植物源天然防腐劑

1、1、對植物源天然防腐劑的認(rèn)識全世界每年約有10%20%的食品因腐敗而廢棄，造成巨大的資源浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失，因而 在食品工業(yè)中 , 防腐保鮮始終是最重要問題。同時在近年來，隨著人們生活和消費(fèi)水平的提 高，對食品加工的需求越來越向“綠色”和“天然”等理念轉(zhuǎn)變，很多天然植物含有抗菌成 分, 這為天然防腐劑的篩選提供了豐富的原材料，食品防腐劑的天然化已成為防腐技術(shù)的一 大趨勢。因此，天然、安全的食品防腐劑的開發(fā)就成為必要，開發(fā)高效、廣譜、安全穩(wěn)定且 便宜的新型防腐劑具有重要的意義。一、天然植物型食品防腐劑 近年的研究表明，一些天然植物及其提取物具有一定的防腐抑菌作用。這一發(fā)現(xiàn)引 起了食品防腐劑研究者的興

2、趣和重視。 目前， 從香辛料和傳統(tǒng)中草藥中提取有效抑菌成分是 研發(fā)天然植物型防腐劑的熱點(diǎn)之。近年發(fā)現(xiàn)的大蒜、生姜、花椒、丁香、黑胡椒等許多香辛 料的提取物都具有一定的防腐抑菌作用。 丁香油樹脂對金黃色葡萄球菌、 大腸桿菌、 枯草芽 孢桿菌、漢遜氏酵母菌、 黑曲霉菌、 青霉菌等有很強(qiáng)的抑制作用， 可作為天然食品防腐劑開 發(fā)利用。研究發(fā)現(xiàn)，大蒜油對金黃色葡萄球菌、傷寒沙門菌、變形桿菌、大腸桿菌、肉毒梭 菌、黃曲霉、黑曲霉、產(chǎn)朊假絲酵母、啤酒酵母菌等有很好的抑制與殺滅作用。我國中草藥資源豐富，一些藥食同源的中草藥及其提取物不僅有一定的藥用價值， 而且有較強(qiáng)的防腐功能， 其安全性已得到充分證實(shí)。 甘草

3、的乙醇提取物對革蘭陽性芽孢桿菌 和乳酸桿菌有較強(qiáng)的抑制作用。 研究表明，丁香、烏梅對細(xì)菌、 酵母菌和青霉菌有較強(qiáng)的抑 制作用。黃連、 防風(fēng)可作為廣譜抗菌劑使用， 對芽孢菌和銅綠假單胞菌的抑制作用明顯。中 國林業(yè)科學(xué)研究院篩選并提取了大黃、黃連、黃芩、連翹、金銀花、金錢草的有效成分，與 天然紫膠溶液被膜劑配合使用制成了天然防腐保鮮復(fù)合膜，用于水果、 蔬菜的防腐保鮮， 效果明顯。這些天然植物型防腐劑在防止食品腐敗，發(fā)揮保鮮作用的同時，還具有抗氧化和防 病保健的功能。目前，國內(nèi)外市場上生產(chǎn)的大多數(shù)保健品的有效成分都是天然抗氧化物質(zhì)。由我國植物源天然提取物制備的防腐劑，自然資源豐富，比起歐美國家來具有

4、明顯優(yōu)勢， 在一片回歸自然的呼聲中， 中國的天然植物源防腐劑、 天然植物提取物產(chǎn)品定會受到 國際市場的青睞。 在食品安全日益得到重視的現(xiàn)代社會里， 植物源天然防腐劑也會做出自己 的貢獻(xiàn)。二、植物源防腐劑的作用機(jī)理研究進(jìn)展 很多天然防腐劑都是通過干擾細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)和酶系統(tǒng)來抑制微生物。 酶是生物大分子 且有相當(dāng)大的一部分吸附或鑲嵌于生物膜系統(tǒng)中, 而生物膜系統(tǒng)是微生物進(jìn)行能量轉(zhuǎn)化、物質(zhì)代謝等生命活動的主要場所。寧正祥研究食品防腐劑的抗菌機(jī)理及構(gòu)效關(guān)系 , 指出由電子 容納接受中心和電子供給中心組成的電子中繼系統(tǒng)是食品防腐劑體現(xiàn)強(qiáng)抗菌活性的活性中 心的必備分子結(jié)構(gòu)條件 ,最常見的有醛基、羧基和羥基等

5、,其中以由相距 0.25nm 左右的電子 供-納中心組成的電子中繼系統(tǒng)最有效。因此，a , 3 -不飽和羰基結(jié)構(gòu)是食品防腐劑表現(xiàn)抗菌活性的有效功能性結(jié)構(gòu)。對羥基苯甲酸酯類、山梨酸類、富馬酸酯類、肉桂醛類、紫蘇醛等 都含有a , 3 -不飽和羰基結(jié)構(gòu)，具有強(qiáng)的電子緩沖能力，有強(qiáng)的抗菌活性。防腐劑在生物膜相 的溶解度和對膜相的擾亂破壞度是抗菌劑抗菌活性強(qiáng)度的決定性因素。防腐劑動態(tài)性居留在生物膜相后 ， 一是可直接而迅速破壞依賴于膜結(jié)構(gòu)完整性的能量代謝和細(xì)胞及細(xì)胞器賴以生 存的對物質(zhì)的選擇性透性 ， 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 ; Sikkema 發(fā)現(xiàn)細(xì)胞被抑制直至死亡的

6、過程中 ， K+ 的流出是細(xì)胞損害的最早表現(xiàn) ， 隨后細(xì)胞的 內(nèi)容物質(zhì)開始溢出，包括ATP二是生物膜溶成分代謝速率低 ，防腐劑居留在膜相后不易被微 生物酶系分解 ， 抗菌時效增強(qiáng)。 因此， 對羥基苯甲酸、 丁烯二酸、 肉桂酸等一元有機(jī)酸和二元 有機(jī)酸防腐劑隨著酯化程度和酯鏈長度的增加 ， 抗菌效果顯著增強(qiáng) ， 抗菌半衰期也顯著延長。 基團(tuán)空間位阻是抗菌活性中心發(fā)揮抗菌活性的限制因素。 抗菌劑的抗菌性能取決于防腐劑分 子與微生物生命分子間相互電子作用。 在分子間的碰撞過程中抗菌劑活性中心周圍空間位阻 愈小 ， 抗菌劑分子加入反應(yīng)的概率就愈大 ， 抗菌活性也就相對愈大。 所以以氫原子作為抗菌活 性

7、中心周邊基團(tuán)時 ，產(chǎn)生的空間位阻最小。 因而醛類的抗菌活性極高 ，如肉桂醛的抗菌活性比 肉桂酸要高幾個數(shù)量級。富馬酸酯類、肉桂酸酯類的抗菌活性 ， 隨酯化基團(tuán)增大而下降。酶 促降解性是防腐劑抗菌半衰期的決定性因素。肉桂醛、紫蘇醛的抗菌活性極強(qiáng)，但易被微生物分解代謝而失效 ， 故有效抗菌作用時間短暫 ， 溴代肉桂醛不是酶促合成的天然有機(jī)化合物 不易被酶促降解 ， 抗菌有效期顯著提高 ， t0.5 值達(dá)肉桂醛的 350 倍。從上面可以看出防腐劑 分子結(jié)構(gòu)決定了防腐劑的抗菌性能及作用機(jī)制。 但是微生物在受到抗菌劑刺激時會產(chǎn)生相應(yīng) 的應(yīng)激反應(yīng)來避免傷害 , 如分泌特定的蛋白酶降解抗菌肽 ; 增加殼聚糖

8、的合成緩解對細(xì)胞壁 的攻擊等。而這些微生物的這些機(jī)理還不清楚 , 因此我們在篩選天然植物防腐劑時要從兩個 角度研究其防腐效果 : 一是防腐劑的抑菌性能及作用機(jī)制 ; 二是菌體對防腐劑的抗性和機(jī)制。三、植物源防腐劑存在的問題 目前雖然已開發(fā)出了數(shù)十種天然食品防腐劑，但實(shí)際使用的并不多，對植物源天然 食品防腐劑的研究與開發(fā)仍存在以下幾個問題：1 對新型植物源天然食品防腐劑的開發(fā)缺乏系統(tǒng)的理論指導(dǎo)。 天然食品防腐劑研究 大致過程為：優(yōu)化提取、分離有效抗菌組分的工藝；有效抗菌組分在培養(yǎng)基中的抗菌特性； 抗菌組分在食品中的應(yīng)用試驗(yàn)； 抗菌組分的毒理學(xué)評價等。 因此開發(fā)新型植物源天然防腐劑 需要食品科學(xué)、

9、 微生物學(xué)、生物化學(xué)、中藥學(xué)和醫(yī)學(xué)等多門學(xué)科的理論為基礎(chǔ)，但從事這些 方面的專家很少參與合作， 還做了許多重復(fù)工作。 同時， 企業(yè)參與新型天然食品防腐劑開發(fā) 的積極性不高， 它們不愿在研究與開發(fā)等環(huán)節(jié)上投入太多資金， 從而使新型天然食品防腐劑 的開發(fā)受到了限制。2 對新型植物源天然食品防腐劑的基礎(chǔ)研究缺乏。 雖已知道許多植物的提取物具有 抗菌防腐作用， 但目前使用的大部分都是粗制品， 其有效成份含量隨季節(jié)和地理環(huán)境而改變， 許多新型植物源天然食品防腐劑的作用機(jī)理、 抗菌譜和可應(yīng)用的范圍、 防腐劑分子結(jié)構(gòu)與活 性關(guān)系等的研究不夠明了。 導(dǎo)致我國批準(zhǔn)使用的植物源天然食品防腐劑僅有果膠分解物、 茶

10、多酚等幾種。3 新型植物源天然食品防腐劑自身存在的缺陷。 對某些天然植物源食品防腐劑， 不 能從根本上解決抗菌譜窄、 帶異味、雜色和價格偏高等問題。 在實(shí)際應(yīng)用中也存在很多問題， 如用量少時達(dá)不到防腐效果， 用量大時可能影響食品風(fēng)味和品質(zhì)， 甚至產(chǎn)生毒副作用。 部分 現(xiàn)已開發(fā)的天然防腐劑普遍存在抗菌譜窄的缺點(diǎn)， 僅使用某一種不能完全抑制所有病菌的生 長，同時使用多種，也會對人體產(chǎn)生毒害。4 消費(fèi)者還不完全認(rèn)可。 許多消費(fèi)者簡單地將防腐劑理解為有害的添加劑。 把添加 劑與安全對立起來， 這種現(xiàn)象在國內(nèi)尤為突出， 一些廠商為迎合消費(fèi)者的心理， 往往在廣告 語中特別強(qiáng)調(diào)不含任何防腐劑， 這也是對消費(fèi)

11、者的誤導(dǎo)， 極大地阻礙了植物源天然食品防腐 劑的應(yīng)用。四、植物源防腐劑開發(fā)前景與展望 國際上，食品添加劑的發(fā)展趨向是天然、營養(yǎng)和功能化方面發(fā)展，而且研究與應(yīng)用 已日趨廣泛，在我國尚屬初級階段。近年來，由于我國的科研單位及生產(chǎn)單位的積極努力， 已開發(fā)了不少天然食品防腐劑， 其中不少品種正在大力推廣應(yīng)用并已取得了可喜的效果。 隨 著食品工業(yè)的發(fā)展、 人們生活水平和安全意識的提高， 對一些合成防腐劑的安全性不斷提出 質(zhì)疑，科學(xué)工作者對化學(xué)合成防腐劑持慎重的科學(xué)態(tài)度， 消費(fèi)者則對非天然食品防腐劑非常 忌諱。鑒于此，尋求安全、高效的天然食品防腐劑成為食品工業(yè)的研究熱點(diǎn)。出于安全性、 資源性和經(jīng)濟(jì)性考慮，

12、 在我國開發(fā)植物源天然食品防腐劑成為首選。我國地域遼闊， 植物資源十分豐富， 所選材料大多是藥食兼用材料或常用調(diào)味料植物品種，具有良好的口味、 豐富的營養(yǎng)、較多的保健功能，同時還賦予食品獨(dú)特香味，而且低毒，容易為消費(fèi)者接受，可滿 足人們對天然食品、綠色食品、健康食品的需要。因此開發(fā)安全、高效、經(jīng)濟(jì)、營養(yǎng)的植物 源天然食品防腐劑不僅是國外發(fā)展的主流也是我國今后發(fā)展的主要方向。 雖然目前植物源天 然食品防腐劑由于價格、 雜色、 抑菌效果等方面的限制， 短期內(nèi)還不能完全取代化學(xué)合成防 腐劑， 但從長遠(yuǎn)的觀點(diǎn)看，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步、 生活水平的提高和安全意識的進(jìn)一步增強(qiáng)，必 將促使人們用天然防腐劑完全取代

13、化學(xué)防腐劑。2、植物源天然防腐劑常見的種類 國內(nèi)外對植物源食品天然防腐劑的研究異?；钴S，究其原因是自然界的天然植物中存在許多生理活性物質(zhì) 具有抗菌作用。20世紀(jì)初，Rippetor等研究證明，從芥菜籽、丁香和桂皮等中提取的精油有一定的防腐作 用，從而激起了人們對其中活性成分的提取、抗菌效果的評價、作用機(jī)制及應(yīng)用的研究。特別是近年來， 我國眾多學(xué)者也進(jìn)行了植物源天然食品防腐劑的研究，他們研究了大蒜、生姜、 丁香等 50多種香辛科植物及大黃、甘草、銀杏葉等 200 多種中草藥及其它植物如竹葉等提取物的抗菌試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)有 150 多種具有廣 譜的抑菌活性，各提取物之間也存在抗菌性的協(xié)同增效作用，并作為

14、天然防腐劑在某些類食品中作了一些 簡單應(yīng)用。1、茶多酚大量實(shí)驗(yàn)表明，茶多酚對人體有很好的生理效應(yīng)，它能清除人體內(nèi)多余的自由基，改進(jìn)血管的滲 透性能，增強(qiáng)血管壁彈性，降低血壓，防止血糖升高，促進(jìn)維生素的吸收與同化。還有抗癌防齲、抗機(jī)體 脂質(zhì)氧化和抗輻射等作用。 茶多酚還具有很好的防腐保鮮作用， 對枯草桿菌、 金黃色葡萄球菌、 大腸桿菌、 番茄潰瘡、齲齒鏈球菌以及毛霉菌、青霉菌、赤霉菌、炭疽病菌、啤酒酵母菌等均有抑制作用。2、香精油香精油生長在熱帶的芳香植物的根、樹皮、種子或果實(shí)的提取物，一直是人們較感興趣的天然防 腐劑之一，近些年來有關(guān)香精油作為食品防腐劑的少報道很多。丁香油中主要為丁香酚，還含

15、有鞣質(zhì)等。 吳傳茂等研究發(fā)現(xiàn)： 丁香油對金黃色葡萄球菌、 大腸桿菌、 酵母、黑曲霉等食品有廣譜抑菌作用， 且在 100oC 以內(nèi)對熱穩(wěn)定。突出特點(diǎn)是抑制真菌作用強(qiáng)。山蒼子油是從山蒼子的鮮果、樹皮以及葉中提取的，含檸檬 酸、甲基庚烯酮以及其他物質(zhì)。余伯研究發(fā)現(xiàn)，山蒼子油對多數(shù)霉菌的抗菌效力與山梨酸鉀相近，但強(qiáng)于 苯鉀酸鈉。3、大蒜素大蒜所含有的大蒜辣素對痢疾桿菌等一些致病性腸道細(xì)菌和常見食品腐敗真菌都有較強(qiáng)的抑制和 殺滅作用。這使得它成為一種天然的防腐劑，深圳教育學(xué)院的馬慕英用大蒜水溶液對幾十種污染食品的常 見霉菌、酵母菌等真菌進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)它對這些真菌均有抑制作用，且防腐能力與化學(xué)防腐劑苯甲酸 鈉和山梨酸鉀的效果相近。大蒜蒜瓣的抗菌性能十分微弱，蒜苗與蒜的莖葉具有相當(dāng)?shù)目咕饔谩Ｆ淇咕?性能在高溫下下降很多， 因此應(yīng)用大蒜提取物防腐保鮮應(yīng)力求在較低溫度（85 下） 進(jìn)行。大蒜的最適作用 pH為4 左右，因而適宜用于酸性食品的防腐保鮮中。4、蒽醌中草藥蒽醌類中草藥，其存在形式主要是葡萄糖或非葡萄糖甙，同時也含有一定量的游離態(tài)蒽醌，如大 黃、虎杖、決明子、何首烏和茜草等，具有兩個相互共扼的僅、 p 不飽和羰基結(jié)構(gòu)。熊衛(wèi)東等對蒽醌類中 草藥進(jìn)行了抑菌試驗(yàn)。結(jié)果表明，其綜合的抑菌活性應(yīng)介于苯甲酸鈉和肉桂醛之間。因此具有作