淺析防腐劑中的化學原理

陳卓

摘要：當下，食品安全獲得了各國社會的廣泛關注，作為現代食品行業發展中重要的一部分，食品添加劑的合理使用，對食品安全至關重要，防腐劑是一類重要的食品添加劑。本論文以幾種常用的食品防腐劑為例，通過探討其結構、性狀、作用機理及化學制作方法等，來分析防腐劑中存在的化學原理，進而加深我們對化學這門課程相關知識的理解，同時也讓我們意識到化學知識在生活中的廣泛應用，從而提升學習的熱情。

關鍵詞：防腐劑；化學制作方法；化學原理

一、防腐劑的作用機理

1、防腐劑

指加入到食品中能夠防止或延緩食品腐敗的食品添加劑。

因此，防腐劑應具備的條件主要有四個：（1）性質穩定，在一定時期內有效，即在使用中或分解后無毒；（2）在低濃度下，仍有抑菌作用；（3）本身無刺激性或異味；（4）價格合理，使用方便。

2、作用機理

食品的營養豐富，極易受到微生物污染而腐敗變質，在一定情況搭配防腐劑來將其保藏，能有效防止食品腐敗。防腐劑抗微生物的主要作用是通過抑制細菌、霉菌及酵母菌的新陳代謝和其生長來實現的，具體作用機理可歸納為以下幾點：

（1）通過作用在微生物的蛋白質上，使得其產生部分的變性，進而對微生物正常的生長或繁殖達到干擾的效果。

（2）通過微生物中酶系活性的抑制，影響正常的代謝；

（3）通過作用在微生物的細胞膜上，進而影響其滲透性，來對微生物的生理平衡產生破壞；

（4）通過對微生物細胞原生質中所存在的某些遺傳機的改變，達到防止腐敗作用。

二、常用的食品防腐劑

1、苯甲酸及其鈉鹽

1.1 結構

苯甲酸，俗稱安息香酸，分子式為C7H6O2，相對分子量為122.124；

苯甲酸鈉，俗稱安息香酸鈉，分子式為C7H5O2Na，相對分子量為144.11。

二者化學結構如下圖：

1.2 性狀

苯甲酸的性狀為：

（1）苯甲酸為白色有螢光的鱗片結晶或針狀結晶，或單斜棱晶，純度高時無臭味，不純時捎帶一點杏仁味；

（2）在熱空氣中微揮發，于100℃升華，能與水氣同時揮發；

（3）化學性穩定，有吸濕性，常溫下難溶于水，0.34g/100ml（25℃）；

（4）溶于沸水4.55g/100ml（90℃），也溶于乙醇、氯仿、乙醚、丙酮、二氧化硫和揮發性、非揮發性油中，微溶于乙烷；

（5）相對密度為1.2659，沸點為249.2℃，熔點為122.4℃。

苯甲酸鈉的性狀為：

白色顆粒或晶體粉末，無臭或微帶安息香氣味，味微甜；在空氣中穩定，易溶于水，53.0g/100ml（25℃）；溶于乙醇1.4g/100ml（25℃）；其水溶液的pH值為8。

1.3 抑菌作用

苯甲酸及其鈉鹽的防腐效果相同。在酸性條件下，有抑菌作用，但對產酸菌作用較弱，當pH值在5.5以上時，對很多霉菌和酵母的作用較弱。其抑菌作用的最適合pH值為2.5～4.0，一般以低于pH值4.5～5為宜，此時，它對一般微生物完全抑制的最低濃度為0.05%～0.1%。

1.4 抑菌機理

苯甲酸及其鈉鹽需要在酸性條件下，通過為解離的分子起抑菌作用，故稱之為酸型防腐劑，同時，其能作用于生物細胞內呼吸酶系，來抑制其活性，達到抑菌效果。

1.5 代謝

苯甲酸進行代謝后，不會積蓄在人體當中，它的代謝過程主要是大部分通過與甘氨酸的化合作用形成馬尿酸，而剩下的一小部分則和葡萄糖醛化后從人體排出。其具體的化學反應過程如下圖：

苯甲酸甘氨酸馬尿酸

剩余部分：

1.6 化學制法

苯甲酸的化學制法主要有三種：（1）由甲苯直接液相氧化制得；（2）以鄰苯二甲酸為原材料，通過氧化鉛、氧化鋅等的催化作用，實現其脫羧目的來制作出苯甲酸；（3）以甲苯為原料，通過氯化作用，進而產生三氯甲基苯，再結合石灰乳和鐵粉，進行水解作用制作而成。

2、山梨酸及其鉀鹽

2.1結構

山梨酸，又2，4—乙二烯酸、2—丙烯基丙烯酸，亦稱花楸酸，分子式為C6H8O2，相對分子量為112.13，是一種不飽和脂肪酸。

山梨酸鉀分子式為C6H7KO2，相對分子量為150.22。

2.2 性狀

山梨酸：無色針狀的結晶亦或者是白色結晶狀的粉末，在空氣中暴露時間久了很容易被氧化，難溶于水，溶于乙醇、乙醚等有機溶劑。

山梨酸鉀：為白色鱗片狀結晶或結晶狀粉末，無臭或微臭，極易溶于水，也易溶于高濃度蔗糖和食鹽溶液。

2.3 抑菌作用

（1）山梨酸對霉菌、酵母等菌類能起到很好的抑制效果；

（2）山梨山屬酸性防腐劑，其防腐效果隨pH值的升高而降低；

（3）山梨酸及山梨酸鉀宜在pH值5～6以下的范圍內使用。

2.4 抑菌機理

山梨酸是一種不飽和單羧基脂肪酸，其結構與微生物喜嗜的葡萄糖這種物質大致相同，它主要是通過自身雙鍵與微生物酶系的作用，來達到使其活性喪失，進而影響代謝的效果。山梨酸在人體內可以被很快派出去，對人體無害，是毒性最輕的一種防腐劑之一。

2.5 代謝

研究表明，山梨酸在人和動物體內與其他脂肪酸一樣進行新陳代謝，釋放熱量為27.58kJ/g，越50%的熱量被利用。根據14C山梨酸標記化合物證明，山梨酸不由尿液中排出，約有85%與其他脂肪一樣進行β氧化而降解，以CO2的形式排出，約有13%的山梨酸用于合成新的脂肪酸而存留在動物的器官、肌肉中。