食品防腐劑的研究進展

摘 要：食品防腐劑是為了延長食品的保質期、防止食品變質而添加的一類物質。它們可以抑制或殺死食品中的微生物，從而減緩食品腐敗的過程，也是現代工業化食品生產過程中必不可缺的添加成分。本文就食品防腐劑的種類、作用機制及應用現狀等進行總結分析，并提出其未來發展趨勢，以期為現代食品工業的發展提供借鑒與參考。

關鍵詞：食品防腐劑；化學合成防腐劑；天然防腐劑

Abstract： Food preservatives are a class of substances added to extend the shelf life of food and prevent food from spoiling. They can inhibit or kill microorganisms in food， thereby slowing down the process of food spoilage， and are also indispensable additives in the modern industrial food production process. This paper summarizes and analyzes the types， mechanisms of action and application status of food preservatives， and puts forward their future development trends， in order to provide reference for the development of modern food industry.

Keywords： food preservatives; chemosynthetic preservative; natural preservative

食品防腐劑是指人工合成或者從天然物質中提取的化學物質，它們被添加到食品中用于抑制食品變質、延長食品保質期、保持食品原有品質和營養價值。它們在食品工業中扮演著重要角色，通過抑制或殺死食品中的微生物、減緩食品的氧化反應，確保食品的安全和品質。食品防腐劑的安全性及質量標準是公眾關注的焦點。食品添加劑生產企業必須遵守國家有關食品安全和衛生的法律法規，確保產品的質量和安全性。我國對食品防腐劑的安全性和質量標準有著嚴格的要求，包括生產工藝、原料、含量和標簽等方面。此外，我國還建立了食品添加劑的審批制度和目錄，對食品防腐劑的類別和使用范圍進行了明確的規定。食品防腐劑主要分為兩大類，分別是化學合成防腐劑和天然防腐劑。隨著社會的高速發展，人們對食品安全和自身健康的關注度日益提高。其中，天然防腐劑的發展越來越受到重視。天然防腐劑是由生物體分泌或生物體內存在的具有抑菌作用的物質，經人工提取或加工而成，來源于自然界的植物、動物和微生物，具有較強的抗菌和防腐作用，同時具有較低的毒性和較高的營養價值。在食品工業中，根據不同的食品特性和需求，選擇合適的防腐劑對于保障食品安全、提高食品質量具有重要意義。人們在選擇食品防腐劑時，應當關注其安全性和質量標準，選擇符合國家法規和標準的防腐劑，以保障自身健康和權益。同時，食品生產企業也應當遵守國家有關食品添加劑的法律法規，確保食品的安全和品質。本文就化學合成防腐劑和天然防腐劑的種類、作用機制及應用現狀等進行總結分析，以期為現代食品工業的發展提供參考。

1 化學合成防腐劑

化學合成防腐劑是一類人工化學合成的防腐劑，其具有化學穩定、易于使用、價格便宜、種類多樣等特點，因此成為我國應用最廣泛的一類防腐劑[1]。其中，苯甲酸及其鹽類和酯類、山梨酸及其鹽類的應用最為廣泛。

1.1 苯甲酸及其鹽類和酯類

苯甲酸及其鹽類防腐劑是食品工業中常用的一種化學防腐劑，它們主要對霉菌、酵母和細菌有較好的抑制作用，以延長食品的保質期。其防腐機理是苯甲酸類防腐劑通過滲透作用而使微生物的細胞內物質外泄，破壞微生物細胞的正常功能，從而抑制微生物的生長繁殖；苯甲酸還可以與微生物細胞內的蛋白質發生作用，導致蛋白質變性，從而影響微生物的酶系統和代謝過程，進而對食品起到防腐、保鮮的作用[2]。在酸性環境（pH值為2.5～4.0）下，苯甲酸抑制細菌的效果最強，但當pH值＞5.0時，其抑制細菌生長的效果則不理想。通常，在食品中加入符合標準的苯甲酸時，對人體健康無損害且無毒副作用。但若人們攝入含有大量苯甲酸或苯甲酸鈉的食物，會導致肝臟損傷、神經結構或功能損壞和細胞代謝紊亂等[3]。由于其對微生物的廣譜抑制作用，苯甲酸在多種食品中有應用。例如，在調味品中添加苯甲酸可以確保調味品的品質；在飲料中添加苯甲酸，可以抑制細菌生長，保持產品的清澈度；在蔬菜和水果的保存過程中添加苯甲酸，可以延長其貨架期；在熟肉類、魚類、蝦類等產品中添加苯甲酸，可以防止產品二次污染；在方便食品，如方便面、速凍食品等中添加苯甲酸，有助于保持其新鮮度和口感[4]。

對羥基苯甲酸酯類的防腐劑，在日常生產生活中也被常稱為尼泊金酯類防腐劑。據研究，尼泊金酯類防腐劑的抗菌效果比苯甲酸類和山梨酸類防腐劑要強，而毒性又相對較低，使用的pH范圍也較廣，擁有良好的殺菌能力以及化學穩定性[5]。其抗菌活性機理是尼泊金酯類破壞微生物脂雙層，干擾微生物細胞膜轉運過程，導致微生物細胞內外的物質交換失衡，最終引起微生物細胞死亡[5]。尼泊金酯類防腐劑可作用于微生物細胞內的多種關鍵酶，通過破壞微生物的代謝活動發揮抑菌作用[5]。對羥基苯甲酸酯類對多種常見的細菌有抑制作用，如大腸桿菌、銅綠假單胞菌、黑曲霉等，其中對金黃色葡萄球菌的抑制效果最佳。但是，有研究表明，對羥基苯甲酸酯具有一定的雌激素活性，長期大劑量使用有可能干擾內分泌系統，引起體內雌激素的分泌異常，對人體健康產生影響[6]。我國食品添加劑使用標準禁止食品生產經營者使用對羥基苯甲酸丙酯和對羥基苯甲酸丙酯鈉鹽兩種化學物質作為食品添加劑[7]。因尼泊金酯類防腐劑的抗菌作用比苯甲酸及其鈉鹽和山梨酸防腐劑都強，食用安全性比苯甲酸、山梨酸類防腐劑高，所以其主要應用在飲料、調味品、糧油等行業中。

1.2 山梨酸及其鹽類

山梨酸及其鹽類是酸性防腐劑，其可以通過抑制微生物內的酶活力來抑制微生物的生長繁殖，從而達到防腐保鮮的目的。山梨酸及其鹽類易溶于無水乙醇、丙酮等多種有機試劑，但不易溶于水。其化學成分和結構不易發生變化，化學性質穩定，不易分解。同時，山梨酸及其鹽類也是一類毒性作用和危害十分小，對人體十分安全的防腐劑，其毒性僅為苯甲酸的1/4，防腐效果是苯甲酸的5～10倍[8]。因此，山梨酸及其鹽類防腐劑也被評為是一類安全且有效的食品防腐劑之一，被廣泛應用于肉制品、醬菜、水果蔬菜、飲料和糖果等食品行業中。

2 天然防腐劑

天然防腐劑主要從動植物中提取的具有防腐作用的物質，其能有效阻礙微生物的生長繁殖，延長食品保質期。與化學防腐劑相比，天然防腐劑具有以下特點。①天然防腐劑大多數來源于植物、動物和微生物，其成分對人體相對安全，不易產生過敏反應，降低了安全風險。②天然防腐劑可生物降解，對環境友好，減少了化學物質在環境中的積累，降低了環境污染。③天然防腐劑具有較廣泛的抗菌譜，可有效抑制多種細菌、真菌和微生物的生長，延長產品的保質期。④天然防腐劑的化學性質穩定，防腐作用時間長，使用成本較低。根據天然防腐劑的來源不同，可以分為三大類，分別是植物源天然防腐劑、動物源天然防腐劑和微生物源天然防腐劑。

2.1 植物源天然防腐劑

植物源天然防腐劑一般是指從植物的根、莖、葉、花、果實和樹皮等部位獲得的具有生物活性的植物素[9]。其殺滅微生物的機制一般為破壞微生物的細胞壁，影響微生物內蛋白質的形成，破壞微生物細胞膜的完整性，或者抑制一些酶的活性。植物源防腐劑主要來源于中草藥、香辛料、水果蔬菜等。研究表明，大量的中草藥有良好的抑菌作用。例如，從大黃、黃芩、黃連等多種中草藥中提取出有效的抑菌成分。香辛料為食品常見調味品。例如，在大蒜、生姜、茴香、丁香等多種香型料植物中，含有的揮發油成分具有天然的抑菌作用。在水果和蔬菜中含有豐富的果膠，其酶產物可應用于多種食品中，具有保鮮效果。例如，在檸檬、橙、葡萄中含有豐富的果膠，通過酶解作用降解為低聚物時，具有顯著的抗菌效果[10]。研究發現，植物源天然防腐劑對食源性致病菌的抑菌效果良好。孫軍濤等[11]將天然復合防腐劑茶多酚、葡萄籽提取物、番茄紅素和維生素Ｅ組成的復配液用于香腸的防腐研究。結果表明，復合配方液能有效抑菌防腐，提高香腸的品質。朱劍凱[12]將丁香、小茴香、肉豆蔻的提取液作為保鮮劑用于牛肉的嫩化和保鮮。結果表明，相比未經過保鮮劑處理的牛肉組，經香辛料保鮮液處理的牛肉可延長貯藏時間3～6 d，有效保持了牛肉的新鮮度。

2.2 動物源天然防腐劑

動物源天然防腐劑的來源較為廣泛。許多動物能產生一種抗菌肽的天然抗菌物質，它是動物機體重要的免疫應答分子。這種天然防腐劑有著良好的發展趨勢和龐大的市場容量。在食品工業中，應用最為廣泛的動物源天然防腐劑是魚精蛋白、殼聚糖等。魚精蛋白是一種堿性蛋白質，主要來源于魚類（如鮭魚），具有抑菌功效。其抗菌機制主要為魚精蛋白通過破壞微生物的細胞膜而殺滅微生物。魚精蛋白多用于糧食、方便食品、牛奶等食品保存，但其對新鮮海鮮類及肉制品的抑菌作用不佳，對加熱處理后的食品保存效果較好[13]。殼聚糖是從蝦蟹中提取的天然防腐劑，可進行大規模的工業化生產，具有低毒、無味、抗菌效果好等特點，是一種安全性能高的防腐劑，常常用于水果、醋腌食品的保鮮與防腐。

2.3 微生物源天然防腐劑

微生物源天然防腐劑是利用生物工程技術分離、提取的具有抑菌防腐作用的微生物及其代謝產物，是一種安全無毒、天然高效的食品防腐劑，可通過微生物培養過程進行大規模的工業化生產[14]。微生物源天然防腐劑如乳酸鏈球菌素、ε-聚賴氨酸和納他霉素在食品工業中的應用最為廣泛。

乳酸鏈球菌素是由多種氨基酸（鑭硫氨酸、脫氫丙氨酸和氨基丁酸）組成的多肽抗菌素類防腐劑，對人體無毒，在體內易被消化水解為氨基酸，是一種安全高效的防腐劑。乳酸鏈球菌素通過與微生物細胞壁結合，抑制細胞壁主要成分的合成；或改變細胞膜結構，導致細胞膜內外電勢差消失，破壞細胞的正常結構，從而引起微生物死亡[15]。乳酸鏈球菌素能有效抑制食品中革蘭氏陽性菌的生長，但對革蘭氏陰性菌、酵母和霉菌沒有抑制作用。乳酸鏈球菌素在乳制品、肉制品、罐頭食品、啤酒和果汁飲料等食品中具有廣泛應用。

ε-聚賴氨酸是一種由多個賴氨酸殘基組成的高分子聚合物，它是放線菌通過發酵產生的。ε-聚賴氨酸的抗菌機理是ε-聚賴氨酸呈高聚合多價陽離子態，它能破壞微生物的細胞膜結構，引起微生物細胞中的物質、能量和信息傳遞中斷，還能與胞內的核糖體結合影響生物大分子的合成，最終導致微生物的死亡。ε-聚賴氨酸是廣譜抗菌劑，對絕大部分微生物均具有抑菌作用，可應用于糧食、湯類、熟蔬菜、調味品中。

納他霉素是由鏈霉菌發酵產生的一類多烯大環內酯類防腐劑，是一種廣譜抗菌劑。其抑菌機理可能是納他霉素與微生物的細胞膜相結合，形成復合物（抗生素-甾醇復合物）或在細胞膜上形成水孔，改變細胞質膜和細胞膜的通透性，引起微生物內的氨基酸、水分等物質外泄而死亡。納他霉素的抑菌效果比山梨酸鉀高150倍[16]，在干酪、糕點、肉制品等生產中具有廣泛應用。

3 結語

在未來，食品防腐劑將面臨一系列技術挑戰和發展趨勢。從安全性、環保性、高效性、個性化、智能化以及國際交流與合作等方面來看，食品防腐劑的研究和應用將呈現出以下特點。在安全性方面，隨著科技的進步，新的食品防腐劑不斷被研發出來，但其安全性仍需要得到驗證。此外，食品防腐劑的長期攝入對人類健康的影響也需要進一步研究。在環保性方面，食品防腐劑的生產和使用對環境的影響越來越受到關注。因此，開發綠色、環保的食品防腐解決方案是未來的一個重要趨勢。例如，利用生物技術生產天然防腐劑，或者開發可降解的包裝材料等。在高效性方面，食品生產商需要不斷提高食品防腐劑的效果，以滿足日益嚴格的食品安全要求。這要求科學家通過技術創新，開發出具有更高效率、更廣譜的食品防腐劑，以應對不斷變化的食品腐敗問題。在智能化方面，食品生產商將利用現代信息技術，如物聯網、大數據、人工智能等，實現食品防腐劑的智能化應用。例如，采用智能包裝技術，實時監控食品的溫度、濕度、微生物活動等，以預測和防止食品變質。在國際交流與合作方面，隨著全球食品供應鏈的日益緊密，各國將在食品防腐劑領域加強合作，共同研究和開發更安全、高效的防腐解決方案。這有助于推動食品防腐劑技術的進步，提高全球食品安全水平。綜上所述，食品防腐劑在未來發展中將面臨安全性、環保性、高效性、智能化以及國際交流與合作等方面的挑戰。食品生產商和科學家需要共同努力，通過技術創新和合作，推動食品防腐劑領域的發展，保障食品安全，滿足消費者的需求。

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作者簡介：史倩（1994—），女，貴州貴陽人，碩士。研究方向：食品藥品等營養與檢測。