植物源天然防腐剂

1 对植物源天然防腐剂的认识 对植物源天然防腐剂的认识 全世界每年约有 10 20 的食品因腐败而废弃 造成巨大的资源浪费和经济损失 因而 在食品工业中 防腐保鲜始终是最重要问题 同时在近年来 随着人们生活和消费水平的提 高 对食品加工的需求越来越向 绿色 和 天然 等理念转变 很多天然植物含有抗菌 成分 这为天然防腐剂的筛选提供了丰富的原材料 食品防腐剂的天然化已成为防腐技术的 一大趋势 因此 天然 安全的食品防腐剂的开发就成为必要 开发高效 广谱 安全稳 定且便宜的新型防腐剂具有重要的意义 一 天然植物型食品防腐剂一 天然植物型食品防腐剂 近年的研究表明 一些天然植物及其提取物具有一定的防腐抑菌作用 这一发现引起 了食品防腐剂研究者的兴趣和重视 目前 从香辛料和传统中草药中提取有效抑菌成分是 研发天然植物型防腐剂的热点之 近年发现的大蒜 生姜 花椒 丁香 黑胡椒等许多香 辛料的提取物都具有一定的防腐抑菌作用 丁香油树脂对金黄色葡萄球菌 大肠杆菌 枯 草芽孢杆菌 汉逊氏酵母菌 黑曲霉菌 青霉菌等有很强的抑制作用 可作为天然食品防 腐剂开发利用 研究发现 大蒜油对金黄色葡萄球菌 伤寒沙门菌 变形杆菌 大肠杆菌 肉毒梭菌 黄曲霉 黑曲霉 产朊假丝酵母 啤酒酵母菌等有很好的抑制与杀灭作用 我国中草药资源丰富 一些药食同源的中草药及其提取物不仅有一定的药用价值 而 且有较强的防腐功能 其安全性已得到充分证实 甘草的乙醇提取物对革兰阳性芽孢杆菌 和乳酸杆菌有较强的抑制作用 研究表明 丁香 乌梅对细菌 酵母菌和青霉菌有较强的 抑制作用 黄连 防风可作为广谱抗菌剂使用 对芽孢菌和铜绿假单胞菌的抑制作用明显 中国林业科学研究院筛选并提取了大黄 黄连 黄芩 连翘 金银花 金钱草的有效成分 与天然紫胶溶液被膜剂配合使用制成了天然防腐保鲜复合膜 用于水果 蔬菜的防腐保鲜 效果明显 这些天然植物型防腐剂在防止食品腐败 发挥保鲜作用的同时 还具有抗氧化和防病 保健的功能 目前 国内外市场上生产的大多数保健品的有效成分都是天然抗氧化物质 由我国植物源天然提取物制备的防腐剂 自然资源丰富 比起欧美国家来具有明显优 势 在一片回归自然的呼声中 中国的天然植物源防腐剂 天然植物提取物产品定会受到 国际市场的青睐 在食品安全日益得到重视的现代社会里 植物源天然防腐剂也会做出自 己的贡献 二 植物源防腐剂的作用机理研究进展二 植物源防腐剂的作用机理研究进展 很多天然防腐剂都是通过干扰细胞膜结构和酶系统来抑制微生物 酶是生物大分子 且 有相当大的一部分吸附或镶嵌于生物膜系统中 而生物膜系统是微生物进行能量转化 物质 代谢等生命活动的主要场所 宁正祥研究食品防腐剂的抗菌机理及构效关系 指出由电子容 纳接受中心和电子供给中心组成的电子中继系统是食品防腐剂体现强抗菌活性的活性中心 的必备分子结构条件 最常见的有醛基 羧基和羟基等 其中以由相距 0 25nm 左右的电子供 纳中心组成的电子中继系统最有效 因此 不饱和羰基结构是食品防腐剂表现抗菌 活性的有效功能性结构 对羟基苯甲酸酯类 山梨酸类 富马酸酯类 肉桂醛类 紫苏醛 等都含有 不饱和羰基结构 具有强的电子缓冲能力 有强的抗菌活性 防腐剂在生物 膜相的溶解度和对膜相的扰乱破坏度是抗菌剂抗菌活性强度的决定性因素 防腐剂动态性 居留在生物膜相后 一是可直接而迅速破坏依赖于膜结构完整性的能量代谢和细胞及细胞器 赖以生存的对物质的选择性透性 并可导致胞内溶酶体膜破裂 而诱导微生物产生自溶作用 Sikkema 发现细胞被抑制直至死亡的过程中 K 的流出是细胞损害的最早表现 随后细胞的 内容物质开始溢出 包括 ATP 二是生物膜溶成分代谢速率低 防腐剂居留在膜相后不易被 微生物酶系分解 抗菌时效增强 因此 对羟基苯甲酸 丁烯二酸 肉桂酸等一元有机酸和 二元有机酸防腐剂随着酯化程度和酯链长度的增加 抗菌效果显著增强 抗菌半衰期也显著 延长 基团空间位阻是抗菌活性中心发挥抗菌活性的限制因素 抗菌剂的抗菌性能取决于 防腐剂分子与微生物生命分子间相互电子作用 在分子间的碰撞过程中抗菌剂活性中心周 围空间位阻愈小 抗菌剂分子加入反应的概率就愈大 抗菌活性也就相对愈大 所以以氢原 子作为抗菌活性中心周边基团时 产生的空间位阻最小 因而醛类的抗菌活性极高 如肉桂 醛的抗菌活性比肉桂酸要高几个数量级 富马酸酯类 肉桂酸酯类的抗菌活性 随酯化基团 增大而下降 酶促降解性是防腐剂抗菌半衰期的决定性因素 肉桂醛 紫苏醛的抗菌活性 极强 但易被微生物分解代谢而失效 故有效抗菌作用时间短暂 溴代肉桂醛不是酶促合成的 天然有机化合物 不易被酶促降解 抗菌有效期显著提高 t0 5 值达肉桂醛的 350 倍 从上 面可以看出防腐剂分子结构决定了防腐剂的抗菌性能及作用机制 但是微生物在受到抗菌 剂刺激时会产生相应的应激反应来避免伤害 如分泌特定的蛋白酶降解抗菌肽 增加壳聚糖 的合成缓解对细胞壁的攻击等 而这些微生物的这些机理还不清楚 因此我们在筛选天然植 物防腐剂时要从两个角度研究其防腐效果 一是防腐剂的抑菌性能及作用机制 二是菌体对 防腐剂的抗性和机制 三 植物源防腐剂存在的问题三 植物源防腐剂存在的问题 目前虽然已开发出了数十种天然食品防腐剂 但实际使用的并不多 对植物源天然食 品防腐剂的研究与开发仍存在以下几个问题 1 对新型植物源天然食品防腐剂的开发缺乏系统的理论指导 天然食品防腐剂研究大 致过程为 优化提取 分离有效抗菌组分的工艺 有效抗菌组分在培养基中的抗菌特性 抗菌组分在食品中的应用试验 抗菌组分的毒理学评价等 因此开发新型植物源天然防腐 剂需要食品科学 微生物学 生物化学 中药学和医学等多门学科的理论为基础 但从事 这些方面的专家很少参与合作 还做了许多重复工作 同时 企业参与新型天然食品防腐 剂开发的积极性不高 它们不愿在研究与开发等环节上投入太多资金 从而使新型天然食 品防腐剂的开发受到了限制 2 对新型植物源天然食品防腐剂的基础研究缺乏 虽已知道许多植物的提取物具有抗 菌防腐作用 但目前使用的大部分都是粗制品 其有效成份含量随季节和地理环境而改变 许多新型植物源天然食品防腐剂的作用机理 抗菌谱和可应用的范围 防腐剂分子结构与 活性关系等的研究不够明了 导致我国批准使用的植物源天然食品防腐剂仅有果胶分解物 茶多酚等几种 3 新型植物源天然食品防腐剂自身存在的缺陷 对某些天然植物源食品防腐剂 不能 从根本上解决抗菌谱窄 带异味 杂色和价格偏高等问题 在实际应用中也存在很多问题 如用量少时达不到防腐效果 用量大时可能影响食品风味和品质 甚至产生毒副作用 部 分现已开发的天然防腐剂普遍存在抗菌谱窄的缺点 仅使用某一种不能完全抑制所有病菌 的生长 同时使用多种 也会对人体产生毒害 4 消费者还不完全认可 许多消费者简单地将防腐剂理解为有害的添加剂 把添加剂 与安全对立起来 这种现象在国内尤为突出 一些厂商为迎合消费者的心理 往往在广告 语中特别强调不含任何防腐剂 这也是对消费者的误导 极大地阻碍了植物源天然食品防 腐剂的应用 四 植物源防腐剂开发前景与展望四 植物源防腐剂开发前景与展望 国际上 食品添加剂的发展趋向是天然 营养和功能化方面发展 而且研究与应用已 日趋广泛 在我国尚属初级阶段 近年来 由于我国的科研单位及生产单位的积极努力 已开发了不少天然食品防腐剂 其中不少品种正在大力推广应用并已取得了可喜的效果 随着食品工业的发展 人们生活水平和安全意识的提高 对一些合成防腐剂的安全性不断 提出质疑 科学工作者对化学合成防腐剂持慎重的科学态度 消费者则对非天然食品防腐 剂非常忌讳 鉴于此 寻求安全 高效的天然食品防腐剂成为食品工业的研究热点 出于 安全性 资源性和经济性考虑 在我国开发植物源天然食品防腐剂成为首选 我国地域辽 阔 植物资源十分丰富 所选材料大多是药食兼用材料或常用调味料植物品种 具有良好 的口味 丰富的营养 较多的保健功能 同时还赋予食品独特香味 而且低毒 容易为消 费者接受 可满足人们对天然食品 绿色食品 健康食品的需要 因此开发安全 高效 经济 营养的植物源天然食品防腐剂不仅是国外发展的主流也是我国今后发展的主要方向 虽然目前植物源天然食品防腐剂由于价格 杂色 抑菌效果等方面的限制 短期内还不能 完全取代化学合成防腐剂 但从长远的观点看 科学技术的进步 生活水平的提高和安全 意识的进一步增强 必将促使人们用天然防腐剂完全取代化学防腐剂 2 植物源天然防腐剂常见的种类植物源天然防腐剂常见的种类 国内外对植物源食品天然防腐剂的研究异常活跃 究其原因是自然界的天然植物中存在许多生理活性物质 具有抗菌作用 2O 世纪初 Rippetor 等研究证明 从芥菜籽 丁香和桂皮等中提取的精油有一定的防腐 作用 从而激起了人们对其中活性成分的提取 抗菌效果的评价 作用机制及应用的研究 特别是近年来 我国众多学者也进行了植物源天然食品防腐剂的研究 他们研究了大蒜 生姜 丁香等 5O 多种香辛科植 物及大黄 甘草 银杏叶等 200 多种中草药及其它植物如竹叶等提取物的抗菌试验 发现有 150 多种具有 广谱的抑菌活性 各提取物之间也存在抗菌性的协同增效作用 并作为天然防腐剂在某些类食品中作了一 些简单应用 1 1 茶多酚 茶多酚 大量实验表明 茶多酚对人体有很好的生理效应 它能清除人体内多余的自由基 改进血管的渗透性 能 增强血管壁弹性 降低血压 防止血糖升高 促进维生素的吸收与同化 还有抗癌防龋 抗机体脂质 氧化和抗辐射等作用 茶多酚还具有很好的防腐保鲜作用 对枯草杆菌 金黄色葡萄球菌 大肠杆菌 番 茄溃疮 龋齿链球菌以及毛霉菌 青霉菌 赤霉菌 炭疽病菌 啤酒酵母菌等均有抑制作用 2 2 香精油 香精油 香精油生长在热带的芳香植物的根 树皮 种子或果实的提取物 一直是人们较感兴趣的天然防腐剂 之一 近些年来有关香精油作为食品防腐剂的少报道很多 丁香油中主要为丁香酚 还含有鞣质等 吴传 茂等研究发现 丁香油对金黄色葡萄球菌 大肠杆菌 酵母 黑曲霉等食品有广谱抑菌作用 且在 100oC 以内对热稳定 突出特点是抑制真菌作用强 山苍子油是从山苍子的鲜果 树皮以及叶中提取的 含柠檬 酸 甲基庚烯酮以及其他物质 余伯研究发现 山苍子油对多数霉菌的抗菌效力与山梨酸钾相近 但强于 苯钾酸钠 3 3 大蒜素 大蒜素 大蒜所含有的大蒜辣素对痢疾杆菌等一些致病性肠道细菌和常见食品腐败真菌都有较强的抑制和杀灭 作用 这使得它成为一种天然的防腐剂 深圳教育学院的马慕英用大蒜水溶液对几十种污染食品的常见霉 菌 酵母菌等真菌进行试验 结果发现它对这些真菌均有抑制作用 且防腐能力与化学防腐剂苯甲酸钠和 山梨酸钾的效果相近 大蒜蒜瓣的抗菌性能十分微弱 蒜苗与蒜的茎叶具有相当的抗菌作用 其抗菌性能 在高温下下降很多 因此应用大蒜提取物防腐保鲜应力求在较低温度 85 下 进行 大蒜的最适作用 pH 为 4 左右 因而适宜用于酸性食品的防腐保鲜中 4 4 蒽醌中草药 蒽醌中草药 蒽醌类中草药 其存在形式主要是葡萄糖或非葡萄糖甙 同时也含有一定量的游离态蒽醌 如大黄 虎杖 决明子 何首乌和茜草等 具有两个相互共扼的仅 p 不饱和羰基结构 熊