动物性天然食品防腐剂的研究进展

专论综述中国食品添加剂ChinaFoodAdditives

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动物性天然食品防腐剂的研究进展田影,金莉莉,王秋雨3(辽宁大学生命科学院,沈阳　110036) 摘　要:随着生活水平的不断提高和对健康的日益关注,人们对食品防腐剂的安全性提出了更高的要求。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,具有资源丰富、抗菌性强、水溶性好、安全无毒、抑菌谱广等优点,近年来成为食品保鲜防腐领域的研究热点。但是,

目前天然食品防腐剂的实际使用并不多,天然食品防腐剂的研究与开发仍存在很多问题。本文主要介绍了5

种动物性来源的抑菌物质,阐述了它们作为天然食品防腐剂的理化性质、抑菌机理和应用现状,并针对天然食品防腐剂在研究和应用中所遇到的问题,对天然食品防腐剂的发展方向进行了分析和讨论。关键词:天然食品防腐剂;动物性;抗菌机理;发展趋势中图分类号:TS20213 文献标识码:A 文章编号:1006-2513(2009)05-0141-05

Researchprogressofnaturalfoodpreservativesfromanimalsource

TIANYing,JINLi2li,WANGQiu2yu3(LifeSchoolofLiaoningUniversity,Shenyang110036)Abstract:Withthecontinuousimprovementoflivingstandardsandgrowingconcernonhealth,peopleputforwardhigherrequirementsonfoodsafety.Naturalfoodpreservativesareaclassofantimicrobialmaterials,directlyextractedfromplants,animalsandmicroorganisms.Naturalfoodpreservativeshavetheadvantageofabundantresources,strongantimicrobialactivity,water-soluble,non-toxic,andwideantimicrobialspectrumarebecomingaresearchhotspotfo2cusinrecentyears.However,naturalfoodpreservativeshavenotbeenwidelyusedyet.Thenaturalproperty,antibacte2rialmechanismandapplicationofthefivekindsofanimalantimicrobialmaterialswerereviewedinthisarticle,andtheirfuturedevelopmentandproblemsencounteredinusewerealsodiscussed.Keywords:naturefoodpreservative;animalsource;mechanismofantimicrobialactivity;futuredevelopment

食品在生产、运输、销售和贮存过程中,会因物理、化学、生物化学等因素引起腐败变质。在食品工业中,通常采用在食品中加入化学防腐剂的方法来延长食品的货架期,但化学防腐剂的种类和应用范围受到严格限制[1]。为此,人们将目光转向了能够抑制食品致病菌和腐败菌的天然材料上,一般是从植物、动物、微生物中直接分离提取出的,具有防腐作用的一类物质,是天然的食品防腐剂。本文综述了动物性天然食品防腐剂的抗菌机理、种类、应用,并对发展趋势进行了分析讨论。

收稿日期:2009-05-16 3通讯作者基金项目:辽宁省教育厅高等学校科学研究项目计划(编号:05L149)。作者简介:田影(1985-),女,硕士研究生,从事食品保鲜研究。中国食品添加剂ChinaFoodAdditives专论综述

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1　动物性天然防腐剂的特点及其抗菌机理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。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。另外,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。由于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[2]。

2　动物性天然防腐剂的种类及应用211　溶菌酶(Lysozyme)溶菌酶是一种专门作用于微生物细胞壁的水解酶,最初是由Fleming1922年在人的唾液、眼泪中发现,后来发现在蛋清、哺乳动物组织和分泌液、植物和微生物中都有溶菌酶的存在。溶菌酶是一种比较稳定的碱性蛋白质,在酸性条件下最稳定。在pH3时,能耐受40min的100℃高温,

在中性和碱性条件下耐热性较差[3]。按作用微生物的不同可将溶菌酶分为3大类:细菌细胞壁溶菌酶、酵母细胞壁溶菌酶和霉菌细胞壁溶菌酶。溶菌酶能选择性地分解微生物细胞壁,主要分解靶点是细胞壁中的肽聚糖。它能够切断N-

乙酰胞壁酸和N-乙酰葡萄糖胺之间β-1,4糖苷键。经过溶菌酶作用后,微生物细胞因渗透压不平衡而引起破裂,从而使得微生物细胞的内溶物渗出导致细胞死亡。因此溶菌酶主要对革兰氏阳性菌起作用,而对革兰氏阴性菌作用不大。

作为一种存在于人体正常体液及组织中的非特异性免疫因素,溶菌酶对人体完全无毒、无副作用,且具有多种药理作用,所以是一种安全的天然食品防腐剂。溶菌酶作为食品防腐剂常用在低度酒、香肠、奶油、糕点、面条、饮料、乳制品中。有研究表明溶菌酶可用于蛋糕的防腐,延长蛋糕的贮藏时间[4]。212　鱼精蛋白(Protamine)鱼精蛋白是一种多聚阳离子肽,主要存在于各类动物的成熟精巢组织中,与核酸紧密结合在一起,以核精蛋白的形式存在。鱼精蛋白在中性和碱性的条件下,显示出很强的抑菌能力,并有较高的热稳定性,在210℃条件下加热1h仍具有活性。鱼精蛋白对枯草杆菌、芽孢杆菌、干酪乳杆菌、乳酸菌、霉菌、芽孢耐热菌和革兰氏阳性菌等均有较强的抑菌效果。目前广泛使用的防腐剂多为酸性防腐剂,在中性和碱性条件下防腐效果不理想,所以鱼精蛋白拓宽了防腐剂的使用范围。鱼精蛋白抑菌机理主要有以下几种解释[5]:

(1)鱼精蛋白的抑菌活性是由于其分子中存

在着大量精氨酸,精氨酸中带正电荷的胍基能与细胞壁肽聚糖的负电荷产生静电作用,从而破坏细菌的细胞壁;

(2)鱼精蛋白可以使细胞质膜形成通道或较

大的孔洞,引起细胞内必要化合物的渗漏,从而破坏与能量代谢相关的电子传递系统和物质转运系统,摧毁细菌跨膜的物质运动,使整个细胞处于代谢瘫痪状态;

(3)鱼精蛋白能够改变细胞膜的渗透性。鱼

精蛋白抑菌机制很有可能不是单一因子的作用,

而是几个机制联合发挥作用。鱼精蛋白用作食品防腐剂具有广谱抑菌活性、高安全性、高营养性、强耐热性、且无臭无味、在中性和碱性范围内有较强的抑菌能力等优点,使其成为一种非常有前景的天然防腐剂。在牛奶、鸡蛋、布丁中加入鱼精蛋白可延长其保存期。鱼精蛋白与其它天然添加剂配合使用,抗菌效果更为显著,适用的食品防腐范围也更广。213　抗菌肽(AntibacterialPeptides)抗菌肽是生物体内经诱导产生的一类具有生物活性的小分子多肽,普遍存在于各类生物体专论综述中国食品添加剂ChinaFoodAdditives

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中,是其免疫防御系统的一个重要组成部分。抗菌肽具有分子量小、热稳定好、在生理条件下多数带正电荷、广谱抗菌等特点[6]。它们对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、某些真菌、原生动物和一些耐药性细菌具有杀灭作用,而对真核细胞基本不起作用。它的出现,为人们寻找理想的天然食品防腐剂提供了新的领域[7]。抗菌肽根据来源不同分为植物类抗菌肽、昆虫类抗菌肽、两栖类抗菌肽、动物源性抗菌肽等,根据结构不同分为两性分子α-螺旋的抗菌肽、含二硫键的抗菌肽、富含脯氨酸的抗菌肽及富含甘氨酸的抗菌肽等[8]。抗菌肽的确切作用机制目前还不清楚,不同类别抗菌肽的抗菌机理可能不一样。研究认为,抗菌肽主要是通过作用于细菌的细胞膜,破坏其完整性来发挥抗菌效应。抗菌肽可通过其正电荷与细菌细胞膜磷脂分子上的负电荷形成静电吸附而结合到质膜上,然后通过多个抗菌肽分子间相互位移、聚合形成跨膜离子通道,造成细菌胞内离子大量流失,细菌不能保持其正常渗透压而死亡;也有一些抗菌肽是通过影响膜的能量转运和代谢,损害呼吸链的功能而杀死细菌[9]。抗菌肽由于其分子量较小、热稳定性强、水溶性好、无免疫原性、对人无毒副作用、广谱抗菌性、有些甚至对病毒和肿瘤细胞均具有抗性等特点,在食品工业领域逐渐显示出广阔的应用前景。研究表明,新疆家蚕抗菌肽用于番茄汁的防腐,在相同的杀菌时间条件下可降低杀菌温度,在工业化生产中可大大降低生产动力成本[10];从吉林林蛙干皮中纯化得到的抗菌肽对香肠、草莓均具有较好的防腐保鲜效果[11]。也有研究表明,由鲜牛蛙皮经浸提、分离、纯化得到的蛙皮抗菌肽冷冻干品,对低温火腿肠制品具有明显的防腐作用[12]。214　蜂胶蜂胶是工蜂在杨、柳、桦、栗和桉树等植物的幼芽或树皮等处采集的树脂,并混入蜜蜂上颚腺分泌物和蜂蜡、花粉等加工而成的一种具有芳香气味的胶状混合物。蜂胶不溶于水,微溶于松节油,部分溶于乙醇。其成分中含有树脂及树香胶、蜡、香精油、黄酮类化合物等,具有抑制和杀死细菌、病毒等作用[13]。此外,蜂胶还含有甾类化合物、多种氨基酸、脂肪酸、酶类、维生素、多种微量元素等生物活性物质。因此,蜂胶可作为一种生物保鲜剂在食品的防腐保鲜中应用。蜂胶的抑菌作用是多种成分协同的结果。其抑菌机理在于,一方面蜂胶液是良好的成膜剂,

形成的薄膜不但可以减少病源生物的侵染,而且可阻碍果蔬内部与外界气体交换,抑制果蔬呼吸、降低新陈代谢、减少果蔬表面水分蒸发,因而可以减少营养物质的消耗和品质的下降,起到了防腐保鲜的作用[14]。另一方面,蜂胶对各种细菌、真菌、病菌和原虫都具有抑制和消灭能力。蜂胶除具有高效、广谱、安全的抑菌效果外,还具有多种生物活性和功能保健作用,如蜂胶可清除活性氧自由基,起到抗氧化的作用[15]。因此,蜂胶在食品的防腐保鲜中具有广阔的应用前景。目前,已有研究表明,蜂胶在禽蛋、水产品、肉制品、乳制品和水果保鲜中都具有较好的效果[13]。215　壳聚糖(Chitoson)壳聚糖即脱乙酰甲壳质,又称甲壳素,它是从虾壳、蟹壳中提取的一种天然多糖,具有较强的抗菌作用。壳聚糖具有可降解性、生物相容性和无毒性等特点,属于天然、环保和安全型食品添加剂[16]。壳聚糖在我国已作为增稠剂应用于食品工业,由于其呈现一定的抗菌活性,可作为天然生物防腐剂在食品防腐等领域得到应用。壳聚糖作为食品防腐剂具有以下几种功能: