天然食品防腐劑應(yīng)用

天然食品防腐劑應(yīng)用研究進展新型防腐劑在食品中的應(yīng)用舉例新型防腐劑的研究針對食品防腐劑使用存在的問題及食品工業(yè)發(fā)展的需要，目前防腐劑的新品種的研究和開發(fā)主要從下列幾個著眼點考慮：安全高效廣譜型防腐劑的開發(fā)低毒特效專用型防腐劑的開發(fā)生物類綠色抗菌防腐劑的開發(fā)

新型生物防腐劑具有安全、高效和健康的特點，常見的就有殼聚糖、植物精油、香辛料、溶菌酶、乳酸鏈球菌素、納他霉素等。下面我們通過認(rèn)識其中的幾種防腐劑的研究進展進一步了解新型食品防腐劑。

一、安全高效型防腐劑—殼聚糖殼聚糖(Chitoson)即脫乙酰甲殼素，又名幾丁聚糖,由氨基葡萄糖和N-乙酰氨基葡萄糖通過β-1,4鍵連接而成的直連高分子有機聚糖，為黃色或白色粉末，微溶于水，溶于酸，堿性氨基多糖。殼聚糖結(jié)構(gòu)式1、殼聚糖的特點殼聚糖在自然界含量豐富，主要來源于節(jié)支動物和軟體動物。殼聚糖具有無毒以及良好的生物降解性和生物相容性，不會造成二次污染，目前較多地作為一種成本較低、安全無毒、無污染、防腐保鮮效果好的天然防腐劑。2、殼聚糖的抑菌機理研究吳小勇等人研究總結(jié)主要有以下幾種可能[1]:1、分子量小于5000kDa（1kDa=1000摩爾質(zhì)量）的殼聚糖可以透過細(xì)胞膜小分子殼聚糖進入微生物細(xì)胞內(nèi),與細(xì)胞內(nèi)帶負(fù)電的物質(zhì)(主要是蛋白質(zhì)和核酸)結(jié)合,使細(xì)胞的正常生理功能(例如DNA的復(fù)制和蛋白質(zhì)的合成等)受到影響,導(dǎo)致微生物死亡。2、大分子的殼聚糖吸附在微生物細(xì)胞表面,形成一層高分子膜,阻止了營養(yǎng)物質(zhì)向細(xì)胞內(nèi)運輸,從而起到殺菌和抑菌作用。3、殼聚糖的正電荷與微生物細(xì)胞膜表面的負(fù)電荷之間的相互作用,改變了微生物細(xì)胞膜的通透性,引起微生物細(xì)胞死亡。4、殼聚糖作為一種螯合劑,選擇性地螯合對微生物生長起關(guān)鍵作用的金屬離子,從而抑制微生物的生長和產(chǎn)毒5、殼聚糖能夠激活微生物本身的幾丁質(zhì)酶活性,當(dāng)殼聚糖濃度足夠高時,微生物的幾丁質(zhì)酶被過分表達,導(dǎo)致對其自身細(xì)胞壁幾丁質(zhì)的降解,從而損傷細(xì)胞壁。3、殼聚糖的抑菌特性殼聚糖對細(xì)菌、霉菌和酵母菌都有抑菌特性，特別是對廣泛的腐敗菌都有抑制作用。其抑菌能力的大小與殼聚糖的脫乙酰度、分子質(zhì)量、環(huán)境的pH以及金屬離子和表面活性劑等雜質(zhì)的干擾有關(guān)。關(guān)于這些因素對殼聚糖抑菌作用的影響，目前研究結(jié)果比較一致的結(jié)論是:(1)分子大小相近的殼聚糖，抑菌能力隨其脫乙酰度增加而增加(2)大分子殼聚糖的抑菌能力比小分子殼聚糖強(3)殼聚糖對革蘭氏陽性菌的抑制作用比對革蘭氏陰性菌強。細(xì)菌容易受到殼聚糖的抑制，酵母菌次之，最后為真菌。(4)殼聚糖的抑菌能力隨其濃度升高而增強，隨環(huán)境介質(zhì)的pH值升高而降低。(5)溶劑對殼聚糖的抑菌能力也有一定的影響，一般來說以醋酸為溶劑比其他溶劑強。4、殼聚糖的應(yīng)用研究進展殼聚糖在食品中的應(yīng)用效果很好，一般使用時用醋酸、乳酸先將其溶解。在調(diào)味品中加入溶解于釀造醋的殼聚糖，能抑制細(xì)菌繁殖7d，而與醋酸鈉復(fù)合使用時則能提高到12d?？梢姎ぞ厶鞘且环N高效的天然防腐劑。美國食品藥物管理局(USFDA)1983年就批準(zhǔn)了殼聚糖可用作飼料添加劑。在日本,殼聚糖被用作豆腐、醬油、面條等食品的防腐保鮮劑;殼聚糖也可以直接加入食品、藥品和動物飼料等商業(yè)產(chǎn)品中。韓國也于1995年批準(zhǔn)殼聚糖可用作食品添加劑。在歐洲,殼聚糖不是一種食品添加劑,但是被允許用于化妝品中,以及在食品加工過程中使用。在加拿大,羧甲基殼聚糖可以用作雞蛋和水果的涂膜保鮮劑。在中國于1991年批準(zhǔn)殼聚糖作為防腐劑，其作為保健食品已于1997年獲衛(wèi)生部批準(zhǔn)。2001年被USFDA確認(rèn)屬“通常公認(rèn)為是安全的(GRAS)”物質(zhì),這進一步為殼聚糖用于食品掃清了障礙。殼聚糖的抑菌作用已得到了許多實驗的證實，但是(1)由于殼聚糖的抑菌機理比較復(fù)雜,對不同種類的微生物其抑制作用可能不同,而且影響殼聚糖抑菌能力的因素較多;(2)大部分的殼聚糖需要在酸性環(huán)境中,在溶解的條件下才能很好地發(fā)揮其抑菌能力，這就要求在使用前進行相關(guān)的研究,只有這樣才能更好發(fā)揮殼聚糖的功效。而所用溶劑醋酸或者乳酸的的殺菌、抑菌作用使得殼聚糖防腐作用存在質(zhì)疑;(3)殼聚糖的生產(chǎn)需要大量的酸處理，對環(huán)境造成了很大程度的污染，限制了殼聚糖的發(fā)展。

夏文水等研究了殼聚糖低聚物作為防腐劑在蘋果原汁保藏中的應(yīng)用。發(fā)現(xiàn)殼聚糖低聚物的抗菌作用對蘋果汁的保藏發(fā)揮了很好的防腐效果。陳天等利用殼聚糖來保鮮中華彌猴桃,可使其貯藏期延長至80天，同時保持了果實較好的品質(zhì)與風(fēng)味。袁毅樺等用2%殼聚糖涂膜番茄，15天后番茄的總酸度、總糖及ＶＣ與新鮮番茄最接近,果實較硬，失水較小,具有較好的保鮮效果。二、生物類綠色抗菌防腐劑-溶菌酶

溶菌酶又稱胞壁質(zhì)酶或N－乙酰胞壁質(zhì)聚糖水解酶，是一種細(xì)菌素，是由細(xì)菌產(chǎn)生通常只作用于與產(chǎn)生菌同種或親緣關(guān)系相近的種的其他菌株的一種蛋白類抗菌物質(zhì)。是一種能水解致病菌中黏多糖的堿性酶，以蛋清為原料富含堿性氨基酸;1、溶菌酶的理化性質(zhì)溶菌酶為白色或微黃色的粉末或晶體。無臭，味甜，易溶于水，不溶于丙酮和乙醚。溶菌酶在酸性條件下較穩(wěn)定，在堿性環(huán)境下不穩(wěn)定，易分解破壞。在一般條件下溶菌酶不會被消化酶所破壞，在干燥條件下能長期在室溫下保存活性。2、溶菌酶的抑菌機理

溶菌酶大都對對革蘭氏陽性細(xì)菌、枯草桿菌、巨大芽孢桿菌、溶壁微球菌等具有較強的溶菌作用，大部分溶菌酶是一種專門作用于微生物細(xì)胞壁的水解酶溶菌酶專一地作用于肽多糖分子中N-乙酰胞壁酸與N-乙酰氨基葡萄糖之間的β-1，4鍵，從而破壞細(xì)菌的細(xì)胞壁，使之松馳而失去對細(xì)胞的保護作用，最終使細(xì)菌溶解死亡。也可以直接破壞革蘭氏陽性菌的細(xì)胞壁，而達到殺菌的作用，這主要是因為革蘭氏陽性細(xì)菌的細(xì)胞壁主要是由胞壁質(zhì)和磷酸質(zhì)組成，其中胞壁質(zhì)是由雜多糖和多肽組成的糖蛋白，這種多糖正是由N-乙酰胞壁酸與N-乙酰氨基葡萄糖之間的β-1，4鍵聯(lián)結(jié)的。對某些革蘭氏陰性菌，如埃希氏大腸桿菌，傷寒沙門氏菌，也會受到溶菌酶的破壞。溶菌酶是母乳中能保護嬰兒免遭病毒感染的一種有效成分，它能通過消化道而保持其活性狀態(tài)，溶菌酶還可以使嬰兒腸道中大腸桿菌減少，促進雙歧桿菌的增加，還可以促進蛋白質(zhì)的消化吸收。3、溶菌酶的安全性及應(yīng)用研究進展

溶菌酶是一種無毒球蛋白。多數(shù)商品溶菌酶是從雞蛋清中提取的蛋清溶菌酶，是天然安全的食品防腐劑。溶菌酶對微生物的細(xì)胞壁的溶解作用具有專一性，對無細(xì)胞壁的人體細(xì)胞則不會有作用，因此不會對人體產(chǎn)生不良影響。

溶菌酶多用于干酪、奶油、肉制品、水產(chǎn)品、糕點等食品的防腐保鮮中，我國對于溶菌酶的研究還處于起步階段，還有許多方面值得探究。馬美湖等人研究了GNa液(雪花蓮凝集素)、溶菌酶、Nisin三種天然材料單一因子對冷卻肉的保鮮效果的影響，研究表明，單因子試驗溶菌酶的保鮮效果極明顯的優(yōu)于對照組，也顯著地優(yōu)于GNa組，略優(yōu)于Nisin組，同時也發(fā)現(xiàn)三者混合復(fù)配使用，效果優(yōu)于任何單一因子保鮮效果。章銀良研究發(fā)現(xiàn)溶菌酶與甘氨酸復(fù)合使用時(溶菌酶0.07%,CaCl20.5%,甘氨酸1.5%),對草莓的保鮮效果最好，優(yōu)于溶菌酶單獨使用的情況。溶菌酶還可與其他防腐劑,如植酸、聚合磷酸鹽、甘氨酸配合使用,可大大提高防腐效果。三、天然生物防腐劑-NISIN

乳酸鏈球菌素

（Nisin），是從鏈球菌屬的乳酸鏈球菌發(fā)酵產(chǎn)物提取制備的一類小分子多肽化合物。Nisin具有NisinA和NisinZ兩種形式，食用后在消化道內(nèi)很快被蛋白酶水解為氨基酸，不影響腸道內(nèi)的正常菌群。

NisinA與NisinZ的差異僅在于氨基酸序列上27位氨基酸的種類不同。NisinA是組氨酸（His），而NisinZ是天冬氨酰胺（Asn）。資料表明，同樣濃度下NisinZ的溶解度和抗菌能力都比NisinA強。

NisinA與NisinZ的差異

Nisin之所以抑制革蘭氏陽性菌的生長是因為它具有干擾革蘭氏陽性菌細(xì)胞壁的功能，并干擾其細(xì)胞壁組分的合成；而防孢子作用是殺死孢子是在其萌發(fā)前期及膨脹期破壞其膜,以抑制其發(fā)芽過程。1、Nisin的作用機理作用位點肽聚糖層蛋白質(zhì)細(xì)胞質(zhì)膜磷脂胞質(zhì)磷壁酸

Nisin主要抑制大部分G+菌，特別是細(xì)菌的芽孢。Nisin能抑制葡萄球菌屬、小球菌屬和乳桿菌屬的某些菌種；抑制大部分梭菌屬和芽孢桿菌屬的芽孢。近期的研究表明，在一定條件下（如冷凍、加熱），一些G+菌（如沙門氏菌等）對Nisin敏感。2、Nisin的生物安全性

Nisin對蛋白質(zhì)酶特別敏感，在消化道中很快被α-凝乳胰蛋白酶分解。它對人體基本無毒性，也不與醫(yī)學(xué)抗生素產(chǎn)生交叉抗藥性，能在腸道中無害的降解。對Nisin的毒性，致癌性，存活性再生性，以及動物器官病毒學(xué)等生物學(xué)研究證明，Nisin是安全的。3、Nisin在食品中的應(yīng)用研究發(fā)展1982年，L.A.Rogers已注意到一些乳酸鏈球菌產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物可有效地抑制某些細(xì)菌的生長。后來英國首次推出乳酸鏈球菌素制品。乳酸鏈球菌素作為一種世界公認(rèn)安全的食品防腐劑，在食品工業(yè)中的應(yīng)用已有40多年的歷史，50多個國家和地區(qū)已將其應(yīng)用在食品加工業(yè)。我國也在1990年批準(zhǔn)使用。Nisin能有效地抑制引起食品腐敗的革蘭氏陽性細(xì)菌，目前已經(jīng)用于乳制品、罐裝食品、植物蛋白食品、肉制品和酒精飲料、魚貝類海產(chǎn)制品等各種食品的防腐保鮮?？妆ＨA通過研究表明Nisin在一定程度上能延長紅腸保質(zhì)期，但單獨使用的效果不理想，最好能與其他方法結(jié)合使用。袁秋萍認(rèn)為從生產(chǎn)成本和防腐效果考慮，用Nisin(400mg/kg)和NaCl(3.5%)對鹽水鴨腿做浸泡處理，并經(jīng)真空包裝后的微波處理，能使鹽水鴨腿的貨架期達20d以上羅欣等通過實驗證明75×10-6的Nisin在牛肉冷卻肉的保鮮中起到明顯的抑菌作用，且保鮮效果隨質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而增強。

ε-聚賴氨酸是一種由單個的賴氨酸分子在α-羥基和ε-氨基形成的酰胺鍵而形成的均聚氨基酸，目前主要由白色鏈球菌346經(jīng)過發(fā)酵產(chǎn)生的陽離子聚合多肽防腐劑，具有防腐和營養(yǎng)強化雙功能。四、聚合類多肽防腐劑-ε-聚賴氨酸（ε-PL）

1977年，日本酒井平一和島昭二兩位博士在大量篩選有價值的放線菌時從發(fā)酵液過濾物中發(fā)現(xiàn)了這種物質(zhì)。這種微生物防腐劑在80年代初由日本學(xué)者藤井正弘首次應(yīng)用于食品工藝加工之中。1、ε-聚賴氨酸的抑菌機理研究1984年S.Shima等對ε-PL的進一步研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)其濃度為1mg/L～8mg/L時，即對G+、G-細(xì)菌有抑制作用,且抑菌能力強，ε-PL必須含有10個以上賴氨酸殘基才具有抑菌活性，對氨基的化學(xué)修飾會降低其抑菌能力。其抑菌機理主要表現(xiàn)在呈高聚合多價陽離子態(tài)的ε-PL破壞微生物的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，引起細(xì)胞的物質(zhì)、能量和信息傳遞中斷，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡。1992年VaaraM發(fā)現(xiàn)因為細(xì)胞膜是微生物進行能量轉(zhuǎn)化、物質(zhì)代謝的主要場所之一，所以ε-PL吸附到細(xì)胞膜上通過與細(xì)胞膜作用影響微生物細(xì)胞的呼吸，與胞內(nèi)的核糖體結(jié)合生成脂多醣而影響生物大分子的合成，可破壞膜結(jié)構(gòu)完整性，使細(xì)胞喪失對物質(zhì)的選擇性，并可導(dǎo)致胞內(nèi)溶酶體膜破裂而誘導(dǎo)微生物產(chǎn)生自溶作用，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡。1995年，NDelihas等人提出ε-PL的抑菌性與細(xì)菌的細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)無必然聯(lián)系，細(xì)菌對ε-PL的敏感性不同可能與細(xì)菌類型或細(xì)胞表面接受成分的多少或細(xì)胞分泌出能降解ε-PL的蛋白酶類的多寡有關(guān)。NDelihas等還發(fā)現(xiàn)分枝桿菌屬的細(xì)菌對ε-PL的抑菌作用具有高度的敏感性，說明ε-PL及其衍生物可用作抗結(jié)核藥物。

ε-聚賴氨酸具有抑菌譜廣、水溶性好、安全性高、熱穩(wěn)定性好、抑菌pH范圍廣等特點,因而在食品保鮮方面的應(yīng)用越來越多。2、

ε-聚賴氨酸的特點及食品中的應(yīng)用Neda對ε-PL進行了毒理學(xué)研究，經(jīng)慢性和亞急性喂飼小鼠實驗證明了ε-PL沒有毒性，甚至當(dāng)ε-PL達到20000mg/kg的高劑量水平的時候也不會產(chǎn)生任何的不利效果或基因突變。此外，ε-PL對生殖系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)，以及胚胎的發(fā)育、后代的生長，甚至第二代的胚胎發(fā)育都不會產(chǎn)生毒性，因此是一種安全的天然防腐劑。張東榮等研究過不加ε-PL的米飯，48h后顏色泛黃，有惡臭的味道；而添加10mgε-PL的，顏色改變不大，沒惡臭味道。徐紅華等研究了ε-PL對牛奶的保鮮效果。當(dāng)采用420mg/L的ε-PL和2%甘氨酸復(fù)配時，保鮮效果最佳，可以保存11d，并仍有較高的可接受性；同時還發(fā)現(xiàn)ε-PL和其他天然抑菌劑配合使用，有明顯的協(xié)同增效作用，可以提高其抑菌能力。3、ε-聚賴氨酸在食品中應(yīng)用現(xiàn)狀在日本ε-PL被批準(zhǔn)作為防腐劑添加于食品中，已廣泛用于方便米飯、濕熟面條、熟菜、海產(chǎn)品、醬類、醬油、魚片和餅干的保鮮防腐。如在魚片和生魚壽司中一般添加量為1000μg/g～5000μg/g；在米飯(快餐盒)、面湯和其它湯類、面條、煮熟蔬菜等的添加量為10μg/g～500μg/g；在醬油加工的調(diào)味雞飯的調(diào)味液中加0.12%的ε-PL，將雞浸漬20min～30min后油炸,即使30℃保存也能大大抑制酵母菌等增殖，延長保存期；2003年10月ε-聚賴氨酸被美國FDA批準(zhǔn)為安全食品保鮮劑。在我國仍處于研發(fā)階段中，尚未列入衛(wèi)生使用標(biāo)準(zhǔn)。五、天然多酚類復(fù)合物防腐劑-TP茶多酚（TeaPolyphenols）是茶葉中多酚類