食品中天然防腐劑的研究進(jìn)展

摘 要：隨著生活水平的提高，人們對食品安全與食品保鮮的要求日益提高?；瘜W(xué)防腐劑雖能延長食品保質(zhì)期，但長期使用可能給人們帶來健康風(fēng)險，如致癌性、過敏反應(yīng)等。因此，尋找安全、有效的天然防腐劑已成為研究熱點。天然防腐劑來源于植物、動物和微生物，具備良好的抗菌和抗氧化性能，應(yīng)用前景廣闊。然而，其在實際應(yīng)用中仍面臨穩(wěn)定性差、成本高等挑戰(zhàn)。本文綜述了天然防腐劑的研究進(jìn)展，旨在為天然防腐劑的進(jìn)一步開發(fā)和應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：食品；天然防腐劑；植物提取物；抗菌

Research Progress of Natural Preservatives in Food

CAO Zhaoyu

（Boxing County Comprehensive Inspection and Testing Center， Boxing 256500， China）

Abstract： With the improvement of living standards， people’s requirements for food safety and food preservation are increasing. Although chemical preservatives can extend the shelf life of food， long-term use may bring health risks to people， such as carcinogenicity and allergic reactions. Therefore， finding safe and effective natural preservatives has become a research hotspot. Natural preservatives come from plants， animals and microorganisms， have good antibacterial and antioxidant properties， and have broad application prospects. However， they still face challenges such as poor stability and high cost in practical applications. This article reviews the research progress of natural preservatives， aiming to provide a reference for the further development and application of natural preservatives.

Keywords： food; natural preservatives; plant extract; antibiosis

目前，化學(xué)防腐劑廣泛應(yīng)用于食品加工過程中，以延長食品的保質(zhì)期。然而，化學(xué)防腐劑的長期使用引發(fā)了許多健康問題，包括潛在的致癌性、過敏反應(yīng)，以及促使產(chǎn)生抗藥性微生物，給公眾健康帶來潛在風(fēng)險。因此，尋找安全、有效的天然防腐劑已成為食品科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點。天然防腐劑來源于植物、動物和微生物，良好的抗菌和抗氧化性能使其在食品保鮮中具有廣闊的應(yīng)用前景[1]。本文系統(tǒng)總結(jié)了天然防腐劑的研究進(jìn)展，探討其在食品工業(yè)中的應(yīng)用及存在的挑戰(zhàn)，并展望未來的研究方向，為食品防腐技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展提供參考。

1 天然防腐劑的分類與特點

1.1 植物來源防腐劑

1.1.1 多酚類化合物

多酚類化合物是植物中廣泛存在的一類次生代謝產(chǎn)物，以其顯著的抗氧化和抗菌活性在食品防腐領(lǐng)域引起了廣泛關(guān)注[2]。茶多酚作為茶葉中的主要活性成分，具有強(qiáng)效的抗氧化性能和廣譜抗菌作用，能夠有效抑制食品中多種致病微生物的生長。此外，茶多酚還能通過破壞細(xì)菌細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)、干擾微生物代謝等多種機(jī)制，顯著延長食品的保質(zhì)期。葡萄籽提取物中富含的原花青素也是一種有效的天然抗菌劑，其抗氧化能力甚至超過了維生素C和維生素E。在應(yīng)用方面，多酚類化合物已被廣泛用于果蔬、肉類及乳制品的保鮮中。然而，多酚類化合物在食品中的實際應(yīng)用仍然面臨一些挑戰(zhàn)，如其在食品體系中的穩(wěn)定性及與食品成分的相互作用，可能影響其抗菌效果。

1.1.2 精油類物質(zhì)

精油類物質(zhì)是植物中揮發(fā)性成分的濃縮提取物，具有強(qiáng)烈的香氣和多種生物活性。肉桂油和丁香油是最為典型的兩種植物精油，它們的主要成分如肉桂醛和丁香酚，均顯示出顯著的抗菌活性。研究表明，這些精油能夠有效抑制革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌的生長，甚至對抗藥性病原菌也具有良好的抑制作用。此外，精油類物質(zhì)的抗菌機(jī)制通常涉及對細(xì)胞膜的破壞、細(xì)胞內(nèi)容物的泄漏及干擾細(xì)胞代謝過程等。然而，精油類物質(zhì)在食品防腐中的應(yīng)用同樣面臨一些挑戰(zhàn)。精油具有強(qiáng)烈的氣味，可能會影響食品的風(fēng)味和接受度；精油在水性食品基質(zhì)中的分散性較差，限制了其在某些食品中的應(yīng)用。通過納米技術(shù)或包埋技術(shù)提高精油的穩(wěn)定性和抗菌效果，可拓展其在食品保鮮中的應(yīng)用范圍。

1.1.3 植物抗菌肽

植物抗菌肽是植物在抗菌防御過程中產(chǎn)生的小分子蛋白或肽鏈，具有廣譜抗菌活性和較高的安全性。與傳統(tǒng)化學(xué)防腐劑相比，植物抗菌肽因其天然來源和低毒性特點，在食品工業(yè)中顯示出巨大的應(yīng)用潛力。植物抗菌肽通過與細(xì)菌細(xì)胞膜結(jié)合，形成孔洞或通道，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)容物泄漏，從而抑制或殺死細(xì)菌[3]。目前，研究較多的植物抗菌肽包括大豆蛋白肽、苜蓿蛋白肽等。這些抗菌肽不僅在食品保鮮中表現(xiàn)出色，還具有一定的抗氧化和免疫調(diào)節(jié)作用。盡管植物抗菌肽在實驗室研究中表現(xiàn)出良好的防腐效果，但其大規(guī)模應(yīng)用仍然面臨生產(chǎn)成本高、穩(wěn)定性差和在復(fù)雜食品基質(zhì)中活性降低等問題。

1.2 動物來源防腐劑

1.2.1 乳鐵蛋白及其衍生物

乳鐵蛋白是一種存在于哺乳動物乳汁中的多功能蛋白質(zhì)，以其廣泛的抗菌、抗病毒和免疫調(diào)節(jié)功能受到關(guān)注。乳鐵蛋白的抗菌活性主要體現(xiàn)在通過與細(xì)菌細(xì)胞壁上的受體結(jié)合，破壞細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)，或通過與細(xì)菌所需的鐵離子結(jié)合，抑制其生長。此外，乳鐵蛋白還能夠增強(qiáng)機(jī)體免疫系統(tǒng)的功能，有助于抵抗病原微生物的侵襲。乳鐵蛋白及其衍生物在食品保鮮中的應(yīng)用前景廣闊，尤其是在乳制品、嬰兒配方食品和功能性食品中。然而，由于乳鐵蛋白來源的限制及其提取純化過程較為復(fù)雜，其應(yīng)用成本較高。為降低成本和擴(kuò)大應(yīng)用范圍，近年來的研究開始著力于通過基因工程和發(fā)酵技術(shù)生產(chǎn)重組乳鐵蛋白，以期實現(xiàn)乳鐵蛋白的大規(guī)模生產(chǎn)及其在食品防腐中更廣泛的應(yīng)用。

1.2.2 蜂蜜及蜂膠提取物

蜂蜜和蜂膠作為傳統(tǒng)的天然抗菌劑，具有悠久的使用歷史。蜂蜜的抗菌效果主要源自其高滲透壓、低pH值以及產(chǎn)生的過氧化氫，這些因素共同抑制了微生物的生長。蜂膠則富含多種生物活性成分，如黃酮類化合物和酚酸類物質(zhì)，具有強(qiáng)效的抗菌、抗病毒和抗氧化作用。蜂蜜和蜂膠提取物在食品防腐中的應(yīng)用潛力巨大，尤其適用于天然食品和有機(jī)食品的保鮮。然而，蜂蜜和蜂膠的抗菌效果可能受到生產(chǎn)、儲存和加工條件的影響，其在不同食品體系中的效果也存在差異。此外，由于蜂蜜和蜂膠的風(fēng)味較為獨特，在某些食品中使用時可能影響感官質(zhì)量。

1.2.3 溶菌酶

溶菌酶是一種廣泛存在于動物體液中的抗菌酶，具有分解細(xì)菌細(xì)胞壁的能力，對革蘭氏陽性菌尤其有效。作為一種天然抗菌物質(zhì)，溶菌酶因其高效、安全、無毒副作用等優(yōu)點，已被廣泛應(yīng)用于食品保鮮中。溶菌酶的抗菌機(jī)制主要是通過水解細(xì)菌細(xì)胞壁中的糖苷鍵，導(dǎo)致細(xì)胞壁破裂、細(xì)胞內(nèi)容物泄漏，從而殺死細(xì)菌。在食品工業(yè)中，溶菌酶被用于延長乳制品、肉制品及果蔬制品的保質(zhì)期。然而，溶菌酶在實際應(yīng)用中仍面臨一些問題，如其在食品中的穩(wěn)定性和抗菌譜的局限性。此外，溶菌酶對革蘭氏陰性菌的抑制效果較弱，因此需要與其他抗菌劑聯(lián)合使用以獲得更好的防腐效果。

1.3 微生物來源防腐劑

1.3.1 乳酸菌及其代謝產(chǎn)物

乳酸菌是食品發(fā)酵過程中常見的有益菌，其代謝產(chǎn)物如乳酸、細(xì)菌素等具有顯著的抗菌活性。乳酸通過降低pH值、破壞細(xì)菌細(xì)胞膜和抑制致病菌生長，在食品防腐中起到重要作用。細(xì)菌素則是一類由乳酸菌產(chǎn)生的小分子抗菌肽，能夠特異性地殺死或抑制與乳酸菌競爭的細(xì)菌，廣泛用于乳制品、肉制品和蔬菜的發(fā)酵與保鮮。乳酸菌及其代謝產(chǎn)物在食品防腐中的應(yīng)用具有安全性高、無毒副作用的優(yōu)勢，并且能夠改善食品風(fēng)味和質(zhì)地。然而，乳酸菌及其代謝產(chǎn)物的抗菌譜通常較窄，對某些致病菌的抑制效果有限。因此，未來的研究可以考慮通過基因工程手段優(yōu)化乳酸菌菌株，增強(qiáng)其抗菌能力，或與其他天然抗菌劑聯(lián)合使用，以提高其在復(fù)雜食品體系中的防腐效果。

1.3.2 酵母菌及其代謝產(chǎn)物

酵母菌是一類常用于食品發(fā)酵的微生物，其代謝產(chǎn)物如乙醇、脂肽類物質(zhì)和多種酶類在食品防腐中發(fā)揮著重要作用。乙醇具有良好的抗菌作用，常用于果酒、啤酒和發(fā)酵飲料的生產(chǎn)中。而酵母菌產(chǎn)生的脂肽類物質(zhì)則顯示出對多種致病菌的廣譜抗菌效果。此外，酵母菌還能夠產(chǎn)生多種酶類，如β-葡聚糖酶，這些酶不僅有助于提高食品的營養(yǎng)價值，還可以通過分解細(xì)菌細(xì)胞壁或破壞細(xì)菌代謝過程，達(dá)到防腐目的。然而，酵母菌及其代謝產(chǎn)物在食品中的實際應(yīng)用仍需考慮其對食品風(fēng)味和質(zhì)地的影響。此外，酵母菌的生長和代謝過程可能受到環(huán)境條件的顯著影響，因此在實際生產(chǎn)中需要精細(xì)控制發(fā)酵條件，以確保其抗菌效果。

1.3.3 醋酸菌及其代謝產(chǎn)物

醋酸菌所產(chǎn)生的醋酸能夠顯著降低食品pH值，抑制大多數(shù)致病菌的生長，同時還能賦予食品獨特的風(fēng)味，廣泛應(yīng)用于酸奶、泡菜和醋制品的生產(chǎn)中。除了醋酸，醋酸菌還能夠產(chǎn)生其他有機(jī)酸及抗菌物質(zhì)，如醋酸乙酯，這些代謝產(chǎn)物進(jìn)一步增強(qiáng)了其防腐效果。醋酸菌及其代謝產(chǎn)物在食品防腐中的優(yōu)勢在于其自然、安全且易于消費者接受。然而，過高的醋酸濃度可能會影響食品的口感和質(zhì)地，因此在實際應(yīng)用中需要合理控制醋酸菌的發(fā)酵條件。

2 天然防腐劑的作用機(jī)制

天然防腐劑通過多種機(jī)制發(fā)揮其抑制微生物生長和抗氧化的作用[4]。抑制微生物生長的機(jī)制主要包括3個方面：①通過破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，使細(xì)胞膜的完整性受損，導(dǎo)致微生物細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)交換紊亂，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡；②抑制微生物關(guān)鍵酶的活性，這些酶在微生物的代謝過程中起著至關(guān)重要的作用，酶活性被抑制后，微生物的正常代謝功能無法進(jìn)行，從而影響其生長與繁殖；③干擾微生物的代謝過程，通過影響代謝途徑中的關(guān)鍵步驟，導(dǎo)致能量產(chǎn)生不足或代謝產(chǎn)物累積，進(jìn)而抑制微生物的生長。

此外，天然防腐劑還具有顯著的抗氧化作用。其抗氧化機(jī)制主要體現(xiàn)在自由基的清除和抗氧化酶的激活兩方面。天然防腐劑能夠直接捕捉和中和細(xì)胞內(nèi)的自由基，從而減少自由基對細(xì)胞膜、蛋白質(zhì)和DNA等重要生物分子的氧化損傷。與此同時，天然防腐劑還能通過激活體內(nèi)的抗氧化酶系統(tǒng)，如超氧化物歧化酶、過氧化氫酶等，增強(qiáng)細(xì)胞的抗氧化能力，從而提供更強(qiáng)的保護(hù)作用。

3 天然防腐劑在食品中的應(yīng)用

天然防腐劑在各類食品中的應(yīng)用越來越廣泛，具體表現(xiàn)為其在肉制品、乳制品、果蔬制品和烘焙食品中的多種應(yīng)用形式與功能[5]。在肉制品中，天然防腐劑如迷迭香提取物和丁香油被用來延緩脂肪氧化，抑制病原菌的生長，從而延長貨架期。這些防腐劑能夠有效減少肉制品在儲存過程中的色澤變化和異味生成。在乳制品中，天然防腐劑如乳酸菌和納豆激酶等，通過抑制有害菌的生長，保持產(chǎn)品的安全性與穩(wěn)定性，同時還能增強(qiáng)乳制品的風(fēng)味和營養(yǎng)價值。在果蔬制品中，常使用抗氧化性較強(qiáng)的天然防腐劑如抗壞血酸和檸檬酸，防止果蔬在加工和儲存中的褐變及質(zhì)地變化，從而保持其新鮮度和視覺吸引力。在烘焙食品中，天然防腐劑如酚類化合物、茶多酚和維生素E等，能夠抑制脂肪氧化和霉菌生長，從而延長產(chǎn)品的保質(zhì)期，同時保證烘焙食品的口感和風(fēng)味穩(wěn)定性。

4 結(jié)語

天然防腐劑因其天然來源和高安全性，成為食品工業(yè)的重要選擇，能有效抑制微生物生長和延緩食品氧化，但也存在影響食品風(fēng)味、穩(wěn)定性差和生產(chǎn)成本高的局限性。未來的研究應(yīng)注重提升其應(yīng)用效果和廣譜抗菌性，開發(fā)穩(wěn)定化技術(shù)，并加強(qiáng)安全性與環(huán)保性研究。此外，結(jié)合其他保鮮技術(shù)，如低溫儲存和真空包裝，可為食品保鮮提供更有效的解決方案。

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作者簡介：曹兆玉（1990—），女，山東淄博人，碩士，工程師。研究方向：質(zhì)量工程。