而，在體外實驗中當山梨酸鉀被添加到殼聚糖中可以觀察到顯著的抑菌活性。婁愛華等[10]用蜂膠、CMC（羥甲基纖維素鈉）和山梨酸鉀復合制成保鮮涂膜劑，對冷鮮肉涂膜處理、保鮮膜包裝后，（4±1）℃儲藏鮮肉，以細菌總數和TVBN作為評價鮮肉儲藏效果的指標。以正交實驗探討這種復合涂膜保鮮劑對冷鮮肉保鮮效果的影響，結果表明，蜂膠、CMC和山梨酸鉀對冷鮮肉的抑菌保鮮具有明顯的協同增效作用，并由0.6%蜂膠醇溶液、1%CMC、0.05%山梨酸鉀和0.6%蜂膠醇溶液、1.5%CMC、0.1%山梨酸鉀兩種配方所配制成的涂膜劑對冷卻肉的保鮮效果最顯著。

4 山梨酸形成聚合物后的應用

E.Charvalos等[11]合成6個水溶性高分子，聚合了山梨酸與不同分子量的聚乙烯吡咯烷酮（PVP）。聚合物（SC1、SC2、SC3、SC4、SC5、SC6）分為低摩爾重（SC1、SC2、SC3）和高摩爾重（SC4、SC5、SC6）來分析。紅外吸收光譜表明，聚合是以氫鍵的形式。山梨酸及其聚合物對所有菌株體現的最低抑菌濃度（MICs）低于山梨酸鉀。從MICs的結果和殺菌曲線可以看出，聚合物的抗菌活性隨著摩爾重的增加而減小。山梨酸和SC3在濃度為2.5mg/mL時，對念珠菌均表現為抑菌，而SC1和SC2在同濃度時表現為殺菌。對于寄生曲霉山梨酸在2.5mg/mL時表現為抑菌，而SC1、SC2、SC3為殺菌。PVP本身促進真菌生長，但當與山梨酸分子利用氫鍵連接后，形成了高分子結構，在新合成的聚合物中抗菌性能是由氫鍵的連接與斷開來達到控釋抑菌性能的效果。雖然這些聚合物的作用機理不能充分解釋清楚，但是相信聚合物的構型對它們的控釋性能發揮著重要的作用。

5 山梨酸及鉀鹽與其他防腐劑復配的應用

山梨酸作為酸性防腐劑，在抗菌效果上，受到pH的制約比較大。并且山梨酸及鉀鹽對霉菌、酵母和好氧性細菌的抑制很有效，而對厭氧性芽孢桿菌等則不敏感。因此將山梨酸及鉀鹽與其他抗菌物質復配使用，提高防腐劑的抑菌廣譜性，在目前的研究中也很受重視。本文主要介紹目前常見的山梨酸及鉀鹽的復配研究實例。

5.1 山梨酸鉀復配后在果汁中的應用

馮治平等[12]將山梨酸鉀和脫氫醋酸鈉組成復合防腐劑對雪梨果汁作保藏實驗研究，用試樣菌落總數的變化、糖分變化和VC的變化來反映防腐劑的保藏效果，考察單一防腐劑與復合防腐劑的抑菌能力，從而得出添加防腐劑能有效抑制雪梨汁中微生物的生長和降低雪梨汁在保藏中糖分的損耗，而復合防腐劑的效果要更好，防腐劑的添加對雪梨汁中VC的損失有促進作用。

生物化學復合防腐劑的研究也越來越多，焦晶晶等[13]以天然生物防腐劑乳酸鏈球菌素（Nisin）、化學防腐劑山梨酸鉀、乙二胺四乙銨（EDTA）以及食品抗氧化劑異VC鈉為原料，對通過復配后得到的各組復合防腐劑在橙汁保鮮中的協同增效作用進行研究，并且與單一防腐劑的保鮮效果進行比較，得出一組適合在橙汁中使用的高效復合型防腐劑。上述幾種抑菌劑單獨使用時均不能完全抑制橙汁中微生物的生長，由正交實驗結果表明，當選擇0.05g/kg Nisin、0.1g/kg山梨酸鉀、0.01g/kg異VC鈉、0.03g/kg EDTA作為復配型抑菌劑的最佳添加配比時，能顯著抑制橙汁中微生物的生長。

5.2 山梨酸及鉀鹽復配后在肉制品中的應用

山梨酸及鉀鹽是肉制品中使用很廣泛的一種化學防腐劑。肉制品的防腐是一個綜合性的問題，這是一個完整的系統工程，要很好地達到肉制品的防腐就要注重防腐劑選擇和添加、工藝控制、原輔料控制等[14]。李愛江等[15]研究發現，Nisin、乳酸鈉、檸檬酸鈉、EDTA復合使用與4種防腐劑單獨使用相比可以顯著延長肉制品低溫貨架期，有效克服了單一保鮮劑不能抑制某些菌群或者需要提高濃度才能抑制微生物的缺陷。

曹英超[16]在對低溫牛肉制品的保鮮的研究中，將山梨酸鉀0.75g、蔗糖酯15g、D葡萄糖內酯30g、甘氨酸200g、VC5g復合后加入到低溫牛肉制品中，發現復合山梨酸鉀的抑菌保鮮效果明顯優于空白組和山梨酸鉀單獨使用組。山梨酸鉀對厭氧芽孢桿菌幾乎無效，而甘氨酸對枯草桿菌、大腸桿菌的繁殖有抑制作用。D葡萄糖內酯既能抑制一般細菌、霉菌，又能增強防腐劑效果，尤其它在肉中分解為葡萄糖酸與內酯，能降低pH，形成酸性環境，從而進一步增強了山梨酸鉀的抑菌保鮮效果。VC除防止亞硝胺形成外，還具有很強的抗氧化還原性，它與甘氨酸等均能延緩肉中脂肪被氧化的速度，防止脂肪酸敗，從而延緩了肉質的劣變。此外，蔗糖酯、葡萄糖內酯等具有乳化性和穩定乳化的性能，使蛋白質溶膠凝結成蛋白質凝膠，附在肉外層形成薄膜，既有涂膜保鮮，又有增加保水性和肉質彈性的良好作用。

天然防腐劑魚精蛋白是具有廣譜殺菌作用的蛋白質，其作用機制是抑制線粒體電子傳遞系統中的一些特定成分，抑制一些與細胞膜有關的新陳代謝過程。王陸玲等[17]研究了魚精蛋白單獨使用時對幾種肉制品中常見微生物的最低抑菌濃度，和將魚精蛋白與山梨酸鉀復配，以及將魚精蛋白與甘氨酸、醋酸鈉復配的抗菌性比較。魚精蛋白與山梨酸鉀的復合抗菌劑的抗菌作用最強。山梨酸鉀為酸性防腐劑，在pH6以下時防腐效果較好，魚精蛋白正好相反，在pH6以上時抗菌效果明顯，兩者協同使用會得到較寬的pH范圍抗菌性。

魚糕是湖北省的一種特色魚糜制品，具有蛋白質含量高、脂肪含量低的特點，但由于其水分含量高、營養豐富，不利于保藏。黃友琴等[18]通過單因素實驗從Nisin、ε-聚賴氨酸、山梨酸鉀、納他霉素、尼泊金乙酯和苯甲酸鈉6種防腐劑中選取了Nisin、ε-聚賴氨酸、山梨酸鉀3種對魚糕腐敗菌抑制作用較強的防腐劑；運用響應面法，復配出最優組合復合防腐劑，其配比量Nisin質量分數0.023%~0.034%、ε-聚賴氨酸質量分數0.022%~0.028%、山梨酸鉀質量分數0.04%~0.06%。該配方的復合防腐劑能夠延長低溫（0~4℃）儲藏的魚糕的保質期近兩倍，可達到10周左右。

5.3 山梨酸及鉀鹽復配后的其他應用研究

山梨酸及鉀鹽的復配應用不僅僅在果汁、肉制品中，還有很多用在其它食品或者非食品中的應用研究?；移咸焰呤酋r食葡萄采后貯運中的主要病原菌，李自強等[19]在研究亞致死量的乙醇與山梨酸鉀結合使用對鮮食葡萄的灰葡萄孢的抑制作用中發現，亞致死濃度的乙醇結合山梨酸鉀可以有效地抑制由灰葡萄孢引起的葡萄采后病害。劉書亮等[20]對不同濃度納他霉素與山梨酸及其復配后在MRS培養基中防止雜菌生長的情況進行了研究，結果表明，單獨使用10mg/L納他霉素可防止MRS培養基中真菌的生長；單獨使用2000mg/L山梨酸可抑制真菌及常見細菌的生長；納他霉素與山梨酸復配后可適當降低二者的使用濃度并具有協同增效的作用，但均沒有抑制乳酸菌的生長，由此初步得到了一種新的改良MRS培養基。

6 總結與展望

山梨酸及鉀鹽的優點包括防霉效果良好、不改變食品特性、應用范圍寬廣、使用方便等。山梨酸及鉀鹽的抗菌效果因為其本身的特點有一定的局限性，微乳化法改良山梨酸的研究開始引起國內外學者的重視；將山梨酸及鉀鹽添加到可食性膜和涂膜保鮮中的應用在近年來也越來越廣泛；與不同物質復配后可以得到不同的抑菌效果，可以根據需要來選擇配方也更加體現了山梨酸及鉀鹽的優勢。山梨酸及鉀鹽作為國際公認的安全防腐劑越來越受到國內外的重視，人們對其的關注程度也在迅速提高。

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Research progress in advancing sorbic acid and potassium sorbate’s effect in antisepsis

DING Wen-hui，LU Li-xia，XIONG Xiao-hui
（College of Food Science and Light Industry，Nanjing University of Technology，Nanjing 210009，China）

Sorbic acid has been recognized so far as one kind of the best antiseptic agents that can participate in normal metabolism of human body.Sorbic acid is well-known food preservative，but it has little preservative effect in the neutral condition and it also has poor water solubility.Potassium sorbate has good water solubility，but it can not turn into sorbic acid molecular which has preservative effect in the acid condition.The study on advancing sorbic acid and potassium sorbate’s effect in antisepsis was summarized.

sorbic acid；potassium sorbate；antibiotic action；compound antisepic

TS201.1

A

1002-0306（2012）03-0410-04

2011－02－17

丁文慧（1987-），女，碩士研究生，研究方向：食品科學、食品添加劑等。