淺析防腐劑中的化學(xué)原理

陳卓

摘要：當(dāng)下，食品安全獲得了各國(guó)社會(huì)的廣泛關(guān)注，作為現(xiàn)代食品行業(yè)發(fā)展中重要的一部分，食品添加劑的合理使用，對(duì)食品安全至關(guān)重要，防腐劑是一類重要的食品添加劑。本論文以幾種常用的食品防腐劑為例，通過(guò)探討其結(jié)構(gòu)、性狀、作用機(jī)理及化學(xué)制作方法等，來(lái)分析防腐劑中存在的化學(xué)原理，進(jìn)而加深我們對(duì)化學(xué)這門課程相關(guān)知識(shí)的理解，同時(shí)也讓我們意識(shí)到化學(xué)知識(shí)在生活中的廣泛應(yīng)用，從而提升學(xué)習(xí)的熱情。

關(guān)鍵詞：防腐劑；化學(xué)制作方法；化學(xué)原理

一、防腐劑的作用機(jī)理

1、防腐劑

指加入到食品中能夠防止或延緩食品腐敗的食品添加劑。

因此，防腐劑應(yīng)具備的條件主要有四個(gè)：（1）性質(zhì)穩(wěn)定，在一定時(shí)期內(nèi)有效，即在使用中或分解后無(wú)毒；（2）在低濃度下，仍有抑菌作用；（3）本身無(wú)刺激性或異味；（4）價(jià)格合理，使用方便。

2、作用機(jī)理

食品的營(yíng)養(yǎng)豐富，極易受到微生物污染而腐敗變質(zhì)，在一定情況搭配防腐劑來(lái)將其保藏，能有效防止食品腐敗。防腐劑抗微生物的主要作用是通過(guò)抑制細(xì)菌、霉菌及酵母菌的新陳代謝和其生長(zhǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，具體作用機(jī)理可歸納為以下幾點(diǎn)：

（1）通過(guò)作用在微生物的蛋白質(zhì)上，使得其產(chǎn)生部分的變性，進(jìn)而對(duì)微生物正常的生長(zhǎng)或繁殖達(dá)到干擾的效果。

（2）通過(guò)微生物中酶系活性的抑制，影響正常的代謝；

（3）通過(guò)作用在微生物的細(xì)胞膜上，進(jìn)而影響其滲透性，來(lái)對(duì)微生物的生理平衡產(chǎn)生破壞；

（4）通過(guò)對(duì)微生物細(xì)胞原生質(zhì)中所存在的某些遺傳機(jī)的改變，達(dá)到防止腐敗作用。

二、常用的食品防腐劑

1、苯甲酸及其鈉鹽

1.1 結(jié)構(gòu)

苯甲酸，俗稱安息香酸，分子式為C7H6O2，相對(duì)分子量為122.124；

苯甲酸鈉，俗稱安息香酸鈉，分子式為C7H5O2Na，相對(duì)分子量為144.11。

二者化學(xué)結(jié)構(gòu)如下圖：

1.2 性狀

苯甲酸的性狀為：

（1）苯甲酸為白色有螢光的鱗片結(jié)晶或針狀結(jié)晶，或單斜棱晶，純度高時(shí)無(wú)臭味，不純時(shí)捎帶一點(diǎn)杏仁味；

（2）在熱空氣中微揮發(fā)，于100℃升華，能與水氣同時(shí)揮發(fā)；

（3）化學(xué)性穩(wěn)定，有吸濕性，常溫下難溶于水，0.34g/100ml（25℃）；

（4）溶于沸水4.55g/100ml（90℃），也溶于乙醇、氯仿、乙醚、丙酮、二氧化硫和揮發(fā)性、非揮發(fā)性油中，微溶于乙烷；

（5）相對(duì)密度為1.2659，沸點(diǎn)為249.2℃，熔點(diǎn)為122.4℃。

苯甲酸鈉的性狀為：

白色顆粒或晶體粉末，無(wú)臭或微帶安息香氣味，味微甜；在空氣中穩(wěn)定，易溶于水，53.0g/100ml（25℃）；溶于乙醇1.4g/100ml（25℃）；其水溶液的pH值為8。

1.3 抑菌作用

苯甲酸及其鈉鹽的防腐效果相同。在酸性條件下，有抑菌作用，但對(duì)產(chǎn)酸菌作用較弱，當(dāng)pH值在5.5以上時(shí)，對(duì)很多霉菌和酵母的作用較弱。其抑菌作用的最適合pH值為2.5～4.0，一般以低于pH值4.5～5為宜，此時(shí)，它對(duì)一般微生物完全抑制的最低濃度為0.05%～0.1%。

1.4 抑菌機(jī)理

苯甲酸及其鈉鹽需要在酸性條件下，通過(guò)為解離的分子起抑菌作用，故稱之為酸型防腐劑，同時(shí)，其能作用于生物細(xì)胞內(nèi)呼吸酶系，來(lái)抑制其活性，達(dá)到抑菌效果。

1.5 代謝

苯甲酸進(jìn)行代謝后，不會(huì)積蓄在人體當(dāng)中，它的代謝過(guò)程主要是大部分通過(guò)與甘氨酸的化合作用形成馬尿酸，而剩下的一小部分則和葡萄糖醛化后從人體排出。其具體的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程如下圖：

苯甲酸甘氨酸馬尿酸

剩余部分：

1.6 化學(xué)制法

苯甲酸的化學(xué)制法主要有三種：（1）由甲苯直接液相氧化制得；（2）以鄰苯二甲酸為原材料，通過(guò)氧化鉛、氧化鋅等的催化作用，實(shí)現(xiàn)其脫羧目的來(lái)制作出苯甲酸；（3）以甲苯為原料，通過(guò)氯化作用，進(jìn)而產(chǎn)生三氯甲基苯，再結(jié)合石灰乳和鐵粉，進(jìn)行水解作用制作而成。

2、山梨酸及其鉀鹽

2.1結(jié)構(gòu)

山梨酸，又2，4—乙二烯酸、2—丙烯基丙烯酸，亦稱花楸酸，分子式為C6H8O2，相對(duì)分子量為112.13，是一種不飽和脂肪酸。

山梨酸鉀分子式為C6H7KO2，相對(duì)分子量為150.22。

2.2 性狀

山梨酸：無(wú)色針狀的結(jié)晶亦或者是白色結(jié)晶狀的粉末，在空氣中暴露時(shí)間久了很容易被氧化，難溶于水，溶于乙醇、乙醚等有機(jī)溶劑。

山梨酸鉀：為白色鱗片狀結(jié)晶或結(jié)晶狀粉末，無(wú)臭或微臭，極易溶于水，也易溶于高濃度蔗糖和食鹽溶液。

2.3 抑菌作用

（1）山梨酸對(duì)霉菌、酵母等菌類能起到很好的抑制效果；

（2）山梨山屬酸性防腐劑，其防腐效果隨pH值的升高而降低；

（3）山梨酸及山梨酸鉀宜在pH值5～6以下的范圍內(nèi)使用。

2.4 抑菌機(jī)理

山梨酸是一種不飽和單羧基脂肪酸，其結(jié)構(gòu)與微生物喜嗜的葡萄糖這種物質(zhì)大致相同，它主要是通過(guò)自身雙鍵與微生物酶系的作用，來(lái)達(dá)到使其活性喪失，進(jìn)而影響代謝的效果。山梨酸在人體內(nèi)可以被很快派出去，對(duì)人體無(wú)害，是毒性最輕的一種防腐劑之一。

2.5 代謝

研究表明，山梨酸在人和動(dòng)物體內(nèi)與其他脂肪酸一樣進(jìn)行新陳代謝，釋放熱量為27.58kJ/g，越50%的熱量被利用。根據(jù)14C山梨酸標(biāo)記化合物證明，山梨酸不由尿液中排出，約有85%與其他脂肪一樣進(jìn)行β氧化而降解，以CO2的形式排出，約有13%的山梨酸用于合成新的脂肪酸而存留在動(dòng)物的器官、肌肉中。