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食品防腐剂作用机理
目前常用的食品防腐剂按作用可分为杀菌剂和抑菌剂两类。具有杀死微生物作用的食品添加剂称为杀菌剂,能抑制微生物生长繁殖的添加剂称为抑菌剂。但是二者常因浓度高低、
作用时间长短和微生物种类等不同而很难区分,所以多数情况下通称防腐剂。防腐剂按组分和来源主要分为化学类食品防腐剂和天然类食品防腐剂。
 
化学类食品防腐剂

化学类食品防腐剂一般可分为三大类,分别是酸性防腐剂、酯型防腐剂、无机盐防腐剂。

2.1.1 酸性防腐剂及其作用机理

酸性防腐剂如苯甲酸、山梨酸和丙酸以及它们的盐类。这类防腐剂的特点是体系酸性越大,其防腐效果越好,而在碱性条件下几乎无效。
(1)苯甲酸
苯甲酸又名安息香酸,其抑菌机理是使微生物细胞的呼吸系统发生障碍,使三羧酸循环中乙酸辅酶A→乙酸醋酸及乙酸
草酸→柠檬酸之间的循环过程难以进行,并阻碍细胞膜的正常生理作用[1]。由于其有效成分是未解离的苯甲酸分子,所以在酸性食品中使用效果好,对酵母、霉菌都有效。但因有叠加中毒现象的报道,在使用上有争议,虽各国都允许使用,但应用范围越来越窄。在我国,因其价格低廉,仍广泛使用于汽水、果汁类、酱类、罐头和酒类的防腐[2]。
(2)山梨酸
山梨酸是不饱和脂肪酸,其抑菌机理是透过细胞壁,进入微生物细胞壁内,利用自身的双键与微生物细胞中酶的巯基形成共价键,使其丧失活性,破坏含有硫氢基的酶类,从而抑制微生物的生长。山梨酸是目前国际上公认最安全的化学防腐剂之一,主要抑制霉菌和酵母。但是在微生物过多的情况下发挥不了作用,因此它适用于有良好卫生条件和微生物数量较少的食品中[3],目前主要用于高端食品中。
(3)丙酸盐
丙酸盐的有效成分是丙酸,它必须在酸性环境中才能产生抑菌作用。单体丙酸分子可以在霉菌细胞外形成高渗透压,使霉菌细胞内脱水,失去繁殖力,且还可以穿透霉菌细胞壁,抑制细胞内的活性。目前主要用于面包、糕点类食品的防腐保鲜。

2.1.2 酯型防腐剂及其作用机理

酯型防腐剂主要包括对羟基苯甲酸酯类、没食子酸酯、抗坏血酸棕榈酸酯等。这类防腐剂的特点就是在很宽的pH 值范围内都有效,毒性也比较低。对羟基苯甲酸酯类也称尼泊金酯,其抑菌机理主要是使微生物细胞呼吸系统和电子传递酶系统的活动受阻,抑制了丝氨酸的吸收和三磷酸腺苷的产生,从而破坏微生物细胞膜的结构,起到防腐的作用。Ramos J L[4]等在对该类物质的定量结构活性的研究表明,由反相HPLC 测的亲脂性参数与它们抗单核细胞增生李斯特菌性有显著关系。对羟基苯甲酸酯类的溶解性随酯基碳链长度的增加而下降,抗菌效果则于分子中醇链长度成正比,毒性与醇链长度成反比[5]。目前我国国标规定,对羟基苯甲酸酯类系列中只有乙酯、丙酯可以用于食品中。
 
2.1.3 无机盐防腐剂及其作用机理

无机盐防腐剂主要包括含硫的亚硫酸盐、焦亚硫酸盐等。其有效成分是亚硫酸分子,亚硫酸的杀菌作用机理主要是消耗食品中O2 使好气性微生物因缺氧而致死,并能抑制某些微生
物生理活动中酶的活性。由于使用这些盐后残留的二氧化硫能引起过敏反应,尤其是对哮喘病人,因此现在一般只将其列入特殊的防腐剂中。例如,广西地方标准DB 45/319- 2007《鲜湿米粉质量安全要求》中就规定米粉中SO2 的残留量要低于方法检出限。

2.2 天然食品防腐剂
天然食品防腐剂一般是从植物、动物、微生物中直接分离提取的,具有防腐作用的一类物质,也称作生物防腐剂,是食品防腐剂开发的主要方向之一。根据来源可分为3 种类型:动物源天然防腐剂、植物源天然防腐剂、微生物源天然防腐剂。

2.2.1 动物源天然防腐剂
动物源天然防腐剂是指从动物体内提取出来的防腐剂。常用的主要包括:蜂胶、鱼精蛋白、壳聚糖等。
(1)蜂胶及其作用机理
蜂胶是蜜蜂用从植物幼芽与树干上采集的树脂,混入其上颚分泌物和蜂蜡加工而成的具有芳香气味的胶状固体物[6]。其化学成分极为复杂,主要成分约20 种黄酮,同时含有维生素、矿物质、氨基酸等营养物质。研究表明,蜂胶中含有大量活跃的还原因子,因其具有较强的抗氧化性,可用作油脂和其他食品的天然抗氧化剂。Lim[7]等指出蜂胶液能阻止猪油和棕榈油氧化,防止肉制品脂肪氧化变质。蜂胶多酚类化合物具有抑制和杀灭细菌的作用,经过降解其最终产物是苯甲酸,是一种天然防腐剂。蜂胶可使被保鲜物表面形成一层及薄的膜,起到了阻氧、阻碍微生物、减少水分蒸发及营养损失的作用,从而延长了畜产和水产的保鲜时间,防止其腐败变质。Yang[8]等研究了蜂胶对鱿鱼干的作用,发现蜂胶液不仅能抑制鱿鱼干的微生物繁殖,还能保持原有水分、品质和风味不变。
(2)鱼精蛋白及其作用机理
鱼精蛋白发现于1870 年,20 世纪中期作为防腐剂引起关注。鱼精蛋白是在鲑、鲟、鲱等鱼精子细胞中提取的一种细小而简单的碱性球形蛋白,具有无臭、无味、热稳定性好、安全无毒的特点。在中性和碱性环境中有很强(安全急救网www.aqjj120.com的抑菌能力。研究发现鱼精蛋白可与细胞膜中某些涉及运输或生物合成系统的蛋白质作用,使这些蛋白的功能受损,从而抑制细胞的新陈代谢而使细胞死亡[9]。其主要应用于面制品、肉和肉制品、乳与乳制品等食品的防腐保鲜。
(3)壳聚糖及其作用机理
壳聚糖又叫甲壳素,是从蟹壳、虾壳中提取的一种多糖类物质[10]。具有较强的抗菌作用,在浓度为0.4%时对大肠杆菌、枯草杆菌、金黄色葡萄球菌均有较强的抑制作用。其抑制机理主要为壳聚糖能够在物体表面形成半透膜,这层半透膜能够有效阻止病菌的侵入和生长。我国于1991 年批准使用的甲壳素是一种无毒性,优良的天然果蔬防腐剂。
 
2.2.2 植物源天然防腐剂
研究植物提取物作为防腐剂是国内外开拓食品防腐剂新领域的研发热点。国内外许多研究者在这方面进行了大量的研究工作,也取得了大量成果。
(1)茶多酚及其作用机理
茶多酚是从茶叶中提取的多酚类复合体,大约占茶叶干重的20%~30%[11]。对枯草杆菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、炭疽病菌等有抑制作用[12]。茶多酚具有抗氧化的原因是由于含有60%~70%的儿茶素物质,它的抑菌机理为其分子结构中的酚性羟基特有的供氢体能与脂肪酸在自动氧化过程中产生的游离基结合,中断脂肪酸氧化的连锁反应,抑制其氧化物的形成,达到抗氧保鲜的目的。王绍美[13]等研究发现,将茶多酚应用在水果、蔬菜的保鲜方面,可以抑制细菌繁殖,保持其色泽,同时由于其具有多个酚羟基,具有供氧活性,可以将分子中的氢直接提供给果实中的Vc,减少其损失。
(2)香辛料及其作用机理
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,其中不少种有抑菌防腐作用。香辛料的抑菌成分主要有丁香酚、异冰片、茴香脑、肉桂醛等,将这些成分协同起来可得到效果更好的防腐剂。通过近些年的研究发现,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。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。
(3)中草药及其作用机理
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,对常见病原菌淋病球菌、痢疾杆菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌以及黄曲霉等都有较强的抑制作用。中草药天然食品防腐剂抗菌的作用机理,目前普遍认为中草药存在抑菌活性的多数是疏水性小分子有机化合物且对微生物细胞膜组织具有干扰作用甚至使其溶,从而对微生物起到抑制或杀死作用[2]。
(4)其他植物提取物
银杏叶、竹叶、苦瓜、荷叶、芦荟等植物提取物具备天然食品防腐剂的特点,应用前景广阔。如银杏叶提取物对食品中常见的致病菌,金黄色葡萄球菌、变形杆菌、大肠杆菌、产气杆菌等都有明显的抑制作用。
 
2.2.3 微生物源防腐剂
微生物防腐剂具有安全、高效和健康的特点。常见的有细菌素、乳酸链球菌素、纳他霉素等。
(1)细菌素
由细菌产生的抑菌物质称为细菌素,它是一种多肽或多肽与糖和脂的复合物,由包括乳酸菌在内的很多种细菌合成[14]。细菌素具有生化性能和遗传性能,绝大多数细菌素都没有毒性。
(2)乳酸链球菌素
乳酸链球菌素是世界公认安全的天然食品防腐剂。1951年首先将乳酸链球菌用作食品防腐剂,成功控制了由肉毒梭菌引起的奶酪膨胀腐败。我国于20 世纪90 年代批准使用。乳酸链球菌素的抑菌主要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,导致致病菌和腐败菌死亡;乳酸链球菌素和溶菌酶一起作用,有协同作用,可以
更有效地防止食品腐败,对食品的色、香、味、口感无不良影响,已广泛应用于乳制品、罐头制品、鱼类制品和酒精饮料中
(3)纳他霉素
纳他霉素, 也称匹马菌素、游霉素,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,商品名称为霉克,是一种高效的真菌抑制剂。纳他霉素的抑菌机理主要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,它能有效抑制和杀死酵母菌、霉菌及其它丝状真菌。目前已广泛应用于乳制品、罐装食品、啤酒酿造、方便食品、焙烤食品等领域的防腐保鲜。

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