天然防腐劑食品保鮮作用研究進展

◎ 黃淑婷，姚和瑩，俞夢婷，臧彩利，胡依瓊，周芳美

（浙江中醫藥大學，浙江 溫州 310051）

食品在制作、運輸以及儲藏的過程中易受到外界環境的影響發生腐敗變質，引起食源性疾病、食物中毒等。同時，食品腐敗變質會造成資源浪費，給世界各地帶來巨大的經濟損失。因此，在食品中添加合適的防腐劑已成為延長食品保質期，保證食品質量的一道必然工序。現階段，食品加工業中多用化學防腐劑對食品進行防腐保鮮，但存在致畸性、致癌性，可引起食物中毒等多種弊端，因此尋找安全高效的新型防腐劑迫在眉睫。

天然防腐劑是一類從植物、動物、微生物等中提取出來的具有抑制微生物生長、延緩食品防腐變質作用的物質。其具有綠色天然、安全無毒和廣譜抗菌的優勢，可滿足人們對健康生活的追求。本文對天然防腐劑的抑菌機理、在食品防腐保鮮方面的應用，及天然食品防腐劑研究存在的問題和未來的發展前景加以概述，以期為天然防腐劑在食品防腐保鮮中的廣泛應用提供新思路。

1 天然防腐劑的類型

1.1 植物源防腐劑

植物源天然防腐劑是一類來源于植物，天然綠色、高效抑菌的防腐資源，含有酚類、黃酮類、精油類等活性成分，每一類活性成分包含許多不同結構的化合物，可通過破壞細胞結構完整性、干擾生物大分子的新陳代謝及細胞內環境的電生理特性等多種途徑發揮抑菌作用，實現防腐功能。植物源防腐劑除具有天然防腐劑固有的優點外，還具有水溶性強、安全性高、熱穩定性好等特性，可以穩定、高效地發揮保鮮功能。

植物多酚是植物體內分子量較高、結構較為復雜的次級代謝產物。CHEN等[2]研究得出甜菜糖蜜多酚對金黃色葡萄球菌、單核細胞增生李斯特菌、大腸桿菌和鼠傷寒沙門氏菌4種食源性病原體的生長均具有抑制作用，其抗菌機制可能是細胞質膜破損與蛋白質泄漏。黃酮類化合物是一類具有2-苯基色原酮結構的生理活性物質。其能滲入細胞，吸附細胞內帶有陰離子的細胞質，發生絮凝作用，擾亂細胞正常的生理活動，最終達到殺菌的效果[3]。植物精油是一類高度濃縮油狀液體物質，其能抑制菌絲體吸收營養物質，且抑制效果可隨處理時間的延長而逐漸增強。同時，精油能破壞菌體胞膜，使胞膜脫落，細胞內容物滲出，造成胞內大分子物質（核酸和蛋白質等）和一些必需分子丟失[4]。綜上，植物源防腐劑主要通過破壞細胞質膜，使內容物泄出，導致細菌死亡，發揮防腐保鮮作用。

1.2 動物源防腐劑

動物源天然防腐劑是一類從動物體中提取的，具有防腐保鮮功能的食品添加劑，其來源廣泛，主要有蜂膠、魚精蛋白、殼聚糖以及溶菌酶等。動物源防腐劑在人體消化道內可被降解為食物的正常成分，不影響消化道菌群，還具有一定的營養價值，具有安全無毒、優異的生物相容性等特點。

研究顯示[5]蜂膠是通過減少水果體內氧含量，降低呼吸強度，抑制有機物分解，減少水分蒸發而發揮防腐保鮮作用，且濃度越高，效果越顯著。另有研究表明[6]魚精蛋白能夠延緩一些真菌和細菌的生長與繁衍速度，可改變細菌的新陳代謝。同時，魚精蛋白可以與微生物的細胞壁結合，破壞細胞壁的形成，還可作用于微生物的細胞膜，影響細胞膜對能量的轉化能力及營養物質的吸收，達到防腐保鮮作用。殼聚糖是目前應用廣泛的動物源防腐劑。其抑菌機理分為兩種，即低分子量的殼聚糖能影響細菌細胞內RNA、蛋白質合成和線粒體功能，抑制新陳代謝；而高分子量的殼聚糖會更容易與細菌包被結合，使得營養物質無法進入細菌，抑制大分子的合成代謝，并使細菌細胞逐漸破裂分解[7]。綜上，動物源防腐劑是通過破壞細菌細胞壁、細胞膜，影響能量轉化、生物大分子的合成與線粒體作用的發揮，從而達到防腐保鮮效果。

1.3 微生物源防腐劑

微生物源天然防腐劑是一類通過微生物提純發酵，進而培養得到的新型天然防腐劑，主要有乳酸鏈球菌素、納他霉素、ε-聚賴氨酸等。微生物源防腐劑因種類豐富，數量繁多，穩定性高，在提取有效防腐成分時因微生物繁殖周期短而占有優勢，在食品防腐行業發展中具有較大潛力。

研究表明[8]乳酸菌能產生多種抗菌副產品，主要是有機酸、細菌素和過氧化氫，其中細菌素有高抗菌活性，能保持食物的感官特性。乳酸鏈球菌素是一種天然生物抗菌肽，具有抑制大部分革蘭陽性菌芽孢的生長和繁殖的作用，也可通過影響細菌中主要功能性基因的轉錄，有效阻止細菌生長和毒素的形成。納他霉素是一種多烯類抗菌素，其安全性高，可有效抑制細菌、酵母菌及霉菌的生長，延長食品保質期，保持食品的貯藏品質。吳劍等[9]研究發現，不同濃度的納他霉素對運輸過程中的葡萄具有一定的保鮮效果，可有效減少葡萄營養流失，保持其外觀、風味。與納他霉素相同，在食品中添加ε-聚賴氨酸同樣可抑制腐敗微生物的生長繁殖，延緩食品品質變化，延長食品貨架期。綜上，微生物源天然防腐劑可通過破壞菌膜，抑制菌的生長、繁殖，有效保持食品品質。

1.4 其他

近年來，許多研究發現天然防腐劑聯合使用效果優于單獨使用，可有效提高抑菌活性，具有抗氧化性，進而增強防腐保鮮效果。HAFSA等[11]研究發現桉樹精油與殼聚糖的復合涂層具有良好的抗菌活性，且可明顯提高純殼聚糖涂層的抗氧化性。與單一防腐劑相比，低濃度的復配防腐劑可發揮出良好的抑菌效果。木醋液和殼寡糖的混合物對冷藏鮮魚肉的微生物總數、亞鐵血紅蛋白含量、脂肪氧化以及蛋白質氧化均具有積極影響。其中，僅含1 g/100 mL木醋液的混合物就可明顯延長保鮮期[12]。

復配防腐劑抑菌機理復雜，會根據成分組成發生改變。盧娜等[13]研究發現，六氫β-酸/2-甲基-β-環糊精包合物可抑制單增李斯特菌在對數期的生長，破壞膜結構，影響菌體完整性，造成核酸、蛋白質、電解質等泄露。具有相同成分的復合防腐劑的防腐保鮮機制也有所不同。ε-聚賴氨酸和天然抗菌劑乳酸鏈球菌肽A的協同作用可對抗變形鏈球菌的生長，而ε-聚賴氨酸和冰蓄的聯合使用則是通過改變微生物群組成而延緩變質。

2 天然防腐劑對食品的防腐保鮮作用

2.1 在肉制品方面的應用

肉制品因水分活度高、營養豐富，易引發由微生物感染以及脂質、蛋白質、色素氧化導致的腐爛，因此肉制品保鮮的關鍵在于延緩營養成分的氧化和抑制微生物的生長。目前，運用于肉制品保鮮的天然防腐劑主要有多酚、殼聚糖、ε-聚賴氨酸等。

天然防腐劑發揮保鮮作用的主要途徑是中和活性氧及抑制微生物繁殖。MUNEKATA等[14]發現種子中的多酚類物質可通過延緩脂肪酸、蛋白質和色素氧化，保持肉制品的顏色、味道和整體品質。此外，天然活性成分可結合蛋白質、多糖、脂類等天然高分子物質形成抗氧化可食用膜，通過形成動態系統，釋放可食膜中的抗氧化成分來吸收氧氣、清除自由基，延長保質期。比較天然抗氧化復合可食用膜和單一天然防腐劑，發現天然抗氧化復合可食用膜具有適用范圍更廣、穩定性更強的優點。

2.2 在水產品方面的應用

水產品在儲存過程中，氧化、酶促自溶、微生物生長等會造成水產品的腐爛。為了保證水產品的新鮮程度，除低溫、冷凍保存外，還可添加天然防腐劑。天然防腐劑能減少各種不良生化反應的發生，抑制微生物生長，發揮延緩水產品腐爛的作用。目前用于水產品保鮮的天然防腐劑主要有精油、多酚、乳酸菌等。

NAVARRO等[16]通過實驗檢測被包裹在β-環糊精納米中的佛手柑、香芹酚和葡萄柚精油對金頭鯛儲存的影響，發現EOs+β-CD冰組的腸桿菌科細菌和假單胞菌計數較低。同時，相比于pH值快速上升的普通冰儲存組，EOs+β-CD冰組鯛魚的pH值無明顯變化，表明EOs+β-CD冰作為海洋生物防腐保鮮的選擇有一定的可行性。此外，微生物防腐劑通過抑制腐敗菌生長起到良好的保鮮作用。李剛等[17]運用變性梯度凝膠電泳技術，在貯藏期間，對不同濃度芽孢乳酸菌處理后的養殖大黃魚進行體表腐敗微生物的分子動態監控，發現一定濃度的芽孢乳酸菌對部分腐敗菌具有良好的抑菌作用。同時，芽孢乳酸菌產生細菌素抑制腐敗微生物對肌肉纖維的降解，減緩組織結構劣變、肌肉質地軟化，發揮防腐保鮮作用。

2.3 在果蔬方面的應用

果蔬在加工、運輸等過程中易受病原微生物入侵發生變質腐敗，而化學防腐劑易殘留于果蔬表面，對人體造成危害。因此，綠色安全且具有顯著保鮮效果的天然防腐劑成為良好替代品，如多酚類、精油類提取物、殼聚糖等。

VERDEGUER等[18]研究表明，300 μg·mL-1劑量的精油能完全抑制7種植物病原菌，且浸泡過精油的水果，其壞死程度明顯小于對照組。同時，精油對成熟番茄的真菌抑制率高達90%，并能使柿子的保質期延長至2個月。研究發現[19]將含有檸檬酸的生物活性乳清蛋白膜涂抹到蘋果切片上，能顯著降低多酚氧化酶活性，維持水分活度以及原有顏色，減少酶促褐變反應以及質量損失，延長貨架期。殼聚糖和多酚類化合物通過減少水分流失，抑制蔬菜的生理代謝，減少固體形成物的消耗而發揮防腐保鮮作用。復合防腐劑的抑菌保鮮效果明顯優于單獨的天然防腐劑。MOU等[20]研究發現，艾葉、高良姜、白鮮皮3種中草藥精油可抑制由黃曲霉、擴展青霉等霉菌引起的桃果腐爛。

2.4 其他

植物源防腐劑如多酚類和萜類化合物，可用于烘焙食品的保鮮儲存。JU等[22]研究發現丁香酚和檸檬醛對黑曲霉具有協同抑制作用。丁香酚主要通過破壞細胞膜的完整性，增大受損細胞膜的通透性而發揮作用，而檸檬醛主要促進腐敗菌細胞膜脂質過氧化，導致活性氧積累，通過細胞氧化應激誘導細胞凋亡甚至壞死，從而起到抑菌作用。在此結論上進行面包保鮮實驗研究，發現在25 ℃和35 ℃下，檸檬醛能將面包的保質期延長13.0 d和9.5 d，同時不會產生異味，具有很大的實際應用潛力。

在調味品中，微生物源防腐劑具有廣闊的使用空間。在醬油中添加乳酸鏈球菌素和納他霉素制成的復配防腐劑，能增強抑菌能力，延長醬油的密封保質期。在腌制品中加入ε-聚賴氨酸等生物防腐劑可有效抑制腐敗微生物的生長，且不會對腌制品的口感、色澤造成影響，其抑制效果優于化學防腐劑苯甲酸鈉和山梨酸鉀[23]。在菇類保鮮中，徐冬穎等[24]發現納他霉素能增強其清除自由基及抗氧化能力，抑制雙孢菇子實體褐化，減少質量損失率，降低呼吸強度，延長保質期。

3 結語

隨著人們對健康可持續生活及食品安全等方面意識的增強，天然防腐劑的開發成為當下研究的熱點，是食品防腐保鮮領域的重要方向。天然防腐劑對食品防腐保鮮的效果隨著研究的不斷深入已被證實，但還存在以下幾點問題。①國內外研究已發現大量植物、動物及微生物的提取物具有抑菌作用，但大多只停留于實驗階段，而我國研究出的具有防腐作用且允許使用的植物添加劑極少，被批準的天然食品防腐劑僅限6種。②天然防腐劑成本相對于化學防腐劑更昂貴，大部分商家會選擇化學防腐劑，使天然防腐劑不能得到推廣。③天然防腐劑的提取等加工技藝要求水平高，操作難度大。綜上，在未來的食品生產加工領域，需要改進和精簡天然防腐劑的制備方法，降低生產成本，或將天然防腐劑與化學防腐劑或兩種天然防腐劑配合使用，不僅可以降低成本，有效減少化學防腐劑的使用量，疊加防腐效果，還能拓寬使用范圍。因此，在未來的食品防腐工業中，天然食品防腐劑的運用將會成為食品防腐、保鮮的主要方式，也為后續的相關研究和課題提供新的思路和應用價值。