第三章 防腐剂.ppt

第三章食品防腐剂,食品添加剂，是指为改善食品品质和色、香、味，以及为防腐和加工工艺的需要而加入食品中的化学合成或天然成分。,食品添加剂的定义,食品添加剂的作用,（一）改善食品及其原料的感官性状（二）有利于食品的保藏，防止食品腐败、变质；（三）保持或提高食品的营养价值；（四）提高运输、携带和摄食的方便性；（五）有利于食品的加工处理，适应生产的机械化和自动化；（六）满足其他特殊需要,引言食品的变质,因空气的氧化与干燥作用因食品内部所含氧化酶的作用因微生物的污染、繁殖因昆虫的侵蚀、繁殖和有害物质的直接或间接污染,蛋白质被分解造成的腐败；碳水化合或脂肪被微生物分解产酸而产生的酸败等。最终，形体崩解。,对策,现代高科技工业,加入防腐剂,传统,食品变质，就一般意义上说，是指在某些因素（内在、外在）的影响下，食品质量（理化性质）发生变化的过程。,食品从收获、屠宰、制造起，受环境条件的影响，质量就开始变化，绝大多数是质量向不利的方向变化。变质的食物，食用价值下降，食用后可能危害人体健康。原因及结果如下：,食品的防腐方法概览,晒干、盐渍、糖渍、酒泡、发酵等,罐藏、脱水、真空干燥、喷雾干燥、冻冻干燥、速冻冷藏、真空包装、无菌包装、高压杀菌、电阻热杀菌、辐照杀菌、电子束杀菌等。,物理保藏法,传统的食品保藏方法,工业化和高科技的方法,传统法：品质差，适用范围窄；后者：投资、能耗高，品质风格受影响。,物理法的缺陷,在下列情况下考虑采用防腐剂：当一些食品不能采用冷、热处理方法加工时；作为物理保藏方法的一个补充以减轻其处理的强度，同时使产品的质构、感官或其他方面的质量得到提高。,防腐剂保藏法,与物理因素防腐不同，防腐剂保藏食物：实质上利用是对生命细胞的活性有抑制作用的物质，在常温、常压下进行的化学保藏过程。注意：从过程看，防腐剂是抑制代谢，而不是通过变性杀死微生物细胞来延缓氧化的速度食品的口感、质地得到很大的提高营养物质破坏少产品的品种急剧扩展（如低盐、糖系列）产品的贮存成本极大地降低（比冷藏、冷冻等）实现厨房工作社会化,防腐剂保护下存放于室温的食品,课程内容（FoodPreservatives）,1.食品防腐剂概述2.（常用）食品防腐剂各论3.天然防腐剂4.禁用的防腐剂5.防腐剂的应用6.杀菌剂,一、防腐剂的定义加入食品中能防止或延缓腐败性变质的食品添加剂叫防腐剂，其具有杀死微生物或抑制其增殖的作用。,1.食品防腐剂概述,1抑菌谱广、抗菌能力强2性质稳定，不影响产品的其他性能3安全、毒性小、对环境污染小4价格合理，使用方便苯甲酸钠山梨酸钾尼泊金酯乳酸链菌素（肽）10301001700,￥/kg,二、防腐剂应具备的条件,1、按抗微生物的主要作用性质分,功能分类代码，17；CNS：17.001033共33种,三、食品防腐剂种类,浓度作用时间微生物种类,2、按特性分类,苯甲酸、山梨酸,对羟基苯甲酸酯类,乳酸链球菌素,常用防腐剂天然防腐剂禁用防腐剂,一、苯甲酸及其钠盐二、山梨酸及其钾盐三、丙酸盐类四、脱氢乙酸五、对羟基苯甲酸酯类,一、乳酸链球菌素二、壳聚糖三、溶菌酶四、双乙酸钠五、鱼精蛋白六、聚赖氨酸,一、硼酸二、甲醛三、水杨酸四、-萘酚,作用机理,3、按应用情况分类,“防腐”是针对有害微生物,一是防止微生物造成食品的腐烂,二是防止产毒微生物(如黄曲霉等)的危害。,四、食品防腐剂的作用机理,1、抗菌机理,杀死微生物或抑制微生物增殖通过影响细胞的亚结构而实现。,这些亚结构包括细胞壁、细胞膜、与代谢有关的酶、蛋白质合成系统及遗传物质。由于每个亚结构对于菌体而言都是必需的，因此，食品防腐剂只要作用于其中一个亚结构便可达到抑菌的目的。,2、防腐效果检测,1）抑菌效力的测定抑菌圈法,牛津杯,2）最低抑菌浓度的测定3）活性pH范围的测定4）热稳定性的测定,pH值水分活度溶解与分散染菌情况热处理其他物理化学因素并用,3、影响防腐效果的因素,1）pH对于酸型防腐剂，在含水或水溶液体系中，其防腐作用主要依靠未解离的酸对微生物的作用，而解离出来的H+作用较小。,同种防腐剂,解离度,未解离酸,解离度D未解离一元弱酸的浓度,由此式可导出：,d未解离一元弱酸的百分比Ka一元弱酸的解离平衡常数,解离度,未解离酸,同一pH,同种防腐剂,解离度,未解离酸,解离度,未解离酸,同一pH,同一pH,不同pH时防腐剂未解离酸的比例,这类防腐剂在pH较低时，防腐效果较好；山梨酸适宜的pH范围大于苯甲酸,食品水分：总水分：食品在105度干燥至衡重所减少的重量。水分活度（wateractivityaw)：食品中可以自由蒸发的水分或者可以被微生物利用的水分;0.870中间水分食品0.2-0.820-40低水分食品对羟基苯甲酸酯类苯甲酸类,性质和解离性,pH,抗菌谱,3.天然防腐剂,3.天然防腐剂,乳酸链球菌素（Nisin）壳聚糖(Chitoson)溶菌酶(Lysozme)那他霉素(Natamycin)双乙酸钠（SodiumDiacetate）鱼精蛋白(Protemine)聚赖氨酸(Poly-lysine，PLL)天然植物防腐剂,没有防腐剂就没有现代的食品工业!,大量使用人工合成防腐剂具有潜在的风险,防腐剂在食品工业中的举足轻重的地位,一、乳酸链球菌素Nisin,乳酸链球菌素，别名乳酸链球菌肽、尼生素。分子式C143H228O37N42S7，相对分子质量3348。其结构见下图,CNS:17.019,乳酸链球菌素是由乳酸链球菌产生的一种多肽物质，由34个氨基酸组成。活性分子常为二聚体、四聚体等。大多数的牛乳中，存在这种物质。,（一）Nisin性状,为白色或略带黄色的结晶粉末或颗粒。不同的PH值下其溶解度不同：PH值7的水中，溶解度为49.0mg/ml;若在0.02MHCL中，溶解度增至110.0mg/ml，在碱性条件下几乎不能溶解。,一般以0.02M盐酸溶解后使用,溶解性,Nisin稳定性,不同的PH值下的热稳定性：在pH小于2.0的稀盐酸中可经115.6灭菌而不失活；当pH超过4时，特别是在加热条件下，它在水溶液中的分解速度加快，活力降低：如在pH等于5.0时，灭菌后丧失40活力；pH等于6.8时，灭菌后丧失90活力。,但乳酸链球菌素加入食品中后，受到牛奶、肉汤等大分子保护，稳定性大大提高。乳酸链球菌素对蛋白水解酶如胰蛋白酶、胰酶、唾液酶和消化酶特别敏感，但对粗制凝乳酶不敏感。乳酸链球菌素的标准品纯度为2.5，并定为1106IUg。纯品：1G40106IU,（二）Nisin毒性,LD50小鼠口服9.26gkg（bw）（雄性）；6.81gkg（bw）（雌性）。大鼠口服14.7gkg（bw）（雄性）；6.81gkg（bw）（雌性）。ADI033000IUkg（bw）（FAOWHO，1994）,乳酸链球菌素是多肽（而非营养成分之外的异物），食用后在消化道中很快被蛋白水解酶消化成氨基酸。对乳酸链球菌的微生物毒性研究表明，无微生物毒性或致病作用，其安全性很高。,（三）抑菌机制、效果,抑菌机制其作用机制很可能是插入细胞膜中后，在细胞膜上形成有一定孔径的膜通道，导致细胞质的外泄，引起细胞的死亡。,效果,抑菌效果,抗菌谱相当窄，能有效抑制或杀死革兰氏阳性细菌，如乳酸杆菌、链球菌、芽孢杆菌、梭状芽孢杆菌或其它厌氧性形成芽孢的细菌等。对革兰氏阴性菌、酵母和霉菌均无作用。因此若与山梨酸或辐射处理等配合使用，则可使抗菌谱扩大。,效果无毒、无副作用、安全可靠、高效一般情况下，10ppm可杀死绝大多数革兰氏阳性细菌在食品中加入0.510mgkg乳酸链球菌素，能降低食品灭菌的温度和缩短食品灭菌时间，使食品较好地保持原有的营养成分、风味、色泽和延长贮存时间。,与抗菌素比较,乳酸链球菌素进入消化道中很快被蛋白酶水解酶消化成氨基酸：不会引起医用抗生素引起的抗药性问题；也不会与其他抗生素出现交叉抗性；更不会改变肠道内的正常菌群。到目前为止，已在全世界约50个国家和地区得到广泛应用，许多国家如英国、法国、澳大利亚等对添加量不做任何限制,（四）Nisin使用范围及用量,我国食品添加剂使用卫生标准（GB2760-2007）规定：,（五）加入方式、条件,在灭菌乳制品中的应用如下：其中高温瞬间灭菌条件为130135，3s；二次灭菌条件为115，15min。,使用时可先将乳酸链球菌素制成56的蒸馏水（或冷开水）悬液，放置30min至60min后加入食品中，充分混匀，一般使用量为（0.10.2）gkg。,培养条件对乳酸乳球菌N302合成乳酸链球菌素的影响,1:质粒pLEB384用BamHI酶切的结果;2:质粒pLEB384;3:DNA分子量标准图1pLEB384的限制酶图谱,RNA,19:依次为发酵3h、6h、10h、15h、18h、21h、24h、36h和48h样品图2nisZ基因Northern点杂交,二、壳聚糖,又称作脱乙酰甲壳素、几丁质,（一）性状,几丁质脱乙酰化的程度越高，发挥的生理效应也越强。,CNS号20.026功能增稠剂、被膜剂,（一）性状,为含氮多糖类物质，约含氮7，化学结构与纤维素相似，是黏多糖类之一相对分子质量10万200万呈白色无定形粉末状；不溶于水、中性或碱性溶液、有机溶剂溶于盐酸、硝酸、乙酸、乳酸、苹果酸等,（二）毒性,抑菌机制,小鼠急性皮肤毒性LD50为2200mg/kg,小鼠急性经口毒性LD50为1200mg/kg，无慢性毒性反应。,由于葡萄糖胺单体上有游离的氨基，故带正电荷，它可以干扰细胞表面的负电荷，导致细胞物质外泄，使微生物死亡；分子较短的壳聚糖可以进入细胞内，并与DNA结合，抑制mRNA的合成，起到抑制微生物细胞生命活动的作用。,（三）抑菌机制与效果,抑菌谱,对细菌、酵母菌、霉菌都有效。,（四）使用,抑菌，抑制鲜活食品生理变化。可用作食品，尤其是水果的防腐保鲜剂。成膜性-包装薄膜。游离氨基-絮凝剂；不同分子量范围的低聚壳聚糖还具有许多独特生理功能，如保湿性、免疫调节、防癌、调节肠道菌群、抗菌防腐等作用,壳聚糖涂膜对香蕉保鲜生理和防腐效果初步研究,图1壳聚糖涂膜对香蕉室温下失重的影响,图2壳聚糖涂膜对香蕉室温下硬度的影响,图3壳聚糖涂膜对香蕉室温下可溶性固形物的影响,图4壳聚糖涂膜对香蕉可滴定酸含量的影响,图5壳聚糖涂膜对香蕉室温下呼吸强度的影响,壳聚糖对大豆蛋白发酵液的絮凝研究,在最佳工艺条件下,大豆蛋白肽相对变化率平均为3.75%,可以看出采用壳聚糖作为絮凝剂对大豆蛋白肽的浓度没有显著的影响,三、纳他霉素链霉素（Natamycin）,别名：纳它、纳塔、霉克（纳他与乳糖1：1的混合物）CNS：17.030是一种多烯烃大环内酯类物质，含3个以上的结晶水，由纳塔尔链霉菌等经发酵生产,是一种高效、广谱的抗真菌抗生素。,其外观白色（或奶油色），为无色、无味的结晶粉末，分子式C33H47NO13，分子量为665.73。微溶于水、甲醇，溶于稀酸、冰醋酸及二甲苯甲酰胺，难溶于大部分有机溶剂。紫外线较为敏感,三、纳他霉素,广谱、高效安全的酵母菌及霉菌等丝状真菌抑制剂，不仅能够抑制真菌，还能防止真菌毒素的产生。是目前唯一的抗真菌微生物防腐剂。纳他霉素对人体无害，很难被人体消化道吸收，微生物很难对其产生抗性。因为其溶解度很低等特点，通常用于食品的表面防腐,三、纳他霉素,96年，我国卫生部正式批准纳他霉素作为食品防腐剂。价格较高，使用量少，一般10mg/kg以下即有很好的抑菌效果，效力是山梨酸钾的50100倍。,三、纳他霉素,问题：(1)国外专利技术壁垒！导致国产化困难。(2)成本高，推广使用受到限制，导致国外形成“绿色壁垒”(3)目前国内在开展发酵法制备Natamycin方面的研究，但菌种选育方法盲目随机，因此效率低，现有菌种发酵周期长（140-160h），发酵温度低（28度），产量6g/L等。,Natamycin高产菌株最终发酵水平达到：810g/l；菌种发酵周期：7296h发酵温度：3234,有醋酸气味，易吸湿，易溶于水和醇，晶体结构为正六面体，熔点96-97，加热至150以上分解。,四、双乙酸钠,CNS号17.013,参与人体的新陈代谢，产生C02和H20，可看成食品的一部分，保持食品原有的色、香、味和营养成分；安全、无毒、无残留、无致癌、无致畸变，不在人体内积聚。,代谢,四、双乙酸钠,抑菌机制,主要是通过有效地渗透入霉菌的细胞壁而干扰酶的相互作用对黑曲毒、黑根霉、黄曲霉，绿色木霉的抑制效果优于山梨酸钾。,四、双乙酸钠,作用特点,不改变食品特性，不受食品本身pH值影响，防腐效果好，尤其对黄曲霉具有较强的抑制作用；具有三大主要功能，即抗微生物剂(防霉、防腐)、香味剂及其辅料、pH值调节剂，广泛应用于各类食品。安全、多功能、价廉，是普遍认为安全的食品添加剂,四、双乙酸钠,五、溶菌酶,溶菌酶又称作胞壁质酶溶菌酶广泛存在于鸟类、家禽的蛋清中和哺乳动物的泪液、唾液、血浆、尿、乳汁、胎盘以及体液、组织细胞内，其中在蛋清中含量最丰富(约3.5)。它是由129个氨基酸构成的单纯碱性球蛋白，pI值为10.511.0。,根据来源不同，溶菌酶主要分为：鸡蛋清溶菌酶、人及哺乳动物溶菌酶、植物溶菌酶、微生物产生的溶菌酶。,五、溶菌酶,（一）性状,白色或微黄色结晶体或无定形粉末，无臭，微甜，易溶于水。不溶于丙酮、乙醚。,五、溶菌酶,化学性质非常稳定，在干燥条件下可在室温下长期保存，在酸性溶液中较稳定，加热至55活性无变化。在水溶液中加热至62.5并维持30min，则完全失活，而在15的乙醇溶液中于62.5下维持30min不失活，在20.5的乙醇溶液中于62.5下维持20min亦不失活。溶菌酶的热变性是可逆的，其变性温度一般不高于70,五、溶菌酶,溶菌酶在pH值1.211.4的广泛范围内剧烈变化时，没有发现活性有任何改变。因此，溶菌酶对酸碱度的变化不敏感。,五、溶菌酶,（二）各种溶菌酶的性质,鸡蛋清溶菌酶由18种129个氨基酸残基组成，具有4个SS键，其相对分子质量为14000，最适pH值为67。在pH值为47、100处理lmin不失活人及哺乳动物溶菌酶由130个氨基酸残基组成，有4个SS键，相对分子质量为14600，其溶菌活性比鸡蛋清溶菌酶高3倍。植物溶菌酶约为2400029100。植物溶菌酶对溶壁小球菌的溶菌活性不超过鸡蛋清溶菌酶的13微生物产生的溶菌酶,携带人溶菌酶基因的抗腹泻转基因克隆猪,（三）抗菌作用机理,它仅能选择性地分解微生物的细胞壁，而不能作用于其他物质。对革兰阳性菌G+、好气性孢子形成菌、枯草杆菌、地衣型芽孢杆菌等均有良好的抗菌能力。溶菌作用的最适条件为：pH值为67，温度50。,（四）功能及应用,是一种存在于人体正常体液及组织中的非特异免疫因子，是一种无毒、无害、安全性很高的蛋白质，且具有一定的保健作用。溶菌酶能杀死肠道腐败球菌，增加抗感染力，同时还能促进婴儿肠道双歧乳酸杆菌增殖，促进乳酪蛋白凝乳利于消化，所以是婴儿食品、饮料的优良添加剂。溶菌酶与其他抗菌物如乙醇、植酸、聚磷酸盐、甘氨酸加以复配使用，可大大提高其防腐效果。,六、鱼精蛋白,又称作组蛋白(Histon)，是一种存在于许多鱼类成熟精细胞中的碱性球形蛋白质相对分子质量较小，大约为400010000，结构简单。精氨酸占其氨基酸组成的三分之二以上。,耐热，在21090min仍具有抑菌作用，适宜加热食品,pH值为79时抑菌效果最强,pH范围,六、鱼精蛋白,抑菌谱,对枯草杆菌、芽胞杆菌、干酪乳杆菌、胚芽乳杆菌、乳酸菌、霉菌、芽胞耐热菌和革兰氏阳性菌等均有较强的抑制作用但对革兰氏阴性菌抑制效果不明显。,六、鱼精蛋白,七、聚赖氨酸,是由链霉菌属的生产菌产生的代谢产物其单体赖氨酸是一种必需氨基酸，热稳定性高，水溶性好，,在中性至微酸性范围内有较好的抑菌效果但在酸性及碱性pH值范围内效果不好当聚合度低于十肽，会丧失抑菌活性。,七、聚赖氨酸,对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、酵母菌、霉菌均有一定的抑菌效果对其他天然防腐剂不易抑制的革兰氏阴性的大肠杆菌、沙门氏菌抑菌效果非常好，对耐热性芽孢杆菌和一些病毒也有抑制作用,七、聚赖氨酸,实践发现聚赖氨酸可与食品中的蛋白质或酸性多糖发生相互作用，导致抗菌能力的丢失有弱的乳化能力。因此聚赖氨酸被限制于淀粉质食品。,七、聚赖氨酸,八、天然植物防腐剂,一些天然植物及其提取物具有一定的防腐抑菌作用。一些药食同源的中草药及其提取物也具有一定的防腐抑菌功能,4.几种禁用的防腐剂,一、硼酸二、甲醛三、水杨酸四、-萘酚,一、硼酸H3BO3,硼酸过去作为防腐剂，其他硼化合物如硼砂过去还作为面制品品质改良剂使用。硼酸的防腐作用较弱，用量大，容易引起中毒：影响神经中枢；对成人的致死量约在10克左右；每日摄入0.5克，长期摄入后，会发生消化器官作用的障碍。现在硼酸及硼砂都已禁止使用。,二、甲醛,甲醛毒性较高，对蛋白质有很强的凝固作用，能和核酸的氨基及羟基结合，使之变性而失去活性，能阻碍胃酶和胰酶作用，影响代谢机能，刺激器官。对大白鼠经口LD50：800mg/kg；对豚鼠经口LD50：260mg/kg。其35%40%水溶液即为福尔马林，福尔马林口服致死量约1020毫升。,三、水杨酸,对蛋白质亦有凝固作用，大白鼠经口LD50：1600mgkg。慢性毒性试验对大白鼠剂量达500mgkg以上出现成长障碍，700mgkg有胃出血与肾脏障碍。药用时有呕吐、头痛、听觉异常及剌激胃粘膜等副作用。,四、-萘酚,对人体黏膜有刺激性，可引起膀胱及尿道疼痛。大量的-萘酚吸收后主要引起胃炎。长期食用可引起慢性中毒。,5.防腐剂的应用,一、防腐剂的正确使用,防腐剂仅对未变质的食物起作用,了解所用防腐剂的抗菌谱、最低抑菌浓度和食品所带的腐败性菌类及染菌程度，做到有的放矢了解所用防腐剂的物化性质，如溶解度、pH值，以便正确使用了解添加防腐剂后食品加工、贮藏条件、保质期限，对防腐效果的影响，以便确定防腐剂的投放时机，使防腐剂始终有效,二、栅栏技术,防腐剂与保藏方法的混合使用，可以用“栅栏原理”进行解释。即几个栅栏(抑制因素)，如果以足够的数量和高度插在基质中，即使它们中任何单独的一个不能抑制微生物的话，还能够一起防止微生物的成长。,栅栏因子(HurdleFactor)即为加工中各种防腐保鲜方法栅栏因子共同防腐作用的内在统一，称作栅栏技术,（1.）物理性栅栏：包括温度(杀菌、杀菁、冷冻、冷藏)；照射(UV、微波)；电磁能(高电场脉冲、振动磁场脉冲)；超音波；压力(高压、低压)；气调包装(真空包装、充氮包装、CO2包装)等。（2.）物理化学栅栏：包括水活性；pH值；氧化还原电位；烟熏；气体(CO2、O2、O3)；保藏剂(有机酸、醋酸钠等等)（3.）微生物栅栏：包括有益的优势菌；保护性培养基；抗菌素、抗生素。,三、防腐剂与物理防腐方法的结合1.防腐与加热实践证明，在防腐剂存在下杀灭微生物所需温度，比无防腐剂存在时低得多，所需时间也短得多。山梨酸或苯甲酸与加热方法合用，可使酵母菌的失活时间缩短3080%,2.防腐剂与冷冻处理冷冻可限制微生物的增殖，加入防腐剂一般都能延长食品冷冻冷藏的保存期。在室温条件下，不足以防止食品腐败变质的防腐剂用量，在冷冻条件下是足量的。,3.防腐剂与辐照处理实验发现，防腐剂与辐照之间存在着增效作用，如在苹果、蔬菜、果汁、干酪和其它乳制品中使用山梨酸，可降低辐照保鲜处理的辐照剂量，有利于减少和防止辐照的副作用,有些食品可以完全不用添加任何防腐剂。譬如：,罐头是经过高温杀菌，抽空密封保存的食品，当然不需要加任何防腐剂。,用糖腌制的蜜饯和盐腌制盐干菜，由于高浓度的糖和盐使微生物细胞脱水，因此微生物很难在这类食物上繁殖,牛奶经乳酸菌发酵生成的酸奶，有防腐作用的乳酸和乳酸菌素，不需添加防腐剂。,啤酒经过巴氏杀菌为熟啤酒，经过微滤去除微生物酵母后为纯生啤，也不需要防腐剂。,而现在的方便面，经过高温烘焙，也不再需要加入防腐剂。,五、发展趋势,天然防腐剂由于抑菌效果、稳定性、价格等原因还不能完全取代化学防腐剂,而以此为基础的复合型防腐剂也尚处在研制之中,天然防腐剂正以它抗菌性强、安全无毒、热稳定性好、作用范围广等无可比拟的独特优点在食品、医药等领域飞速发展。,中草药提取天然防腐剂的研究,值得一提的