新型天然生物功能食品添加劑的研究與發(fā)展

唐 瓔，孟憲剛

(蘭州交通大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院，甘肅蘭州730070)

新型天然生物功能食品添加劑的研究與發(fā)展

唐 瓔，孟憲剛*

(蘭州交通大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院，甘肅蘭州730070)

按照用途將現(xiàn)在已研究成熟的新型生物功能食品添加劑大致分為四類:防腐劑、抗氧化劑、增色劑、調(diào)味劑。詳細(xì)介紹新型生物功能添加劑的特點(diǎn)、用途、功效等研究內(nèi)容及其發(fā)展方向。

食品添加劑，生物功能，微生物，功效

1.1 溶菌酶

溶菌酶就是一種具有生物功能的肽類防腐劑。廣泛應(yīng)用于肉類、干酩、香腸、奶油、面類、水產(chǎn)品等食品的防腐保鮮，尤其作為嬰兒食品(如奶粉、米粉等)、酸奶飲料的優(yōu)良添加劑［6］。溶菌酶具有多種生理活性作用如抗菌、抗病毒、抗腫瘤等。所以溶菌酶是無毒、無副作用，安全性很高的蛋白質(zhì)，又具有一定的溶解有害菌的作用，且不用加熱處理，屬于冷殺菌，便捷、高效，對(duì)食品的風(fēng)味也不會(huì)產(chǎn)生影響。通過馬美湖等人的實(shí)驗(yàn)［7］，溶菌酶是可以替代山梨醇、苯甲酸等合成食品添加劑的最佳產(chǎn)品。

1.2 昆蟲抗菌肽

昆蟲抗菌肽，昆蟲在環(huán)境中有極強(qiáng)的適應(yīng)能力和防御能力。所以人們對(duì)昆蟲的體液免疫及生化性質(zhì)進(jìn)行了深入研究后發(fā)現(xiàn):經(jīng)細(xì)菌、菌疫苗、某些化學(xué)物質(zhì)及超聲波誘導(dǎo)變異處理后，昆蟲體內(nèi)產(chǎn)生一些能殺死細(xì)菌、真菌的分子量很小、結(jié)構(gòu)致密的蛋白質(zhì)，稱之為抗菌肽［8］。迄今為止，人們?cè)诶ハx中已發(fā)現(xiàn)了大量的抗細(xì)菌肽、抗真菌肽以及既抗細(xì)菌又抗真菌的抗菌肽?？咕牡淖饔脵C(jī)理是在細(xì)胞膜上形成了微孔，導(dǎo)致膜的通透性增加以及破壞能量生成系統(tǒng)。它主要是抑制細(xì)菌的活性，而對(duì)真核細(xì)胞基本無抑制作用，對(duì)高溫有很好的穩(wěn)定性，所以可以應(yīng)用于肉類、酒類、乳制品等需高溫處理的食品。昆蟲抗菌肽目前應(yīng)用比較多的是Cecropin，其最初是在西哥羅佩蛾的免疫淋巴組織中發(fā)現(xiàn)的，后來在其它昆蟲甚至在豬腸中都發(fā)現(xiàn)了 Cecropin的類似物［9］。Cecropin現(xiàn)已在肉類保鮮防腐中大量應(yīng)用，并且作為新型的綠色食品添加劑被大量推廣。乳酸鏈球菌素(Nisin)是一種新型的生物功能食品添加劑，由34個(gè)氨基酸殘基組成，含有3個(gè)硫醚鍵分子內(nèi)環(huán)，呈酸性，在酸性條件下最穩(wěn)定。Nisin不僅可以抑制革蘭氏陰性細(xì)菌、酵母和霉菌生長，而且對(duì)許多革蘭氏陽性菌，包括鏈球菌屬、葡萄球菌屬、小球菌屬、乳桿菌屬的某些種，大部分梭菌屬和芽孢桿菌屬的孢子也有抑制作用［10］。Nisin已被美國聯(lián)邦肉類檢驗(yàn)法規(guī)認(rèn)可是適用于干香腸和半干香腸中的防腐劑。另外對(duì)志賀氏菌、金黃色葡萄球菌和異常漢遜酵母也具有較強(qiáng)的抗菌作用。

溶菌酶、昆蟲抗菌肽等對(duì)人體還有一定的保健作用，所以這是值得大力推廣的食品防腐劑。目前人們正嘗試通過基因工程，誘變技術(shù)和分子修飾來提高抗菌性能?，F(xiàn)在抗菌肽分子的改造和設(shè)計(jì)已成為獲得新抗菌肽的主要途徑，并有研究報(bào)道天然肽類防腐劑常和其它防腐劑配合使用，抗菌效果會(huì)更強(qiáng)。

2 天然生物功能抗氧化劑

抗氧化劑是能阻止、抑制或延遲食品中油脂因氧化而導(dǎo)致的食品變色、酸敗的食品添加劑。它主要應(yīng)用于含油脂多的食品、休閑膨化小食品、奶油、乳酪、肉制品、罐頭、面點(diǎn)、餡料、脫水蔬菜、冷凍食品、果汁飲料等［3］。最近十年，人們對(duì)番茄紅素、輔酶Q10、茶多酚等天然抗氧化劑的提取工藝已進(jìn)行深入研究，相繼開發(fā)出比合成抗氧化劑抗氧化能力更強(qiáng)的天然并具有生物功能的產(chǎn)品。

2.1 番茄紅素

特別是番茄紅素抗氧化劑，研究證明其抗氧化能力是維生素E的100倍，并且因?yàn)榉鸭t素可與低密度脂肪結(jié)合抑制其氧化而具有延緩衰老、增強(qiáng)機(jī)體免疫力、改善粥樣動(dòng)脈硬化以及美容、抗紫外線輻射等多個(gè)保健功能［11］。2000年 10月以色列l(wèi)yco—Red公司推出用番茄紅素做的粉紅色無糖口嚼片有預(yù)防和輔助治療心腦血管疾病的功效［12］。多項(xiàng)研究顯示，番茄紅素還可以有效預(yù)防前列腺癌。若將其作為最普遍飲食資源，攝入20%番茄紅素的人，發(fā)生前列腺癌的危險(xiǎn)性可下降21%，而番茄紅素對(duì)晚期前列腺癌的作用甚至更為顯著，可使前列腺癌的死亡率下降約50%［13］。番茄紅素已逐漸成為國際市場上功能型食品添加劑研究的新熱點(diǎn)。

2.2 輔酶Q10

輔酶Q10是一種脂溶性醌類化合物，有很強(qiáng)的抗氧化性。其主要的生物功能是輔助催化線粒體中能量體ATP的磷酸還原作用，快速修復(fù)細(xì)胞能量供應(yīng)系統(tǒng)。輔酶Q10對(duì)心腦血管疾病有預(yù)防和治療作用，在人體保健和護(hù)理中也具有重要地位［14］。

2.3 茶多酚

在茶葉殘?jiān)枘⒉杵刑崛〔瓒喾?，其抗氧化性超過BHA、BHT。茶多酚具有很好的脂溶性和水溶性，可廣泛地添加到食品中，另外，成功研發(fā)脂溶性茶多酚抗氧化劑，為我國油脂工業(yè)保鮮提供了更好的天然抗氧化劑［15］。

食品工業(yè)的高速發(fā)展對(duì)抗氧化劑的要求越來越迫切，高效、安全、無污染、兼具保健功能的抗氧化劑已成為今后發(fā)展的總趨勢(shì)，并且多種抗氧化劑相互結(jié)合，提高抗氧化能力也是未來關(guān)注的重點(diǎn)，例如將番茄紅素與維生素E結(jié)合后，抗氧化能力比獨(dú)立作用有很大的提高。

3 天然生物功能增色劑

增色劑是用于保持或增加食品的色澤，改善食品的感官性質(zhì)的一類添加劑。近年來人們?cè)絹碓疥P(guān)注微生物生產(chǎn)的有生物功能的天然增色劑。因?yàn)橛梦⑸锷a(chǎn)的色素比從天然植物、動(dòng)物中提取更方便，并且受季節(jié)、場地、氣候的限制較少。微生物色素更易被人體吸收，而且無毒、安全、有些還有生物保健功能，更適用于現(xiàn)代都市亞健康人群。目前微生物生產(chǎn)的色素主要有紅曲色素、β-胡蘿卜素等。

3.1 紅曲色素

紅曲色素主要由六種色素構(gòu)成:兩種黃色素(monasina ankaflavin)、兩種橙色素(rubropunctatin monascorubrin)、兩 種 紅 色 素 (rubropunctamine monascorubramine)，另外有兩種新的黃色素。生產(chǎn)紅曲色素的菌種是紅曲霉屬(Monascus Van Tieghen)，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)利用紅曲霉生產(chǎn)紅色素，色價(jià)在1000～2000之間。紅曲中含有洛伐他汀等降血壓因子，可以調(diào)節(jié)血壓、控制血脂含量［16］。

3.2 β-胡蘿卜素

β-胡蘿卜素是脂溶性色素，普遍用于奶油、脂類、人造奶油等油脂類食品著色。生產(chǎn)β-胡蘿卜的菌種有:克拉克須霉菌(Phycomyoces blakeskeanus)、三孢 布 拉 霉 菌 (Blakedea trispora)、紅 酵 母(Rhodotorula)［17］。王歲樓利用實(shí)驗(yàn)室保藏的紅酵母RY-9，考察了皂化時(shí)NaOH濃度、用量、皂化時(shí)間及乳化劑的配比和用量等因素對(duì)紅酵母胡蘿卜素水溶性和吸收率的影響，獲得了水溶性胡蘿卜素粉制劑，該制品純度高、穩(wěn)定性和水溶性良好，β-胡蘿卜素含量為300～800μg/g［18］。微生物生產(chǎn)的增色劑都沒有毒性和致變作用，安全性極高，可廣泛應(yīng)用于飲料、糖果、食品和藥劑加工中，是未來增色劑發(fā)展的方向。

4 天然生物功能調(diào)味劑

調(diào)味劑是食品工業(yè)中必不可缺的添加劑，它使食品的風(fēng)味更好，并且優(yōu)化食品的味道為大眾所能喜歡。調(diào)味劑根據(jù)不同的呈味方面分為以下幾類:鮮味劑、酸味劑和甜味劑。

4.1 鮮味劑

目前國外發(fā)展最快的調(diào)味劑產(chǎn)業(yè)就是鮮味劑產(chǎn)業(yè)。鮮味劑的加入可以豐富食品的風(fēng)味，使食品的味道多種多樣。國外的生物營養(yǎng)性天然鮮味劑主要是微生物提取物如酵母浸膏。酵母浸膏被譽(yù)為第3代鮮味劑，采用生物酶解技術(shù)處理啤酒酵母、面包酵母或圓酵母，將其細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)、核酸等物質(zhì)進(jìn)行生物降解精制而成的復(fù)合型天然調(diào)味料。富含多種必需氨基酸、肽類物質(zhì)、維生素等營養(yǎng)成分，已在肉制品、調(diào)味品、焙烤食品中廣泛應(yīng)用［19］。日本生產(chǎn)的酵母浸膏Huap，可隨產(chǎn)生的鳥苷酸、肌苷酸和游離氨基酸的含量不同，生產(chǎn)出具有肉鮮味或酒香風(fēng)味的不同鮮味劑［19］。

4.2 酸味劑

酸味劑又稱酸度調(diào)節(jié)劑，是使食品的酸味提高以及調(diào)節(jié)pH或有緩沖作用的酸、堿、鹽類物質(zhì)的總稱。我國目前已研究出有生物保健功能的新型天然酸味劑—蘋果酸，主要成分是D型、L型-蘋果酸，它是被國際認(rèn)可的安全的天然食品添加劑，由微生物發(fā)酵生產(chǎn)，酸味自然協(xié)調(diào)，與真實(shí)的水果味道相似。D型、L型-蘋果酸中的D-型無生理活性。蘋果酸的生理活性主要是L-型具有的，蘋果酸有保健功效，對(duì)肝功能不全者有輔助療效的作用，并且L-蘋果酸鉀可以為人體提供鉀元素，蘋果酸鈉與氯化鉀配合使用時(shí)可代替部分人體食鹽攝入量，同時(shí)蘋果酸還能延長低鹽肉類和果醬的保質(zhì)期［20］。隨著食品添加劑的進(jìn)一步的安全、高效、營養(yǎng)化、天然化，蘋果酸將在飲料行業(yè)中扮演重要的角色。

4.3 甜味劑

甜味劑是指能賦予或提高食品甜味的一大類添加劑。甜味劑是目前發(fā)展比較快的，需求量日益增加的一類添加劑。隨著人們?cè)絹碓疥P(guān)注健康，盡量減少糖分?jǐn)z入，研究主要集中在低熱量高甜度的天然保健非糖類甜味劑的開發(fā)。

雙果糖酐III(difructose anhydride，DFA III)是近年發(fā)現(xiàn)的一種新型天然功能性甜味劑，有效促進(jìn)Ca、Fe、Mg、Zn、Cu等礦物質(zhì)元素及黃酮類化合物的吸收，促進(jìn)骨骼生長［21］，提高黃酮類物質(zhì)的生物價(jià)值、抑制人體腸道細(xì)菌發(fā)酵，促進(jìn)腸道有益微生物菌群的生長繁殖，利于排尿，改善便秘，預(yù)防結(jié)腸癌。不被特異性變異鏈球菌利用，能抑制蛀牙，不產(chǎn)酸，無侵蝕作用［22］。甜度雖是蔗糖的52%，但是其熱量值僅是蔗糖的6.7%，具有良好的理化性質(zhì)，耐熱、耐酸，適用于焙烤食品、飲料、糖果和醫(yī)藥制劑中［23］。

索馬甜是一種新型的蛋白糖，含有17種氨基酸，甘氨酸(23%)含量最高，蛋氨酸(1%)含量最低，人食用后轉(zhuǎn)化為人體必需的氨基酸。其性質(zhì)是水溶性蛋白質(zhì)，在溶解時(shí)吸收大量的熱量，食用時(shí)會(huì)產(chǎn)生清涼的口感［24］。并且不會(huì)給人體消化系統(tǒng)、胰臟帶來負(fù)擔(dān)，適用于消化功能、胰臟功能較弱的人群。索馬甜的甜度是蔗糖的300倍，而且無毒、安全，所以索馬甜有望成為極為理想的甜味劑，大量應(yīng)用于食品、飲料、煙草、牙膏等行業(yè)，尤其可以被糖尿病人所食用［25］。

未來甜味劑的開發(fā)著重面向有心血管病、肥胖病、糖尿病和小兒齲齒的人群，為其提供不含糖卻有甜味的功能性食品。目前研發(fā)的蛋白糖和多元糖醇，為無糖食品甜味劑的首選，因它們既能滿足人們對(duì)甜食的偏愛，又不會(huì)引起副作用，并能增加人體免疫力，具有保健的生理功能。而且高甜度的生物型甜味劑也是今后發(fā)展的重點(diǎn)。這方面國外的研究已經(jīng)提供了很好的方向，荷蘭一家公司新發(fā)現(xiàn)了一種名為TBGB的超級(jí)甜味劑［19］，其甜度為糖精的500倍、蔗糖的20萬倍，是目前世界上最甜的物質(zhì)?？偨Y(jié)以上，開發(fā)天然具有生物保健功能、低熱量、高甜度、復(fù)合型的甜味劑是國內(nèi)外甜味劑市場的發(fā)展趨勢(shì)。

5 其他食品添加劑

新型有生物活性的食品添加劑還有其他種類，如乳化劑等。乳化劑廣泛應(yīng)用于焙烤、冷飲、糖果等食品行業(yè)。目前研究新型乳化劑主要是用微生物生產(chǎn)多糖，例如黃原膠，結(jié)冷膠、短梗霉多糖、熱凝膠等代替動(dòng)、植物多糖為新型乳化劑發(fā)展的方向［26］。這是因?yàn)槲⑸锒嗵潜葎?dòng)物多糖、植物多糖生產(chǎn)更方便，更高效。微生物多糖在生產(chǎn)時(shí)對(duì)地理環(huán)境、氣候、自然災(zāi)害等因素的要求不嚴(yán)格，生產(chǎn)周期短，能較好保證產(chǎn)量及質(zhì)量，性價(jià)比較高，其各方面的性能不僅優(yōu)良而且有著其他多糖不具備的特殊功用。它具有化學(xué)合成食品添加劑所無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，在很大程度上能滿足人們對(duì)天然無公害食品的需求。乳化劑的發(fā)展主要集中在生產(chǎn)工藝的改進(jìn)，利用生物技術(shù)手段誘變，優(yōu)化生物工程菌，豐富微生物多糖的種類，改善我國乳化劑品種單一的局面。隨著生物技術(shù)，微生物越來越多的參與生產(chǎn)，像增稠劑、增香劑等食品添加劑也會(huì)向生物型、功能保健型、安全高效方面發(fā)展。

6 展望

綜上所述，隨著生物技術(shù)手段不斷發(fā)展，人們對(duì)綠色食品的標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范。營養(yǎng)保健化、天然化、高效化、方便化的綠色食品將成為食品消費(fèi)市場的主力。而作為食品中必不可少的添加劑起著決定性的作用。所以新型生物活性食品添加劑的研究為食品工業(yè)帶來巨大的革新，進(jìn)一步推動(dòng)我國綠色食品工業(yè)的發(fā)展，以適應(yīng)人們對(duì)綠色食品日益嚴(yán)格的要求。并且拉近與國外發(fā)達(dá)國家的差距，將我國綠色功能保健型食品推向國際。

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Research and development of new natural biological function food additive

TANG Ying，MENG Xian-gang*
(School of Chemical and Biological Engineering，Lanzhou Jiaotong University，Lanzhou 730070，China)

In accordance with article used to study biological functions of nature new food additives，they can be divided into four categories:preservatives，antioxidants，hyper chromic agent，flavoring agent.The characteristics of new bio-functional additives，use，efficacy and other research content and direction of development were detailed.

food additives;biological function;micro-organisms;effectiveness

TS202.3

A

1002-0306(2011)03-0432-04

當(dāng)今世界，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生物技術(shù)的不斷改善，食品添加劑的安全和功能性已成為消費(fèi)者日益關(guān)注的熱點(diǎn)。因而世界各國高度重視天然食品添加劑，特別是一些利用微生物的代謝產(chǎn)物為原料經(jīng)提取、酶法轉(zhuǎn)化或發(fā)酵等技術(shù)生產(chǎn)具有生物功能的食品添加劑的研發(fā)［1］。所以生物功能食品添加劑已成為近年來世界食品工業(yè)新的增長點(diǎn)，也是國內(nèi)外競相開發(fā)的焦點(diǎn)［2］。按照用途可以將現(xiàn)在已研究成熟的生物功能食品添加劑分為四類:防腐劑、抗氧化劑、增色劑、調(diào)味劑。

1 天然生物功能防腐劑

防腐劑是用以保持食品原有品質(zhì)、風(fēng)味和營養(yǎng)價(jià)值為目的的食品添加劑，它能抑制有害微生物活動(dòng)、防止食品腐敗變質(zhì)從而延長保質(zhì)期［3］。目前食品工業(yè)大多用山梨醇、苯甲酸及其鈉鹽做防腐劑［4］，但是苯甲酸及其鈉鹽會(huì)對(duì)機(jī)體有致突變作用［5］。隨著人類對(duì)自身健康安全、食品營養(yǎng)價(jià)值和環(huán)保問題認(rèn)識(shí)的不斷提高。安全、天然、高效、經(jīng)濟(jì)的新型天然具有生物功能的防腐劑正在研究并且有些已得到中國食品安全的認(rèn)可并在生產(chǎn)中應(yīng)用，其中有一大類肽類防腐劑已經(jīng)成為防腐劑的研究熱點(diǎn)。

2010-01-14 *通訊聯(lián)系人

唐瓔(1986-)，女，研究生，研究方向:食品微生物。

2009年甘肅省農(nóng)業(yè)生物技術(shù)專項(xiàng)基金(GN SW2009-11);蘭州交通大學(xué)青藍(lán)人才資助項(xiàng)目(QL0515A)。