天然防腐剂的分类研究

天然防腐剂的分类研究【摘要】食品的腐败变质会引起巨大的经济损失,如何防止腐败是食品科学工作者最为关注的一个问题。目前,常用的防腐措施是添加食品防腐剂,食品防腐剂分为化学防腐剂、天然防腐剂和复合型防腐剂,其中使用最为广泛的是化学防腐剂。随着对食品安全和健康问题的普遍关注，消费者对天然产物的兴趣越来越高。由于化学防腐剂存在的问题和缺陷，天然生物防腐剂引起了食品工业界的极大重视。采用天然防腐剂，可以赋予食品更高的营养价值，减少或完全停用化学防腐剂，并且确保食品的微生物安全性。天然生物防腐剂是指来源于植物、动物、微生物的具有预防食品腐败作用的抗菌物质。天然防腐剂的作用方式是抑制微生物的生长及发生在食品中的氧化反应和酶促反应。本文综述天然防腐剂的种类及未来的发展趋势。【关键词】动物防腐剂，植物防腐剂，微生物防腐剂一、前言食品在生产、运输、销售和贮存过程中,会因物理、化学、生物化学等因素引起腐败变质。在食品工业中,通常采用在食品中加入化学防腐剂的方法来延长食品的货架期,但化学防腐剂的种类和应用范围受到严格限制。为此,人们将目光转向了能够抑制食品致病菌和腐败菌的天然材料上,一般是从植物、动物、微生物中直接分离提取出的,具有防腐作用的一类物质,是天然的食品防腐剂。天然防腐剂更加高效、安全、无毒，也称作生物防腐剂。目前已经开发和正在开发的天然防腐剂按其不同的来源可分为植物源天然防腐剂、动物源天然防腐剂以及微生物源天然防腐剂等类型。二、天然防腐剂的分类自然界天然植物中存在许多生理活性物质,具有抗菌作用。许多植物精油、大蒜、洋葱、生姜汁、绿茶、苹果、腰果、苦瓜、竹叶、林蓠叶、荸荠、芦荟、银杏叶等都存在抗菌成分。许多动物也是提取天然防腐剂的良好来源,动物成分的抗菌物质有蟹、虾得来的壳聚糖、大马哈鱼及鲱鱼的鱼精蛋白抽提物——鱼精蛋白、牡蛎壳烘成的钙等。另外微生物也是一种不可忽视的天然防腐剂的来源,现已从微生物中得到的天然防腐剂有细菌素类的乳酸菌素和小菌素、放线菌类的纳他霉素、霉菌类的米曲霉发酵产生的曲酸以及某些酵母菌、真菌和食用菌等。目前国内外对植物源天然食品防腐剂的研究异常活跃,并已取得了可喜的成果。1、动物性天然防腐剂的特点及其抗菌机理天然食品防腐剂具有抗菌性强、水溶性好、安全无毒、抑菌谱广等优点,在人体消化道内可降解为食物的正常成分,不影响消化道菌群,不影响药用抗菌素的使用,而且还具有一定的营养价值。天然食品防腐剂的作用机理同一般食品防腐剂相似。它可以通过作用于细胞壁和细胞膜系统,直接迅速地破坏依赖于膜结构完整性进行物质和能量代谢的细胞及细胞器,并可导致细胞内溶酶体膜破裂诱导微生物自溶;也可以通过作用于遗传物质或使遗传微粒结构改变引起抑菌作用;还有一些是通过作用于酶或功能蛋白,使他们功能发生变化而发挥灭菌防腐作用。另外,天然食品防腐剂也可通过抑制微生物的呼吸作用,导致能量物质ATP和还原物质NAD亏缺,合成代谢受阻,活性的动态膜结构不能维持,代谢方向趋于水解,最后产生细胞自溶。由于天然食品防腐剂是生物体提取物,这些物质更容易进入微生物细胞,导致膜通透性增加和能量代谢系统破坏,因而能迅速抑制微生物的活动、生长和繁殖。2、植物源食品防腐剂目前国内对植物源天然食品防腐剂的研究异常活跃,并且取得了可喜的成果。究其原因是我国自然界具有丰富的植物资源,其中存在许多具有抗菌生物活性的物质,有很大的潜在市场价值。目前已取得进展的植物源防腐剂有以下几种。2.1香辛料香辛料一般指生长在热带或亚热带的芳香植物的根、树皮、种子或果实,具有调味增香的作用,其中不少种还有程度不同的抑菌防腐作用。通过近些年的研究发现,这些香辛料能抑菌防腐,真正起作用的是其精油,而目前研究与开发食品防腐剂使用的大多也是香辛料的精油或者提取物。有关香辛料抗菌成分及抗菌机理的研究,杨荣华等。已有综述:香辛料的抗菌成分主要有丁香酚、丁香酚乙酸酯、异硫氰酸烯丙酯、百里酚、香芹酚、异冰片、茴香脑、肉桂醛、香草醛、辣椒素和水杨醛等。对芳香植物精油的抗菌性能进行的研究表明,在水相中的溶解度与精油中有效成分透过细胞而进入菌体的能力直接相关,而抗菌性则基于抗菌剂在菌体细胞膜双层磷脂中的溶解度;精油中的类萜类降低生物膜的稳定性,从而干扰了能量代谢的酶促反应。2.2中草药我国中药包括一般的草药在内,已达5000余种,而常用的约有700种～800种,其中绝大部分为植物药。中药历来就被公认为既有益于健康又有特定治疗效果,利用具有悠久食用历史的中药作为食品防腐剂具有低毒、更容易为消费者接受的优点。多年来,我国学者对中草药抗菌作用进行了大量研究工作,发现多种中草药具有抑菌作用,其抑菌范围广,对常见病原菌如淋病球菌、白念球菌、痢疾杆菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、伤寒沙门氏菌以及黑曲霉、黄曲霉、日本曲霉、杂色曲霉、产黄青霉、毛壳菌、弯孢霉、枝孢霉、桔青霉等霉菌都有较强的抑制作用。目前中草药抑菌试验中发现黄连的抑菌能力最强,其次为大黄、黄苓、大青叶、艾叶、鱼腥草等,再其次为黄柏、玄参、连翘、知母、马鞭草、乌梅、白头翁、茵陈、蒲公英等。在中草药天然食品防腐剂抗菌成分的安全性评价方面,文献较少。关于作用机理,目前普遍认为中草药中存在抑菌活性的多数是疏水性小分子有机化合物,而且对微生物细胞膜组织具有干扰作用甚至使其溶破,从而对微生物起到抑制或杀死作用。2.3果胶分解物果胶是一种水溶性天然聚合物,主要存在于柠檬、橙、柚、柑橘、葡萄等果皮中或甜菜、苹果等废渣中。日本山梨大学横土冢弘毅教授等。在研究中发现:以酶分解果胶而得到的果胶分解物对食品中细菌特别是大肠杆菌有显著的抑制增殖作用。目前,国外以果胶分解物为主要成分,配合其他天然防腐剂,已广泛应用于酸菜、咸鱼、牛肉饼等食品的防腐。我国学者李学红等。以苹果渣为原料,采用酸水热浸提果胶、对果胶浸提液直接酶解和常压浓缩的工艺制备的果胶分解物,对食品腐败细菌如大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、八叠球菌、变形杆菌、巨大芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌及乳酸菌具有明显的抑制作用,其最低抑菌浓度在0.0148%以下,但对酵母菌、霉菌无抑制作用,并且果胶酶解物抑菌性能与其酶解程度直接相关,说明果胶酶解产物的抑菌性能与分子量有关,抑菌的有效成分应是一些低分子量的聚半乳糖醛酸。具体的抑菌机理应进一步研究。果胶酶解产物可应用于酸渍蔬菜、汤面制品和乳制品等食品中,具有理想的防腐效果;同时,该工艺简单易行,加工成本低廉,因此果胶酶解物是一种极具开发价值的新型天然食品防腐剂。目前我国的研究还处于实验室水平,市场上还没有果胶分解物的规模化生产。2.4其他植物银杏叶提取物:银杏树是我国的特产植物之一,宫霞等[8]研究表明:银杏叶提取物对食品中常见致病菌的最低抑制浓度分别为金黄色葡萄球菌8%,变形杆菌6%,大肠杆菌6%,枯草芽抱杆菌6%,产气杆菌5%,沙门氏菌6%;在相同时间内,浓度越高,抑菌率也越高,同一浓度作用时间越长,抑菌率也越高,并且具有热稳定性。荸荠(马蹄)皮提取物:许多学者用荸荠皮制备而成的荸荠提取物进行了抗菌性和应用效果研究。曾莹等[9]采用水煮、醋酸乙酯萃取、95%乙醇溶液及酸、醇溶液浸提等方法进行提取,对提取液用滤纸片法测定抑菌圈,实验表明用酸、醇液作提取剂制得的马蹄皮提取物抗菌效力较强。该制剂对常见食品污染细菌和真菌的最低抑制浓度分别为0.3125%和2.5%,抗菌效力比苯甲酸钠大。而且其热稳定性能良好,经121℃、15min处理后仍具有较强的抗菌效力。吴建中等[10]采用水和有机溶剂共同提取竹叶保鲜成分的工艺路线,这种竹叶提取物对常见的致病菌的最低抑制浓度为0.2%。同时还有学者从姜、肉桂、丁香、边迭香、红曲、甘椒、辣椒等其它具有抗菌作用的植物中分离出抗菌提取物。3、微生物防腐剂3.1溶菌酶溶菌酶由球孢链霉菌产生,是一种专门作用于微生物细胞壁的水解酶。其作用机制为破坏细菌、酵母菌和霉菌的细胞壁,使细胞壁中的糖苷键和肽键断裂,最后导致细胞死亡。溶菌酶是一种无毒、无害、安全性很高的高盐基蛋白质,具有一定的保健作用。它不仅能选择性地分解微生物,而且又不作用于其它物质。该酶对枯草杆菌、耐辐射微球菌等革兰氏阳性菌有强力分解作用,对大肠杆菌、普通变球菌和副溶血性弧菌等革兰氏阴性菌也有一定程度的溶解作用,其最有效浓度为0.05%。目前我国一般从鸡蛋清中提取生产溶菌酶,价格昂贵,主要用于科研,在食品防腐中应用很少。3.2乳酸链球菌素乳酸链球菌素是由多种氨基酸组成的多肽类化合物,可作为营养物质被人体吸收利用。1969年,联合国粮食及农业组织/世界卫生组织(FAL/WHO)食品添加剂联合专家委员会确认乳酸链球菌素可作为食品防腐剂。1992年3月我国卫生部批准实施的文件指出:“可以科学地认为乳酸链球菌作为食品保藏剂是安全的”。它能有效抑制引起食品腐败的许多革兰氏阳性细菌,如肉毒梭菌、金黄色葡萄球菌、溶血链球菌、利斯特氏菌,嗜热脂肪芽孢杆菌的生长和繁殖,尤其对产生孢子的革兰氏阳性细菌有特效。乳酸链球菌素的抗菌作用是通过干扰细胞膜的正常功能,造成细胞膜的渗透、养分流失和膜电位下降,从而导致致病菌和腐败菌细胞的死亡。它是一种无毒的天然防腐剂,对食品的色、香、味、口感等无不良影响。现己广泛应用于乳制品、罐头制品、鱼类制品和酒精饮料中。3.3纳他霉素(Natamycin)纳他霉素(Natamycin),是由纳他链霉菌受控发酵制得一种白色至乳白色的无臭无味的结晶粉末,通常以烯醇式结构存在。它的作用机理是与真菌的麦角甾醇以及其他甾醇基团结合,阻遏麦角甾醇的生物合成,从而使细胞膜畸变,最终导致渗漏,引起细胞死亡。焙烤食品用纳他霉素对面团进行表面处理,有明显的延长保质期作用。在香肠、饮料和果酱等食品的生产中添加一定量的纳他霉素,既可以防止发霉,又不会干扰其他营养成分。3.4ε-聚赖氨酸ε-聚赖氨酸的研究在国外特别是在日本已比较成熟,我国刚刚起步。它是一种天然的生物代谢产品,具有很好的杀菌能力、热稳定性和巨大商业潜力。在日本,ε-聚赖氨酸已被批准作为防腐剂添加于食品中,广泛用于方便米饭、湿熟面条、熟菜、海产品、酱类、酱油、鱼片和饼干的保鲜防腐中。我国徐红华等研究了ε-聚赖氨酸对牛奶的保鲜效果。当采用420mg/L的ε-聚赖氨酸和2%甘氨酸复配时,保鲜效果最佳,可以保存11d,并仍有较高的可接受性,同时还发现ε-聚赖氨酸和其他天然抑菌剂配合使用,有明显的协同增效作用,可以提高其抑菌能力。在美国,研究者建议把ε-聚赖氨酸作为防腐剂用于食品中。实践发现,ε-聚赖氨酸可与食品中的蛋白质或酸性多糖发生相互作用,导致抗菌能力的丢失,并且ε-聚赖氨酸有弱的乳化能力。因此ε-聚赖氨酸被限制于淀粉质食品。目前我国还是处于实验室研发阶段。三、总结目前虽然天然防腐剂由于抑菌效果、稳定性、价格等原因还不能完全取代化学防腐剂,而以此为基础的复合型防腐剂也尚处在研制之中,但天然防腐剂正以它抗菌性强、安全无毒、热稳定性好、作用范围广等无可比拟的独特优点在食品、医药等领域飞速发展着。可以预料,天然防腐剂将是未来防腐剂的主要发展方向,并且必将取代化学防腐剂走进我们的生活。而我国科学工作者的工作重点应是对中草药提取天然防腐剂的研究,充分利用我国丰富的中草药资源,提高中草药的科学利用值。参考文献：[1]陆志科,谢碧霞.植物源天然食品防腐剂的研究进展[J].食品工业科技,2003,24(1):94-96[2]吴传茂,吴周和,曾莹,等.从植物中提取天然防腐剂的研究[J].食品科学,2000,21(9):24-27[3]梅丛笑,方元超,赵晋府.微生物天然防腐剂在食品工业中的应用及前景.江苏食品与发酵,2000,(4):26-28[4]罗傲霜,淳泽,罗傲雪,等.食品防腐剂的概况与发展[J].中国食品添加剂,2005,(4):55-58[5]张红艳,林凯,阎春娟.国内外天然食品防腐剂的研究进展[J].粮食加工,2004,(3):57-60