单月桂酸甘油酯的抑菌性能及机理研究

学位论文独创性声明 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包 含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得煎昌态堂或其他教 育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位敝储签名c 玛：趣兹坼签字嗍M3 年6 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解南昌大学有关保留、使用学位论文的规定，有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借 阅。本人授权南昌大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编本学位论文。同时授 权中国科学技术信息研究所和中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社将本学位论 文收录到中国学位论文全文数据库和中国优秀博硕士学位论文全文数据 库中全文发表，并通过网络向社会公众提供信息服务。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 导师签名( 手写) ： 签字日期：p J ；年月7 同 彳 兹 越朋 儿，1 ， 写 月 手 ， 0 0 名 辞 摊 懈 截 作 ： 文 期 ， p r f ， 业 j - 产 1 一 学 签 摘要 I I I I II II II II II I I II II Il Y 2 4 0 2 7 5 3 摘要 单月桂酸甘油酯是由一分子1 2 碳原子数的月桂酸与一分子甘油酯化形成 的单甘油酯。单月桂酸甘油酯拥有良好的乳化能力，被广泛的应用于食品、医 药、化妆品等领域中，单月桂酸甘油酯还被发现还具有良好的抑菌性能，其对 一些微生物具有良好的抑制能力。本课题研究了单月桂酸甘油酯对常见不同种 类的食品腐败微生物的抑菌能力，并且从细胞、分子层面揭示单月桂酸甘油酯 对敏感菌种的抑菌机理，为单月桂酸甘油酯的应用提供较完善的理论依据。 对于单月桂酸甘油酯的抑菌性能的研究，采用倒平板法测定最低抑菌浓度 ( M I C ) 、液体培养法测定最低杀菌浓度( M B C ) ，光电比浊法测定抑菌时效。 结果表明：单月桂酸甘油酯对革兰氏阳性菌、真菌有很好的抑制效果，对革兰 氏阴性菌几乎没有抑制效果，其对金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌、酵母菌、 黑曲霉、灰绿青霉的最低抑菌浓度分别为0 0 4m g m L 、O 0 4m g m L 、0 3 2m g m L 、 O 3 2m g m L 、0 1 6 m g m L ，最低杀菌浓度分别为0 1 6m g m L 、2 5m g , m L 、1 2 5 m g m L 、2 5m g m L 、O 6 4m g m L ，对金黄色葡萄球菌、酵母菌、黑曲霉的抑菌 半衰期分别为5 0 h 、1 1 5 h 、1 1 5 h ，对枯草芽孢杆菌的抑菌率始终保持在1 0 0 ， 对灰绿青霉的抑菌率保持在8 5 左右。此外，单月桂酸甘油酯在最低抑菌浓度、 最低杀菌浓度方面明显好于传统食品防腐剂山梨酸钾、亚硝酸钠；单月桂酸甘 油酯对细菌的抑菌时效好于山梨酸钾和亚硝酸钠，对真菌的抑茵时效差于山梨 酸钾和亚硝酸钠。 对于单月桂酸甘油酯的抑菌机理的研究，采用扫描电镜观察细菌表面形 态，分光光度法与电导率法测定菌体胞内蛋白、核酸、离子的外泄量；通过电 泳确定单月桂酸甘油酯对指示菌胞内外泄蛋白、核酸的种类及其相对分子量， 并与有机溶剂处理组对比。结果表明：单月桂酸甘油酯可以引起金黄色葡萄球 菌、枯草芽孢杆菌形态变化，经单月桂酸甘油酯处理的金黄色葡萄球菌、枯草 芽孢杆菌、酵母菌、黑曲霉、灰绿青霉的胞内蛋白外泄量为1 3 4 t a g m L 、 3 2 6 1 a g m L 、3 8 4 - t g m L 、2 6 8 ；t g m L 、1 8 1 “g m L ，电导率法测定胞内离子外泄 量导致的电导率变化为2 0 1 t s c m 、2 1 I t s c m 、1 7 州c m 、1 6 0 c m 、2 0 5 1 - t s c m 、 2 1 0 c m 。单月桂酸甘油酯引起的革兰氏阳性菌、真菌胞内的外泄蛋白的种类 与适宜浓度的有机溶剂引起胞内的外泄蛋白种类不同，单月桂酸甘油酯选择性 塑茎一 改变菌体细胞壁膜通透性。 通过研究得出以下结论：单月桂酸甘油酯对金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆 菌、酵母菌、黑曲霉、灰绿青霉具有很好的抑制作用，对大肠杆菌几乎没有抑 制作用；单月桂酸甘油酯的抑菌机理是通过选择性改变敏感菌株细胞通透性， 导致敏感菌株胞内部分蛋白、离子外泄所致。 关键词：单月桂酸甘油酯；抑菌性能；抑菌机理 A B S T R A C T A B S T R A C T M o n o l a u r i ni sc o m p o s e do fam o l e c u l a r12t h en u m b e ro fc a r b o na t o m sw i la m o l e c u l a rg l y c e r 0 1 M o n o l a u r i nh a sb e e nw i d e l yu s e di nf o o d ，m e d i c i n e ，c o s m e t i c s a n do t h e rf i e l d s ，a n dm o n o l a u r i nw a sf o u n dt oa l s oh a v eg o o da n t i b a c t e r i a lp r o p e r t i e s ， i th a sag o o di n h i b i t i o no fs o m em i c r o o r g a n i s m s A n t i b a c t e r i a lp r o p e r t i e so f m o n o l a u r i nt of o o dm i c r o o r g a n i s mw e r es t u d i e d ，a n dt h eb a c t e r i o s t a t i cm e c h a n i s m o fm o n o l a u r i nt os e n s i t i v es t r a i n sw a ss t u d i e df r o mt h ec e l l u l a ra n dm o l e c u l a rl e v e l T h e s ec o n c l u s i o n sp r o v i d em o r ep e r f e c tt h e o r yb a s i sf o ra p p l i c a t i o no fm o n o l a u r i n T h ea n t i b a c t e r i a lp r o p e r t i e so fm o n o l a u r i nw e r es t u d i e d P o u rp l a t em e t h o d ， l i q u i dc u l t u r em e t h o da n dp h o t o e l e c t r i ct u r b i d i m e t r i cm e t h o dw e r eu s e dr e s p e c t i v e l y t Od e t e r m i n em i n i m u mi n h i b i t o r yc o n c e n t r a t i o n ( M I C ) ，m i n i m u mb a c t e r i c i d a l c o n c e n t r a t i o n ( M B C ) a n da n t i b a c t e r i a la g i n g R e s u l t ss h o w e dt h a tg r a m p o s i t i v e b a c t e r i aa n df u n g iw e r es e n s i t i v et om o n o l a u r i n ，w h i c ha l m o s th a dn oi n h i b i t i n g e f f e c tt o g r a m n e g a t i v e b a c t e r i a T h em i n i m u mi n h i b i t o r yc o n c e n t r a t i o no f m o n o l a u r i nt os t a p h y l o c o c c u sa u r e u s ，b a c i l l u ss u b t i l i s ，y e a s t ，a s p e r g i l l u sn i g e ra n d p e n i c i l l i u mw e r e0 0 4m g m L ，0 0 4 m g m L ，0 3 2m g m L ，0 3 2m g m La n dO 1 6 m g m Lr e s p e c t i v e l y T h em i n i m u mb a c t e r i c i d a lc o n c e n t r a t i o no fm o n o l a u r i nt o s t a p h y r l o c o c c u sa u r e u s ，b a c i l l u ss u b t i l i s ，y e a s t ，a s p e r g i l l u sN i g e ra n dp e n i c i l l i u m w e r eO 16 m g m L ，2 5m g m L ，1 2 5m g m L ，2 5r a g m Ea n d0 6 4m g m L r e s p e c t i v e l y B a c t e r i o s t a s i sh a l f - l i f eo fm o n o l a u r i nt os t a p h y l o c o c c u sa u r e u s ，y e a s t a n da s p e r g i l l u sN i g e rw e r e5 0h ，115ha n d115h r e s p e c t i v e l y T h ei n h i b i t i o nr a t eo f m o n o l a u r i nt ob a c i l l u ss u b t i l i sk e p ta t10 0 ，a n di tr e m a i n e da ta r o u n d8 5 a st o p e n i c i l l i u m I na d d i t i o n , t h em i n i m u mi n h i b i t o r yc o n c e n t r a t i o na n dm i n i m u m b a c t e r i c i d a lc o n c e n t r a t i o no fm o n o l a u r i nw e r eb e t t e rt h a nt h a to fp o t a s s i u ms o r b a t e a n ds o d i u mn i t r i t e T h ea n t i b a c t e r i a la g i n go fm o n o l a u r i nt ob a c t e r i u mW a sb e t t e r t h a nt h a to fp o t a s s i u ms o r b a t ea n ds o d i u mn i t r i t e ，a n di tw a si n f e r i o rt op o t a s s i u m s o r b a t ea n ds o d i u mn i t r i t ea sf o rf u n g i T h ea n t i b a c t e r i a lm e c h a n i s mo fm o n o l a u r i nw a ss t u d i e d S c a n n i n ge l e c t r o n A B S T R A C T m i c r o s c o p y ( S E M ) w a su s e d t oo b s e r v eb a c t e r i a lS u r f a c em o r p h o l o g y L e a k e d a m o u n to fi n t r a c e l l u l a rp r o t e i n s ，n u c l e i ca c i d sa n di o n e a k a g ew e r ed e t e r m i n e db y s p e c t r o p h o t o m e t r i cm e t h o da n dc o n d u c t i v i t ym e t h o d E l e c t r o p h o r e t i cm e t h o dw a s u s e dt od e t e r m i n et h er e l a t i v em o l e c u l a rm a s so fl e a k e di n t r a c e l l u l a rp r o t e i n sa n d n u c l e i ca c i d a n dc o m p a r e d 、枥t ho r g a n i cs o l v e n tt r e a t m e n tg r o u p R e s u l t ss h o w e d t h a tm o n o l a u r i nC a nl e a dt om o r p h o l o g i c a lc h a n g e si ns t a p b 7 l o c o c c u sa u r e u sa n d b a c i l l u ss u b t i l i s T h el e a k e di n t r a c e l l u l a rp r o t e i n so fm o n o l a u r i nt os t a p b l o c o c c u s a l L r e u s ，b a c i l l u ss u b t i l i s ，y e a s t ，a s p e r g i l l u sn i g e ra n dp e n i c i l l i u mw e r e13 4 b t g m L ， 3 2 6 I t g m L ，3 8 4 p m L ，2 6 8 p g m La n d18 1p g m Lr e s p e c t i v e l y T h ec o n d u c t i v i t y c h a n g e sc a u s e db yI n t r a c e l l u t a rl e a k e d i o nw e r e2 0 p s c m ，21l a s c m ，17 1 上s c m ， 16 0 t s c m ，2 0 5 l s c ma n d210 t s c mr e s p e c t i v e l y T h ek i n d so fl e a k e di n t r a c e l l u l a r p r o t e i no fg r a m p o s i t i v eb a c t e r i ac a u s e db ym o n o l a u r i n w a sd i f f e r e n tf r o mt h a t c a u s e db ys u i t a b l ec o n c e n t r a t i o no fo r g a n i cs o l v e n t , a n dm o n o l a u r i nC a ns e l e c t i v e l y a l t e rt h ep e r m e a b i l i t yo fb a c t e r i a lm e m b r a n e 。 B ys t u d y i n gt h ef o l l o w i n gc o n c l u s i o n s ：S t a p h y l o c o c c u sa u r e u s ，B a c i l l u ss u b t i l i s ， Y e a s t ，A s p e r g i l l u sn i g e r ，P e n i c i l l i u mg l a u c u m a r es e n s i t i v et om o n o l a u r i n ， E s c h e r i c h i ac o l ii Su n r e s p o n s i v et om o n o l a u r i n T h ea n t i b a c t e r i a lm e c h a n i s mo f m o n o l a u r i ni st h r o u g hs e l e c t i v ep e r m e a b i l i t y s e n s i t i v es t r a i nc a u s e db yl e a k a g eo fi n t r a c e l l u l a r c h a n g es e n s i t i v es t r a i n ，l e a d t o p r o t e i na n di o n K e yw o r d s ：M o n o l a u r i n ；A n t i b a c t e r i a la c t i v i t y ；A n t i b a c t e r i a lm e c h a n i s m V 目录 目录 第1 章前言- 1 1 1 引言1 1 2 食品防腐剂的历史及发展趋势3 1 2 1 古代食物防腐的方法及应用状况”3 1 2 2 近代化学类食品防腐剂的种类及应用一3 1 2 3 现代新型食品防腐剂- 6 1 3 单月桂酸甘油酯在食品工业中的发展9 1 3 1 单月桂酸甘油酯的制备一9 1 3 2 单月桂酸甘油酯的应用1 1 1 4 课题研究的目的、意义及主要内容1 2 第2 章单月桂酸甘油酯的抑菌性能的研究1 4 2 1 实验材料与设备1 4 2 1 1 实验原料及药品1 5 2 1 2 实验设备1 5 2 1 3 实验菌种15 2 1 4 培养基及缓冲液的配制1 5 2 2 实验方法1 6 2 2 1 单月桂酸甘油酯纯度的测定一1 6 2 2 2 供试菌种的活化16 2 2 3 菌悬液的制备17 2 2 4 敏感性的测定1 7 2 2 5 最低抑菌浓度( M I C ) 的测定1 8 2 2 6 不同P H 值对最低抑菌浓度( M I c ) 的影响1 8 2 2 7 最低杀菌浓度( M B C ) 的测定1 8 2 2 8 抑菌时效的测定一1 9 2 - 3 结果与讨论1 9 V I 目录 2 3 1 单月桂酸甘油酯的纯度1 9 2 3 2 单月桂酸甘油酯对食品腐败菌的敏感性测定- 1 9 2 3 3 单月桂酸甘油酯对食品腐败菌最低抑菌浓度的测定2 0 2 3 4P H 值对单月桂酸甘油酯最低抑菌浓度的影响2 2 2 3 5 单月桂酸甘油酯对食品腐败菌最低杀菌浓度的测定2 3 2 3 6 防腐剂对食品腐败菌抑菌时效的测定2 4 2 4 小结31 第3 章单月桂酸甘油酯的抑菌性研究3 3 3 1 实验材料与设备3 3 3 1 1 实验原料及药品3 4 3 1 2 实验设备3 4 3 1 3 实验菌种”3 4 3 2 实验方法3 5 3 2 1 实验菌种的活化3 5 3 2 2 细菌、真菌菌菌悬液3 5 3 2 3 单月桂酸甘油酯对食品腐败菌胞内物质外泄的影响一3 5 3 2 4 食品腐败菌胞内外泄物大概种类及相对分子质量”3 6 3 2 5 单月桂酸甘油酯对食品腐败菌( 细菌) 细胞形态的影响一3 8 3 - 3 结果“3 9 3 3 1 单月桂酸甘油酯对食品腐败菌胞内物质外泄的影响一3 9 3 3 2 单月桂酸甘油酯对食品腐败菌胞内外泄物质种类的影响一5 0 3 3 3 食品腐败菌胞内外泄蛋白电泳图一5 5 3 4 小结5 8 第4 章结论与展望6 0 4 1 结论- 6 0 4 2 展望6 2 致谢6 3 参考文献6 4 攻读学位期间的研究成果7 0 第1 章前言 1 1 引言 第1 章前言 食物是人类生命活动中必不可少的营养物质，随着人类社会文明的进步与 发展，人类对食物的需求目的由原来的满足于温饱变成了今天享受食物所带来 的快乐，这就对食品提出了方便化、多样化、营养化、风味化的要求，这些要 求的实现都有赖于食品的发展。人类对食物要求的不断提高不紧体现在食物烹 饪方法的多样化，也催生了食品添加剂的产生及应用。食品添加剂最初的目的 是改善食品的色、香、味、型等品质【，随着食品工业的发展防腐也成为了食 品添加剂一种重要的目的J 。 随着食品加工行业的飞速发展，食品安全成为了十分重要的公共健康问题 【3 J ，未经特殊处理的食品含有丰富的蛋白质、淀粉、油脂等物质，并且这种食 品在原料采集、生产、加工、储存和运输过程中，特别容易受N J I - 界某些因素 作用而导致食品产生变质现象，这不仅带来巨大的经济损失，有时还会危害人 们的健康，因此保护食品安全、防治食品变质成为了十分重要的公共健康问题。 在食品工业中，各类食品的安全问题，一直是一个亟待解决的重要问题，根据 世界粮食安全卫生组织调查估计：全世界每年大约有1 1 5 1 4 的食物因各种因 素而浪费掉。危害食品的安全的因素有很多，其中外界物理作用力、有害化学 物质污染、食品自身活性酶作用及有害微生物侵入是4 种最主要的因素，这四 种因素中有害微生物侵入是最为严重的，因此在食品安全中防止食品腐败微生 物成为了最重要的问题【4 , 5 , 6 】。食品腐败微生物的种类有很多，其中主要的食品 腐败微生物为：大肠杆菌【7 、金黄色葡萄球菌【8 1 、沙门氏菌 9 1 、单增李斯特菌【1 们、 白色念珠菌【1 1 、枯草芽孢杆菌、乳酸菌、酵母菌13 1 、灰绿青霉、黑曲霉【1 4 1 ， 其中大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、沙门氏菌、单增李斯特菌、白色念珠茵大多 出现于被污染肉制品、罐头制品，乳酸菌、酵母菌多出现于腐败的饮料、水果， 青霉、黑曲霉多出现于腐败的面类食品。食品防腐是为了在尽量不改变食品原 有营养成分、风味的基础上，通过一系列的物理或者化学的方法延长食品的保 鲜期，现在食品工业生产中食品保鲜的方法有很多，比如：低温干燥、真空、 第1 章前言 脱水、高温杀菌、巴氏消毒、添加防腐剂、微波杀菌、电子柬杀菌、紫外杀菌、 化学试剂熏蒸等，对于大规模工业化的食品行业来说最为有效和实用的是高温 杀菌与添加防腐剂结合使用的方法。食品防腐剂是在食品工业中人为添加的一 类以维持食品原有成分稳定，保护食品营养价值，保护人类身体健康为目的， 允许添加一定剂量的物质，良好的食品防腐剂须拥有的条件是：1 、符合国家食 品安全卫生标准，属于国家规定范围内的安全食品添加物质；2 、具有良好的防 腐效果好，在低浓度或者极低浓度下仍然具有抑菌作用；3 、防腐剂物理、化学 性质稳定，不会在食品的加工、运输过程中改变食品的物理性状并且不与食品 扣化学成分发生不良甚至有害的化学反应；4 、防腐剂本身没有刺激性气味，不 会大幅度降低食品的风味及口感；5 、防腐剂大规模工业化生产使用方法方便， 并且价格合理、易于存储运输。 脂肪酸酯类物质作为一类效果良好的食品添加剂早已被广泛应用于很多食 品加工工业中。脂肪酸聚甘油酯类作为食品添加剂广泛的应用于食品制造业中， 比如冰激凌制造业中作为乳化剂、奶油制造业中作为膨松剂、巧克力制造业中 作为脱粘剂【1 5 】。中碳链脂肪酸甘油酯作为一种具有保健功能的油脂类物质广泛 应用于保健品中，在人体的消化吸收过程中中碳链脂肪酸甘油酯通过肠静脉直 接运输到肝脏，在肝脏中中碳链脂肪酸甘油酯迅速高效地被氧化分解将能量提 供给人体，其消化吸收速代谢速度是普通长链脂肪酸的4 0 倍，因此很难在身体 内再次形成脂肪【1 6 1 。K a b a r a 子1 9 7 7 年发现多种天然脂肪酸及某些脂肪酸的单 甘酯类拥有抑菌作用【 ，1 9 9 3 年又发现单月桂酸甘油酯在作为食品乳化剂添加 到食品中不仅只有乳化作用，还有一定的抑菌作用【1 8 】。近年来，有关脂肪酸及 其衍生物的抑菌性能的研究报道已经有很多，2 0 1 1 年，周星，邹强等人研究了 癸酸聚甘油酯的合成及其对食品腐败菌的抑菌性能【1 9 , 2 0 , 2 1 】，有关脂肪酸甘油酯 的抑菌性能的研究的报道更为常见，2 0 0 8 年杨雪研究发现，单癸酸甘油酯对霉 菌、细菌具有良好的抑菌能力，其最低抑菌浓度大概在0 7 9 L M 2 。，2 0 0 7 年未本 美研究了单辛酸甘油酯的抑菌能力，发现其具有良好的抑菌。l I g 工b 日e , , 匕l a 啦引，2 0 0 8 年李 更更研究发现麦芽糖、蔗糖和甘油为亲水基团的月桂酸酯对细菌、酵母菌、霉 菌具有广谱的抑菌效果，并且其抑菌效果不受p H 变化的影响1 2 4 | 。由于单月桂 酸甘油酯最近几年被广泛合成应用于食品 2 5 , 2 6 】、医药 2 7 , 2 8 】、保健 2 9 , 3 0 行业， 因此开发食品级单月桂酸甘油酯类食品防腐剂具有十分广阔的前景。 2 第1 章前言 1 2 食品防腐剂的历史及发展趋势 1 2 1 古代食物防腐的方法及应用状况 食品防腐一直贯穿着整个人类的生活史，在古代，人们不知道食品防腐的 概念，但是人们为了保存食物用了很多的方法，比如：高盐、酸化、高糖、风 干、烟熏、地下冷藏、冷冻等方法最终使食物脱水或者保持食物低温，这些方 法虽然可以在一定时间内保护食品不受食品腐败菌的危害，但是其保护时间短、 破坏食品原有营养成分及风味的缺点一直困扰着人们。 1 2 2 近代化学类食品防腐剂的种类及应用 随着社会的发展，人类活动范围及频率加剧，也就产生了对食品加工、运 输、储存等环节，在这些环节中食品的防腐不仅成了保持食物新鲜的问题，也 成了关系人类身体健康的社会问题，在这种情况下食品工业应运而生，食品工 业的发展也就催生了可以在食品工业化生产中广泛应用的化学食品防腐剂。 近代第一种工业化应用的化学防腐剂是在英国一家煤焦油提炼化工厂废水 排放沟中被发现的，科学家发现在这家工厂排水沟中已经死亡的杂草浸在水中 不会腐烂，科学家就意识到这种由煤提炼煤焦油而产生的废水中有一种可以杀 死微生物的物质，后来几年时间内，随着有机、无机化学的飞速发展，尤其是 关于煤的煤焦油提炼工业的发展，科学家终于可以大规模提炼出价格低廉可以 实际应用的杀菌物质一苯酚【3 1 。苯酚是第一种大规模应用于外科消毒的有机杀菌 物质，并且这种物质也被应用某些于食品工业中，由于苯类物质具有一定的毒 性，外科手术应用对人身体的伤害比较小，但是对于人们所食用的食物来说它 的伤害就比较大了，随后科学家又陆续发现有苯酚的衍生物苯甲酸及其衍生 物，这类物质可以防止食品腐败同时对人身体健康造成较小的伤害，可以防止 染菌败坏现象的发生，苯甲酸类物质成为了第一类大规模应用的化学食品防腐 剂。以后随着化学工业的发展山梨酸类、尼泊金酯类、亚硫酸及其盐类等主要 的食品防腐剂相继被发现并广泛大规模应用于不同的食品工业中【3 2 】。 1 2 2 1 苯甲酸及其衍生物类 苯甲酸及其衍生物是我国目前食品工业中应用最广泛的食品防腐剂，并且 第1 章前言 苯甲酸及其衍生物是在食品工业中使用时间最长、使用量最大的化学类食品防 腐剂 3 3 】。苯甲酸是一种抑菌效果良好的酸性物质，其最适p H 范围在2 5 4 0 之间，苯甲酸衍生物的抑菌效果与苯甲酸相似，但是其p H 适用范围大于苯甲 酸。苯甲酸是一种主要用于液体饮料食品的防腐剂，比如：碳酸饮料汽水、真 空包装果汁、酱油、罐头、酒水类等，苯甲酸衍生物在面制品、肉制品等行业 中也广泛应用。苯甲酸及其衍生物在偏酸性的环境中具有广谱抗菌性，其对细 菌的抑制力较强 3 4 , 3 5 , 3 6 】，相对于细菌其对真菌的抑制力较弱。 苯甲酸是一种有机物，亲油性大，其以未解离的形式易透过细胞膜，进入 蚀胞体内后，一方面苯甲酸及其衍生物可以消耗细胞内的碱类物质从而破坏细 胞内部的酸碱平衡，另一方面其也可以干扰微生物细胞膜的通透性，破坏细胞 内部离子强度抑制细胞对氨基酸物质的吸收【3 7 1 。 在食品安全健康方面，不同苯甲酸及衍生物的安全性是不同的。苯甲酸进 入人体后，不会产生积累、致癌、致突变等后果，并且苯甲酸可以通过人机体 自我代谢将其代谢为马尿酸排出体外，由于苯甲酸通过代谢生成马尿酸的过程 发生在肝脏内，因此肝功能衰弱的消费人群不宜过多食用含有苯甲酸的食物p 引。 有学者研究发现，苯甲酸钠作食品添加剂有可能发生积累中毒现象，虽然目前 这种现象尚未取得学术界的统一认可，但在一些发达国家和地区已作出禁止使 用的规定，如美国、日本、香港等地。 1 2 2 2 山梨酸及其衍生物类 山梨酸是在1 8 5 9 年由A W H o f m a n 首先从未成熟的水果山梨果提取液的 水解油中蒸馏分离出的，山梨酸溶液具有抗菌作用是在1 9 3 9 年由m u l l e r 首先发 现，并且于1 9 4 5 年C M G o o d i n g 取得了山梨酸在食品工业生产上作为食品防腐 剂的相关专利。随着山梨酸及其衍生物在食品工业中的应用，人们对其广谱抗 微生物活性、人体毒性、在各类食品中的应用广泛性及其防腐效果等做了广泛 的研究。山梨酸是一种酸类物质，在p H3 时抑菌活性最高，在酸性环境下抑 菌性能几乎不变，但是在碱性环境下其抑菌活性稍有下降，山梨酸的衍生物抑 菌活性强并且不受p H 变化影响而广泛应用【j 川。 山梨酸及其衍生物能抑制食品腐败菌中的细菌 4 0 】、霉菌及酵母菌，山梨 酸及其衍生物具有广谱抗菌性，它对食品风味几乎没有不良影响，并且有时可 以改善某些食品的风味，如酸性碳酸饮料，肉类食品等。山梨酸是一种含有双 键的环状不饱和脂肪酸，这种不饱和脂肪酸在机体内可以参加人体正常地新陈 4 第1 章前言 代谢，产生二氧化碳和水，它对人体的危害性很小【4 2 4 3 。 1 2 2 3 尼泊金酯类 尼泊金酯又称为对羟基苯甲酸，是苯甲酸经化学修饰后的有一大类化学防 腐剂，尼泊金酯类防腐剂的毒性低于苯甲酸类。尼泊金酯类物质是在1 9 2 3 年 首次作为防腐剂应用于食品和药品行业中，以后食品工业发展中有不少关于尼 泊金酯类防腐剂应用的报道畔】。尼泊金酯类防腐剂在p H 4 8 时其抑菌效果几乎 不受p H 值影响，p H 大于8 时其抑菌效果稍微有所下降，尼泊金酯类防腐剂具 有广谱抗菌性，其对食品腐败茵中的霉菌、酵母、细菌有很好抑制作用，具有 广谱抗菌性。世界上大多数国家与地区都允许将尼泊金酯类物质( 对羟基苯甲 酸) 用作食品防腐剂。尼泊金酯类可用于保健脂肪制品、各类乳制品、鱼制品、 低温肉制品、软饮料、甜品的防腐，在食品成品中的浓度( 质量分数) 一般小 于0 0 5 M 5 1 。 山梨酸类防腐剂在化学类大规模应用的食品防腐剂中安全性最高 4 6 1 ，但是 由于山梨酸类防腐剂的防腐效果要差于苯甲酸类与尼泊金酯类，在食品工业中 山梨酸类防腐剂的用量较多，所以尼泊金酯类防腐剂安全性能最高，它是一类 值得开发，并且大规模应用的的低毒、高效、广谱性的食品防腐剂 4 7 , 4 8 , 4 9 】。 2 0 0 3 年，杨寿清p o J 报道指出尼泊金酯类食品防腐剂的抑菌效果与其烷基链 的长度成正比，由此可以推断出防腐剂分子中疏水基团的存在可以增强抑菌效 果。 1 2 2 4 亚硫酸盐类 亚硫酸盐类防腐剂是能够产生二氧化硫的无机亚硫酸盐的统称。亚硫酸盐 类食品防腐剂在古代就被人类用于食品加工过程中，随着近代食品加工业的飞 速发展，亚硫酸盐类在食品工业中应用更加的广泛【5 】，亚硫酸盐类在全世界许 多国家、地区都被允许作为食品添加剂使用5 2 , 5 3 , 5 4 , 5 5 , 5 6 , 5 7 。 亚硫酸盐作为食品防腐剂主要从两个方面防止食品腐败，抑制食品中生物 酶活性与抑制食品微生物生长代谢。亚硫酸盐在食品中可以抑制生物酶的活性， 比如淀粉酶、脂肪酶、蛋白质酶等，这些生物酶活性被抑制使食物保持新鲜5 8 , 5 9 】。 亚硫酸盐作为食品添加剂添加到食品中可以很好的抑制食品腐败微生物的生 长，其作用机理一方面是亚硫酸盐是一种强还原剂，它可以消耗食物中的氧， 使食品中的好氧腐败微生物的正常代谢过程( 繁殖、呼吸、发酵) 受阻，从而抑 制食品腐败微生物的生长；另一方面亚硫酸盐是一种强酸强碱盐类，其亚硫酸 第1 章前言 根离子在水溶液中可以解离产生氢离子，使水溶液呈现弱酸性，从而引起菌体 表面某些蛋白和胞内遗传物质的水解，从而杀死食品中的腐败微生物。不同的 微生物对亚硫酸盐的敏感程度不同，细菌较为敏感，真菌的敏感性较差【6 叫。 亚硫酸盐是一种抑菌效果良好的食品防腐剂，但是亚硫酸盐对机体有很强 的毒性。近年来很多有关亚硫酸盐的毒理学研究表明：亚硫酸盐进入人体可导 致细胞主要抗氧化酶活性显著降低，导致生物机体组织、器官发生不同程度的 氧化损伤【6 1 】；接触亚硫酸盐污染的人，身体外周血淋巴细胞染色体畸变率显著 升高【6 2 1 。 1 2 3 现代新型食品防腐剂 食品防腐剂根据其来源不同可分为天然防腐剂和化学防腐剂两大类，化学 类食品防腐剂在食品工业中被广泛的应用很长时间，近几十年来，由于人类对 天然无公害健康食品的要求越来越高，添加了化学食品防腐剂的食品给人体所 带来的危害越来越受到人们的重视1 6 引。有研究表明长期食用含有某些化学食品 添加剂的食物可以导致癌症、遗传物质畸形和慢性食物中毒等，比如亚硝酸盐 的致癌、致畸形，苯甲酸盐可以引起慢性食物中毒。天然防腐剂是指存在于天 然中、具有抑菌性能的一类物质，相对于化学食品防腐剂，天然防腐剂是一种 对人体没有毒害作用的食品防腐剂，但是天然食品防腐剂也有化学性质不稳定、 抗菌谱窄、应用条件苛刻等缺点岬J 。 天然食品防腐剂的研究始于2 0 世纪初，1 9 1 2 年H o f f m a n 等人研究发现芥 籽、丁香、茴香和肉桂具有一定的防腐效果，2 0 世纪2 0 3 0 年代，1 9 2 2 年英国 科学家弗莱明发现了溶菌酶，1 9 3 7 年A b r a h a m 和R o b i n s o n 第一次从鸡蛋清中 提取出溶菌酶结晶，早期溶菌酶是一种紧俏的物质，广泛的应用于医药临床领 域，随后溶菌酶的生产成本降低以后才被应用于食品防腐领域。2 0 世纪4 0 6 0 年代鱼精蛋白的抗菌性研究逐渐兴盛，1 9 51 年乳酸链球菌产生的乳酸链球菌素 的抑菌作用被发现，并在1 9 6 0 年左右逐步应用于食品行业【6 5 l ，1 9 9 0 年日本学 者发现了蜂胶分解物的抑菌性能并作为食品添加剂在食品工业中应用。天然食 品防腐剂的种类很多，可以按照来源不同分为三类：植物类天然防腐剂、动物 类天然防腐剂、微生物类天然防腐剂1 6 圳。 1 2 3 1 植物类天然防腐剂 6 第1 章前言 植物性天然防腐剂是指自然界中天然存的具有抗菌作用的物质。植物性天 然防腐剂的种类很多，大体可以分为香辛料、中草药【67 1 。 香辛料在古代就被应用于食品中，古代人们就利用香辛料保存肉制品。进 入2 0 世纪经过人们的研究发现香精油是香辛料中真正具有抑菌防腐作用的物 质，随后人们从香辛料中提取有香精油作为食品防腐剂，香辛料精油也广泛应 用于食品工业中，香辛料精油的成分复杂，主要的抑菌活性成分为：酚类物质、 醛类物质、小分子酯类物质。有关香辛料精油的抑菌机理的研究，K n o b l o c h 研 究发现：香辛料精油中的水溶性成分可以渗透过细胞壁进入细菌细胞膜，干扰 菌体细胞膜双层磷脂中的溶解度，达到抑菌效果；香辛料精油中的类萜类进入 菌体细胞膜后可以降低生物膜的稳定性，干扰了细胞膜上能量代谢相关酶的酶 促反应，降低细菌呼吸效率，从而达到抑菌效果【6 8 J 。 中草药在我国的应用可谓是源远流长，中草药在我国人民的生活中也拥有 重要的作用。在古代，勤劳聪明的中国人就将中草药作为防腐剂应用于食品、 医疗、保健等行业由，对于中草药的抑菌性能及机理的研究是在2 0 世纪3 0 年 代逐渐兴起的。很多中草药都具有抑菌能力，但是经过研究发现其中具有利用 价值的中草药只占小部分，比如抑菌能力最强的黄连，抑菌性能良好的大黄、 黄苓、大青叶等，还有黄柏、知母、白头翁、蒲公英等【6 9 】。中草药的主要抑菌 成分比香辛料精油还要复杂，主要有醛、酮、酯、醇、醚、酸、酚、萜、皂苷 类，由于中草药主要抑菌成分种类繁多导致了其抑菌机理的复杂性，中草药的 抑菌机理主要有四个方面；抑制细胞内酶的活性、影响细胞膜流动性及通透性、 影响电子传递链、影响遗传物质的转录翻译过程。 1 2 3 ，2 动物类天然防腐剂 动物类天然防腐剂是指自然界中从动物中提取加工而成的，具有抗菌作用 的物质。按照来源不同，大体可以将种类众多的动物类天然防腐剂分为：蜂胶 类，多糖类的壳聚糖类，蛋白质类的溶菌酶类、鱼精蛋自类，多肽类的抗菌肽 类。 溶菌酶、抗菌肽、鱼精蛋白这三类物质都是蛋白多肽类抗菌物质。溶菌酶 是由英国科学家弗莱明于1 9 2 2 年发现的一种可以分解微生物细胞壁的物质，它 是一种碱性蛋白酶，对革兰氏阳性菌具有明显的抑菌效果。抗菌肽是一类小分 子多肽，它是由生物机体内经特殊物质诱导而产生的，它具有小分子量、抗菌 活性高、性质稳定等特点，除了真核微生物几乎对所有种类的微生物都有抑制 第1 章前言 作用。鱼精蛋白是鱼类精子成熟过程中产生的一种具有高抗菌活性的小分子弱 碱性蛋白质，鱼精蛋白有很高的化学稳定性，可以承受多种高温、酸、碱等多 种极端环境，并且其对革细菌、真菌都具有良好的抑菌性能，具有广谱抗菌性 【7 0 。 1 9 9 0 年日本人对蜂胶的抑菌性能进行了大量研究，发现了蜂胶及其分解物 的抑菌性能，并将其用于食品工业中 川。蜂胶是由蜜蜂制造的的半透明或者不 透明胶状固体，蜂胶中的多酚类化合物是其杀菌作用的主要活性成分。蜂胶及 其分解产物的抑菌机理主要有两个方面：一方面是蜂胶内的活性因子对微生物 的抑制作用；另一方面是蜂胶喷洒在食物表面可以成一层致密的粘膜，防治有 害物质的侵入。 壳聚糖是由蟹虾、昆虫等甲壳质中提取的一种高分子天然多糖，具有较强 的抗菌活性，它还具有天然可降解性、无毒性、生物相容性，是一种良好的天 然食品防腐剂1 7 2 l 。壳聚糖作为食品防腐剂添加到食品中主要从三个方面抑制微 生物生长：1 、壳聚糖可以在食品表面形成保护膜，2 、壳聚糖是一种带有正电 荷的物质可以与细菌表面带负电的集团结合，3 、带有正电荷的壳聚糖可以与细 菌胞内D N A 结合，抑制转录【7 3 】。 1 2 3 _ 3 微生物类天然防腐剂 微生物类天然防腐剂是指通过微生物代谢产生的具有抑菌活性的物质，微 生物类天然食品防腐剂品种很多，主要有细菌素类、有机酸类、溶菌酶类等。 细菌素是一类由某些细菌产生的，具有抑菌作用