学年论文-天然食品防腐剂的研究进展

摘要：从天然食品防腐剂的概念和分类出发，介绍它的特性和作用机理，从而体现天然食品防腐剂相对于人工合成的食品防腐剂所具备的优势。

随着人们对天然食品防腐剂的日益关注，天然食品防腐剂拥有很好的发展前景，在不久的将来定会取代那些具有毒副作用的人工合成的防腐剂。

关键词：概念；分类；特性；作用机理；发展前景
0 引言
食品防腐剂是食品工业中不可缺少的食品添加剂，根据其来源的不同，可分为人工合成和天然食品防腐剂两类。

由于人工合成的食品防腐剂成本低，而天然食品防腐剂成本高。

因此，长期以来在食品工业生产中以山梨酸钾、苯甲酸钠为主要的人工合成食品防腐剂一直占主导地位，而天然食品防腐剂却未能得到广泛应用。

如今，随着人们生活水平的提高和科技的发展，加上合成食品防腐剂其不可忽略的毒副作用，人们越来越注重天然的食品防腐剂[1]。

1 天然食品防腐剂的概念
天然食品防腐剂一般是指从植物、动物、微生物中直接分离提取的，具有防腐作用的一类物质。

它以资源丰富、抗菌性强、安全无毒、抗菌谱广等优点在食品工业上越来越引起关注和重视。

2 天然食品防腐剂的分类
天然食品防腐剂根据其来源可以分为3种类型：(1)动物源天然防腐剂，指从与动物相关的物质中提取得到的防腐剂，如溶菌酶、昆虫抗菌肽、蜂胶、鱼精蛋白等；(2)植物源天然防腐剂，指天然存在于植物体内，通过人工修饰、分解、蒸馏等方法制得的具有防腐作用产品，如果胶分解物、香料提取物、茶多酚、海藻提取物等;(3)微生物源天然防腐剂，指由微生物代谢产生的抗菌、抑菌物质，是近年来食品防腐剂开发的一个热点，如乳酸链球菌素、纳他霉素、曲酸等[2]。

天然食品防腐剂主要的抑菌或杀菌机理: (1)使微生物的蛋白质凝固或变性，从而干扰其生长和繁殖; (2)破坏或损伤细胞壁，干扰细胞壁合成，致使胞内物质外泄，影响与细胞膜有关的呼吸链电子传递系统，从而抑制微生物的生命活动;(3)作用于遗传物质或遗传微粒结构，进而影响到遗传物质的复制、转录、蛋白质的翻译等;(4)作用于微生物体内的酶系统，抑制酶的活性，干扰其正常代谢[3]。

2.1 动物源天然防腐剂及其作用机理
动物源天然食品防腐剂具有抗菌性强、水溶性好、安全无毒、抑菌谱广等优
点，在人体消化道内可降解为食物的正常成分，不影响消化道菌群，不影响药用抗菌素的使用，而且还具有一定的营养价值[4]。

动物源天然食品防腐剂的作用机理同一般食品防腐剂相似。

它可以通过作用于细胞壁和细胞膜系统，直接迅速地破坏依赖于膜结构完整性进行物质和能量代谢的细胞及细胞器，并可导致细胞内溶酶体膜破裂诱导微生物自溶；也可以通过作用于遗传物质或使遗传微粒结构改变引起抑菌作用；还有一些是通过作用于酶或功能蛋白，使他们功能发生变化而发挥灭菌防腐作用[4]。

另外，动物源天然食品防腐剂也可通过抑制微生物的呼吸作用，导致能量物质ATP和还原物质NAD亏缺，合成代谢受阻，活性的动态膜结构不能维持，代谢方向趋于水解，最后产生细胞自溶[4]。

由于动物源天然食品防腐剂是生物体提取物，这些物质更容易进入微生物细胞，导致膜通透性增加和能量代谢系统破坏，因而能迅速抑制微生物的活动、生长和繁殖[4]。

2.2 植物源天然防腐剂及其作用机理
许多植物精油、大蒜、洋葱、生姜汁、绿茶、苹果、腰果、苦瓜、竹叶、林蓠叶、荸荠、芦荟、银杏叶等都存在抗菌成分[5]。

有研究者(Knobloch等人)对芳香植物精油的抗菌性能进行了考察和研究，分析其结果表明：在水相中的溶解度与精油中有效成分透过细胞而进入菌体的能力，具有直接的相关性，而抗菌性则基于抗菌剂在菌体细胞膜双层磷脂中的溶解度；精油中的类萜类降低生物膜的稳定性，从而干扰了能量代谢的酶促反应。

还有研究者( Gocho) 对二十六种植物性芳香族化合物的抗菌效果进行了研究比较，实验发现这些芳香化合物仅对湿孢子有抗菌效果而对干孢子却无效，据此认
为桂醛、茴香脑等有效芳香抗菌成分的抗菌性是基于孢子对抗菌剂的吸收而起的作用。

另有一些研究表明，植物中具有很多种天然抗菌成分，但最有效的抗菌活性物质主要存在于风味物质中[5]。

2.3 微生物源天然防腐剂及其作用机理
微生物源防腐剂又常被称为生物抗菌剂。

现已从微生物中得到的天然防腐剂有细菌素类的乳酸菌素和小菌素、放线菌类的纳他霉素、霉菌类的米曲霉发酵产生的曲酸以及某些酵母菌、真菌、食用菌和聚赖氨酸等[6]。

然而目前对微生物源天然防腐剂的作用机理的研究报道稀少并且欠深入，譬如乳酸菌素的抑菌机理：乳酸菌素抑菌的精确机制目前虽未完全清楚，但基本可以认为Nisin与敏感细胞细胞膜(靶细胞膜)的相互作用是抑菌的关键点，而孔道的形成则是Nisin作用的主要方式。

研究显示，Nisin与膜的相互作用受到膜脂质种类的制约，本质上受控于静电作用。

带大量正电荷的C端是最初与阴性脂相互结合的位点。

Nisin与细菌膜通过结合、插入、孔道等多步过程形成孔道复合物，耗散质子动力势( PMF)成分，终止细胞的一系列能量反应，导致细胞内ATP、氨基酸、离子等小分子溶质迅速渗漏，引起膜内外能差的消失，直接或者通过对其它细胞毒素的敏化作用引起细胞的死亡。

孔道的形成与敏感细胞膜表面的“偶合分子基团”有关，是一个非选择性、短暂的、规格离散的多态孔，有“桶板”( barrel-stave)和“楔入”(wedge)两种模式[7]。

3 天然食品防腐剂的进展及展望
天然食品防腐剂目前作为一类新型安全高效的防腐剂，已成为食品科学研究的热点之一。

随着生物技术和科研水平的不断发展，利用动物、植物、微生物或其代谢产物等为原料，经提取、酶法转化或者发酵等技术分离或生产的天然抗菌或抑菌物质会越来越多，应用也会越来越广泛[3]。

在天然防腐剂中，微生物防腐剂主要以天然农产品为原料，利用发酵等生物技术而制备，具有高效、无毒、适用性广和性能稳定等优点，成为食品防腐剂研究、应用和发展的1个重要方面。

理想的微生物防腐剂具有用量少、抗菌能力强等特点。

微生物防腐剂由于可以用微生物发酵法大量生产，同时随着高产菌株的选育，作用机理研究的深入以及由单一型向复配型防腐剂转变，其将会在更广泛的领域得到应用，并产生可观的经济效益和社会效益[8]。

来源于自然界的天然抗菌物质很多，范围很广，人们从动物、植物(或其分泌物)、微生物及矿物中提取的抗菌物质越来越多。

其中，通过微生物制造天然防腐剂是1个亟待开发的领域。

虽然微生物天然防腐剂由于条件的限制，尚不能完全取代化学防腐剂，但至少可减少化学防腐剂的用量或使食品杀菌条件更趋温和，其未来前景广阔[8]。

天然食品防腐剂在实际应用中还存在很多问题，如作用机理、抗菌谱研究不够深刻，天然食品防腐剂的使用范围、使用量、使用方法也有待于进一步明确，天然食品防腐剂对食品风味的影响，如何最大程度发挥天然食品防腐剂的功效等都需要进一步探索，这些问题会直接或间接制约和影响天然食品防腐剂的开发利用[3]。

目前天然食品防腐剂还不能完全取代化学防腐剂，但该类防腐剂抗菌性强、安全无毒、热稳定性好和来源广泛等优点将促使其在未来食品工业领域中扮演越来越重要的角色[3]。

参考文献：
[1] 杜荣茂.天然食品防腐剂[J].中国食品添加剂,2003,(2):68-74.
[2] 肖素荣,李京东.天然食品防腐剂极其发展前景[J].中国食物与营养,2007,(6):29-33.
[3] 冯炜玮,陈志伟.天然食品防腐剂的研究进展[J].安徽农业科学,2011,(18):11015-11017.
[4] 田影,金莉莉,王秋雨.动物性天然食品防腐剂的研究进展[J].中国食品添加
剂,2009,(5):141-145.
[5] 吴京平.新型植物源天然食品防腐剂及其抑菌性能[J].中国食品添加剂,2009,(3):61-64.
[6] 吴京平.新型微生物源天然食品防腐剂及其抑菌性能[J].北京联合大学学报,2011,25(1):55-58
[7] 缪存影.天然食品防腐剂——乳酸链球菌素[D].国家食物与营养咨询委员会,2009.
[8] 王飞生,叶荣飞,陈则华.天然生物食品防腐剂研究进展[J].河北农业科学,2008,(10):60-62.。