食品防腐劑的研究現狀

胡秋連 郝苗

食品中有很多營養物質，比如蛋白質、碳水化合物和脂肪類等，在微生物的作用下，會導致這些營養物質原有的顏色、味道以及形狀發生改變，甚至腐爛變質。在現代食品工業中，人們通常采用各種包裝技術比如罐頭，真空包裝，充氣機，包裝等來方法保存食物，但無論采用哪種技術，都不能確保微生物完全消失，對于大多數食品使用防腐劑作為防御的第二線，以延長食品的保質期是非常重要。

防腐劑又名抗微生物劑（antimicrobial），它能夠抑制微生物的生長，防止微生物在一定時間內繁殖引起的食物中毒，因此常被用于食品的生產和加工工藝中，用于防止食品腐敗變質。本文主要闡述目前在食品領域中常用防腐劑的作用機理以及應用，為新型防腐劑的開發提供一定參考。

食品防腐劑的作用機理

食品防腐劑能夠延緩和抑制微生物的繁殖，從而達到防腐的效果。此外，防腐劑會影響細胞的亞結構，破壞細胞壁和細胞膜的結構完整性，影響細胞代謝相關酶和蛋白質的合成體系。食品防腐劑通過影響微生物的細胞亞結構，對其起到殺菌或者抑菌的作用。防腐劑抑制微生物生產的機理較為復雜，防腐劑所產生的抗菌效果通常是多種作用的結果，但并不是所有種類的防腐劑都具有相同的作用，有些作用是互相關聯卻也互相制約的。目前所使用的防腐劑作用于微生物的機理有以下幾個方面。

抑制微生物的細胞壁和細胞膜系統。防腐劑會破壞微生物的細胞壁和細胞膜的結構完整性，或者通過改變其通透性使微生物體內的酶類及其代謝產物到達細胞外，導致微生物的生理平衡被破壞，細胞失活。

抑制微生物的細胞原生質。防腐劑對細胞的部分遺傳機制能夠產生干擾作用，通過抑制和干擾微生物正常生長的過程導致其失活，從而使細胞凋亡。

抑制微生物的酶或功能蛋白。防腐劑能夠影響微生物的呼吸酶，比如乙酰輔酶A縮合酶、脫氫酶、電子轉遞酶系等。它與微生物中的呼吸酶系結合產生巰基作用，導致細胞內的含硫蛋白酶活性降低，打破微生物的代謝平衡，從而起到抑制微生物的生長和增殖的作用。防腐劑還會通過使蛋白質發生部分變性和交聯，從而阻斷其他生理作用過程。

食品防腐劑的分類及應用

食品防腐劑按來源可分為兩大類，主要是合成化學防腐劑以及天然防腐劑。天然防腐劑防腐與化學防腐劑相比，成本較高、防腐能力稍弱、會自然降解、有的只能抑制部分微生物的繁殖，但對人體的危害較小。化學防腐劑的防腐能力強，通常可以防止大部分微生物的繁殖，成本較低而且產品純度也高，但是濃度高時其自然降解能力隨之變差，并且有部分化學防腐劑具有刺激性甚至致癌性。

化學合成防腐劑。化學防腐劑分為無機防腐劑和有機防腐劑。無機化學防腐劑比如二氧化硫、亞硫酸鹽及亞硝酸鹽等，常用于肉制品和風味腌制品的防腐和保鮮。亞硝酸鹽通過抑制肉毒梭狀芽孢桿菌的生長而起到防腐作用。此外亞硫酸鹽具有酸型防腐劑的特點，會降低微生物相關代謝酶的活性。有機化學防腐劑在酸性條件下對霉菌、酵母及細菌等具有抑菌作用，因此常被用于延長果汁、汽水、罐頭、醬油、醋的貨架期，比如常見的苯甲酸及其鹽類、山梨酸及其鹽類、對羥基苯甲酸的酯類等。下面是一些食品領域常用的化學合成類防腐劑。（1）苯甲酸及其鈉鹽類。苯甲酸及其鈉鹽是我國近幾年食品加工中常見的防腐劑。苯甲酸又名安息香酸，形狀呈鱗片狀或者針狀結晶態。在實際生產中通常使用苯甲酸鈉鹽是因為苯甲酸較低溶解度的性質。由于苯甲酸鈉能夠抑制霉菌以及各種細菌的產生和增殖，且在食品PH值低于3.6時才能發揮有效的作用，所以常用于飲料等液體食品的防腐，比如汽水、蘇打水、沙拉醬、果汁、醬油、醋、罐頭等。另外它還用于紅酒生產過程當中終止發酵。（2）山梨酸及其鉀鹽類。山梨酸又名為2，4-己二烯酸，是一種不飽和脂肪酸，其分子式為C6H8O2。山梨酸鉀具有防止滋生真菌和霉菌的作用，常被應用于食品的防腐。它具有無色無味，價格便宜等優點。山梨酸中的雙鍵能夠結合微生物細胞中酶的巰基形成共價鍵，會導致微生物的酶活性降低。在加工食品中通常都會添加山梨酸鉀，比如罐頭水果和蔬菜，罐頭魚，干肉和甜點等。它還常用于奶酪，酸奶和冰淇淋等容易生霉的乳制品。總之，很多食品都依賴山梨酸鉀和其它防腐劑保鮮和防腐。（3）對羥基苯甲酸甲酯。對羥基苯甲酸甲酯，又名尼泊金甲酯，性狀為白色或無色結晶粉末，易有機溶劑比如醇、醚和丙酮等，但只微溶于水。所以常用醇類先溶解對羥基苯甲酸甲酯后再使用，其成本也較高。它會作用于微生物的細胞膜，從而導致細胞內的蛋白質發生變性，有效抑制微生物細胞的酶活性。對羥基苯甲酸甲酯相比于苯甲酸、山梨酸，具有更好的抗細菌效果，是因為其獨特的酚羥基結構。因此對羥基苯甲酸甲酯被廣泛用于食品的加工生產中，包含飲料、啤酒、糖果、肉制品、乳制品、水產品、調味品、腌制品等。

天然防腐劑。天然防腐劑因其來源廣泛，且具有安全性，常常應用于食品的加工與生產。比如植物源防腐劑、動物源防腐劑等。植物源類防腐劑主要包含揮發性精油類、黃酮類、多糖類、多酚類等。動物源防腐劑有蜂膠、殼聚糖、魚精蛋白等。（1）揮發性精油。揮發性精油，如各種植物精油，如八角，茴香精油，含有極強的氧化成分，將它們加入肉類產品可以有效地降低肌紅蛋白和血紅蛋白的氧化速率，從而延長肉制品的保鮮時間。百里香精油被報道有抑菌作用，被用于果蔬的保藏。研究發現肉桂精油成分具有較強的抑菌效果被應用于控制草莓等水果采摘和貯藏過程中所產生的人和植物病原菌。（2）黃酮類。絕大多數黃酮類化合物具有很強的生物活性，由于其具備抗菌活性常被用來做防腐保鮮劑，油莎草總黃酮是油莎草生長過程所產生的次生代謝產物，將其添加到牛乳中，可降低鮮牛乳的菌落總數及牛乳總酸度，有助于延長鮮牛乳的保存時間。研究發現，竹葉和松針黃酮提取液作為一種抑菌劑使用時，對橄欖的果實具有保鮮作用。黃秋葵的花含有大量的黃酮類化合物，將其提取后應用于冷鮮肉的儲存，具有保鮮作用。橙皮苷和柚皮苷中的黃酮能夠抑制微生物的生長，減小脂肪氧化速率和魚肉pH值變化，抑制菌落總數的升高，具有顯著的抗菌作用和抗氧化活性，可作為理想的魚類保鮮劑使用。（3）多糖類防腐劑。多糖是一種天然產物資源，具有多種生物活性，比如抗氧化，抗菌，抗炎等作用。研究使用乳鏈菌肽和游霉素抑制細菌和真菌活性以及普魯蘭多糖的成膜性，并將其中三種與檸檬酸結合成肉制品的添加劑，發現它不僅可以減少肉的水分流失和脂肪氧化，還可以隔離微生物侵染并延長肉類的保質期，以達到防腐和保鮮效果。烏賊墨多糖被報道對冷凍魷魚有良好的防腐抗菌作用。金針菇多糖被發現具有抗腫瘤活性和免疫調節作用，其抑菌作用在食品防腐應用研究中具有廣闊的前景。馬齒莧提取物在草莓果實的保鮮上具較好的應用前景，能夠延緩草莓果實的腐爛。（4）多酚類防腐劑。多酚具有顯著的抗氧化活性，加入食品中能夠通過抑制和延緩食品中的油脂自動氧化過程， 提高食品的穩定性并延長其保質期，因此常被考慮作為防腐劑使用。茶多酚可應用于肉類的保鮮，添加茶多酚到臘腸加工制作過程中，可以有效抑制臘腸中有害菌的活力及數量。蘋果多酚對冷凍豬肉具有腐敗菌抑菌的作用。

動物源防腐劑。（1）蜂膠。蜂膠具有抗病原微生物防腐的作用，它已被應用于天然水果和蔬菜防腐劑。研究發現，不同濃度的蜂膠對香蕉的保存具有積極作用。蜂膠可以通過減少水果和蔬菜的呼吸強度和蒸發作用而有效地抑制微生物的生長，從而延長水果和蔬菜的保質期。此外，蜂膠乙醇提取物被報道對新鮮的香腸具有防腐作用。由于蜂膠含有多種生物活性物質， 常常被應用于延長魚片保存期限，在魚片冷藏過程中蜂膠能夠降低脂肪劣變以及微生物污染。（2）殼聚糖。殼聚糖具有良好的抑菌性，通過阻隔細胞內外物質傳遞抑制細菌的生長，并且其來源較為廣泛，取材方便且成本低，利用價值高。殼聚糖常與其他生物保鮮劑復配成膜，這種涂膜被廣泛應于果蔬，水產品的保鮮及儲存。殼聚糖可草莓表面形成一層均勻的高分子薄膜后，有效減緩果實的生理活動，減緩細胞膜結構的損傷，延緩果實衰老。將殼聚糖溶液應用于鯰魚魚片的保鮮，發現該溶液能夠抑制好氧菌的增殖，延長冷藏貨架期。適當濃度的殼聚糖涂層能有效延緩先切冬瓜質量的下降。（3）魚精蛋白。魚精蛋白的制備原料安全衛生，不僅抑菌范圍廣，還具有保健功能，常被用作天然食品防腐劑，在酸性食品的保存領域，常通過與酸性防腐劑復配產生協同效果；它用于堿性食品的防腐保鮮領域。它還經常與物理消毒方法如加熱結合使用，并用于熱敏食品的防腐和加工。殼聚糖-魚精蛋白復合涂層對羅非魚片具有明顯的保鮮作用，其活性物質可以在細菌快速生長期之前釋放出來，可以有效控制羅非魚片表面細菌總數的增加。

展望

食品防腐劑以其獨特的功效得到了廣大食品企業的應用，大大推動了我國食品行業的發展。但目前防腐劑的運用也存在著一些缺陷，比如防腐劑有一定的毒性，造價較高以及抑菌范圍較小等。因此未來我國食品防腐劑行業的發展趨勢應該是研發毒性低、安全性高的防腐劑；盡可能嘗試采用天然食品防腐劑代替化學合成防腐劑；研究開發防腐劑的防腐范圍；降低食品防腐劑的價格。相信在不久的未來，我國食品防腐劑行業一定會成為高效，經濟，綠色的添加劑行業。