天然食品防腐剂应用.ppt

天然食品防腐剂应用研究进展 主讲人 新型防腐剂在食品中的应用举例 新型防腐剂的研究 针对食品防腐剂使用存在的问题及食品工业发展的需要 目前防腐剂的新品种的研究和开发主要从下列几个着眼点考虑 安全高效广谱型防腐剂的开发低毒特效专用型防腐剂的开发生物类绿色抗菌防腐剂的开发 新型生物防腐剂具有安全 高效和健康的特点 常见的就有壳聚糖 植物精油 香辛料 溶菌酶 乳酸链球菌素 纳他霉素等 下面我们通过认识其中的几种防腐剂的研究进展进一步了解新型食品防腐剂 一 安全高效型防腐剂 壳聚糖 壳聚糖 Chitoson 即脱乙酰甲壳素 又名几丁聚糖 由氨基葡萄糖和N 乙酰氨基葡萄糖通过 1 4键连接而成的直连高分子有机聚糖 为黄色或白色粉末 微溶于水 溶于酸 碱性氨基多糖 壳聚糖结构式 1 壳聚糖的特点 壳聚糖在自然界含量丰富 主要来源于节支动物和软体动物 壳聚糖具有无毒以及良好的生物降解性和生物相容性 不会造成二次污染 目前较多地作为一种成本较低 安全无毒 无污染 防腐保鲜效果好的天然防腐剂 2 壳聚糖的抑菌机理研究 吴小勇等人研究总结主要有以下几种可能 1 1 分子量小于5000kDa 1kDa 1000摩尔质量 的壳聚糖可以透过细胞膜小分子壳聚糖进入微生物细胞内 与细胞内带负电的物质 主要是蛋白质和核酸 结合 使细胞的正常生理功能 例如DNA的复制和蛋白质的合成等 受到影响 导致微生物死亡 2 大分子的壳聚糖吸附在微生物细胞表面 形成一层高分子膜 阻止了营养物质向细胞内运输 从而起到杀菌和抑菌作用 3 壳聚糖的正电荷与微生物细胞膜表面的负电荷之间的相互作用 改变了微生物细胞膜的通透性 引起微生物细胞死亡 4 壳聚糖作为一种螯合剂 选择性地螯合对微生物生长起关键作用的金属离子 从而抑制微生物的生长和产毒 5 壳聚糖能够激活微生物本身的几丁质酶活性 当壳聚糖浓度足够高时 微生物的几丁质酶被过分表达 导致对其自身细胞壁几丁质的降解 从而损伤细胞壁 3 壳聚糖的抑菌特性 壳聚糖对细菌 霉菌和酵母菌都有抑菌特性 特别是对广泛的腐败菌都有抑制作用 其抑菌能力的大小与壳聚糖的脱乙酰度 分子质量 环境的pH以及金属离子和表面活性剂等杂质的干扰有关 关于这些因素对壳聚糖抑菌作用的影响 目前研究结果比较一致的结论是 1 分子大小相近的壳聚糖 抑菌能力随其脱乙酰度增加而增加 2 大分子壳聚糖的抑菌能力比小分子壳聚糖强 3 壳聚糖对革兰氏阳性菌的抑制作用比对革兰氏阴性菌强 细菌容易受到壳聚糖的抑制 酵母菌次之 最后为真菌 4 壳聚糖的抑菌能力随其浓度升高而增强 随环境介质的pH值升高而降低 5 溶剂对壳聚糖的抑菌能力也有一定的影响 一般来说以醋酸为溶剂比其他溶剂强 4 壳聚糖的应用研究进展 壳聚糖在食品中的应用效果很好 一般使用时用醋酸 乳酸先将其溶解 在调味品中加入溶解于酿造醋的壳聚糖 能抑制细菌繁殖7d 而与醋酸钠复合使用时则能提高到12d 可见壳聚糖是一种高效的天然防腐剂 美国食品药物管理局 USFDA 1983年就批准了壳聚糖可用作饲料添加剂 在日本 壳聚糖被用作豆腐 酱油 面条等食品的防腐保鲜剂 壳聚糖也可以直接加入食品 药品和动物饲料等商业产品中 韩国也于1995年批准壳聚糖可用作食品添加剂 在欧洲 壳聚糖不是一种食品添加剂 但是被允许用于化妆品中 以及在食品加工过程中使用 在加拿大 羧甲基壳聚糖可以用作鸡蛋和水果的涂膜保鲜剂 在中国于1991年批准壳聚糖作为防腐剂 其作为保健食品已于1997年获卫生部批准 2001年被USFDA确认属 通常公认为是安全的 GRAS 物质 这进一步为壳聚糖用于食品扫清了障碍 壳聚糖的抑菌作用已得到了许多实验的证实 但是 1 由于壳聚糖的抑菌机理比较复杂 对不同种类的微生物其抑制作用可能不同 而且影响壳聚糖抑菌能力的因素较多 2 大部分的壳聚糖需要在酸性环境中 在溶解的条件下才能很好地发挥其抑菌能力 这就要求在使用前进行相关的研究 只有这样才能更好发挥壳聚糖的功效 而所用溶剂醋酸或者乳酸的的杀菌 抑菌作用使得壳聚糖防腐作用存在质疑 3 壳聚糖的生产需要大量的酸处理 对环境造成了很大程度的污染 限制了壳聚糖的发展 夏文水等研究了壳聚糖低聚物作为防腐剂在苹果原汁保藏中的应用 发现壳聚糖低聚物的抗菌作用对苹果汁的保藏发挥了很好的防腐效果 陈天等利用壳聚糖来保鲜中华弥猴桃 可使其贮藏期延长至80天 同时保持了果实较好的品质与风味 袁毅桦等用2 壳聚糖涂膜番茄 15天后番茄的总酸度 总糖及 与新鲜番茄最接近 果实较硬 失水较小 具有较好的保鲜效果 二 生物类绿色抗菌防腐剂 溶菌酶 溶菌酶又称胞壁质酶或N 乙酰胞壁质聚糖水解酶 是一种细菌素 是由细菌产生通常只作用于与产生菌同种或亲缘关系相近的种的其他菌株的一种蛋白类抗菌物质 是一种能水解致病菌中黏多糖的碱性酶 以蛋清为原料富含碱性氨基酸 1 溶菌酶的理化性质 溶菌酶为白色或微黄色的粉末或晶体 无臭 味甜 易溶于水 不溶于丙酮和乙醚 溶菌酶在酸性条件下较稳定 在碱性环境下不稳定 易分解破坏 在一般条件下溶菌酶不会被消化酶所破坏 在干燥条件下能长期在室温下保存活性 2 溶菌酶的抑菌机理 溶菌酶大都对对革兰氏阳性细菌 枯草杆菌 巨大芽孢杆菌 溶壁微球菌等具有较强的溶菌作用 大部分溶菌酶是一种专门作用于微生物细胞壁的水解酶溶菌酶专一地作用于肽多糖分子中N 乙酰胞壁酸与N 乙酰氨基葡萄糖之间的 1 4键 从而破坏细菌的细胞壁 使之松驰而失去对细胞的保护作用 最终使细菌溶解死亡 也可以直接破坏革兰氏阳性菌的细胞壁 而达到杀菌的作用 这主要是因为革兰氏阳性细菌的细胞壁主要是由胞壁质和磷酸质组成 其中胞壁质是由杂多糖和多肽组成的糖蛋白 这种多糖正是由N 乙酰胞壁酸与N 乙酰氨基葡萄糖之间的 1 4键联结的 对某些革兰氏阴性菌 如埃希氏大肠杆菌 伤寒沙门氏菌 也会受到溶菌酶的破坏 溶菌酶是母乳中能保护婴儿免遭病毒感染的一种有效成分 它能通过消化道而保持其活性状态 溶菌酶还可以使婴儿肠道中大肠杆菌减少 促进双歧杆菌的增加 还可以促进蛋白质的消化吸收 3 溶菌酶的安全性及应用研究进展 溶菌酶是一种无毒球蛋白 多数商品溶菌酶是从鸡蛋清中提取的蛋清溶菌酶 是天然安全的食品防腐剂 溶菌酶对微生物的细胞壁的溶解作用具有专一性 对无细胞壁的人体细胞则不会有作用 因此不会对人体产生不良影响 溶菌酶多用于干酪 奶油 肉制品 水产品 糕点等食品的防腐保鲜中 我国对于溶菌酶的研究还处于起步阶段 还有许多方面值得探究 马美湖等人研究了GNa液 雪花莲凝集素 溶菌酶 Nisin三种天然材料单一因子对冷却肉的保鲜效果的影响 研究表明 单因子试验溶菌酶的保鲜效果极明显的优于对照组 也显著地优于GNa组 略优于Nisin组 同时也发现三者混合复配使用 效果优于任何单一因子保鲜效果 章银良研究发现溶菌酶与甘氨酸复合使用时 溶菌酶0 07 CaCl20 5 甘氨酸1 5 对草莓的保鲜效果最好 优于溶菌酶单独使用的情况 溶菌酶还可与其他防腐剂 如植酸 聚合磷酸盐 甘氨酸配合使用 可大大提高防腐效果 三 天然生物防腐剂 NISIN 乳酸链球菌素 Nisin 是从链球菌属的乳酸链球菌发酵产物提取制备的一类小分子多肽化合物 Nisin具有NisinA和NisinZ两种形式 食用后在消化道内很快被蛋白酶水解为氨基酸 不影响肠道内的正常菌群 NisinA与NisinZ的差异仅在于氨基酸序列上27位氨基酸的种类不同 NisinA是组氨酸 His 而NisinZ是天冬氨酰胺 Asn 资料表明 同样浓度下NisinZ的溶解度和抗菌能力都比NisinA强 NisinA与NisinZ的差异 Nisin之所以抑制革兰氏阳性菌的生长是因为它具有干扰革兰氏阳性菌细胞壁的功能 并干扰其细胞壁组分的合成 而防孢子作用是杀死孢子是在其萌发前期及膨胀期破坏其膜 以抑制其发芽过程 1 Nisin的作用机理 作用位点 肽聚糖层 蛋白质 细胞质膜 磷脂 胞质 磷壁酸 Nisin主要抑制大部分G 菌 特别是细菌的芽孢 Nisin能抑制葡萄球菌属 小球菌属和乳杆菌属的某些菌种 抑制大部分梭菌属和芽孢杆菌属的芽孢 近期的研究表明 在一定条件下 如冷冻 加热 一些G 菌 如沙门氏菌等 对Nisin敏感 2 Nisin的生物安全性 Nisin对蛋白质酶特别敏感 在消化道中很快被 凝乳胰蛋白酶分解 它对人体基本无毒性 也不与医学抗生素产生交叉抗药性 能在肠道中无害的降解 对Nisin的毒性 致癌性 存活性再生性 以及动物器官病毒学等生物学研究证明 Nisin是安全的 3 Nisin在食品中的应用研究发展 1982年 L A Rogers已注意到一些乳酸链球菌产生的代谢产物可有效地抑制某些细菌的生长 后来英国首次推出乳酸链球菌素制品 乳酸链球菌素作为一种世界公认安全的食品防腐剂 在食品工业中的应用已有40多年的历史 50多个国家和地区已将其应用在食品加工业 我国也在1990年批准使用 Nisin能有效地抑制引起食品腐败的革兰氏阳性细菌 目前已经用于乳制品 罐装食品 植物蛋白食品 肉制品和酒精饮料 鱼贝类海产制品等各种食品的防腐保鲜 孔保华通过研究表明Nisin在一定程度上能延长红肠保质期 但单独使用的效果不理想 最好能与其他方法结合使用 袁秋萍认为从生产成本和防腐效果考虑 用Nisin 400mg kg 和NaCl 3 5 对盐水鸭腿做浸泡处理 并经真空包装后的微波处理 能使盐水鸭腿的货架期达20d以上 罗欣等通过实验证明75 10 6的Nisin在牛肉冷却肉的保鲜中起到明显的抑菌作用 且保鲜效果随质量分数的增加而增强 聚赖氨酸是一种由单个的赖氨酸分子在 羟基和 氨基形成的酰胺键而形成的均聚氨基酸 目前主要由白色链球菌346经过发酵产生的阳离子聚合多肽防腐剂 具有防腐和营养强化双功能 四 聚合类多肽防腐剂 聚赖氨酸 PL 1977年 日本酒井平一和岛昭二两位博士在大量筛选有价值的放线菌时从发酵液过滤物中发现了这种物质 这种微生物防腐剂在80年代初由日本学者藤井正弘首次应用于食品工艺加工之中 1 聚赖氨酸的抑菌机理研究 1984年S Shima等对 PL的进一步研究发现当其浓度为1mg L 8mg L时 即对G G 细菌有抑制作用 且抑菌能力强 PL必须含有10个以上赖氨酸残基才具有抑菌活性 对氨基的化学修饰会降低其抑菌能力 其抑菌机理主要表现在呈高聚合多价阳离子态的 PL破坏微生物的细胞膜结构 引起细胞的物质 能量和信息传递中断 最终导致细胞死亡 1992年VaaraM发现因为细胞膜是微生物进行能量转化 物质代谢的主要场所之一 所以 PL吸附到细胞膜上通过与细胞膜作用影响微生物细胞的呼吸 与胞内的核糖体结合生成脂多醣而影响生物大分子的合成 可破坏膜结构完整性 使细胞丧失对物质的选择性 并可导致胞内溶酶体膜破裂而诱导微生物产生自溶作用 最终导致细胞死亡 1995年 NDelihas等人提出 PL的抑菌性与细菌的细胞壁结构无必然联系 细菌对 PL的敏感性不同可能与细菌类型或细胞表面接受成分的多少或细胞分泌出能降解 PL的蛋白酶类的多寡有关 NDelihas等还发现分枝杆菌属的细菌对 PL的抑菌作用具有高度的敏感性 说明 PL及其衍生物可用作抗结核药物 聚赖氨酸具有抑菌谱广 水溶性好 安全性高 热稳定性好 抑菌pH范围广等特点 因而在食品保鲜方面的应用越来越多 2 聚赖氨酸的特点及食品中的应用 Neda对 PL进行了毒理学研究 经慢性和亚急性喂饲小鼠实验证明了 PL没有毒性 甚至当 PL达到20000mg kg的高剂量水平的时候也不会产生任何的不利效果或基因突变 此外 PL对生殖系统 神经系统 免疫系统 以及胚胎的发育 后代的生长 甚至第二代的胚胎发育都不会产生毒性 因此是一种安全的天然防腐剂 张东荣等研究过不加 PL的米饭 48h后颜色泛黄 有恶臭的味道 而添加10mg PL的 颜色改变不大 没恶臭味道 徐红华等研究了 PL对牛奶的保鲜效果 当采用420mg L的 PL和2 甘氨酸复配时 保鲜效果最佳 可以保存11d 并仍有较高的可接受性 同时还发现 PL和其他天然抑菌剂配合使用 有明显的协同增效作用 可以提高其抑菌能力 3 聚赖氨酸在食品中应用现状 在日本 PL被批准作为防腐剂添加于食品中 已广泛用于方便米饭 湿熟面条 熟菜 海产品 酱类 酱油 鱼片和饼干的保鲜防腐 如 在鱼片和生鱼寿司中一般添加量为1000 g g 5000 g g 在米饭 快餐盒 面汤和其它汤类 面条 煮熟蔬菜等的添加量为10 g g 500 g g 在酱油加工的调味鸡饭的调味液中加0 12 的 PL 将鸡浸渍20min 30min后油炸 即使30 保存也能大大抑制酵母菌等增殖 延长保存期 2003年10月 聚赖氨酸被美国FDA批准为安全食品保鲜剂 在我国仍处于研发阶段中 尚未列入卫生使用标准 五 天然多酚类复合物防腐剂 TP 茶多酚 TeaPolyphenols 是茶叶中多酚类物质的总称 包括黄烷醇类 花色苷类 黄酮类 黄酮醇类和酚酸类等 主要为黄烷醇 儿茶素 类 儿茶素占60 80 类物质茶多酚又称茶鞣或茶单宁 是形成茶叶色香味的主要成份之一 也是茶叶中有保健功能的主要成份之一 研究表明 茶多酚等活性物质具解毒和抗辐射作用 能有效地阻止放射性物质侵入骨髓 并可使锶90和钴60迅速排出体外 被健康及医学界誉为 辐射克星 1 茶多酚的抗氧化及抑菌机理 3 1 有效清除活性氧和自由基王景梓发现绿茶 乌龙茶 红茶中的TP都有清除自由基的作用 呈高度的量 效关系 以乌龙茶最好 其作用超过VC和VE 并且TP可以清除脂自由基 羟自由基和单线氧 2 抑制氧化酶系和激活抗氧化酶系TP可抑制肿瘤细胞中NADPH 细胞色素还原酶及细胞色素P450活化系统的活性 从而可预防病理条件下自由基的爆发性发生 同时TP还可促进和激活体内抗氧化 3 络合金属离子TP属多酚结构 具有较强的络合金属离子的性能 可以络合钙 铜 铁等10种金属离子 它主要是络合过量的游离铁而减轻自由基损伤 但不争夺铁蛋白的络合态铁 故不造成缺铁性贫血 TP通过络合细胞内钙 降低钙浓度 而抑制黄嘌呤氧化酶的生成 从而起到抗氧化作用 TP对铜也有一定的络合作用 可抑制铜催化的低密度脂蛋白的氧化 TP对铜的弱络合性 不会影响以铜为中心的SOD活性 故TP既防止氧化又保护SOD活性 间接地有利于抗氧化 酶活性 茶多酚抗氧化机理 TP的抑菌机理可能是 1 抑制病源微生物的粘附 TP抑制链球菌产生的葡酰转移酶 使形成不溶性葡聚糖过程受阻 细胞无法粘附在牙齿表面形成菌斑而抑制龋齿的发生 TP也可抑制亚洲流感病毒A和B 抑制病毒吸附在犬肾细胞上 2 竞争抑制作用 TP对艾滋病毒逆转录酶和DNA聚合酶的方式是与模板引物相竞争 而RNA聚合酶的抑制方式是和核苷基物相竞争 起到抑制艾滋病毒的作用 3 直接破坏细胞结构 TP对病源性O157大肠杆菌的抑制作用是破坏了其细胞膜 3 茶多酚在食品中的应用 用作保鲜剂茶多酚有较强的抗菌和抑菌性能 据国内外有关文献报道 茶多酚对于自然界中19类群的近百种细菌均有优异的抗菌活性 显示抗菌的广谱性 同时还对 淀粉酶 蔗糖酶均有良好的抑制能力 保色剂茶多酚具有强还原性 可以防止天然色素如胡萝卜素 叶绿素 红花黄 胭脂红和维生素B2等色素受光氧化作用而褪色 可作为保色剂保持色泽鲜艳稳定 作抗氧化剂茶多酚的抗氧化作用在于儿茶素分子结构中酚性羟基特有供氢体的活性 能与脂肪酸在自动氧化过程中产生的游离基结合 中断脂肪酸氧化的链锁反应 抑制氢过氧化物的形成 达到抗氧保鲜的目的 主要用于油脂贮藏 肉制品加工 焙烤食品及乳制品 油炸食品 饮料和水产品等 作除臭剂在肉类 粮油作物及其制品中有时会存在异味 如大豆制品的豆腥味 鱼臭成分的三甲基胺等 加入一定量的茶多酚可有效地去除这些异味 在口香糖和糖果类食品中添加茶多酚有明显的口臭抑制效果 漱口水中加入茶多酚可消除口臭 4 茶多酚研究进展 茶多酚作为一种天然健康的防腐剂在基础研究和应用方面已经取得了很大的进展 但是对于防腐机理的研究还不透彻 1 TP本身容易被氧化而产生具有较强氧化性能的物质和新的自由基 当肉制品中加入量过多时 TP的作用反而和通常所期望的抗氧化特性相矛盾 达不到预期的效果2 由于TP的极性很强 加入到油脂性食品中时 会因其溶解性较差而影响TP功能的发挥 因此 对茶多酚的研究认识还需要进一步的深化 吴天荣等报道了以绿茶中提取