食品中天然防腐劑的研究進展

摘 要：隨著生活水平的提高，人們對食品安全與食品保鮮的要求日益提高。化學防腐劑雖能延長食品保質期，但長期使用可能給人們帶來健康風險，如致癌性、過敏反應等。因此，尋找安全、有效的天然防腐劑已成為研究熱點。天然防腐劑來源于植物、動物和微生物，具備良好的抗菌和抗氧化性能，應用前景廣闊。然而，其在實際應用中仍面臨穩定性差、成本高等挑戰。本文綜述了天然防腐劑的研究進展，旨在為天然防腐劑的進一步開發和應用提供參考。

關鍵詞：食品；天然防腐劑；植物提取物；抗菌

Research Progress of Natural Preservatives in Food

CAO Zhaoyu

（Boxing County Comprehensive Inspection and Testing Center， Boxing 256500， China）

Abstract： With the improvement of living standards， people’s requirements for food safety and food preservation are increasing. Although chemical preservatives can extend the shelf life of food， long-term use may bring health risks to people， such as carcinogenicity and allergic reactions. Therefore， finding safe and effective natural preservatives has become a research hotspot. Natural preservatives come from plants， animals and microorganisms， have good antibacterial and antioxidant properties， and have broad application prospects. However， they still face challenges such as poor stability and high cost in practical applications. This article reviews the research progress of natural preservatives， aiming to provide a reference for the further development and application of natural preservatives.

Keywords： food; natural preservatives; plant extract; antibiosis

目前，化學防腐劑廣泛應用于食品加工過程中，以延長食品的保質期。然而，化學防腐劑的長期使用引發了許多健康問題，包括潛在的致癌性、過敏反應，以及促使產生抗藥性微生物，給公眾健康帶來潛在風險。因此，尋找安全、有效的天然防腐劑已成為食品科學領域的研究熱點。天然防腐劑來源于植物、動物和微生物，良好的抗菌和抗氧化性能使其在食品保鮮中具有廣闊的應用前景[1]。本文系統總結了天然防腐劑的研究進展，探討其在食品工業中的應用及存在的挑戰，并展望未來的研究方向，為食品防腐技術的創新與發展提供參考。

1 天然防腐劑的分類與特點

1.1 植物來源防腐劑

1.1.1 多酚類化合物

多酚類化合物是植物中廣泛存在的一類次生代謝產物，以其顯著的抗氧化和抗菌活性在食品防腐領域引起了廣泛關注[2]。茶多酚作為茶葉中的主要活性成分，具有強效的抗氧化性能和廣譜抗菌作用，能夠有效抑制食品中多種致病微生物的生長。此外，茶多酚還能通過破壞細菌細胞膜結構、干擾微生物代謝等多種機制，顯著延長食品的保質期。葡萄籽提取物中富含的原花青素也是一種有效的天然抗菌劑，其抗氧化能力甚至超過了維生素C和維生素E。在應用方面，多酚類化合物已被廣泛用于果蔬、肉類及乳制品的保鮮中。然而，多酚類化合物在食品中的實際應用仍然面臨一些挑戰，如其在食品體系中的穩定性及與食品成分的相互作用，可能影響其抗菌效果。

1.1.2 精油類物質

精油類物質是植物中揮發性成分的濃縮提取物，具有強烈的香氣和多種生物活性。肉桂油和丁香油是最為典型的兩種植物精油，它們的主要成分如肉桂醛和丁香酚，均顯示出顯著的抗菌活性。研究表明，這些精油能夠有效抑制革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌的生長，甚至對抗藥性病原菌也具有良好的抑制作用。此外，精油類物質的抗菌機制通常涉及對細胞膜的破壞、細胞內容物的泄漏及干擾細胞代謝過程等。然而，精油類物質在食品防腐中的應用同樣面臨一些挑戰。精油具有強烈的氣味，可能會影響食品的風味和接受度；精油在水性食品基質中的分散性較差，限制了其在某些食品中的應用。通過納米技術或包埋技術提高精油的穩定性和抗菌效果，可拓展其在食品保鮮中的應用范圍。

1.1.3 植物抗菌肽

植物抗菌肽是植物在抗菌防御過程中產生的小分子蛋白或肽鏈，具有廣譜抗菌活性和較高的安全性。與傳統化學防腐劑相比，植物抗菌肽因其天然來源和低毒性特點，在食品工業中顯示出巨大的應用潛力。植物抗菌肽通過與細菌細胞膜結合，形成孔洞或通道，導致細胞內容物泄漏，從而抑制或殺死細菌[3]。目前，研究較多的植物抗菌肽包括大豆蛋白肽、苜蓿蛋白肽等。這些抗菌肽不僅在食品保鮮中表現出色，還具有一定的抗氧化和免疫調節作用。盡管植物抗菌肽在實驗室研究中表現出良好的防腐效果，但其大規模應用仍然面臨生產成本高、穩定性差和在復雜食品基質中活性降低等問題。

1.2 動物來源防腐劑

1.2.1 乳鐵蛋白及其衍生物

乳鐵蛋白是一種存在于哺乳動物乳汁中的多功能蛋白質，以其廣泛的抗菌、抗病毒和免疫調節功能受到關注。乳鐵蛋白的抗菌活性主要體現在通過與細菌細胞壁上的受體結合，破壞細胞壁結構，或通過與細菌所需的鐵離子結合，抑制其生長。此外，乳鐵蛋白還能夠增強機體免疫系統的功能，有助于抵抗病原微生物的侵襲。乳鐵蛋白及其衍生物在食品保鮮中的應用前景廣闊，尤其是在乳制品、嬰兒配方食品和功能性食品中。然而，由于乳鐵蛋白來源的限制及其提取純化過程較為復雜，其應用成本較高。為降低成本和擴大應用范圍，近年來的研究開始著力于通過基因工程和發酵技術生產重組乳鐵蛋白，以期實現乳鐵蛋白的大規模生產及其在食品防腐中更廣泛的應用。

1.2.2 蜂蜜及蜂膠提取物

蜂蜜和蜂膠作為傳統的天然抗菌劑，具有悠久的使用歷史。蜂蜜的抗菌效果主要源自其高滲透壓、低pH值以及產生的過氧化氫，這些因素共同抑制了微生物的生長。蜂膠則富含多種生物活性成分，如黃酮類化合物和酚酸類物質，具有強效的抗菌、抗病毒和抗氧化作用。蜂蜜和蜂膠提取物在食品防腐中的應用潛力巨大，尤其適用于天然食品和有機食品的保鮮。然而，蜂蜜和蜂膠的抗菌效果可能受到生產、儲存和加工條件的影響，其在不同食品體系中的效果也存在差異。此外，由于蜂蜜和蜂膠的風味較為獨特，在某些食品中使用時可能影響感官質量。

1.2.3 溶菌酶

溶菌酶是一種廣泛存在于動物體液中的抗菌酶，具有分解細菌細胞壁的能力，對革蘭氏陽性菌尤其有效。作為一種天然抗菌物質，溶菌酶因其高效、安全、無毒副作用等優點，已被廣泛應用于食品保鮮中。溶菌酶的抗菌機制主要是通過水解細菌細胞壁中的糖苷鍵，導致細胞壁破裂、細胞內容物泄漏，從而殺死細菌。在食品工業中，溶菌酶被用于延長乳制品、肉制品及果蔬制品的保質期。然而，溶菌酶在實際應用中仍面臨一些問題，如其在食品中的穩定性和抗菌譜的局限性。此外，溶菌酶對革蘭氏陰性菌的抑制效果較弱，因此需要與其他抗菌劑聯合使用以獲得更好的防腐效果。

1.3 微生物來源防腐劑

1.3.1 乳酸菌及其代謝產物

乳酸菌是食品發酵過程中常見的有益菌，其代謝產物如乳酸、細菌素等具有顯著的抗菌活性。乳酸通過降低pH值、破壞細菌細胞膜和抑制致病菌生長，在食品防腐中起到重要作用。細菌素則是一類由乳酸菌產生的小分子抗菌肽，能夠特異性地殺死或抑制與乳酸菌競爭的細菌，廣泛用于乳制品、肉制品和蔬菜的發酵與保鮮。乳酸菌及其代謝產物在食品防腐中的應用具有安全性高、無毒副作用的優勢，并且能夠改善食品風味和質地。然而，乳酸菌及其代謝產物的抗菌譜通常較窄，對某些致病菌的抑制效果有限。因此，未來的研究可以考慮通過基因工程手段優化乳酸菌菌株，增強其抗菌能力，或與其他天然抗菌劑聯合使用，以提高其在復雜食品體系中的防腐效果。

1.3.2 酵母菌及其代謝產物

酵母菌是一類常用于食品發酵的微生物，其代謝產物如乙醇、脂肽類物質和多種酶類在食品防腐中發揮著重要作用。乙醇具有良好的抗菌作用，常用于果酒、啤酒和發酵飲料的生產中。而酵母菌產生的脂肽類物質則顯示出對多種致病菌的廣譜抗菌效果。此外，酵母菌還能夠產生多種酶類，如β-葡聚糖酶，這些酶不僅有助于提高食品的營養價值，還可以通過分解細菌細胞壁或破壞細菌代謝過程，達到防腐目的。然而，酵母菌及其代謝產物在食品中的實際應用仍需考慮其對食品風味和質地的影響。此外，酵母菌的生長和代謝過程可能受到環境條件的顯著影響，因此在實際生產中需要精細控制發酵條件，以確保其抗菌效果。

1.3.3 醋酸菌及其代謝產物

醋酸菌所產生的醋酸能夠顯著降低食品pH值，抑制大多數致病菌的生長，同時還能賦予食品獨特的風味，廣泛應用于酸奶、泡菜和醋制品的生產中。除了醋酸，醋酸菌還能夠產生其他有機酸及抗菌物質，如醋酸乙酯，這些代謝產物進一步增強了其防腐效果。醋酸菌及其代謝產物在食品防腐中的優勢在于其自然、安全且易于消費者接受。然而，過高的醋酸濃度可能會影響食品的口感和質地，因此在實際應用中需要合理控制醋酸菌的發酵條件。

2 天然防腐劑的作用機制

天然防腐劑通過多種機制發揮其抑制微生物生長和抗氧化的作用[4]。抑制微生物生長的機制主要包括3個方面：①通過破壞細胞膜結構，使細胞膜的完整性受損，導致微生物細胞內外物質交換紊亂，最終導致細胞死亡；②抑制微生物關鍵酶的活性，這些酶在微生物的代謝過程中起著至關重要的作用，酶活性被抑制后，微生物的正常代謝功能無法進行，從而影響其生長與繁殖；③干擾微生物的代謝過程，通過影響代謝途徑中的關鍵步驟，導致能量產生不足或代謝產物累積，進而抑制微生物的生長。

此外，天然防腐劑還具有顯著的抗氧化作用。其抗氧化機制主要體現在自由基的清除和抗氧化酶的激活兩方面。天然防腐劑能夠直接捕捉和中和細胞內的自由基，從而減少自由基對細胞膜、蛋白質和DNA等重要生物分子的氧化損傷。與此同時，天然防腐劑還能通過激活體內的抗氧化酶系統，如超氧化物歧化酶、過氧化氫酶等，增強細胞的抗氧化能力，從而提供更強的保護作用。

3 天然防腐劑在食品中的應用

天然防腐劑在各類食品中的應用越來越廣泛，具體表現為其在肉制品、乳制品、果蔬制品和烘焙食品中的多種應用形式與功能[5]。在肉制品中，天然防腐劑如迷迭香提取物和丁香油被用來延緩脂肪氧化，抑制病原菌的生長，從而延長貨架期。這些防腐劑能夠有效減少肉制品在儲存過程中的色澤變化和異味生成。在乳制品中，天然防腐劑如乳酸菌和納豆激酶等，通過抑制有害菌的生長，保持產品的安全性與穩定性，同時還能增強乳制品的風味和營養價值。在果蔬制品中，常使用抗氧化性較強的天然防腐劑如抗壞血酸和檸檬酸，防止果蔬在加工和儲存中的褐變及質地變化，從而保持其新鮮度和視覺吸引力。在烘焙食品中，天然防腐劑如酚類化合物、茶多酚和維生素E等，能夠抑制脂肪氧化和霉菌生長，從而延長產品的保質期，同時保證烘焙食品的口感和風味穩定性。

4 結語

天然防腐劑因其天然來源和高安全性，成為食品工業的重要選擇，能有效抑制微生物生長和延緩食品氧化，但也存在影響食品風味、穩定性差和生產成本高的局限性。未來的研究應注重提升其應用效果和廣譜抗菌性，開發穩定化技術，并加強安全性與環保性研究。此外，結合其他保鮮技術，如低溫儲存和真空包裝，可為食品保鮮提供更有效的解決方案。

參考文獻

[1]翟賽亞，李紅艷.天然食品防腐劑在食品中的應用研究進展[J].食品工程，2022（4）：7-11.

[2]張彤，楊忠仁，張鳳蘭.食品天然防腐劑及其應用研究進展[J].中國調味品，2024，49（4）：206-211.

[3]祝佳斯，張珊珊.天然食品防腐劑在食品中的應用研究進展[J].現代食品，2023，29（12）：109-111.

[4]張越.植物精油天然防腐劑制備及其在發酵蔬菜中的應用研究[D].南昌：南昌大學，2023.

[5]趙國萍，李迎秋，馮林慧，等.天然防腐劑的應用研究進展[J].中國調味品，2017，42（8）：155-159.

作者簡介：曹兆玉（1990—），女，山東淄博人，碩士，工程師。研究方向：質量工程。