天然防腐劑的應(yīng)用研究進(jìn)展

趙國萍，李迎秋，馮林慧，寧厚齊

(齊魯工業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，濟(jì)南 250353)

天然防腐劑的應(yīng)用研究進(jìn)展

趙國萍，李迎秋*，馮林慧，寧厚齊

(齊魯工業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，濟(jì)南 250353)

天然食品防腐劑是從生物體內(nèi)提取加工而成的物質(zhì)，其來源天然，或本身即為食品的組分，具有安全、高效的防腐特性。分別介紹了幾種微生物來源、動(dòng)物來源及植物來源的天然新型防腐劑的特性及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用研究，并指出了目前天然防腐劑的應(yīng)用缺陷及發(fā)展前景，為其進(jìn)一步的深入研究和綜合開發(fā)利用提供一定的參考。

天然防腐劑；功能特性；應(yīng)用；食品工業(yè)

食品防腐劑是現(xiàn)代食品加工生產(chǎn)中用于提升食品品質(zhì)、延長食品保質(zhì)期的重要方式。根據(jù)來源不同，防腐劑可分為天然食品防腐劑和人工合成防腐劑。

長期以來，由于天然食品防腐劑成本高，其在食品加工中的應(yīng)用受到極大的限制；而人工合成防腐劑因其成本低、防腐效果好而在食品加工中倍受歡迎，山梨酸鉀、苯甲酸鈉即為其中的代表。但是長期食用人工合成防腐劑對人體帶來的潛在風(fēng)險(xiǎn)不容忽視，隨著食品安全意識(shí)的提高，越來越多的研究開始集中于安全、高效的天然食品防腐劑的開發(fā)與應(yīng)用研究，這其中不乏一些抗菌譜廣泛、效果高而生產(chǎn)成本低的物質(zhì)。

1 微生物源天然防腐劑

細(xì)菌產(chǎn)生的抑菌物質(zhì)稱為細(xì)菌素，它是一種多肽類物質(zhì)或多肽與糖和脂的復(fù)合物。

1.1 乳酸鏈球菌素

乳酸鏈球菌素(nisin)是一種由34個(gè)氨基酸組成的多肽，其對于多種革蘭氏陽性菌及其芽孢均具有較強(qiáng)的抑制作用；但對于革蘭氏陰性菌、霉菌、酵母及病毒，乳酸鏈球菌素則不能很好地抑制。毒理學(xué)實(shí)驗(yàn)證明乳酸鏈球菌素安全無毒，不影響人體產(chǎn)生益生菌，也不易對其產(chǎn)生抗藥性。鑒于其淺棕色的生物性狀及溶解性隨pH變化而變化的特點(diǎn)，利用其部分取代化學(xué)防腐劑和發(fā)色劑，對于食品工業(yè)中的綠色食品生產(chǎn)具有重要意義。

將乳酸鏈球菌素與山梨酸鉀、仲丁胺復(fù)配成抑菌劑處理小麥，經(jīng)35天的儲(chǔ)藏期后，發(fā)現(xiàn)復(fù)配抑菌劑比其中單一一種抑菌劑對小麥儲(chǔ)藏中的微生物類群抑制效果更好、小麥品質(zhì)更優(yōu)，乳酸鏈球菌素有效部分取代了化學(xué)防腐劑[1]。

此外，由于乳酸鏈球菌素對梭狀芽孢桿菌的顯著抑制，其在肉制品中的應(yīng)用極具前景。Mangalassary等研究了巴氏殺菌低脂火雞臘腸過程中使用乳酸鏈球菌素對單細(xì)胞增生李斯特菌失活時(shí)間的影響，而結(jié)果顯示乳酸鏈球菌素有效縮短了目標(biāo)菌失活所需的時(shí)間[2]。李新等在紅腸中分別添加幾種天然防腐劑并比較不同儲(chǔ)藏溫度下的保鮮效果，結(jié)果顯示：添加乳酸鏈球菌素的實(shí)驗(yàn)組其保鮮效果明顯優(yōu)于其他實(shí)驗(yàn)組[3]。

1.2 納他霉素

納他霉素(natamyicn)是由納塔爾鏈霉菌產(chǎn)生的一種細(xì)菌素。雖然納他霉素對細(xì)菌及病毒抑制效果不強(qiáng)，但其可高效抑制和殺死酵母菌、霉菌等絲狀真菌，阻止真菌毒素的產(chǎn)生。食用納他霉素后不會(huì)對人體產(chǎn)生任何毒副作用，且納他霉素在人體內(nèi)本身就很難消化吸收，加上其溶解性低、耐高溫等特點(diǎn)，現(xiàn)已是國際認(rèn)可的唯一抗真菌型的食品防腐劑，在焙烤食品、果蔬飲料、乳類及肉類等食品的生產(chǎn)儲(chǔ)藏中都有應(yīng)用。

將納他霉素與其他化學(xué)防腐劑復(fù)配應(yīng)用于小麥的儲(chǔ)藏保鮮，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：復(fù)配應(yīng)用天然防腐劑與單一應(yīng)用化學(xué)防腐劑相比，相同的儲(chǔ)藏天數(shù)內(nèi)，添加納他霉素的復(fù)配實(shí)驗(yàn)組中小麥的霉菌數(shù)大大降低，且小麥樣品的脂肪酸含量、黏度等指標(biāo)也有所提升[4]。郭鑭等以感官分?jǐn)?shù)、菌落總數(shù)、大腸菌群數(shù)和霉菌總數(shù)為評價(jià)指標(biāo)，來測試添加納他霉素的復(fù)配防腐劑與單一防腐劑對年糕品質(zhì)的影響。結(jié)果表明：納他霉素與單辛酸甘油酯為0.18∶0.4的比例時(shí)防腐效果最好，年糕保質(zhì)期由1周延長至9周，且年糕的原有品質(zhì)基本保持不變[5]。

1.3 紅曲

紅曲是紅曲霉發(fā)酵產(chǎn)生的一種紅曲色素，該色素又由6種化學(xué)結(jié)構(gòu)不同但性質(zhì)相近的物質(zhì)組成。紅曲色素主要抑制革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌中的桿狀細(xì)菌，意義最為顯著的是紅曲色素對肉毒梭狀芽孢桿菌的抑制作用，它可以使目標(biāo)抑制菌產(chǎn)生裂痕而影響生命活動(dòng)甚至死亡。此外，紅曲色素具有醇溶性，中性pH條件下性質(zhì)穩(wěn)定，對熱穩(wěn)定，且受常見金屬離子、氧化劑、還原劑影響很小。

紅曲在肉制品中的應(yīng)用最為廣泛，基于天然防腐劑的流行趨勢，最近越來越多的肉類產(chǎn)品研究中開始以紅曲完全替代化學(xué)防腐劑。王志輝等和吳廣輝等分別研究開發(fā)了燕麥香腸和花生火腿腸，并以正交優(yōu)化試驗(yàn)確定各成分的最優(yōu)配比，其中分別添加0.1%和0.05%的紅曲作為防腐劑和發(fā)色劑，除替代了傳統(tǒng)應(yīng)用的化學(xué)防腐劑外，還起到了發(fā)色作用，兼而替代了化學(xué)色素的添加，起到一舉兩得的效果[6，7]。

此外，紅曲在海鮮冷藏過程中的應(yīng)用研究發(fā)現(xiàn)：紅曲能夠有效抑制魚肉中微生物的生長和脂肪氧化，延緩前期(僵直期) pH下降，抑制后期(自溶和腐敗期) pH上升，菌落總數(shù)、硫代巴比妥酸、pH等指標(biāo)均顯示魚肉在冷藏過程中的品質(zhì)較對照組有明顯提升。因此，考慮將紅曲色素作為天然防腐劑應(yīng)用到魚類的冷鏈流通中，不但可以提高魚體的鮮度，還能夠減少因化學(xué)防腐劑引起的食用安全隱患[8]。

1.4 ε-聚賴氨酸

ε-聚賴氨酸主要是由放線菌中的白色鏈霉菌產(chǎn)生的一種賴氨酸同型單體聚合物。它具有廣譜抗菌性，可抑制革蘭氏陽性菌、革蘭氏陰性菌、酵母菌及霉菌。ε-聚賴氨酸具有熱穩(wěn)定性、pH穩(wěn)定性，因此適宜于多種類型的食品，高溫食品加工也不會(huì)影響其功能特性。雖然ε-聚賴氨酸略帶苦味，但微克級的添加量即可起到理想的防腐抑菌效果，因此，微量的ε-聚賴氨酸添加并不影響食品的口感。

ε-聚賴氨酸具有優(yōu)良的生物活性及高安全性，繼美國、日本、韓國等國家將其批準(zhǔn)為食品防腐劑外，我國也已經(jīng)將ε-聚賴氨酸列入允許添加的食品防腐劑行列。其應(yīng)用范圍除了焙烤食品、熟肉制品和果蔬汁外，現(xiàn)有的研究還集中于ε-聚賴氨酸對果蔬的保鮮研究。于繼男等通過浸泡涂膜法研究了ε-聚賴氨酸對藍(lán)莓冰溫儲(chǔ)藏期間的品質(zhì)及理化指標(biāo)的影響，結(jié)果表明300 mg/L的ε-聚賴氨酸可有效延緩藍(lán)莓腐爛、抑制Vc及花色苷減少，并對藍(lán)莓果霜起到一定的保護(hù)作用[9]。通過使用ε-聚賴氨酸處理，劉璐等在對櫻桃的鮮貯實(shí)驗(yàn)中也獲得了顯著的防腐效果[10]。

通常情況下，ε-聚賴氨酸與其他保鮮物質(zhì)如甘氨酸、醋酸等復(fù)配添加到食品中能起到增強(qiáng)的防腐效果，利用這一特性，對ε-聚賴氨酸的復(fù)配防腐研究也逐漸成為熱點(diǎn)。張雪等將ε-聚賴氨酸與普魯蘭多糖、納他霉素和乳酸鏈球菌素配比制成天然復(fù)合涂膜劑并對采后草莓進(jìn)行涂膜處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該復(fù)合配方可有效抑制微生物滋生率，提高草莓的感官品質(zhì)、固酸比和Vc含量[11]。

2 動(dòng)物源天然防腐劑

2.1 殼聚糖

殼聚糖是從天然蝦殼、蟹殼及昆蟲的殼中提取的甲殼質(zhì)又經(jīng)脫乙?；贫桑瑹o論真菌、細(xì)菌都可抑制，具有廣譜抗菌性。殼聚糖具有良好的水溶性，并具有生物活性、螯合性以及酶固化作用等特性，此外，殼聚糖無異味，對人體無毒無害。殼聚糖來源廣泛且成本低，加之無毒、無污染、防腐效果好的特點(diǎn)，近年來已成為天然防腐劑應(yīng)用研究的熱點(diǎn)，目前在果蔬、禽蛋和肉類等食品的防腐保鮮中應(yīng)用研究較多。

賈秀春等研究發(fā)現(xiàn)：濃度為2%、脫乙酰度為95%的殼聚糖處理冷鮮肉一段時(shí)間后，冷鮮肉的pH值、揮發(fā)性鹽基氮、高鐵肌紅蛋白等指標(biāo)均小于對照肉，表明了殼聚糖對冷鮮肉的保鮮效果[12]。Roller等將0.6%殼聚糖與低水平亞硫酸鈉(170×10-6) 結(jié)合應(yīng)用于冷凍豬肉香腸的保藏，結(jié)果表明比單一使用高水平亞硫酸鈉(340×10-6) 能更加有效地延遲微生物的腐敗生長[13]。

自然界中許多抗菌防腐物質(zhì)往往具有協(xié)同增效的作用，例如，將殼聚糖與乳酸鏈球菌素復(fù)合對真空包裝鹵鵝進(jìn)行涂膜實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：復(fù)合使用抗菌劑可使樣品的微生物含量、水分含量、揮發(fā)性鹽基氮、硫代巴比妥酸和感官等指標(biāo)較使用單一抗菌劑維持穩(wěn)定的時(shí)間更長[14]。

2.2 溶菌酶

溶菌酶廣泛存在于動(dòng)物乳汁、體液及禽類的蛋白中。雖然部分植物、微生物體內(nèi)也含有溶菌酶，但多數(shù)商品來源的溶菌酶是從蛋清中提取得來的。溶菌酶是嬰兒生長發(fā)育的一種必需蛋白，它能夠殺死腸道腐敗菌，提高機(jī)體的抗感染能力。因此，溶菌酶常作為食品防腐劑添加在嬰兒食品、奶酪、香腸等食品中。溶菌酶是一種堿性球蛋白，易溶于水，等電點(diǎn)高達(dá)11.0。其最適作用溫度為45～50 ℃，受熱后容易失去活性，但在酸性條件下卻比較穩(wěn)定，能耐受100 ℃高溫。

黃敏等研究了從雞蛋清中提純?nèi)芫傅姆椒ú⒂^察溶菌酶對大腸桿菌及金黃色葡萄球菌的抑制作用，結(jié)果表明：酶液pH為10.0時(shí)，抑菌效果最強(qiáng)[15]。而溶菌酶在水果、水產(chǎn)、冷鮮肉等方面的應(yīng)用研究也表明了其維持食品各項(xiàng)理化指標(biāo)穩(wěn)定的能力，從而延長了食品的儲(chǔ)藏期及提升了食品品質(zhì)[16-18]。

2.3 蜂膠

蜂膠是蜜蜂采集植物樹脂后，與其上額腺分泌物和蜂蠟等混合而成的一種膠狀固體物。蜂膠中的藥效成分具有抗菌、抗病毒以及消炎、鎮(zhèn)痛、提高免疫力等功能。因蜂膠對各種細(xì)菌、真菌和原蟲都具有抑制和消滅能力；而且蜂膠是良好的成膜劑，將它噴灑在果蔬表面可形成一層薄膜，減少微生物的浸染，同時(shí)也減少了果蔬表面的水分蒸發(fā)，因而在肉類、果蔬類等食品中都可起到良好的防腐保鮮作用。

乞永艷等用0.024%的蜂膠乙醇提取液處理豬肉，在不影響豬肉口感和色澤的前提下獲得了比對照推遲近15天腐敗的效果[19]。而孟良玉等研究了使用不同濃度蜂膠提取液以及不同涂抹方式對鮮豬肉的保鮮效果，結(jié)果表明：更低濃度(0.015 g/mL) 的蜂膠提取液以涂抹法處理時(shí)對豬肉的保鮮效果最好，0～4 ℃的儲(chǔ)藏條件可保鮮12天以上[20]。

2.4 柞蠶抗菌肽

柞蠶抗菌肽是由柞蠶體內(nèi)產(chǎn)生的一類多肽化合物，含35個(gè)氨基酸。該抗菌肽具有廣譜殺菌活性，對多種革蘭氏陽性菌及陰性菌都有較強(qiáng)的殺滅作用，在酸性條件下抗菌活性尤強(qiáng)，因此柞蠶抗菌肽多適用于酸性食品的防腐。柞蠶抗菌肽的溶解性及穩(wěn)定性良好，高溫處理也不會(huì)失活，加之其防腐機(jī)理為殺菌而不同于一般化學(xué)防腐劑的抑菌，且食用后容易被體內(nèi)的蛋白酶水解消化，對人體無毒副作用，因此是細(xì)菌易染型食品的前景防腐劑[21]。

依據(jù)柞蠶抗菌肽獨(dú)特的分子學(xué)性質(zhì)及其廣譜殺菌作用，常根據(jù)其氨基酸序列設(shè)計(jì)合成抗菌肽基因，并在辣椒、馬鈴薯、水稻及柑桔等作物體內(nèi)轉(zhuǎn)化，直接培育成有抗性的食品品種[22-25]。

3 植物來源天然抗菌劑

3.1 香辛料

自然界有許多植物可以提取出天然防腐物質(zhì)，香辛料即為其中一種，包括大蒜、生姜、八角、丁香、肉桂等。利用香辛料作為防腐劑防腐的方法也來源已久，香辛料類物質(zhì)抗菌譜廣，采用酒精為溶劑的香辛料提取物對多種細(xì)菌均有強(qiáng)烈的抑制作用。

吳周和等[26]利用八角的醇提取物對常見食品污染菌金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌、大腸桿菌、酵母菌、黑曲霉和青霉進(jìn)行抑菌實(shí)驗(yàn)，均發(fā)現(xiàn)了八角提取物較強(qiáng)的抑制作用；此外，對肉桂的醇提取物進(jìn)行抑菌實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、酵母菌及黑曲霉都能夠被不同濃度的肉桂提取物有效抑制[27]。Lock和Board的研究表明：苯乙烯酸是肉桂等幾種香辛料中的有效抗菌成分之一[28]。

Valreo M和Salmeron則對11種香辛料的精油成分進(jìn)行蠟狀芽孢桿菌的抑菌實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)抑菌效果最強(qiáng)的即為肉桂中的精油成分[29]。大蒜精油對多種食品腐敗菌和真菌均有較強(qiáng)的抑制殺滅作用，但由于發(fā)揮抗菌效果的成分大蒜素為一種有機(jī)硫化物，容易產(chǎn)生不良?xì)馕?，因此限制了它的使用?/p>

3.2 果膠的酶分解物

果膠是一種存在于果皮中或果蔬工業(yè)廢渣中的水溶性天然聚合物。研究發(fā)現(xiàn)以酶分解果膠而得到的果膠分解物在酸性環(huán)境中對食品中的大腸桿菌等細(xì)菌具有顯著的抑制作用。

李學(xué)紅等以蘋果渣為原料，對果膠浸提液直接進(jìn)行酶解后對食品腐敗細(xì)菌如大腸桿菌、枯草芽孢桿菌、變形桿菌、金黃色葡萄球菌及乳酸菌等進(jìn)行抑菌實(shí)驗(yàn)測試，結(jié)果表明酶解液存在抑菌作用，且酶解程度越高的產(chǎn)物抑菌性能越強(qiáng)[30]。果膠的酶分解物應(yīng)用于酸漬菜、面制品和乳制品等食品中可得到理想的保鮮效果；將其與其他天然防腐劑復(fù)配也已廣泛應(yīng)用于食品防腐工業(yè)。同時(shí)，果膠的酶分解物自身具有的柔和酸味還能夠提高食品風(fēng)味，因此果膠的酶分解物是一種極具開發(fā)價(jià)值的新型天然食品防腐劑。

3.3 大豆球蛋白堿性多肽

大豆球蛋白堿性多肽是從大豆球蛋白中分離得到的堿性亞基部分，研究發(fā)現(xiàn)：大豆球蛋白堿性多肽對李斯特菌、腸炎沙門氏菌、枯草芽孢桿菌、大腸桿菌及金黃色葡萄球菌等革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌均有明顯的抑制作用[31，32]。大豆球蛋白堿性多肽在堿性條件下溶解性良好，且具有乳化性、熱穩(wěn)定性、低抗原性和易吸收的特點(diǎn)?；诖?，最新的研究表明：將大豆球蛋白堿性多肽應(yīng)用于乳制品和肉制品具有顯著的延時(shí)保鮮效果[33]。大豆球蛋白堿性多肽作為一種來源廣泛的植物型抗菌劑，它作為食品成分已普遍被消費(fèi)者接受，利用其獨(dú)特的抗菌性質(zhì)，將其分離純化應(yīng)用于其他高營養(yǎng)食品，成本低、效果好，消費(fèi)者易接受，在將來的食品防腐工業(yè)中將占據(jù)重要位置。

4 展望

天然食品防腐劑的研究與應(yīng)用對于我國的食品工業(yè)具有舉足輕重的作用，廉價(jià)、高效、安全的食品防腐抗菌劑的廣泛應(yīng)用將大大提高食品行業(yè)的質(zhì)量。隨著對抗菌物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)與抑菌機(jī)理的揭示，更多的天然防腐劑將被開發(fā)應(yīng)用。與此同時(shí)，天然防腐劑又存在提取步驟復(fù)雜、生產(chǎn)季節(jié)性大或成本高而導(dǎo)致的價(jià)格昂貴問題，目前還難以被多數(shù)食品企業(yè)接受。因此，從對天然防腐劑的理論研究到提取和純化技術(shù)，降低生產(chǎn)成本是擴(kuò)大天然防腐劑應(yīng)用范圍的重要基礎(chǔ)。

此外，在實(shí)際應(yīng)用中，單一防腐劑往往不能夠抑制食品中可能出現(xiàn)的各種腐敗微生物，而某些不同的天然防腐劑之間具有協(xié)同增效的作用，復(fù)合應(yīng)用可擴(kuò)大抑菌范圍、提高防腐效果。雖然近年來利用天然防腐劑與化學(xué)防腐劑復(fù)配應(yīng)用從而減少化學(xué)防腐劑用量的方法已屢見不鮮，但基于化學(xué)防腐劑對人體的潛在風(fēng)險(xiǎn)和天然防腐劑的安全性，在未來的食品防腐工業(yè)中天然防腐劑將取而代之成為食品保鮮的主要方式。

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Research Progress on Application of Natural Preservatives

ZHAO Guo-ping, LI Ying-qiu*, FENG Lin-hui, NING Hou-qi

(College of Food Science and Engineering, Qilu University of Technology, Ji'nan 250353,China)

Natural food preservatives are substances extracted and processed from organisms. They are naturally originated, or constitute a component of food, with safe and efficient anticorrosion properties.Describe the properties and application of several new natural preservatives with microbial sources, animal sources and plant sources in the food industry, and point out the application defects and development prospects, which provides a reference for further research and comprehensive development.

natural preservatives;functional characteristics;application;food industry

2017-02-16 *通訊作者

國家自然科學(xué)基金(31371839)；山東省高?？茖W(xué)與技術(shù)發(fā)展規(guī)劃(J13LE02)

趙國萍(1992-)，女，碩士，研究方向：食品生物技術(shù)。

TS202.3

A

10.3969/j.issn.1000-9973.2017.08.034

1000-9973(2017)08-0155-05