食品防腐劑在食品中應用研究

于君娜，羅崇輝

（錦州市檢驗檢測認證中心，遼寧錦州 121000）

在生產和加工食品時，需要添加一定量的防腐劑對食品進行防腐處理，防腐劑的選擇需要結合食品工藝條件、食品屬性、防腐劑相互作用及防腐劑性狀等綜合決定，進而在降低防腐劑用量的基礎上提升食品防腐性能。食品防腐保鮮的綜合技術要求較高，需要圍繞防腐保鮮具體要求設計專門的防腐處理方法，防腐劑的應用效果與其防腐性能和食品性質有關，此外還會受到貯藏條件影響，如貯藏條件發生較大變化，食品發生變質的概率增加，如氣體、溫度、水分活度及pH值等。

1 食品防腐劑抑菌機理

從抑菌機理來看，食品防腐劑可以使細胞亞結構發生變化進而抑制細胞繁殖。細胞亞結構主要指細胞壁和細胞膜等基礎的細胞結構，代謝酶和蛋白質合成系統等參與細胞生長的物質。細胞亞結構是細胞生長發展必不可少的結構，所以在食品防腐方面可以從抑制細胞亞結構生長的方面入手[1]，只要影響到一種亞結構則能夠實現抑菌防腐的目的。在抑制微生物生長方面親脂活性弱酸和酯類防腐劑的效果較為優良，其能夠抑制還原物質在細胞中的運輸，而且該抑制作用可以降低細胞代謝能量消耗，脂溶性酸對質子過膜結構產生了破壞作用，使質子無法通過膜。防腐劑弱酸有良好的親水性和親脂性，親脂性賦予了防腐劑透過細胞膜的能力，使其更易進入菌體，而其水溶性特點使膜兩側pH值發生變化，不帶電荷物質使膜功能被破壞。

2 食品防腐劑抗菌特征及抑制微生物

2.1 pH值敏感性

在食品防腐過程中，防腐劑的防腐效果受到pH影響較大，酸性防腐劑尤為突出。醋酸的作用機理是通過添加H+降低pH值抑制微生物群落增長，而苯甲酸和山梨酸的作用機理是通過分子狀態在菌體內部的抑制效果控制菌體增生。由此可見，分子態含量決定了抑菌的效果，由于以上這類防腐劑屬于弱酸型防腐劑，所以pH能夠影響其電離平衡、溶解度。此外，尼泊金酯類與這些防腐劑存在差異，其羥基被酯化，所以防腐效果不會受到pH的影響[2]。

2.2 溶解特性

油和水中的防腐劑溶解度對食品脂肪含量高的食品防腐效果有一定的影響。由于微生物僅可以在水相中生存，因此防腐劑進入油中會出現損失，所以在此類環境下，水溶性大與油溶性小防腐劑的防腐效果更佳。

2.3 微生物類群的抗菌譜

不同的食品防腐劑在抗菌特性方面存在差異，目前不存在某種食品防腐劑可以抑制所有微生物，但是對于所有微生物種群而言，都存在相對可以起到抑制其生長的某種防腐劑。例如，脂肪酸單甘油單酯既能夠抑制細菌生長，同時也能抑制芽孢生長。月桂酸甘油單酯和單辛酸甘油酯在抑制G+菌和真菌時效果良好，月桂酸中的蔗糖酯可以起到良好的抑制G-菌效果。在抑制酵母和霉菌方面，有機酸和有機酸酯類效果優良，尼泊金酯類的特點是抗菌性更強，在抑制霉菌生長的效果更好。長鏈尼泊金酯可以更好地抑制G+菌生長，而相對短鏈尼泊金酯其對于G-菌的抑制效果略差。脫氫醋酸鈉也能起到G+菌作用，但是在抑制G-菌方面性能最差，其抑制效果幾乎不存在。低pH值條件下丙酸鈣能夠有效抑制霉菌生長，但是無法對細菌起到抑制作用，其無法影響酵母生長發育[3]。在高氮量食品的防腐處理中乳酸鏈球菌素能夠有效控制G+菌數量，低pH值環境下使用苯甲酸可以有效控制真菌、酵母群落的生長，但是無法影響G-菌落的生長。

3 生存環境在控制微生物生長方面的作用

3.1 低溫對微生物的控制作用

如果環境溫度發生明顯變化，那么微生物種群數量和類型也會發生變化。莢膜菌與肉毒梭菌在12 ℃以下的環境下生長發育基本停止，肉類梭菌在3.5 ℃以下無法繼續生長。而微生物在0 ℃以下繁殖與增長受到較大限制。一般而言，在進行食品冷凍時，降低溫度能夠起到良好的防腐效果，例如將在-18 ℃或更低溫度環境下能夠徹底抑制微生物繁殖。

3.2 pH值對微生物的控制作用

通常而言，微生物生長所需的最佳pH值處于5～8。耐酸性霉菌和酵母菌在酸性條件下能夠生長與發育，所以在酸性高的食品中，細菌超標是導致食品發生腐敗變質的主要因素。耐酸性最強的群落為醋酸桿菌和乳酸桿菌。相對而言細菌耐酸性較差，菌體在酸性環境下質子能夠通過細胞膜向外界流動，因此細菌亞結構受到破壞。在pH小于4的環境下霉菌與酵母可以造成食品變質。在pH值較低的環境下防腐劑的抑菌作用需要在高H+細菌環境下發揮，因為部分酸電離并不完全，未電離酸分子具有較強的親脂性，因此這些酸性分子能夠自由地在細胞內外流動，導致細胞內部環境發生變化。如果pH非常低，那么大多數食物中的有害群落都無法生長與發育，而pH為4.5是防腐效果的臨界值，莢膜芽孢桿菌在小于4.5的pH環境下無法生長，大多微生物在4.2的pH環境下基本都會受到抑制[4]。

3.3 水分活度對微生物的控制作用

在判定食物中微生物繁殖可能性、食品變質情況和食品穩定性時引入了水分活性值這一指標。不同微生物耐水分活性方面的能力不同，正常情況下細菌生存所需的水分活性值高于0.9，霉菌的要求高于0.7，酵母的要求高于0.8。所以，有效地調節水分活性值可以起到一定的防腐效果。

3.4 氣體成分對微生物的控制作用

提高CO2氣體分壓可以起到抑制微生物生長作用，作用機理是CO2能夠將胞內pH值降低，同時能夠抑制酶催化反應從而影響細胞生長。如果氧在氣體中的分壓得到提升，那么多種微生物都無法生存，因為養分提升導致過氧化物游離基大量出現，細胞在遇到游離基時無法承受其帶來的抑制作用，因此需氧微生物無法正常生長在這類環境中[5]，厭氧微生物由于不具備過氧化物游離基清除能力而無法生長。

4 防腐劑的協同增效性

在抑菌范圍上不同的防腐劑效果不同。抑菌范圍主要指應用防腐劑時其對食品中微生物種類的抑制情況，細菌能否受到防腐劑的有效抑制。如果食品染菌情況較為嚴重，則說明該種防腐劑防腐效果不夠理想，若食品發生變質，則說明防腐劑未能發揮防腐效果，因此在加入防腐劑時需要考慮到加入的時間，若細菌處于對數期，那么其起到的防腐效果較差。不同的防腐劑在抑菌范圍方面都有一定的差異，一些微生物在生長發育時會形成較強的抗藥性抵抗防腐作用。因此，為了提升防腐劑抑菌效果，需要將多種腐劑混合應用，使抑菌的作用范圍擴大，提升抑菌效果。一般而言，復合防腐劑主要采用同類型防腐劑，一些食品防腐處理時還會添加防腐增效劑提升防腐劑的防腐效果。山梨酸鉀和過氧化氫混合可以保障食品中微生物被快速地消滅，同時起到抑制微生物大量繁殖的效果。

5 結語

食品防腐處理能夠延長食品的保存期，科學地選擇和應用防腐劑可以起到良好的防腐效果，確保食品的安全。本文分析了食品防腐劑的作用機理和影響因素，希望這些探究內容有助于食品防腐技術發展。