我国食品防腐剂的应用及发展趋势

我国食品防腐剂的应用及发展趋势 摘 要 随着我国食品加工业的日益发展 防腐剂作为一类重要的食品添加剂在食品工业中被广 泛应用 防腐剂可分为化学防腐剂和天然防腐剂两大类 我国明确规定了 29 种允许限量使用的防 腐剂 现阶段常用的以化学防腐剂为主 但随着人们生活水平的提高以及保健意识的增强 化学防 腐剂受到严峻挑战 开发抗菌性强 安全无毒 适用性广和性能稳定的食品防腐剂成为食品科学研 究的新热点之一 本文对我国食品防腐剂的应用现状进行阐述 介绍了国内常用的防腐剂的种类及 性能 以及现阶段我国对防腐剂的使用存在的问题 同时展望了未来防腐剂的发展方向和天然防腐 剂的应用前景 关键词 食品防腐剂 使用现状 发展趋势 1 前言 由微生物引起的食品霉变 腐败对人类的生产和生活带来很大的影响 造成了巨大损失 据不 完全统计 世界上约有 20 的粮油食品因霉变 腐败而浪费掉 同时还危及了人们的健康 在美国 由沙门氏菌之类的致病菌引发的食源性疾病每年造成 7000 人死亡 2400 8000 万人的肠胃中毒 直 接经济损失高达 50 170 亿美元 1 因此 食品防腐是保障食品安全的重要手段 而传统的防腐方法 如干制 盐腌等会使处理后的食品风味 质地等发生变化 现代防腐技术如冷冻干燥 辐射保藏 微波杀菌等耗能大 成本高 且不能适用于所有食品 所以 添加食品防腐剂仍作为食品加工保藏的 有效辅助手段 其在推动食品工业向前发展发挥重要的作用 食品防腐剂是防止主要由微生物所引 起的腐败变质 以延长食品的保存期的食品添加剂 由于现代食品一般需要长途运输及贮藏 为保证 其在保质期内不受微生物的破坏 必须加入适量的防腐剂 这不仅是企业生产所需 更是对消费者健 康的负责 2 食品防腐剂的分类及其作用机理 目前常用的食品防腐剂按作用可分为杀菌剂和抑菌剂两类 具有杀死微生物作用的食品添加剂 称为杀菌剂 能抑制微生物生长繁殖的添加剂称为抑菌剂 但是二者常因浓度高低 作用时间长短 和微生物种类等不同而很难区分 所以多数情况下通称防腐剂 防腐剂按组分和来源主要分为化学 类食品防腐剂和天然类食品防腐剂 2 12 1 化学类食品防腐剂化学类食品防腐剂 化学类食品防腐剂一般可分为三大类 分别是酸性防腐剂 酯型防腐剂 无机盐防腐剂 2 1 12 1 1 酸性防腐剂及其作用机理酸性防腐剂及其作用机理 酸性防腐剂如苯甲酸 山梨酸和丙酸以及它们的盐类 这类防腐剂的特点是体系酸性越大 其 防腐效果越好 而在碱性条件下几乎无效 1 1 苯甲酸苯甲酸 苯甲酸又名安息香酸 其抑菌机理是使微生物细胞的呼吸系统发生障碍 使三羧酸循环中乙酸 辅酶 A 乙酸醋酸及乙酸草酸 柠檬酸之间的循环过程难以进行 并阻碍细胞膜的正常生理作用由 于其有效成分是未解离的苯甲酸分子 所以在酸性食品中使用效果好 对酵母 霉菌都有效 但因 有叠加中毒现象的报道 在使用上有争议 虽各国都允许使用 但应用范围越来越窄 在我国 因 其价格低廉 仍广泛使用于汽水 果汁类 酱类 罐头和酒类的防腐 2 2 2 山梨酸 山梨酸 山梨酸是不饱和脂肪酸 其抑菌机理是透过细胞壁 进入微生物细胞壁内 利用自身的双键与 微生物细胞中酶的巯基形成共价键 使其丧失活性 破坏含有硫氢基的酶类 从而抑制微生物的生 长 山梨酸是目前国际上公认最安全的化学防腐剂之一 主要抑制霉菌和酵母 但是在微生物过多 的情况下发挥不了作用 因此它适用于有良好卫生条件和微生物数量较少的食品中 3 目前主要用 于高端食品中 3 3 丙酸盐 丙酸盐 丙酸盐的有效成分是丙酸 它必须在酸性环境中才能产生抑菌作用 单体丙酸分子可以在霉菌 细胞外形成高渗透压 使霉菌细胞内脱水 失去繁殖力 且还可以穿透霉菌细胞壁 抑制细胞内的 活性 目前主要用于面包 糕点类食品的防腐保鲜 2 1 22 1 2 酯型防腐剂及其作用机理酯型防腐剂及其作用机理 酯型防腐剂主要包括对羟基苯甲酸酯类 没食子酸酯 抗坏血酸棕榈酸酯等 这类防腐剂的特 点就是在很宽的 pH 值范围内都有效 毒性也比较低 对羟基苯甲酸酯类也称尼泊金酯 其抑菌机理主要是使微生物细胞呼吸系统和电子传递酶系统 的活动受阻 抑制了丝氨酸的吸收和三磷酸腺苷的产生 从而破坏微生物细胞膜的结构 起到防腐 的作用 RamosJL 等在对该类物质的定量结构活性的研究表明 由反相 HPLC 测的亲脂性参数与它 们抗单核细胞增生李斯特菌性有显著关系 对羟基苯甲酸酯类的溶解性随酯基碳链长度的增加而下 降 抗菌效果则于分子中醇链长度成正比 毒性与醇链长度成反比 4 目前我国国标规定 对羟基苯 甲酸酯类系列中只有乙酯 丙酯可以用于食品中 2 1 32 1 3 无机盐防腐剂及其作用机理无机盐防腐剂及其作用机理 无机盐防腐剂主要包括含硫的亚硫酸盐 焦亚硫酸盐等其有效成分是亚硫酸分子 亚硫酸的杀 菌作用机理主要是消耗食品中 O2使好气性微生物因缺氧而致死 并能抑制某些微生物生理活动中 酶的活性 由于使用这些盐后残留的二氧化硫能引起过敏反应 尤其是对哮喘病人 因此现在一般 只将其列入特殊的防腐剂中 例如 广西地方标准 DB45 319 2007 鲜湿米粉质量安全要求 中就 规定米粉中 SO2 的残留量要低于方法检出限 2 22 2 天然食品防腐剂天然食品防腐剂 2 2 12 2 1 植物源天然防腐剂植物源天然防腐剂 研究植物提取物作为防腐剂是国内外开拓食品防腐剂新领域的研发热点 国内外许多研究者在 这方面进行了大量的研究工作 也取得了大量成果 1 1 茶多酚及其作用机理茶多酚及其作用机理 茶多酚是从茶叶中提取的多酚类复合体 大约占茶叶干重的 20 30 对枯草杆菌 金黄色 葡萄球菌 大肠杆菌 炭疽病菌等有抑制作用 5 茶多酚具有抗氧化的原因是由于含有 60 70 的 儿茶素物质 它的抑菌机理为其分子结构中的酚性羟基特有的供氢体能与脂肪酸在自动氧化过程中 产生的游离基结合 中断脂肪酸氧化的连锁反应 抑制其氧化物的形成 达到抗氧保鲜的目的 王 绍美等研究发现 将茶多酚应用在水果 蔬菜的保鲜方面 可以抑制细菌繁殖 保持其色泽 同时 由于其具有多个酚羟基 具有供氧活性 可以将分子中的氢直接提供给果实中的 Vc 减少其损失 2 2 香辛料及其作用机理香辛料及其作用机理 香辛料一般指生长在热带或亚热带的芳香植物的根 树皮 种子或果实 具有调味增香的作用 其中不少种有抑菌防腐作用 香辛料的抑菌成分主要有丁香酚 异冰片 茴香脑 肉桂醛等 将这 些成分协同起来可得到效果更好的防腐剂 通过近些年的研究发现 香辛料能抑菌防腐 真正起作 用的是其精油 而目前研究与开发食品防腐剂使用的大多也是香辛料的精油或者提取物 对芳香植物精油的抗菌性能进行的研究表明 在水相中的溶解度与精油中有效成分透过细胞而 进入菌体的能力直接相关 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 3 3 中草药及其作用机理 中草药及其作用机理 多年来 我国学者对中草药抗菌作用进行了大量研究工作 发现多种中草药具有抑菌作用 其 抑菌范围广 对常见病原菌淋病球菌 痢疾杆菌 金黄色葡萄球菌 大肠杆菌以及黄曲霉等都有较 强的抑制作用 中草药天然食品防腐剂抗菌的作用机理 目前普遍认为中草药存在抑菌活性的多数是疏水性小 分子有机化合物且对微生物细胞膜组织具有干扰作用甚至使其溶 从而对微生物起到抑制或杀死作 用 2 2 22 2 2 动物源天然防腐剂动物源天然防腐剂 动物源天然防腐剂是指从动物体内提取出来的防腐剂 常用的主要包括 蜂胶 鱼精蛋白 壳 聚糖等 1 1 蜂胶及其作用机理 蜂胶及其作用机理 蜂胶是蜜蜂用从植物幼芽与树干上采集的树脂 混入其上颚分泌物和蜂蜡加工而成的具有芳香 气味的胶状固体物 6 其化学成分极为复杂 主要成分约 20 种黄酮 同时含有维生素 矿物质 氨基酸等营养物质 研究表明 蜂胶中含有大量活跃的还原因子 因其具有较强的氧化性 可用作 油脂和其他食品的天然抗氧化剂 指出蜂胶液能阻止猪油和棕榈油氧化 防止肉制品脂肪氧化变质 蜂胶多酚类化合物具有抑制和杀灭细菌的作用 经过降解其最终产物是苯甲酸 是一种天然防腐剂 蜂胶可使被保鲜物表面形成一层及薄的膜 起到阻氧 阻碍微生物 减少水分蒸发及营养损失的作 用 从而延长了畜产和水产的保鲜时间 防止其腐败变质 研究蜂胶对鱿鱼干的作用 发现蜂胶液 不仅能抑制鱿鱼干的微生物繁殖 还能保持原有水分 品质和风味不变 2 2 鱼精蛋白及其作用机理鱼精蛋白及其作用机理 鱼精蛋白发现于 1870 年 20 世纪中期作为防腐剂引起关注 鱼精蛋白是在鲑 鲟 鲱等鱼精 子细胞中提取的一种细小而简单的碱性球形蛋白 具有无臭 无味 热稳定性好 安全无毒的特点 在中性和碱性环境中有很强的抑菌能力 研究发现鱼精蛋白可与细胞膜中某些涉及运输或生物合成 系统的蛋白质作用 使这些蛋白的功能受损 从而抑制细胞的新陈代谢而使细胞死亡 7 其主要应 用于面制品 肉和肉制品 乳与乳制品等食品的防腐保鲜 3 3 壳聚糖及其作用机理壳聚糖及其作用机理 壳聚糖又叫甲壳素 是从蟹壳 虾壳中提取的一种多糖类物质 具有较强的抗菌作用 在浓度 为 0 4 时对大肠杆菌 枯草杆菌 金黄色葡萄球菌均有较强的抑制作用 其抑制机理主要为壳聚 糖能够在物体表面形成半透膜 这层半透膜能够有效阻止病菌的侵入和生长 我国于 1991 年批准 使用的甲壳素是一种无毒性 优良的天然果蔬防腐剂 2 2 32 2 3 微生物源防腐剂微生物源防腐剂 微生物防腐剂具有安全 高效和健康的特点 常见的有细菌素 乳酸链球菌素 纳他霉素等 1 1 细菌素细菌素 由细菌产生的抑菌物质称为细菌素 它是一种多肽或多肽与糖和脂的复合物 由包括乳酸菌在 内的很多种细菌合成 细菌素具有生化性能和遗传性能 绝大多数细菌素都没有毒性 2 2 乳酸链球菌素乳酸链球菌素 乳酸链球菌素是世界公认安全的天然食品防腐剂 1951 年首先将乳酸链球菌用作食品防腐剂 成功控制了由肉毒梭菌引起的奶酪膨胀腐败 我国于 20 世纪 90 年代批准使用 乳酸链球菌素的抑菌主要是通过干扰细胞膜的正常功能 造成细胞膜的渗透 养分流失和膜 电位下降 导致致病菌和腐败菌死亡 乳酸链球菌素和溶菌酶一起作用 有协同作用 可以更有效 地防止食品腐败 对食品的色 香 味 口感无不良影响 已广泛应用于乳制品 罐头制品 鱼类 制品和酒精饮料中 3 3 纳他霉素纳他霉素 纳他霉素的抑菌机理主要是与真菌的麦角甾醇以及其他甾醇基团结合 阻遏麦角甾醇的生物 合成 从而使细胞膜畸变 最终导致渗漏 引起细胞死亡 它能有效抑制和杀死酵母菌 霉菌及其 它丝状真菌 目前已广泛应用于乳制品 罐装食品 啤酒酿造 方便食品 焙烤食品等领域的防腐 保鲜 3 我国食品防腐剂使用存在的问题 8 食品添加防腐剂与辅助试剂的基本原则是在不影响人们身体健康的情况下 加入微量 副作用 较小的试剂以达到食品防腐保鲜或改进色味性能 这些防腐剂或添加剂都有严格筛选和控制的标准 当前 在国内 虽然 食品添加剂使用卫生标准 严格规定了防腐剂的种类 质量标准和添加剂量 但令人感到十分遗憾和极为担心的是 部分食品生产企业存在较严重的违规 违法乱用 滥用食品 防腐剂的现象 主要表现在以下 4 个方面 3 13 1 存在超量或超范围使用防腐剂的情况存在超量或超范围使用防腐剂的情况 如一些食品生产企业为了抑制产品中微生物生长的同时 让产品颜色更鲜艳 擅自超量添加亚 硝酸盐混合硝酸盐形成的违规防腐剂 并且在标识中被有意地隐瞒 而亚硝酸盐过量使用后能与蛋 白质代谢中间产物仲胺反应生成亚硝胺 有很强的致癌性 长期食用会对消费者身体健康造成极大 损害 3 23 2 使用毒副作用相对较大的廉价防腐剂使用毒副作用相对较大的廉价防腐剂 例如山梨酸是一种不饱和脂肪酸 可参与人体正常代谢 并被转化而产生 CO2和 H2O 而苯甲酸 的毒性比山梨酸强 抑菌效力仅为山梨酸的 1 3 但苯甲酸及其钠盐价格低廉 一些不法食品生产 者 在国家规定不允许添加苯甲酸的食品中 仍以添加苯甲酸作为防腐剂 3 33 3 用非食品级添加物代替食品添加剂用非食品级添加物代替食品添加剂 例如使用变质的畜肉做香肠 为了不影响香肠的外观并掩盖变质的真相 使用福尔马林等作为 防腐剂 3 43 4 采用欺骗的手段获取消费者的信赖采用欺骗的手段获取消费者的信赖 如一些企业在产品说明或广告中宣称 本品绝对不含任何防腐剂 或者在产品标识中注明未 加入某防腐剂 但在质量监督部门的抽检中却发现其产品中加入了超量某防腐剂 4 食品防腐剂的发展前景 防腐剂在食品中得到广泛使用 因为它能有效防止食品由微生物所引起的腐败变质现象 从 而延长食品的保存期 可以说 没有食品防腐剂就没有现代食品工业 食品防腐剂对现代食品工业 的发展做出了很大贡献 但是 随着科学技术的进步 人们逐步发现化学合成食品防腐剂存在对人 体健康的巨大威胁 而随着人水平提出了更高的要求 食品防腐剂的发展也将呈现出新的趋势 9 4 14 1 由毒性较高向毒性更低 更安全方向发展由毒性较高向毒性更低 更安全方向发展 人类进步的核心是健康 和谐 随着人们对健康要求的提高 食品的安全标准也越来越严 各 国政府在快速修订食品安全标准 提高食品安全水平和国民健康水平的同时 也通过 绿色壁垒 来保护本国食品工业 减少国外食品对本国食品业的冲击 例如 日本早已全面禁止高毒的苯甲酸 钠的使用 添加苯甲酸钠的食品不可能进入日本市场的 4 24 2 由化学合成食品防腐剂向天然食品防腐剂方向发展由化学合成食品防腐剂向天然食品防腐剂方向发展 于化学合成食品防腐剂的安全性和其他缺陷 人类正在探索更安全 更方便使用的天然食品防 腐剂 如微生物源的乳酸链球菌素 那他霉素 红曲米素等 动物源的溶菌酶 壳聚糖 鱼精蛋 白 蜂胶等 植物源的琼脂低聚糖 杜仲素 辛香料 丁香 乌梅提取物等 微生物 动物和植 物复合源的 R 多糖等 4 34 3 由单项防腐向广谱防腐方向发展由单项防腐向广谱防腐方向发展 目前广泛使用的食品防腐剂无论是化学合成的 还是天然的 它们的抑菌范围相对都比较狭小 有的对真菌有抑制作用 对细菌无效 有的仅对少数微生物有抑制作用 所以 大多数食品生产企 业添加多种防腐剂以达到防腐目的 人们渴望单一使用既能杀菌又能抑菌的广泛意义上的食品添加 剂 广谱防腐剂将成为业界的研究方向 4 44 4 由苛刻的使用环境向方便使用方向发展由苛刻的使用环境向方便使用方向发展 目前广泛使用的食品防腐剂 对食品生产环境有较苛刻的要 如有的对食品的 pH 值 加热温 度等敏感 有的水溶性差 有的异味太重 有的导致食品褪色等等 发展趋势应该是对食品生产环 境没有苛刻要求