對羥基苯甲酸酯類防腐劑應用現狀與展望

劉 穎， 孫永波， 張麗英

（中國農業大學動物營養學國家重點實驗室，北京100193）

對羥基苯甲酸酯，商品名為尼泊金酯，具有廣譜的抗菌活性，是我國重要的食品防腐劑，可防止由微生物引起的食品腐敗變質、 延長食品保藏期（陳國安等，2003）。 世界上許多國家， 如美國、歐盟、 加拿大等均批準一些常見對羥基苯甲酸短鏈酯在食品工業中使用。 美國食品藥品管理局（FDA）（2006）允許將甲酯、丙酯和丁酯作為直接食品添加劑； 歐盟委員會實施條例EC No.1333（2008） 指定的對羥基苯甲酸酯類防腐劑有甲酯、乙酯及丙酯； 加拿大衛生部頒布的食品藥品條例（2016）批準了甲酯和丙酯的使用；而我國GB2760（2014） 規定乙酯可作為防腐劑應用于食品工業。對于一些對羥基苯甲酸長碳鏈酯的開發，如辛酯、壬酯等，盡管已開展了一些研究工作，并取得了一定進展，但尚未實現產業化。

目前， 對羥基苯甲酸酯作為飼料添加劑在國內外尚未批準使用。 飼料在加工貯藏以及運輸過程中，極易發生霉變，添加防霉劑有利于減少飼料霉變的發生， 對于保障畜禽產品安全乃至人類食品安全具有重要意義。鑒于此，本文對對羥基苯甲酸酯的結構特性、防霉抑菌效果、使用安全性以及應用現狀等內容進行了總結， 以便為探討其在飼料工業中的應用提供參考。

1 對羥基苯甲酸酯來源及其特性

1.1 來源 對羥基苯甲酸酯根據其來源可分為天然和化學合成兩類。 天然對羥基苯甲酸酯主要是由自然界中一些細菌和植物所分泌， 如海洋細菌、部分草本植物的塊莖等（Peng 等，2006；Li 等，2003）；化學合成對羥基苯甲酸酯則是通過對羥基苯甲酸以及相應的醇，以石油醚、甲苯等物質為共沸帶水劑，經催化劑作用、酯化反應所制得，此法為對羥基苯甲酸酯的工業化制法（張曉莉，2015）。

1.2 特性 對羥基苯甲酸酯多為針狀結晶或白色塊狀，無臭、味微苦，在空氣中較穩定，易溶于乙醇、乙醚、丙酮等有機溶劑，但水溶性相對較差，如乙酯在水中（25 ℃）的溶解度為0.17 g/100 mL，而丙酯溶解度僅為0.05 g/100 mL，其在水中的溶解度隨著烷基碳鏈數的增加而降低， 因此使用時通常先溶于乙酸或乙醇溶液中，再加入至食品中（萬素英等，1998）。 將幾種不同的對羥基苯甲酸酯按一定的比例復配使用或加工成相應的鈉鹽可提高其溶解度（陳建文等，2008）。

2 抑菌機理與效果

2.1 抑菌機理 自對羥基苯甲酸酯被發現以來，研究人員針對其作用機理開展了許多研究。 早在1973 年，Freese 等就發現對羥基苯甲酸酯是通過干擾膜轉運過程而起到抑菌作用； 后來Nes 等（1983）又提出，對羥基苯甲酸酯通過抑制某些細菌DNA 和RNA 的合成或是抑制細菌機體內一些關鍵酶的合成而發揮作用。 Soni 等（2005）較為全面地闡述了對羥基苯甲酸酯的抑菌機理： 對羥基苯甲酸酯以分子態的形式發揮抑菌活性， 其擁有與苯酚基類似的結構，可作用于微生物的細胞膜，使細胞內的蛋白質變性，從而阻止霉菌、酵母菌、細菌等微生物的發育作用；另一方面，對羥基苯甲酸酯可通過作用于微生物體內的酶系， 對其產生活性抑制、代謝干擾，阻止微生物在細胞膜上的運輸，以發揮抑菌作用。 此外，Crovetto 等（2017）又發現對羥基苯甲酸酯發揮抑菌作用可能還與抑制微生物線粒體相應功能有關。

2.2 抑菌效果 對羥基苯甲酸酯穩定性好， 具有廣泛的抑菌作用，對革蘭氏陽性菌、霉菌、酵母菌的抑制作用較強， 對革蘭氏陰性菌的抑制作用較弱（侯艷冰，2011）。生產實踐表明，對羥基苯甲酸酯的防霉抑菌效果要明顯高于傳統食品防腐劑苯甲酸鈉和山梨酸鉀等。蔣予箭等（2006）發現，僅0.15 g/kg的對羥基苯甲酸乙（丙）酯鈉便能顯著抑制醬油中細菌的生長，且其防腐作用強于苯甲酸鈉、山梨酸鉀；張顯久等（2007）發現，添加對羥基苯甲酸復合酯的醬油以及食醋中細菌總數隨著時間的延長顯著降低，且在同時期內明顯低于使用苯甲酸鈉時的細菌總數。對羥基苯甲酸酯的抑菌效果主要跟酯鏈長度及pH 有關。 隨著R 基中碳原子個數的增加，其抑菌性能依次增強， 尤其是R 基為C11、C12 的酯具有最高的抑菌活性（萬素英等，1998）；對羥基苯甲酸酯抑菌最適宜的pH 為4 ～8， 強酸強堿環境中，其防霉抑菌效果顯著降低（李霞，2006）。

3 動物體內的吸收與代謝及安全性

3.1 動物體內的吸收與代謝 對羥基苯甲酸酯在動物機體內主要通過皮膚吸收或由食品攝入經胃腸道進行吸收，其吸收效率取決于吸收形式與烷基鏈長度。經飲食攝入的對羥基苯甲酸酯，其吸收水平高于皮膚滲透（Aubert 等，2012）；經由皮膚滲透的對羥基苯甲酸酯吸收效率隨著其烷基鏈的增加而增加（Lee 等，1994）。 經胃腸道被動物機體吸收的對羥基苯甲酸酯通過體液循環到達肝臟/腎臟，在非專一性酯酶的作用下，迅速水解為對羥基苯甲酸，該酸與機體內硫酸鹽、葡萄糖醛酸或氨基乙酸結合，以結合物的形式，通過排泄系統，大部分隨尿液快速排出體外，部分以膽汁和糞便形式進行代謝（Abbas 等，2010）； 經皮膚吸收的對羥基苯甲酸酯則在皮膚表面進行水解，最終結合物隨尿液排出。 Tsukamoto 等（1964）發現，對羥基苯甲酸酯極少在動物體內積累，絕大部分以代謝物形式隨尿液排出，且速度十分迅速，在攝入24 h 內便有86%的代謝物可隨尿液排出體外，少部分以原形物隨尿液排出。

3.2 安全性 常見對羥基苯甲酸酯的半數致死劑量（LD50）為：甲酯8000 mg/kg、乙酯5000 mg/kg、丙酯6700 mg/kg、丁酯13200 mg/kg，均高于苯甲酸的LD50值（2530 mg/kg）；對羥基苯甲酸丙酯的動物慢性毒性試驗研究顯示， 給大鼠每天飼喂1.0 g/kg，持續96 周，皆未出現中毒現象；給狗每天飼喂1.0 g/kg，持續飼喂1 年，結果亦未表現出任何的毒性作用（Matthews 等，1956）；對羥基苯甲酸甲酯的三致試驗表明，其無致癌致畸作用，無致突變性（Soni 等，2002）。對羥基苯甲酸酯作為食品添加劑的每日允許攝入量（ADI）為0 ～10 mg/kg，高于苯甲酸的ADI 值（0 ～5 mg/kg），這間接表明對羥基苯甲酸酯的毒性小于苯甲酸， 且隨著烷基鏈的增長， 其毒性會進一步降低 （石金娥等，2011）。 另一方面，在同等條件下，對羥基苯甲酸酯在食品中的添加劑量比較小， 通常只有常用防腐劑山梨酸、苯甲酸等添加量的1/10 ～1/5，因而其使用相對更安全（侯輝，2018）。

另外， 近年來有研究報道了對羥基苯甲酸酯的雌激素效應。 Watanabe 等（2013）試驗發現，對羥基苯甲酸酯的雌激素效應與碳鏈結構有關，在C1 ～C12 系列烷基酯中，C5 ～C7 酯具有最高的雌激素活性，C11、C12 烷基酯具有最低的雌激素活性。 目前關于對羥基苯甲酸酯雌激素活性的報道大都集中在C1 ～C4 短烷基鏈酯， 其中丁酯具有較強的雌激素活性，研究較多。 Zhang 等（2014）研究發現，妊娠期大鼠每天口飼1000 mg/kg 的對羥基苯甲酸丁酯會導致其雄性后代雌二醇濃度顯著升高，睪酮水平顯著降低，同時附睪尾部精子數目及每日精子生成量也顯著減少；Boberg 等（2016）發現以每天500 mg/kg 劑量的對羥基苯甲酸丁酯飼喂圍產期大鼠， 對其雌性及雄性后代均會產生內分泌干擾效應，包括降低生殖器官重量，影響睪丸相關基因表達，致使乳腺發育異常等。不過，對羥基苯甲酸酯的雌激素活性較弱，如丁酯的雌激素活性比17β-雌二醇的活性要低1×104倍（Routledge 等，1998）。 因此，在國家明確規定的限量范圍內使用對羥基苯甲酸酯是安全的， 不會顯示任何的毒害作用。

4 應用現狀與展望

4.1 應用現狀 對羥基苯甲酸酯在食品行業的應用已經有近百年的歷史，主要用于酒精飲料、谷物制品、調味料等食品的防腐。研究表明，對羥基苯甲酸酯用量超過0.08%時會產生特殊性氣味，因而在食品中限制高濃度使用（Nicole 等，2014）。 我國GB 2760（2014）中規定，對羥基苯甲酸酯類及其鈉鹽在經表面處理的鮮水果及蔬菜中的最高使用濃度為0.012 g/kg；而在醋、醬油、果蔬汁類飲料中最大用量為0.25 g/kg。日本批準對羥基苯甲酸酯類用于果汁飲料最大添加量為0.10 g/kg；用于果實及果菜表皮最大添加量為0.012 g/kg； 而用于醬油劑量則不得超過0.25 g/L（高橋仁一，2006）。歐盟主要將對羥基苯甲酸酯用于肉制品的果凍料、涂層面包等物質的防霉， 與山梨酸混合使用時兩者總劑量不超過1.0 g/kg， 其中對羥基苯甲酸酯含量不高于0.30 g/kg。另外，部分國家也將長鏈庚酯用作食品防腐劑，如美國FDA 將對羥基苯甲酸庚酯小范圍應用于發酵麥芽飲料的防腐，限量12 mg/kg；而用于非碳酸軟飲料和含果汁類飲料時限量20 mg/kg。 近年來，隨著國際食品防腐劑市場結構的調整，對羥基苯甲酸酯將在食品工業發揮更為全面的作用。

對羥基苯甲酸酯在化妝品上應用也十分廣泛，可防止化妝產品由于微生物污染而變質發霉，從而減少對人類皮膚造成的損害。 對羥基苯甲酸酯對人類皮膚有輕微刺激， 當濃度達5% ～15%時，部分敏感個體可出現皮膚致敏現象，在化妝品中應限量使用（Soni 等，2001） 。 我國化妝品中最常用到甲酯和丙酯， 其單一酯使用濃度一般不超過0.4%， 復合酯添加量不得高于0.8%（姜丹丹，2018）。 此外，對羥基苯甲酸酯在制藥、家具、紡織品、皮革等行業也有一定的應用。

有關對羥基苯甲酸酯在動物生產中的應用研究報道相對較少，僅水產動物上有少量報道。蔡慧農等 （2004） 研究表明， 鮑餌中添加僅0.5% ～0.1%對羥基苯甲酸丁酯，在模擬投喂水體中便具有十分顯著的防腐效果， 且效果優于苯甲酸和山梨酸。 張世奇等（2011）發現對羥基苯甲酸乙酯能夠通過抑制水體中水霉游動孢子的活性， 改變水霉菌絲的形態來抑制水霉菌對水產動物的感染，能有效減少水霉病的發生。

4.2 展望 對羥基苯甲酸酯具有廣譜的抑菌作用，能有效抑制霉菌、酵母菌和細菌的生長繁殖，與其他防霉劑相比具有防霉效果好、抗菌譜廣、安全性好等諸多優勢， 有望作為飼料防霉劑在飼料中添加使用?，F有研究表明，長鏈對羥基苯甲酸酯較之短鏈酯具有更優的抑菌性能且毒性更低，尤其是R 基為C11、C12 的長鏈酯，具有最大的抗菌活性及最低的雌激素效應， 因而具有較強的開發應用優勢， 長烷基鏈酯及其鹽的開發將是未來的研究熱點。其次，對羥基苯甲酸酯系列產品的復配能夠有效改善長鏈酯溶解度低的缺陷， 同時大幅度增強其抑菌效果，從而減少其添加量，增強應用的安全性。 因此，今后，應加強對羥基苯甲酸長烷基鏈酯的開發工作， 深入研究其不同系列產品的復配技術， 同時對其在畜禽日糧中的適宜添加量及耐受量方面進行系統研究， 探討其在養殖動物生產中應用的可行性。