天然防腐劑食品保鮮作用研究進(jìn)展

◎ 黃淑婷，姚和瑩，俞夢婷，臧彩利，胡依瓊，周芳美

（浙江中醫(yī)藥大學(xué)，浙江 溫州 310051）

食品在制作、運(yùn)輸以及儲(chǔ)藏的過程中易受到外界環(huán)境的影響發(fā)生腐敗變質(zhì)，引起食源性疾病、食物中毒等。同時(shí)，食品腐敗變質(zhì)會(huì)造成資源浪費(fèi)，給世界各地帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，在食品中添加合適的防腐劑已成為延長食品保質(zhì)期，保證食品質(zhì)量的一道必然工序?，F(xiàn)階段，食品加工業(yè)中多用化學(xué)防腐劑對食品進(jìn)行防腐保鮮，但存在致畸性、致癌性，可引起食物中毒等多種弊端，因此尋找安全高效的新型防腐劑迫在眉睫。

天然防腐劑是一類從植物、動(dòng)物、微生物等中提取出來的具有抑制微生物生長、延緩食品防腐變質(zhì)作用的物質(zhì)。其具有綠色天然、安全無毒和廣譜抗菌的優(yōu)勢，可滿足人們對健康生活的追求。本文對天然防腐劑的抑菌機(jī)理、在食品防腐保鮮方面的應(yīng)用，及天然食品防腐劑研究存在的問題和未來的發(fā)展前景加以概述，以期為天然防腐劑在食品防腐保鮮中的廣泛應(yīng)用提供新思路。

1 天然防腐劑的類型

1.1 植物源防腐劑

植物源天然防腐劑是一類來源于植物，天然綠色、高效抑菌的防腐資源，含有酚類、黃酮類、精油類等活性成分，每一類活性成分包含許多不同結(jié)構(gòu)的化合物，可通過破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)完整性、干擾生物大分子的新陳代謝及細(xì)胞內(nèi)環(huán)境的電生理特性等多種途徑發(fā)揮抑菌作用，實(shí)現(xiàn)防腐功能。植物源防腐劑除具有天然防腐劑固有的優(yōu)點(diǎn)外，還具有水溶性強(qiáng)、安全性高、熱穩(wěn)定性好等特性，可以穩(wěn)定、高效地發(fā)揮保鮮功能。

植物多酚是植物體內(nèi)分子量較高、結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的次級代謝產(chǎn)物。CHEN等[2]研究得出甜菜糖蜜多酚對金黃色葡萄球菌、單核細(xì)胞增生李斯特菌、大腸桿菌和鼠傷寒沙門氏菌4種食源性病原體的生長均具有抑制作用，其抗菌機(jī)制可能是細(xì)胞質(zhì)膜破損與蛋白質(zhì)泄漏。黃酮類化合物是一類具有2-苯基色原酮結(jié)構(gòu)的生理活性物質(zhì)。其能滲入細(xì)胞，吸附細(xì)胞內(nèi)帶有陰離子的細(xì)胞質(zhì)，發(fā)生絮凝作用，擾亂細(xì)胞正常的生理活動(dòng)，最終達(dá)到殺菌的效果[3]。植物精油是一類高度濃縮油狀液體物質(zhì)，其能抑制菌絲體吸收營養(yǎng)物質(zhì)，且抑制效果可隨處理時(shí)間的延長而逐漸增強(qiáng)。同時(shí)，精油能破壞菌體胞膜，使胞膜脫落，細(xì)胞內(nèi)容物滲出，造成胞內(nèi)大分子物質(zhì)（核酸和蛋白質(zhì)等）和一些必需分子丟失[4]。綜上，植物源防腐劑主要通過破壞細(xì)胞質(zhì)膜，使內(nèi)容物泄出，導(dǎo)致細(xì)菌死亡，發(fā)揮防腐保鮮作用。

1.2 動(dòng)物源防腐劑

動(dòng)物源天然防腐劑是一類從動(dòng)物體中提取的，具有防腐保鮮功能的食品添加劑，其來源廣泛，主要有蜂膠、魚精蛋白、殼聚糖以及溶菌酶等。動(dòng)物源防腐劑在人體消化道內(nèi)可被降解為食物的正常成分，不影響消化道菌群，還具有一定的營養(yǎng)價(jià)值，具有安全無毒、優(yōu)異的生物相容性等特點(diǎn)。

研究顯示[5]蜂膠是通過減少水果體內(nèi)氧含量，降低呼吸強(qiáng)度，抑制有機(jī)物分解，減少水分蒸發(fā)而發(fā)揮防腐保鮮作用，且濃度越高，效果越顯著。另有研究表明[6]魚精蛋白能夠延緩一些真菌和細(xì)菌的生長與繁衍速度，可改變細(xì)菌的新陳代謝。同時(shí)，魚精蛋白可以與微生物的細(xì)胞壁結(jié)合，破壞細(xì)胞壁的形成，還可作用于微生物的細(xì)胞膜，影響細(xì)胞膜對能量的轉(zhuǎn)化能力及營養(yǎng)物質(zhì)的吸收，達(dá)到防腐保鮮作用。殼聚糖是目前應(yīng)用廣泛的動(dòng)物源防腐劑。其抑菌機(jī)理分為兩種，即低分子量的殼聚糖能影響細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)RNA、蛋白質(zhì)合成和線粒體功能，抑制新陳代謝；而高分子量的殼聚糖會(huì)更容易與細(xì)菌包被結(jié)合，使得營養(yǎng)物質(zhì)無法進(jìn)入細(xì)菌，抑制大分子的合成代謝，并使細(xì)菌細(xì)胞逐漸破裂分解[7]。綜上，動(dòng)物源防腐劑是通過破壞細(xì)菌細(xì)胞壁、細(xì)胞膜，影響能量轉(zhuǎn)化、生物大分子的合成與線粒體作用的發(fā)揮，從而達(dá)到防腐保鮮效果。

1.3 微生物源防腐劑

微生物源天然防腐劑是一類通過微生物提純發(fā)酵，進(jìn)而培養(yǎng)得到的新型天然防腐劑，主要有乳酸鏈球菌素、納他霉素、ε-聚賴氨酸等。微生物源防腐劑因種類豐富，數(shù)量繁多，穩(wěn)定性高，在提取有效防腐成分時(shí)因微生物繁殖周期短而占有優(yōu)勢，在食品防腐行業(yè)發(fā)展中具有較大潛力。

研究表明[8]乳酸菌能產(chǎn)生多種抗菌副產(chǎn)品，主要是有機(jī)酸、細(xì)菌素和過氧化氫，其中細(xì)菌素有高抗菌活性，能保持食物的感官特性。乳酸鏈球菌素是一種天然生物抗菌肽，具有抑制大部分革蘭陽性菌芽孢的生長和繁殖的作用，也可通過影響細(xì)菌中主要功能性基因的轉(zhuǎn)錄，有效阻止細(xì)菌生長和毒素的形成。納他霉素是一種多烯類抗菌素，其安全性高，可有效抑制細(xì)菌、酵母菌及霉菌的生長，延長食品保質(zhì)期，保持食品的貯藏品質(zhì)。吳劍等[9]研究發(fā)現(xiàn)，不同濃度的納他霉素對運(yùn)輸過程中的葡萄具有一定的保鮮效果，可有效減少葡萄營養(yǎng)流失，保持其外觀、風(fēng)味。與納他霉素相同，在食品中添加ε-聚賴氨酸同樣可抑制腐敗微生物的生長繁殖，延緩食品品質(zhì)變化，延長食品貨架期。綜上，微生物源天然防腐劑可通過破壞菌膜，抑制菌的生長、繁殖，有效保持食品品質(zhì)。

1.4 其他

近年來，許多研究發(fā)現(xiàn)天然防腐劑聯(lián)合使用效果優(yōu)于單獨(dú)使用，可有效提高抑菌活性，具有抗氧化性，進(jìn)而增強(qiáng)防腐保鮮效果。HAFSA等[11]研究發(fā)現(xiàn)桉樹精油與殼聚糖的復(fù)合涂層具有良好的抗菌活性，且可明顯提高純殼聚糖涂層的抗氧化性。與單一防腐劑相比，低濃度的復(fù)配防腐劑可發(fā)揮出良好的抑菌效果。木醋液和殼寡糖的混合物對冷藏鮮魚肉的微生物總數(shù)、亞鐵血紅蛋白含量、脂肪氧化以及蛋白質(zhì)氧化均具有積極影響。其中，僅含1 g/100 mL木醋液的混合物就可明顯延長保鮮期[12]。

復(fù)配防腐劑抑菌機(jī)理復(fù)雜，會(huì)根據(jù)成分組成發(fā)生改變。盧娜等[13]研究發(fā)現(xiàn)，六氫β-酸/2-甲基-β-環(huán)糊精包合物可抑制單增李斯特菌在對數(shù)期的生長，破壞膜結(jié)構(gòu)，影響菌體完整性，造成核酸、蛋白質(zhì)、電解質(zhì)等泄露。具有相同成分的復(fù)合防腐劑的防腐保鮮機(jī)制也有所不同。ε-聚賴氨酸和天然抗菌劑乳酸鏈球菌肽A的協(xié)同作用可對抗變形鏈球菌的生長，而ε-聚賴氨酸和冰蓄的聯(lián)合使用則是通過改變微生物群組成而延緩變質(zhì)。

2 天然防腐劑對食品的防腐保鮮作用

2.1 在肉制品方面的應(yīng)用

肉制品因水分活度高、營養(yǎng)豐富，易引發(fā)由微生物感染以及脂質(zhì)、蛋白質(zhì)、色素氧化導(dǎo)致的腐爛，因此肉制品保鮮的關(guān)鍵在于延緩營養(yǎng)成分的氧化和抑制微生物的生長。目前，運(yùn)用于肉制品保鮮的天然防腐劑主要有多酚、殼聚糖、ε-聚賴氨酸等。

天然防腐劑發(fā)揮保鮮作用的主要途徑是中和活性氧及抑制微生物繁殖。MUNEKATA等[14]發(fā)現(xiàn)種子中的多酚類物質(zhì)可通過延緩脂肪酸、蛋白質(zhì)和色素氧化，保持肉制品的顏色、味道和整體品質(zhì)。此外，天然活性成分可結(jié)合蛋白質(zhì)、多糖、脂類等天然高分子物質(zhì)形成抗氧化可食用膜，通過形成動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，釋放可食膜中的抗氧化成分來吸收氧氣、清除自由基，延長保質(zhì)期。比較天然抗氧化復(fù)合可食用膜和單一天然防腐劑，發(fā)現(xiàn)天然抗氧化復(fù)合可食用膜具有適用范圍更廣、穩(wěn)定性更強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。

2.2 在水產(chǎn)品方面的應(yīng)用

水產(chǎn)品在儲(chǔ)存過程中，氧化、酶促自溶、微生物生長等會(huì)造成水產(chǎn)品的腐爛。為了保證水產(chǎn)品的新鮮程度，除低溫、冷凍保存外，還可添加天然防腐劑。天然防腐劑能減少各種不良生化反應(yīng)的發(fā)生，抑制微生物生長，發(fā)揮延緩水產(chǎn)品腐爛的作用。目前用于水產(chǎn)品保鮮的天然防腐劑主要有精油、多酚、乳酸菌等。

NAVARRO等[16]通過實(shí)驗(yàn)檢測被包裹在β-環(huán)糊精納米中的佛手柑、香芹酚和葡萄柚精油對金頭鯛儲(chǔ)存的影響，發(fā)現(xiàn)EOs+β-CD冰組的腸桿菌科細(xì)菌和假單胞菌計(jì)數(shù)較低。同時(shí)，相比于pH值快速上升的普通冰儲(chǔ)存組，EOs+β-CD冰組鯛魚的pH值無明顯變化，表明EOs+β-CD冰作為海洋生物防腐保鮮的選擇有一定的可行性。此外，微生物防腐劑通過抑制腐敗菌生長起到良好的保鮮作用。李剛等[17]運(yùn)用變性梯度凝膠電泳技術(shù)，在貯藏期間，對不同濃度芽孢乳酸菌處理后的養(yǎng)殖大黃魚進(jìn)行體表腐敗微生物的分子動(dòng)態(tài)監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)一定濃度的芽孢乳酸菌對部分腐敗菌具有良好的抑菌作用。同時(shí)，芽孢乳酸菌產(chǎn)生細(xì)菌素抑制腐敗微生物對肌肉纖維的降解，減緩組織結(jié)構(gòu)劣變、肌肉質(zhì)地軟化，發(fā)揮防腐保鮮作用。

2.3 在果蔬方面的應(yīng)用

果蔬在加工、運(yùn)輸?shù)冗^程中易受病原微生物入侵發(fā)生變質(zhì)腐敗，而化學(xué)防腐劑易殘留于果蔬表面，對人體造成危害。因此，綠色安全且具有顯著保鮮效果的天然防腐劑成為良好替代品，如多酚類、精油類提取物、殼聚糖等。

VERDEGUER等[18]研究表明，300 μg·mL-1劑量的精油能完全抑制7種植物病原菌，且浸泡過精油的水果，其壞死程度明顯小于對照組。同時(shí)，精油對成熟番茄的真菌抑制率高達(dá)90%，并能使柿子的保質(zhì)期延長至2個(gè)月。研究發(fā)現(xiàn)[19]將含有檸檬酸的生物活性乳清蛋白膜涂抹到蘋果切片上，能顯著降低多酚氧化酶活性，維持水分活度以及原有顏色，減少酶促褐變反應(yīng)以及質(zhì)量損失，延長貨架期。殼聚糖和多酚類化合物通過減少水分流失，抑制蔬菜的生理代謝，減少固體形成物的消耗而發(fā)揮防腐保鮮作用。復(fù)合防腐劑的抑菌保鮮效果明顯優(yōu)于單獨(dú)的天然防腐劑。MOU等[20]研究發(fā)現(xiàn)，艾葉、高良姜、白鮮皮3種中草藥精油可抑制由黃曲霉、擴(kuò)展青霉等霉菌引起的桃果腐爛。

2.4 其他

植物源防腐劑如多酚類和萜類化合物，可用于烘焙食品的保鮮儲(chǔ)存。JU等[22]研究發(fā)現(xiàn)丁香酚和檸檬醛對黑曲霉具有協(xié)同抑制作用。丁香酚主要通過破壞細(xì)胞膜的完整性，增大受損細(xì)胞膜的通透性而發(fā)揮作用，而檸檬醛主要促進(jìn)腐敗菌細(xì)胞膜脂質(zhì)過氧化，導(dǎo)致活性氧積累，通過細(xì)胞氧化應(yīng)激誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡甚至壞死，從而起到抑菌作用。在此結(jié)論上進(jìn)行面包保鮮實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)在25 ℃和35 ℃下，檸檬醛能將面包的保質(zhì)期延長13.0 d和9.5 d，同時(shí)不會(huì)產(chǎn)生異味，具有很大的實(shí)際應(yīng)用潛力。

在調(diào)味品中，微生物源防腐劑具有廣闊的使用空間。在醬油中添加乳酸鏈球菌素和納他霉素制成的復(fù)配防腐劑，能增強(qiáng)抑菌能力，延長醬油的密封保質(zhì)期。在腌制品中加入ε-聚賴氨酸等生物防腐劑可有效抑制腐敗微生物的生長，且不會(huì)對腌制品的口感、色澤造成影響，其抑制效果優(yōu)于化學(xué)防腐劑苯甲酸鈉和山梨酸鉀[23]。在菇類保鮮中，徐冬穎等[24]發(fā)現(xiàn)納他霉素能增強(qiáng)其清除自由基及抗氧化能力，抑制雙孢菇子實(shí)體褐化，減少質(zhì)量損失率，降低呼吸強(qiáng)度，延長保質(zhì)期。

3 結(jié)語

隨著人們對健康可持續(xù)生活及食品安全等方面意識(shí)的增強(qiáng)，天然防腐劑的開發(fā)成為當(dāng)下研究的熱點(diǎn)，是食品防腐保鮮領(lǐng)域的重要方向。天然防腐劑對食品防腐保鮮的效果隨著研究的不斷深入已被證實(shí)，但還存在以下幾點(diǎn)問題。①國內(nèi)外研究已發(fā)現(xiàn)大量植物、動(dòng)物及微生物的提取物具有抑菌作用，但大多只停留于實(shí)驗(yàn)階段，而我國研究出的具有防腐作用且允許使用的植物添加劑極少，被批準(zhǔn)的天然食品防腐劑僅限6種。②天然防腐劑成本相對于化學(xué)防腐劑更昂貴，大部分商家會(huì)選擇化學(xué)防腐劑，使天然防腐劑不能得到推廣。③天然防腐劑的提取等加工技藝要求水平高，操作難度大。綜上，在未來的食品生產(chǎn)加工領(lǐng)域，需要改進(jìn)和精簡天然防腐劑的制備方法，降低生產(chǎn)成本，或?qū)⑻烊环栏瘎┡c化學(xué)防腐劑或兩種天然防腐劑配合使用，不僅可以降低成本，有效減少化學(xué)防腐劑的使用量，疊加防腐效果，還能拓寬使用范圍。因此，在未來的食品防腐工業(yè)中，天然食品防腐劑的運(yùn)用將會(huì)成為食品防腐、保鮮的主要方式，也為后續(xù)的相關(guān)研究和課題提供新的思路和應(yīng)用價(jià)值。