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天然食品防腐剂的发展

摘要: 本文就天然食品防腐剂的作用机理进行了简要介绍,重点阐述了天然食品防腐剂的分类及用途,此外,还简要说明了开发天然食品防腐剂过程中存在的问题及合理利用，展望了天然食品防腐剂的市场开发前景。
关键词: 天然食品防腐剂;抗菌机理;发展
一、天然食品防腐剂的优点及作用机理
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[1]。研究发现一些人工合成的防腐剂有诱癌性、致畸性和易引起食物中毒等问题，如苯甲酸盐，可能会引起食物中毒，亚硝酸盐和硝酸盐可能会生成致癌的亚硝胺。此外，目前的化学防腐剂抗菌能力有限，由于抗菌失效而导致食品变质的中毒事件时有发生。而天然防腐剂具有抗菌性强、安全无毒、水溶性好、热稳定性好、作用范围广等合成防腐剂无法比拟的优点，因此开发高效、安全、稳定的天然防腐剂已成为食品科学研究的热点之一，天然防腐剂不但对人体健康无害，而且还具有一定的营养价值，随着研究的深入，被揭示的天然抗菌物质越来越多。大力开发安全无毒、高效、经济的新型食品保存剂将是食品工业今后的发展方向之一。
天然食品防腐剂一般是指从植物、动物、微生物中直接分离提取的, 具有防腐作用的一类物质。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] 。
二、天然防腐剂的分类及用途
根据天然防腐剂的来源，将其分为三类，来源于微生物类的天然防腐剂，天然植物中提取的，来源于动物的天然防腐剂。
1、微生物类天然防腐剂
微生物防腐剂以其天然、安全、健康而受到研究者们的青睐, 目前各国都对其展开了广泛的研究, 我们批准使用的微生物防腐剂有乳链球菌和纳他霉素。
乳链球菌素即乳链菌素,是蛋白质原料经过发酵生物合成的由34个氨基酸组成的小肽,其中碱性氨基酸含量高,因此带正电荷[3]。乳酸链球菌素对大范围的革兰氏阳性细菌具有较强抑制作用，可抑制葡萄球菌、链球菌、微球菌、乳杆菌中的某些菌株及大多数产芽孢梭菌、杆菌以及它们的芽孢。乳酸链球菌素是一种无毒的天然防腐剂，与其它防腐剂相比具有无毒、用量少、使用方便、防腐效果好、价格低廉的特点，现已广泛应用于乳制品、罐头制品、鱼类制品和酒精饮料中。
纳他霉素( Natamyc in) 又名匹马霉素, 是由纳他链霉素发酵产生的多烯烃大环内酯化合物，无臭无味,几乎不溶于水、高级醇、醚、酯, 微溶于冰醋酸和二甲基亚砜。纳他霉素对细胞膜中没有麦角甾醇的细菌、病毒无效，而对酵母、霉菌等真菌有效。纳他霉素大多用于葡萄酒果酒的生产中用来抑制酵母生长。与乳链球菌素共同作用时, 抗菌谱互补。
此外还有，枯草杆菌素是枯草杆菌的代谢产物, 对革兰氏阳性菌有明显抗菌作用 能抑制厌氧芽孢菌生长, 还能降低耐热性芽孢菌的耐热性。它是一种多肽类物质, 食用后能被消化道中的蛋白酶分解, 故对人体无害。　　
 　　2、植物类天然防腐剂
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、柑桔、葡萄等果皮中或甜菜、苹果等废渣中。目前，国外以果胶分解物为主要成分，配合其它天然防腐剂已广泛应用于酸菜、咸鱼、牛肉饼等食品的防腐。
茶多酚，大量实验表明，茶多酚具有很好的防腐保鲜作用。茶多酚对枯草杆菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、番茄溃疮、龋齿链球菌以及毛霉菌、青霉菌、赤霉菌、 炭疽病菌、啤酒酵母菌等有抑制作用，而且多酚摄入人体后对人体有很好的生理效应，能清除人体内多余的自由基，能改进血管的渗透性，能增强血管壁弹性，降低血压，防止血糖升高，促进维生素的吸收与同化，调节人体内微生物，抑制细菌生长，还有抗癌防龋、抗机体脂质氧化和抗辐射等作用。
大蒜素，大蒜是餐桌上的天然防腐剂，大蒜中含有一种被称作大蒜辣素的成分，它是很强的杀菌剂，对痢疾杆菌等一些致病性肠道细菌和常见食品腐败真菌都有较强的抑制和杀灭作用。
此外还有：琼脂低聚糖，其具有较强的抑菌和防止淀粉回生老化的作用目前普遍用于挂面、面包和糕点等食品中；植物提取物，如杏叶提取物、肉桂提取物、丁香提取物、迷迭香提取物、红曲提取物、甘椒提取物、辣椒提取物有很强的杀菌作用可作为天然防腐剂；香精油，早在史前时代香精油已作为调味品及食品添加剂 并用于医药及保存尸体。
3、动物类天然防腐剂
溶菌酶( Lysozym e)，溶菌酶是一种专门作用于微生物细胞壁的水解酶。按作用微生物的不同可将溶菌酶分为3大类: 细菌细胞壁溶菌酶、酵母细胞壁溶菌酶和霉菌细胞壁溶菌酶。溶菌酶主要对革兰氏阳性菌起作用,而对革兰氏阴性菌作用不大。作为一种存在于人体正常体液及组织中的非特异性免疫因素, 溶菌酶对人体完全无毒、无副用, 且具有多种药理作用, 所以是一种安全的天然食品防腐剂。溶菌酶作为食品防腐剂常用在低度酒、香肠、奶油、糕点、面条、饮料、乳制品中。有研究表明溶菌酶可用于蛋糕的防腐, 延长蛋糕的贮藏时间[4]。
鱼精蛋白( Protam ine)，鱼精蛋白是一种多聚阳离子肽, 主要存在于各类动物的成熟精巢组织中, 与核酸紧密结合在一起, 以核精蛋白的形式存在。鱼精蛋白对枯草杆菌、芽孢杆菌、干酪乳杆菌、乳酸菌、霉菌、芽孢耐热菌和革兰氏阳性菌等均有较强的抑菌效果。目前广泛使用的防腐剂多为酸性防腐剂, 在中性和碱性条件下防腐效果不理想, 所以鱼精蛋白拓宽了防腐剂的使用范围。在牛奶、鸡蛋、布丁中加入鱼精蛋白可延长其保存期。鱼精蛋白与其它天然添加剂配合使用, 抗菌效果更为显著, 适用的食品防腐范围也更广。
抗菌肽(Antibacterial Peptides)，抗菌肽是生物体内经诱导产生的一类具有生物活性的小分子多肽, 普遍存在于各类生物体中, 是其免疫防御系统的一个重要组成部分。抗菌肽具有分子量小、热稳定好、在生理条件下多数带正电荷、广谱抗菌等特点[5]。它们对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、某些真菌、原生动物和一些耐药性细菌具有杀灭作用, 而对真核细胞基本不起作用。它的出现, 为人们寻找理想的天然食品防腐剂提供了新的领域[6]。研究表明, 新疆家蚕抗菌肽用于番茄汁的防腐, 在相同的杀菌时间条件下可降低杀菌温度,在工业化生产中可大大降低生产动力成本[7] ; 从吉林林蛙干皮中纯化得到的抗菌肽对香肠、草莓具有较好的防腐保鲜效果[8]。也有研究表明,由鲜牛蛙皮经浸提、分离、纯化得到的蛙皮抗菌肽冷冻干品, 对低温火腿肠制品具有明显的防腐作用[9]。
此外还有：蜂胶是工蜂在杨、柳、桦、栗和桉树等植物的幼芽或树皮等处采集的树脂, 并混入蜜蜂上颚腺分泌物和蜂蜡、花粉等加工而成的一种具有芳香气味的胶状混合物。目前, 已有研究表明, 蜂胶在禽蛋、水产品、肉制品、乳制品和水果保鲜中都具有较好的效果[10]；壳聚糖(Chitoson)又称甲壳素, 它是从虾壳、蟹壳中提取的一种天然多糖, 具有较强的抗菌作用。壳聚糖作为一种新型的天然食品防腐剂, 在杨梅、葡萄、黄瓜等果蔬的采后贮藏运输中均表现出良好的防腐效果, 不仅能抑制采后果蔬的失水、腐烂, 还能够抑制果蔬品质的下降, 钝化多酚氧化酶(PPO) 的酶活力等[11]。
三、天然食品防腐剂应用存在的问题
目前天然食品防腐剂的实际使用并不多, 对天然食品防腐剂的研究与开发仍存在存在很多问题，如天然食品防腐剂的作用机理、抗菌谱研究不够深刻，某些天然食品防腐剂的抗菌谱窄、带异味和杂色、价格偏高等问题不能从根本上得到解决;天然食品防腐剂的使用范围、使用量、使用方法也需要进一步的明确；天然食品防腐剂对食品风味的影响，如何最大程度发挥天然食品防腐剂的功效等都需要进一步探索，同时如何将不同来源的天然食品防腐剂配合使用，协同作用，达到互补或协同增效作用，也值得深入探讨，这些问题会制约和影响天然食品防腐剂的开发利用。
四、天然食品防腐剂的发展趋势
随着人们对食品安全要求的提高, 天然食品防腐剂的研究和开发成为食品工业的热点之一。天然食品防腐剂有以下几个发展趋势。
1、天然防腐剂在应用中所遇到的问题为其发展提供了方向。各种天然防腐剂的作用机理、抗菌谱和可应用的范围等研究不够明了,导致一些天然防腐剂应用受限。所以从更深的层次上进一步研究天然食品防腐剂的抑菌机理, 将为其广泛应用奠定理论基础。
2、天然食品防腐剂有其优点, 但目前天然食品防腐剂的价格高昂, 大多数食品生产企业难以承受。提高生物防腐剂提取与纯化技术, 降低生产成本, 是大范围推广应用天然食品防腐剂的重要条件之一。
3、天然食品防腐剂材料来源有限, 并且提取技术复杂, 分离、纯化比较困难。利用基因工程技术,把具有高效抑菌活性的抗菌基因转入原核或核表达系统中, 大规模、高产量的生产基因工程生物防腐剂是天然食品防腐剂未来发展的一个重要方向。
4、天然防腐剂与目前广泛使用的化学防腐剂相比, 抗菌谱窄、抗菌效果差。所以人们试图通过分子修饰, 借助现代生物新技术, 从分子水平上改造天然生物防腐剂基因结构来提高抗菌性能,并减小由 pH、温度等环境因素带来的适用范围限制。把天然食品防腐剂与可食用的膜和涂层相结合也是天然食品防腐剂发展的一个新方向。Seacheo lM in等人对加入溶菌酶的乳清蛋白涂层的扩散效果研究表明, 这种涂层可以维持溶菌酶的最低抑菌浓度, 可发挥对食品的防腐效果。
5、由于各类防腐剂抑菌谱限制, 通过几种防腐剂的联合使用, 加大防腐剂抑菌范围, 也是生物防腐剂的一个发展方向。可将不同来源的天然防腐剂配合使用, 或将天然食品防腐剂与某些络合剂、化学防腐剂结合使用以增强抑菌谱,
达到协同效应增强的效果。

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