對羥基苯甲酸酯類防腐劑應(yīng)用現(xiàn)狀與展望

劉 穎， 孫永波， 張麗英

（中國農(nóng)業(yè)大學(xué)動物營養(yǎng)學(xué)國家重點實驗室，北京100193）

對羥基苯甲酸酯，商品名為尼泊金酯，具有廣譜的抗菌活性，是我國重要的食品防腐劑，可防止由微生物引起的食品腐敗變質(zhì)、 延長食品保藏期（陳國安等，2003）。 世界上許多國家， 如美國、歐盟、 加拿大等均批準(zhǔn)一些常見對羥基苯甲酸短鏈酯在食品工業(yè)中使用。 美國食品藥品管理局（FDA）（2006）允許將甲酯、丙酯和丁酯作為直接食品添加劑； 歐盟委員會實施條例EC No.1333（2008） 指定的對羥基苯甲酸酯類防腐劑有甲酯、乙酯及丙酯； 加拿大衛(wèi)生部頒布的食品藥品條例（2016）批準(zhǔn)了甲酯和丙酯的使用；而我國GB2760（2014） 規(guī)定乙酯可作為防腐劑應(yīng)用于食品工業(yè)。對于一些對羥基苯甲酸長碳鏈酯的開發(fā)，如辛酯、壬酯等，盡管已開展了一些研究工作，并取得了一定進(jìn)展，但尚未實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

目前， 對羥基苯甲酸酯作為飼料添加劑在國內(nèi)外尚未批準(zhǔn)使用。 飼料在加工貯藏以及運輸過程中，極易發(fā)生霉變，添加防霉劑有利于減少飼料霉變的發(fā)生， 對于保障畜禽產(chǎn)品安全乃至人類食品安全具有重要意義。鑒于此，本文對對羥基苯甲酸酯的結(jié)構(gòu)特性、防霉抑菌效果、使用安全性以及應(yīng)用現(xiàn)狀等內(nèi)容進(jìn)行了總結(jié)， 以便為探討其在飼料工業(yè)中的應(yīng)用提供參考。

1 對羥基苯甲酸酯來源及其特性

1.1 來源 對羥基苯甲酸酯根據(jù)其來源可分為天然和化學(xué)合成兩類。 天然對羥基苯甲酸酯主要是由自然界中一些細(xì)菌和植物所分泌， 如海洋細(xì)菌、部分草本植物的塊莖等（Peng 等，2006；Li 等，2003）；化學(xué)合成對羥基苯甲酸酯則是通過對羥基苯甲酸以及相應(yīng)的醇，以石油醚、甲苯等物質(zhì)為共沸帶水劑，經(jīng)催化劑作用、酯化反應(yīng)所制得，此法為對羥基苯甲酸酯的工業(yè)化制法（張曉莉，2015）。

1.2 特性 對羥基苯甲酸酯多為針狀結(jié)晶或白色塊狀，無臭、味微苦，在空氣中較穩(wěn)定，易溶于乙醇、乙醚、丙酮等有機溶劑，但水溶性相對較差，如乙酯在水中（25 ℃）的溶解度為0.17 g/100 mL，而丙酯溶解度僅為0.05 g/100 mL，其在水中的溶解度隨著烷基碳鏈數(shù)的增加而降低， 因此使用時通常先溶于乙酸或乙醇溶液中，再加入至食品中（萬素英等，1998）。 將幾種不同的對羥基苯甲酸酯按一定的比例復(fù)配使用或加工成相應(yīng)的鈉鹽可提高其溶解度（陳建文等，2008）。

2 抑菌機理與效果

2.1 抑菌機理 自對羥基苯甲酸酯被發(fā)現(xiàn)以來，研究人員針對其作用機理開展了許多研究。 早在1973 年，F(xiàn)reese 等就發(fā)現(xiàn)對羥基苯甲酸酯是通過干擾膜轉(zhuǎn)運過程而起到抑菌作用； 后來Nes 等（1983）又提出，對羥基苯甲酸酯通過抑制某些細(xì)菌DNA 和RNA 的合成或是抑制細(xì)菌機體內(nèi)一些關(guān)鍵酶的合成而發(fā)揮作用。 Soni 等（2005）較為全面地闡述了對羥基苯甲酸酯的抑菌機理： 對羥基苯甲酸酯以分子態(tài)的形式發(fā)揮抑菌活性， 其擁有與苯酚基類似的結(jié)構(gòu)，可作用于微生物的細(xì)胞膜，使細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)變性，從而阻止霉菌、酵母菌、細(xì)菌等微生物的發(fā)育作用；另一方面，對羥基苯甲酸酯可通過作用于微生物體內(nèi)的酶系， 對其產(chǎn)生活性抑制、代謝干擾，阻止微生物在細(xì)胞膜上的運輸，以發(fā)揮抑菌作用。 此外，Crovetto 等（2017）又發(fā)現(xiàn)對羥基苯甲酸酯發(fā)揮抑菌作用可能還與抑制微生物線粒體相應(yīng)功能有關(guān)。

2.2 抑菌效果 對羥基苯甲酸酯穩(wěn)定性好， 具有廣泛的抑菌作用，對革蘭氏陽性菌、霉菌、酵母菌的抑制作用較強， 對革蘭氏陰性菌的抑制作用較弱（侯艷冰，2011）。生產(chǎn)實踐表明，對羥基苯甲酸酯的防霉抑菌效果要明顯高于傳統(tǒng)食品防腐劑苯甲酸鈉和山梨酸鉀等。蔣予箭等（2006）發(fā)現(xiàn)，僅0.15 g/kg的對羥基苯甲酸乙（丙）酯鈉便能顯著抑制醬油中細(xì)菌的生長，且其防腐作用強于苯甲酸鈉、山梨酸鉀；張顯久等（2007）發(fā)現(xiàn)，添加對羥基苯甲酸復(fù)合酯的醬油以及食醋中細(xì)菌總數(shù)隨著時間的延長顯著降低，且在同時期內(nèi)明顯低于使用苯甲酸鈉時的細(xì)菌總數(shù)。對羥基苯甲酸酯的抑菌效果主要跟酯鏈長度及pH 有關(guān)。 隨著R 基中碳原子個數(shù)的增加，其抑菌性能依次增強， 尤其是R 基為C11、C12 的酯具有最高的抑菌活性（萬素英等，1998）；對羥基苯甲酸酯抑菌最適宜的pH 為4 ～8， 強酸強堿環(huán)境中，其防霉抑菌效果顯著降低（李霞，2006）。

3 動物體內(nèi)的吸收與代謝及安全性

3.1 動物體內(nèi)的吸收與代謝 對羥基苯甲酸酯在動物機體內(nèi)主要通過皮膚吸收或由食品攝入經(jīng)胃腸道進(jìn)行吸收，其吸收效率取決于吸收形式與烷基鏈長度。經(jīng)飲食攝入的對羥基苯甲酸酯，其吸收水平高于皮膚滲透（Aubert 等，2012）；經(jīng)由皮膚滲透的對羥基苯甲酸酯吸收效率隨著其烷基鏈的增加而增加（Lee 等，1994）。 經(jīng)胃腸道被動物機體吸收的對羥基苯甲酸酯通過體液循環(huán)到達(dá)肝臟/腎臟，在非專一性酯酶的作用下，迅速水解為對羥基苯甲酸，該酸與機體內(nèi)硫酸鹽、葡萄糖醛酸或氨基乙酸結(jié)合，以結(jié)合物的形式，通過排泄系統(tǒng)，大部分隨尿液快速排出體外，部分以膽汁和糞便形式進(jìn)行代謝（Abbas 等，2010）； 經(jīng)皮膚吸收的對羥基苯甲酸酯則在皮膚表面進(jìn)行水解，最終結(jié)合物隨尿液排出。 Tsukamoto 等（1964）發(fā)現(xiàn)，對羥基苯甲酸酯極少在動物體內(nèi)積累，絕大部分以代謝物形式隨尿液排出，且速度十分迅速，在攝入24 h 內(nèi)便有86%的代謝物可隨尿液排出體外，少部分以原形物隨尿液排出。

3.2 安全性 常見對羥基苯甲酸酯的半數(shù)致死劑量（LD50）為：甲酯8000 mg/kg、乙酯5000 mg/kg、丙酯6700 mg/kg、丁酯13200 mg/kg，均高于苯甲酸的LD50值（2530 mg/kg）；對羥基苯甲酸丙酯的動物慢性毒性試驗研究顯示， 給大鼠每天飼喂1.0 g/kg，持續(xù)96 周，皆未出現(xiàn)中毒現(xiàn)象；給狗每天飼喂1.0 g/kg，持續(xù)飼喂1 年，結(jié)果亦未表現(xiàn)出任何的毒性作用（Matthews 等，1956）；對羥基苯甲酸甲酯的三致試驗表明，其無致癌致畸作用，無致突變性（Soni 等，2002）。對羥基苯甲酸酯作為食品添加劑的每日允許攝入量（ADI）為0 ～10 mg/kg，高于苯甲酸的ADI 值（0 ～5 mg/kg），這間接表明對羥基苯甲酸酯的毒性小于苯甲酸， 且隨著烷基鏈的增長， 其毒性會進(jìn)一步降低 （石金娥等，2011）。 另一方面，在同等條件下，對羥基苯甲酸酯在食品中的添加劑量比較小， 通常只有常用防腐劑山梨酸、苯甲酸等添加量的1/10 ～1/5，因而其使用相對更安全（侯輝，2018）。

另外， 近年來有研究報道了對羥基苯甲酸酯的雌激素效應(yīng)。 Watanabe 等（2013）試驗發(fā)現(xiàn)，對羥基苯甲酸酯的雌激素效應(yīng)與碳鏈結(jié)構(gòu)有關(guān)，在C1 ～C12 系列烷基酯中，C5 ～C7 酯具有最高的雌激素活性，C11、C12 烷基酯具有最低的雌激素活性。 目前關(guān)于對羥基苯甲酸酯雌激素活性的報道大都集中在C1 ～C4 短烷基鏈酯， 其中丁酯具有較強的雌激素活性，研究較多。 Zhang 等（2014）研究發(fā)現(xiàn)，妊娠期大鼠每天口飼1000 mg/kg 的對羥基苯甲酸丁酯會導(dǎo)致其雄性后代雌二醇濃度顯著升高，睪酮水平顯著降低，同時附睪尾部精子數(shù)目及每日精子生成量也顯著減少；Boberg 等（2016）發(fā)現(xiàn)以每天500 mg/kg 劑量的對羥基苯甲酸丁酯飼喂圍產(chǎn)期大鼠， 對其雌性及雄性后代均會產(chǎn)生內(nèi)分泌干擾效應(yīng)，包括降低生殖器官重量，影響睪丸相關(guān)基因表達(dá)，致使乳腺發(fā)育異常等。不過，對羥基苯甲酸酯的雌激素活性較弱，如丁酯的雌激素活性比17β-雌二醇的活性要低1×104倍（Routledge 等，1998）。 因此，在國家明確規(guī)定的限量范圍內(nèi)使用對羥基苯甲酸酯是安全的， 不會顯示任何的毒害作用。

4 應(yīng)用現(xiàn)狀與展望

4.1 應(yīng)用現(xiàn)狀 對羥基苯甲酸酯在食品行業(yè)的應(yīng)用已經(jīng)有近百年的歷史，主要用于酒精飲料、谷物制品、調(diào)味料等食品的防腐。研究表明，對羥基苯甲酸酯用量超過0.08%時會產(chǎn)生特殊性氣味，因而在食品中限制高濃度使用（Nicole 等，2014）。 我國GB 2760（2014）中規(guī)定，對羥基苯甲酸酯類及其鈉鹽在經(jīng)表面處理的鮮水果及蔬菜中的最高使用濃度為0.012 g/kg；而在醋、醬油、果蔬汁類飲料中最大用量為0.25 g/kg。日本批準(zhǔn)對羥基苯甲酸酯類用于果汁飲料最大添加量為0.10 g/kg；用于果實及果菜表皮最大添加量為0.012 g/kg； 而用于醬油劑量則不得超過0.25 g/L（高橋仁一，2006）。歐盟主要將對羥基苯甲酸酯用于肉制品的果凍料、涂層面包等物質(zhì)的防霉， 與山梨酸混合使用時兩者總劑量不超過1.0 g/kg， 其中對羥基苯甲酸酯含量不高于0.30 g/kg。另外，部分國家也將長鏈庚酯用作食品防腐劑，如美國FDA 將對羥基苯甲酸庚酯小范圍應(yīng)用于發(fā)酵麥芽飲料的防腐，限量12 mg/kg；而用于非碳酸軟飲料和含果汁類飲料時限量20 mg/kg。 近年來，隨著國際食品防腐劑市場結(jié)構(gòu)的調(diào)整，對羥基苯甲酸酯將在食品工業(yè)發(fā)揮更為全面的作用。

對羥基苯甲酸酯在化妝品上應(yīng)用也十分廣泛，可防止化妝產(chǎn)品由于微生物污染而變質(zhì)發(fā)霉，從而減少對人類皮膚造成的損害。 對羥基苯甲酸酯對人類皮膚有輕微刺激， 當(dāng)濃度達(dá)5% ～15%時，部分敏感個體可出現(xiàn)皮膚致敏現(xiàn)象，在化妝品中應(yīng)限量使用（Soni 等，2001） 。 我國化妝品中最常用到甲酯和丙酯， 其單一酯使用濃度一般不超過0.4%， 復(fù)合酯添加量不得高于0.8%（姜丹丹，2018）。 此外，對羥基苯甲酸酯在制藥、家具、紡織品、皮革等行業(yè)也有一定的應(yīng)用。

有關(guān)對羥基苯甲酸酯在動物生產(chǎn)中的應(yīng)用研究報道相對較少，僅水產(chǎn)動物上有少量報道。蔡慧農(nóng)等 （2004） 研究表明， 鮑餌中添加僅0.5% ～0.1%對羥基苯甲酸丁酯，在模擬投喂水體中便具有十分顯著的防腐效果， 且效果優(yōu)于苯甲酸和山梨酸。 張世奇等（2011）發(fā)現(xiàn)對羥基苯甲酸乙酯能夠通過抑制水體中水霉游動孢子的活性， 改變水霉菌絲的形態(tài)來抑制水霉菌對水產(chǎn)動物的感染，能有效減少水霉病的發(fā)生。

4.2 展望 對羥基苯甲酸酯具有廣譜的抑菌作用，能有效抑制霉菌、酵母菌和細(xì)菌的生長繁殖，與其他防霉劑相比具有防霉效果好、抗菌譜廣、安全性好等諸多優(yōu)勢， 有望作為飼料防霉劑在飼料中添加使用?，F(xiàn)有研究表明，長鏈對羥基苯甲酸酯較之短鏈酯具有更優(yōu)的抑菌性能且毒性更低，尤其是R 基為C11、C12 的長鏈酯，具有最大的抗菌活性及最低的雌激素效應(yīng)， 因而具有較強的開發(fā)應(yīng)用優(yōu)勢， 長烷基鏈酯及其鹽的開發(fā)將是未來的研究熱點。其次，對羥基苯甲酸酯系列產(chǎn)品的復(fù)配能夠有效改善長鏈酯溶解度低的缺陷， 同時大幅度增強其抑菌效果，從而減少其添加量，增強應(yīng)用的安全性。 因此，今后，應(yīng)加強對羥基苯甲酸長烷基鏈酯的開發(fā)工作， 深入研究其不同系列產(chǎn)品的復(fù)配技術(shù)， 同時對其在畜禽日糧中的適宜添加量及耐受量方面進(jìn)行系統(tǒng)研究， 探討其在養(yǎng)殖動物生產(chǎn)中應(yīng)用的可行性。