關于食品防腐劑防腐作用的研究結題報告

傅彥哲

摘 要：在文章中，我們研究了苯甲酸鈉，山梨酸鉀，亞硝酸鈉三種最常用的防腐劑，并對它們的防腐效果與安全性進行了對比實驗和分析。

關鍵詞：防腐劑；食品安全；實驗分析

中圖分類號：TS202.3 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）15-0247-03

1 研究背景

近年來，隨著人民生活水平的不斷提高，對食品的需求日益提升，食品工業得到了飛速發展，而為了對食品進行保鮮，在食品中使用的防腐劑越來越多、越來越廣泛。然而，有些無良的商家，為了節約成本，在食品內違法添加、過量添加甚至添加有毒的防腐劑，對人民群眾的健康造成了很大的危害，甚至還有人因此喪命，這樣的新聞屢見不鮮。為深入了解食品防腐劑的作用，提高食品健康水平，我小組展開了食品防腐劑防腐作用方面的研究。

防腐劑是能抑制微生物活動，防止食品腐敗變質的一類食品添加劑。要使食品有一定的保藏期，就必須采用一定的措施來防止微生物的感染和繁殖。

本次研究，我們小組決定使用三種防腐劑（亞硝酸鈉、苯甲酸鈉、山梨酸鉀）進行實驗，通過培養微生物，再加入防腐劑，觀察微生物的菌落的方式，研究同等質量的不同防腐劑對微生物的抑制作用，從而初步得出的三種防腐劑的防腐效果，為后續實驗做準備。

2 研究的意義與價值

隨著食品防腐劑的使用越來越多、越來越廣泛，對防腐劑的安全和效果的評估越來越重要。我們小組的研究性學習，以調查的形式了解了不同種類的防腐劑的安全隱患，目的是為了彌補人們對防腐劑使用及食用的知識空白，了解這幾種常見防腐劑的好處與害處，讓生產食品的企業生產出更有安全保障的食品，告知人們哪一種防腐劑是相對危害性小且對有害微生物抑制作用較強，讓人們購買更健康的食物，擁有更好的生活。

3 可行性分析

（1）物力。學校微生物實驗室為本次實驗提供實驗室試劑，實驗器材以及微生物大腸桿菌，至于亞硝酸鈉，苯甲酸鈉以及山梨酸鉀三種試劑，它們都是常見防腐劑類型，容易找到，因此在物力方面實驗可行。

（2）人力。我們小組共有八位成員，操作實驗的人與觀察現象的人分工較明確，實驗設計較為合理，方法步驟具有條理性，操作方面也可行。

（3）時間。從微生物的培養到幾組實驗觀察完畢大概需要三四天的時間，小組成員可利用放學后或者課間去觀察菌落分布情況，不會浪費大部分時間。

綜上所述在這幾個方面實驗全部可行，實驗過程也可能較為順利，方法與步驟也較為合理，設計思路較清晰，總體來說本實驗可行。

4 可能遇到的問題及解決方法

（1）誤差。實驗過程中可能會因試劑用量不準導致實驗結果出現偏差。誤差是不可避免的問題，為了盡量減小誤差，讓結果準確，我們在實驗過程中需認真仔細，實驗之前檢查裝置是否完好。

（2）進度。雖然計劃一周的時間完成實驗，但是難免會有一些繁忙的事件從而讓實驗的進度延期，或者實驗過程中出現一些意外導致實驗進程延誤。為了避免這個問題我們要提前做好預案，提高效率，實驗時要加倍認真。

5 研究方法和步驟

5.1 研究方法

研究目的：亞硝酸鈉，山梨酸鉀，苯甲酸鈉三種防腐劑對微生物的抑制作用強弱的探究。

研究方法：我小組初步計劃探究不同種類防腐劑對同一種微生物的抑制作用，需要控制變量，設計實驗組與對照組等。我小組初步決定選擇的試劑為山梨酸鉀，亞硝酸鈉，苯甲酸鈉三種。研究前期先培養微生物，然后分別加入三種試劑，定期觀察微生物生長情況。后期會針對實驗中的問題討論并加以改進。

試劑及材料：亞硝酸鈉，山梨酸鉀，苯甲酸鈉，大腸桿菌，培養基。

查閱資料：

（1）亞硝酸鈉性質：加熱分解（溫度約為320℃）；溶液呈堿性；在酸性環境下分解；在空氣中容易被氧化。所以實驗中應注意溫度。防腐效果最好條件；非酸性環境。抑菌機理：有多種說法。1）抑制蛋白質合成和能量代謝；2）抑制DNA和基因表達；3）抑制細胞壁和細胞膜。

（2）山梨酸鉀性質：山梨酸鉀化學名2，4-乙二烯酸鉀，分子式為C6H7O2K，無臭或臭氣，在空氣中不穩定，能被氧化著色，有吸濕性，易溶于水和乙醇。加熱分解（溫度約為270℃）；溶液呈弱堿性。防腐效果最好條件：主要抑制好氧性細菌，抑制作用比比殺菌作用更強。抑菌機理：因為其分子結構特殊，和微生物酶系統中的巰基結合，破壞微生物酶系統，控制脫氫酶活動，達到抑菌目的。

（3）苯甲酸鈉性質：苯甲酸鈉又名安息香酸鈉，無臭或微帶安息香氣味，味微甜有收斂性，易溶于水，在空氣中穩定；溶液呈弱堿性。防腐效果最好條件：ph<4，在堿性環境下沒有抑菌作用。抑菌機理：苯甲酸鈉親油性較大，易穿透細胞膜進入細胞體內，干擾細胞膜的通透性，抑制細胞膜對氨基酸的吸收；進入細胞體內電離酸化細胞內的堿儲，阻止乙酰輔酶A縮合反應。

（4）大腸桿菌：屬于兼性厭氧細菌。最適ph值約為8，最低約為5，最高約為10。

5.2 具體步驟

（1）防腐劑準備：1）亞硝酸鈉0.5g，1g，1.5g，總共3g；2）苯甲酸鈉0.5g，1g，1.5g，總共3g；3）山梨酸鉀0.5g，1g，1.5g，總共3g；

稱量上述3種藥品每個9份，并在消毒過的燒杯里分別用10ml蒸餾水溶解，用塑料密封，并用皮筋纏好，備用。

（2）大腸桿菌種子液的制備：1）液體培養基 牛肉膏6.0g；2）蛋白胨20.0g；3）氯化鈉10.0g；4）水2000ml；5）合適的酸堿環境：pH值7.4-7.6；6）固體培養基在液體培養基的基礎上再加入2%-3%的瓊脂。

①稱量：按培養基配方比例依次準確稱取蛋白胨、牛肉膏、氯化鈉、瓊脂、水放入燒杯中。

②溶解融（熔）化：在上述燒杯中先加入少于所需要量的水，用玻璃棒攪勻，然后，在石棉網上加熱使其溶解，藥品完全溶解后，補充水到所需的總體積。將稱量好的瓊脂放入已溶的藥品中，再加熱熔化，最后補充所損失的水分。

③調PH值：在未調PH前，先用PH計測量培養基的原始PH，如果偏酸，用滴管向培養基中逐滴加入1mol/L NaOH，邊加邊攪拌，并隨時用PH試紙測基PH直到PH達到8。反之用1mol/L HCl進行調節。

④分裝：將培養基分裝入錐形瓶中。其量約為錐形瓶容積的1/2。

⑤標記：用塑料布包扎后，將錐形瓶用皮筋捆好，用記號筆注明培養基名稱、配制日期。

⑥滅菌：將培養基以0.1Mpa，121℃，25min高壓蒸氣滅菌。

⑦冷卻：倒培養基，取30個已消毒的培養皿，在酒精燈旁邊用錐形瓶中的培養基均等的倒至30個培養皿，并分別加入3種防腐劑配制的溶液，每種防腐劑9個，剩余3個不添加防腐劑，冷卻。

（3）接種大腸桿菌斜面種子：1）取實驗室準備的大腸桿菌種子，在無菌工作臺中用移液槍將大腸桿菌轉入離心管。2）在灑精燈附近，用酒精燈加熱彎曲的玻璃棒，對培養基進行消毒，然后加熱接種環，在已制備好的培養基上接種大腸桿菌。并分別做好9個24h，9個48h，9個72h的標記。和24h，48h，72h的不添加防腐劑的3個對照組的標記。

（4）實驗觀察：將接種好的培養基放入37℃的恒溫培養箱子中培養24h，48h，72h，控制溫度，濕度，氧氣等環境相同。到時間后取出對應培養皿，觀察菌落情況，并拍照留樣進行對比（見圖1-圖7），并根據實驗現象得出結論（見表1）。

6 實驗結論及分析

6.1 實驗結果分析

通過實驗可以看出：

（1）這幾個防腐劑都有不同程度的抑菌效果。這里只放了亞硝酸鈉96h和苯甲酸鈉，山梨酸鉀72h的照片，實際上我們放了一個星期，通過對比，可以看出，隨著時間的推移，無論是亞硝酸鈉、苯甲酸鈉，還是山梨酸鉀對大腸桿菌的抑制作用都在減弱，大腸桿菌的數量在增加，表明時間越靠后，防腐劑的防腐效果逐漸變差。

（2）對于同一種防腐劑而言，比如亞硝酸鈉，在相同時間段內加入的量越多，防腐效果越好。

（3）對相同時段內、相同數量的亞硝酸鈉、苯甲酸鈉和山梨酸鉀而言，亞硝酸鈉的防腐效果最好，時間長于其他兩種防腐劑，防腐效果還優于二者，其次是山梨酸鉀，最差的是苯甲酸鈉。因而，在食用品中添加防腐劑時，在達到同樣防腐效果的前提下，我們應當優先選擇亞硝酸鈉，因為在相同效果下，其使用量最小，但是對人體的安全威脅最大。苯甲酸鈉因為在不同ph值下防腐效果差異較大，因為條件有限，無法進行準確的的ph控制和嚴謹的定量分析，只能得出：苯甲酸鈉的防腐效果因環境而定，不如山梨酸鉀靈活，所以將它排在山梨酸鉀后。

6.2 毒性分析

根據資料，亞硝酸鈉在酸性環境下分解，人如果攝入劑量過大，在胃酸的作用下，生成亞硝酸，亞硝酸歧化生成一氧化氮和二氧化氮；且和食物中的胺在一定條件下和亞硝酸鈉反應，生成強致癌物亞硝胺；并且亞硝酸鈉具有氧化性，把血紅蛋白中的二價鐵氧化為三價鐵，使其失去攜氧功能。綜合上述3點，導致人中毒。

苯甲酸鈉在酸性環境下轉化為苯甲酸，毒性相比苯甲酸鈉較強，改變細胞膜通透性，抑制酶的活性和氨基酸吸收，使ATP合成受阻。

山梨酸鉀由于是一種不飽和脂肪酸鹽，其攝入后被人體的代謝系統吸收分解為二氧化碳和水，在人體內無殘留。因此被世界公認為最安全的防腐劑。

由此可判斷，亞硝酸鈉毒性最大，苯甲酸鈉其次，山梨酸鉀最弱。

7 結語

所謂食品腐敗變質主要是指以微生物為主的作用導致食品質量下降或失去食用價值的一切變化。食品本身含有的豐富的營養成分最易使微生物滋生且大量繁殖，并最終導致食品的腐敗變質。因此人們嘗試用各種方法去阻止食品腐敗如低溫保存 隔絕空氣，干燥，高滲，高酸度，使用防腐劑等，其中最為普遍和有效的方法就是添加防腐劑來抑制殺滅微生物，從而達到防腐的目的。凡能抑制微生物的生長活動，延長食品腐敗變質或生物代謝的化學制品都是化學防腐劑。

通過實驗對比分析及查閱相關權威性資料進行綜合分析后得出山梨酸鉀的防腐效果較好且安全性最高，其次是苯甲酸鈉，最差的是亞硝酸鈉。

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