几种新技术在防腐剂和抗氧化剂中的应用前景.pdf

中国食品添加剂C h i n aF o o dA d d i t iv e s专论综述188几种新技术在防腐剂和抗氧化剂中的应用前景王宗举,唐春红(重庆工商大学环境与生物工程学院绿色食品研究所,重庆400067)摘要:对目前食品防腐剂和抗氧化剂研究中的新技术和新方法进行了综述,概述了微胶囊技术和纳米技术定义、特点及在食品防腐剂和抗氧化剂研究中的应用现状及应用前景,微胶囊技术和纳米技术目前在防腐剂和抗氧化剂研究中遇到的问题及使用优势。介绍了乙醇及乙醇气体发生剂,抗菌食品保鲜膜,利用有益菌与腐败菌的营养竞争作用研发的水果防腐剂的研究方法及其应用效果。酒精气体发生剂具有安全性高而且很强地抑制菌类繁殖的能力,有防止食品硬化的效果。抗菌食品保鲜膜在未来一段时间内将综合考虑抗菌、透气、机械强度等性能指标,实现性能的复合化。利用有益菌研究发防腐剂较一般的防腐剂能更好地促进氧气与二氧化碳气的交换,有广阔的应用前景。关键词:防腐剂;抗氧化剂;微胶囊技术;纳米技术;乙醇气体发生剂;抗菌食品保鲜膜中图分类号:T S 202.3文献标识码:A 文章编号:1006-2513(2010)02-0188-04S e v e r a l n e wt e c h n iq u e sinp r e s e r v a t iv e sa n da n t io x id a n t a p p lic a t io np r o s p e c tWA N GZ o n g-j v,T A N GC h u n-h o n g(H e a l t ha n dN a tu r a l F o o dI n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y a n dB u s i n e s s o f C h o n g q i n g,C h o n g q i n g400067)A b s t r a c t:T h i sp a p e r d i s c u s s e ds o m en e wt e c h n o l o g ya n dn e wm e t h o d su s e di nt h ep r e s e n t f o o dp r e s e r v a t i v e sa n da n-t i o x i d a n t s s t u d i e s,s u mm a r i z e dt h em i c r o c a p s u l et e c h n i q u e s a n dn a n o t e c h n o l o g yd e f i n i t i o n,c h a r a c t e r i s t i c sa n dt h es t a-t u sa n dp r o s p e c t o f t h e i r a p p l i c a t i o no f f o o dp r e s e r v a t i v e sa n da n t i o x i d a n t,a n dt h ep r o b l e m si nt h e i r r e s e a r c ha n dt h e i ru s eo f a d v a n t a g e s.I n t r o d u c e de t h a n o l a n de t h a n o l g a sg e n e r a t i n ga g e n t,a n t i mi c r o b i a l f o o dw r a p,r e s e a r c hm e t h o d so ff r u i t p r e s e r v a t i v e st h r o u g ht h en u t r i t i o nc o m p e t i t i o nb e t w e e nb e n e f i c i a l b a c t e r i aa n ds p o i l a g eB a c t e r i ao f t h ef r u i t.A l c o-h o l g a sg e n e r a t i n ga g e n t h a dh i g hs e c u r i t y a n ds t r o n ga b i l i t y t oi n h i b i t t h ef u n g i r e p r o d u c t i o n,a n dh a dt h ee f f e c t o f p r e-v e n t i n gf o o dh a r d e n i n g.F o r al o n gp e r i o di nt h ef u t u r e,a n t i mi c r o b i a l f o o dw r a pw o u l db ec o n s i d e r e da b o u t a n t i b a c t e r i-a l,b r e a t h a b l e,me c h a n i c a l p r o p e r t i e st oa c h i e v et h ep e r f o r m a n c eo f t h ec o m p o u n d.T h en e wp r e s e r v a t i v e st h r o u g hu-s i n gt h eb e n e f i c i a l b a c t e r i u mh a dmo r ea d v a n t a g e s t h a ng e n e r a l a n t i s e p t i ct op r o m o t eo x y g e na n dc a r b o nd i o x i d eg a s e x-c h a n g e.T h e yh a db r o a da p p l i c a t i o np r o s p e c t s.Ke yw o r d s:p r e s e r v a t i v e,a n t i o x i d a n t,mi c r o c a p s u l et e c h n i q u e s,n a n o t e c h n o l o g y,e t h a n o l g a sg e n e r a t i n ga g e n t,a n-t i mi c r o b i a l f o o dw r a p随着科学技术的不断进步,出现了一些新技术,这些新技术正逐步应用于各个研究领域。本文就目前一些新技术新方法在食品防腐剂和抗氧化剂中的应用现状及应用前景做一综述,供同行业研究时做参考。1微胶囊技术的研究进展及其在防腐剂中应用展望微胶囊技术是用特殊的方法将固体、液体或气体物质包埋封存在一种微型胶囊内而成为固体收稿日期:2009-12-26作者简介:王宗举,男,重庆人,在读硕士,研究方向为资源保护与利用。专论综述中国食品添加剂C h i n aF o o dA d d i t i v e s189微粒产品。微胶囊(M i c r o c a p s u l e)、微球(M i-c r o s p h e r e)都是指一种具有聚合物壁表的微型密封结构(容器),它是通过微胶囊化(M ic r o e n-c a p s u l a t i o n)过程实现的,即先将需要包覆的物质(主要为固体和液体)细化成为粒经极其微小的固体颗粒或液滴,然后以其为核心,利用特殊的方法,将具有成膜性能的聚合物在其表面沉积涂覆,形成一无缝薄膜,最后经过分离、干燥等过程而得到。微胶囊的直径一般在 2 200 m,壁厚为 0.5 150 m。该胶囊在一定的条件下可以有控制地将所包裹的材料释放出来,利用这种“可控释放”的特点,而制成长效制剂,并达到减少添加量的目的。食品防腐剂的开发与应用将在食品、饲料、粮食、水果蔬菜、加工品运输和贮存领域中发挥着极其重要的作用。然而,防腐剂本身有许多无法克服的缺点,现在急需开发出防腐效果不弱于化学合成防腐剂的天然防腐剂,或使现有防腐剂具有传统防腐剂所不具备的如下优点:缓释或控释特性,稳定性提高,对人畜的毒害小;可有效掩饰防腐剂的不良气味,可减少防腐剂的使用量;隔离物料间的相互作用,改变物料形态便于运输、贮存和添加。对防腐剂的这些新要求,可以用微胶囊技术加以实现。应用微胶囊包埋技术对现有的食品防腐剂进行生产工艺的改进,使其在降低使用量的情况下保证其在防腐剂苯甲酸钠等用 -环状糊精包接成微胶囊,对比实验显示,微胶囊防腐剂能显著延长防腐的有效期。有实验证明,山苍了油具有明显的抗真菌作用,但由于山苍了油易于挥发,不适宜保存,利用环糊精挥发油粉末化技术将其制成的微胶囊后成分稳定,既可保持成分稳定,便于利用,并能缓释。有专利报道,选用山梨酸作为防腐剂并且用硬化油脂为壁材形成微胶囊,一方面可避免山梨酸与食品直接接触,另一方面利用微胶囊的缓释作用,缓慢释放出山梨酸以达到杀菌的目的,延长食品货架寿命。2002年武伟研究了以阿拉伯树胶和麦芽糊精为壁材,喷雾干燥法制备的肉桂醛微胶囊产品具有一定的缓释抑菌效果。谭龙飞(2006)等以壳聚糖、麦芽糊精和蔗糖等主要材料作为壁材通过乳化喷雾干燥法制备肉桂醛精油微胶囊。黄晓丹(2008)等以明胶和阿拉伯胶为壁材,谷氨酰胺转氨酶为固化剂,采用复凝聚法制备肉桂醛微胶囊。梁嘉臻(2008)申请的发明专利“一种微胶囊食品防腐剂及其制备方法”,报告了一种微胶囊食品防腐剂及其制备方法,可使防腐剂在食品加工的后期定点释放,可解决防腐剂影响发酵类食品发酵、在加工过程中损失大的问题,同时解决用水溶性壁材包埋率低、包埋效果差的缺陷。微胶囊化防腐剂需要解决的关键技术:(1)微胶囊包埋材料的筛选:选择合适的包埋材料对不同种类食品防腐剂进行微胶囊包埋,充分验证不同包埋物质对食品防腐剂进行包埋时的作用机理及其包埋后对防腐剂防腐效果产生的影响,确定不同包埋物质的特点及包埋工艺的优化。(2)包埋方法以及释放控制的研究:解决包埋物质在溶解性、p H缓冲性、热稳定性、光稳定性等方面的问题,研究不同包埋方法对食品防腐剂使用效果的影响,研究微胶囊防腐剂的控制释放机制。(3)防腐剂协同增效的研究:确定不同食品防腐剂包埋材料及乳化剂、增稠剂、天然防腐剂等增效剂在不同防腐剂配方中的品种匹配及复配比例,从而达到协同增效的目的,提高产品的防腐能力和安全性。(4)生产工艺参数确定:确定不同配方微胶囊化食品防腐剂产业化生产的工艺参数。由于防腐剂微胶囊可以调整防腐剂的释放时问,延长药剂的使用期限,减少对人畜的毒害,合理调整使用量,并降低或消除其给环境造成的副作用,大大提高防腐剂的贮存稳定性,以及可以与许多添加剂复配等,从而扩大了防腐剂的应用范围。许多按标准认为不合格的防腐剂品种,如果采用微囊化这一新技术,可制成符合标准的新型防腐剂。2纳米技术在食品防腐剂和抗氧化剂中的应用前景纳米技术是指粒径小于 1000n m的物质的生产、加工与应用。纳米科学属于一个多学科交叉领域,包括化学、物理学、生物学和工程学,引起了工业界的广泛兴趣。它为理解和发展具有新中国食品添加剂C h i n aF o o dA d d i t iv e s专论综述190功能的材料和产品提供了方法和思路,这些材料和产品的新功能是纳米结构集合的结果。采用纳米技术研制的纳米抗氧化剂、抗菌剂保鲜包装材料可提高新鲜果蔬等食品的保鲜效果和延长其货架寿命,保留更多的营养成分,如纳米系列银粉不仅具有优良的耐热、耐光性和化学稳定性,而且具有抗菌时间长、对细菌和霉菌等均有效的特点,可以有效地延长抗菌时间,添加到食品包装材料中有良好的抗菌效果,且不会因挥发、溶出或光照引起颜色改变或食品污染,还可加速氧化果蔬释放出的乙烯,减少包装中乙烯含量,从而达到良好的保鲜效果。但纳米银粉的造价太高。最近来自英国利兹大学的研究发现,纳米氧化镁和纳米氧化锌具有很强的杀菌效果,高艳玲等的研究亦表明纳米氧化锌对常见的食品污染菌具有较广谱的杀、抑能力,如果将其用于纳米包装材料的生产,将大幅度地延长食品货架期,降低生产成本。目前已经有一些新型纳米抗菌材料得到了较深入的研究或应用,如新型抗菌材料尼龙 66中掺加了一种特殊的纳米黏土复合材料,经改性后,不但提高了强度、韧性等物理力学性能,还对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌具有明显的杀伤效果,同时生产成本也可大幅度降低,应用于食品等高档包装薄膜的生产。添加 0.1%0.5%的纳米T i O 2制成的包装材料可以防止紫外线引起的肉类食品的自动氧化变质,保护维生素和芳香化合物不受破坏。中科院化学所工程塑料国家重点实验室制备了 P E T 纳米塑料,可以代替玻璃啤酒瓶,贮藏啤酒 4、5个月保持口味新鲜。黄媛媛等研制了一种新型纳米包装材料,对比了纳米包装与普通包装对绿茶保鲜品质的影响。结果表明,纳米包装的透湿量、透氧量比普通包装低 28.0%、2.1%,纵向拉伸强度比普通包装高 24.0%。在贮存期间采用纳米包装的绿茶维生素 C、茶多酚、氨基酸和叶绿素的保留率分别比采用普通包装绿茶的维生素 C、茶多酚、氨基酸、叶绿素高 7.7%、10.0%、2.0%、6.9%。陈丽等人将纳米 T i O 2粒子和其它 11种功能材料加入到 P V C 中研制出的保鲜膜,可使富士苹果的保存期延长到 208d,同时对蔬菜也有较好的保鲜效果。而 N P A 6与之(传统的尼龙塑料)相比,其氧气和二氧化碳的透过率降低了一半,水的透过率也下降了 30%左右。用它来包装食品,如香肠、火腿、泡菜等,食物的变质程度更小,保质期更长。美国新泽西的研究人员正在进一步研究一种智能包装,在食物开始变质之前释放防腐剂。该包装材料通过纳米技术建立起生物开关,从而能根据需要释放防腐剂。关于纳米颗粒或纳米材料的健康危险度评价的相关信息很缺乏,仅美国环保局(E P A)在2003年正式提出纳米颗粒或纳米材料对人类健康和环境存在潜在影响。但初步的实验数据已表明纳米材料毒性的存在。L e e 等和 G a ll a g h e r 分别对大鼠进行长期纳米级 T i O 2有关纳米材料的安全性评价资料检索结果表明,世界范围内还没有一个研究机构对纳米材料认真进行过安全性评价,尚未找到能够证明纳米材料绝对安全性的任何科学根据。3乙醇及乙醇气体发生剂在食品防腐保鲜中的应用乙醇用作消毒杀菌已有很长历史,并已用于食品加工环境、设备和操作者手指的消毒剂。自1985年以来,日本由于在低浓度乙醇防腐技术及其复配技术方面取得的卓越研究成果,使乙醇制剂发展很快,其用量已占防腐剂市场的 60%左右,1986年用于防腐的乙醇达 5.7万吨,而相应的山梨酸及其钾盐为 l 700吨(生产量 11600吨),苯甲酸及其钠盐为 260吨,脱氢醋酸为 5吨(生产能力 24吨),对羟基苯甲酸酯类仅 10吨。日本有微胶囊化的乙醇保鲜剂,在密封包装中缓慢释放乙醇蒸汽以防止霉菌的生长,质量分数为 6%的乙醇微胶囊,杀菌能力相当于 70%的乙醇,将微胶囊化的乙醇置入乙醇蒸汽不易透过的密封包装中,利用胶囊缓慢释放的乙醇气体达到杀菌防腐的目的。乙醇对霉菌、大肠菌等细菌的抑菌作用较强,而对酵母则很弱。乙醇量一般需达 50%70%的浓度才具有最强的杀菌作用,即使延长时间也相差不多。要利用乙醇保存食品需不致感觉出有乙醇存在,则其浓度不得超过 4%。为此有人用 6%的乙醇,配合乳酸、磷酸后,彼此之间有良好的相乘作用,它对鱼糕表面大肠杆菌的抑专论综述中国食品添加剂C h i n aF o o dA d d i t i v e s191菌作用与 70%乙醇或 3%过氧化氢相当,远胜于1%的次氯酸钠,或 0.3%过氧化氢,或 60%的乙醇。采用低浓度的乙醇和适当今低 p H值,能大大增强对微生物的抑制作用。在乙醇的复配制剂中加入脂肪酸甘油酯、甘氨酸、醋酸钠、柠檬酸钠、蔗糖酯等起协同作用,可降低乙醇用量而避免对食品风味的果响。为防止水分随乙醇而挥发,可在复配制剂中加入单甘酯、乳酸钠等保水剂,以克服食品的干燥,如用 80%乙醇,1%3%乳酸钠,0.5%1.5%单甘酯、0.05%蔗糖酯及 18%的水复合而成的固体酒精,在 15下用于蛋彩可保存 10d,用于奶油和草莓均为 8d。这类乙醇气体发生剂大致用于三类鲜度保持,果子,面包,面类及珍味类,亦可用于液状食品、裱花奶油、色拉、鱼糕、蛋糕草莓、生面条等方面。食物的外包装使用 K O P/C P、O P、C P、O P P 等乙醇遮断性包材,乙醇气体发生剂不仅能抑制霉菌等的微生物的生育,碱且能防止由水分的蒸发、淀粉的老化而引起的食品干裂,使食品保持柔软。综合上述,可以认为,酒精气体发生剂在当今用于食品的众多脱氧剂和干燥剂中,作为不直接添加在食品中的附加型保鲜剂,占有十分重要的地位。它具有安全性高而且很强地抑制菌类繁殖的能力,有防止食品硬化的效果。随着它与脱氧剂并用型新产品的诞生,今后,作为多种章品类的保鲜剂,将有被获得进一步广泛应用的希望,其前景十分广阔。4抗菌食品保鲜膜的食品防腐保鲜中的应用采用微胶囊技术对所配合的药剂用分子包埋法进行微胶囊化处理可显著提高药剂的防腐效果和使药剂长久有效,如 T S 是 -环状糊精包埋对羟基苯甲酸乙酯与新洁尔灭的复配,防腐效果较好。采用 -环状糊精为壁材,包埋方法简单,价格低廉,易于推广和应用。此外,由于 -环状糊精螺旋状结构的桶腔内为疏水基团,因而喷撒在果穗表面的、具有成膜作用的 -环状糊精具有较好的保水和气调等保鲜效果。从发展趋势上看,抗菌食品保鲜膜的发展正迎来它的黄金时期,对它的研究与开发必将产生巨大的经济效益和深远的社会效益。归纳起来,抗菌食品保鲜膜的发展趋势有以下几点:抗菌功能的多样化,未来的抗菌食品保鲜膜研究将从单一的金属离子溶出型、非溶出型、远红外线抗菌等方式向融几种抗菌方式为一体的功能食品保鲜膜转化;抗菌材料的纳米化和复合化,由于纳米材料独特的物理性能和极高的活性,导致抗菌材料的纳米化逐渐成为抗菌剂的主要发展方向。与之相应的抗菌保鲜膜亦向抗菌材料的纳米化方向发展。抗菌保鲜膜材料的纳米化研究将融物理学、材料学、化学、生物科学为一体,走边缘和交叉学科的研究方向;抗菌与自发气调(M A)及较高机械强度的复合化,抗菌剂的加人将影响塑料薄膜的微孔结构和机械性能。薄膜的孔结构是 M A 技术的物质基础。抗菌食品保鲜的研究在未来一段时间内将综合考虑抗菌、透气、机械强度等性能指标,实现性能的复合化。5利用有益菌与腐败菌的营养竞争作用研发的水果防腐剂最近,美国研制出一种用于水果的新的生物防剂,它是由改良的紫胶和蔗糖酯类构成,是糖和脂肪酸的衍生物。该生物防腐剂形成的衣膜能促水果表面自然存在益菌和酵母菌的生长,从而帮助保持水果的质量。该生物防腐剂防治水果腐烂的机理是水果表的有益微生物与引起水果腐烂的病原菌竞争营养,因益菌发生早,密度大,吸收了水果表面的大部营养,使处于生长初级阶段的病原菌饥饿而死,而起到了防治水果腐烂的效果。目前,为保证水果上市的质量,一般都用化学防腐剂处理水果,结果把益菌也都杀死了,带来了负面影响。美国农业研究局的科学家与康涅狄格州的一家公司合作,用这种新的生物防腐剂在葡萄上进行实验,结果表明它较一般的防腐剂能更好地促进氧气与二氧化碳气的交换,能减少水果自然形成及释放的酒精气味,能较好地抑制水果腐烂的发生,有广阔的应用前景。参考资料(略)