国外天然食品防腐剂的研究进展
陈冬梅,唐春红
(重庆工商大学环境与生物工程学院,重庆 400067)
摘 要:食品防腐剂是防止因微生物的作用引起食品腐败变质,延长食品保存期的一种食品添加剂。本文就天然食品防腐剂的分类进行了简要介绍,重点阐述了天然食品防腐剂的发展现状,此外,还简要说明了食品防腐剂的安全使用问题。
关键词:天然食品防腐剂;前景;抗菌性
中图分类号: TS202·3 文献标识码: A 文章编号:1006-2513 (2008) 02-0073-05
随着经济与社会的发展,人们对食品安全的 要求越来越高,食品工业因此获得了突飞猛进的 发展。食品工业的关键问题之一是防腐保鲜,延 长保存期,添加防腐剂是其重要措施之一。食品 防腐剂是防止食品腐烂,延长食品存放周期的一 种化合物,它在食品中的含量很低,一般不超过 食品总质量的0·2%。食品防腐剂不影响食品的 味道,它可以抑制微生物的生长,杀死食品中含 有的有害微生物,以此来防止影响食品保鲜的化 学过程,例如发酵、霉变和腐败等[1]。
食品防腐剂可以抑制微生物的生长速率,以 此来达到延长食品保存期的目的。食品防腐剂具 有抗菌剂和抗氧化剂的双重作用,它既可以抑制 霉菌,酵母等细菌的生长而起到防腐作用,另 外,它还可以使食物不产生腐臭,抑制褐变和黑 斑的形成。当氧气、光、热等其他一些可以引起 食品变质的反应条件同时存在时,防腐剂可以抑 制食品与这些因素之间的相互作用。在大批量食 品的储藏期间,防腐剂也可以最大限度的减少蛋 白质和氨基酸的损失,防止维生素的流失[2]。 本文就食品防腐剂的使用概况做了简要的介 绍,主要介绍了天然食品防腐剂,并且对未来防 腐剂市场的发展趋势做一些展望。
1 天然食品防腐剂的分类
按照防腐剂的来源不同,食品防腐剂一般可 以分为合成防腐剂和天然防腐剂。由于化学防腐 剂可能严重影响人们的身体健康,因此开发无毒 无害的天然食品防腐剂很快就发展成为社会关注 的一大热点。天然防腐剂不但对人体的健康无 害,而且还具有一定的营养价值,有些天然防腐 剂已达到或超过人工合成防腐剂的效果,新型天 然防腐剂更是如雨后春笋般出现。
根据天然食品防腐剂的来源不同可分为:微 生物源、动物源、植物源、矿物提取物及天然有 机化合物等五种天然食品防腐剂。
2 食品防腐剂的应用背景
2·1 食品污染问题
据美国疾病控制和预防中心的最近估计,大 约有2500万到3500万的美国人患有不同程度的 胃肠炎,这些患者中的25% 30%是由污染食品 造成的[3]。食品污染是由革兰氏阳性菌和革兰氏 阴性菌共同引起的[4],污染食品中主要的病原体 包括埃希氏菌属大肠杆菌、沙门氏菌、葡萄球菌 和杆菌。
食品污染过程中一个很重要的化学反应是脂 类的过氧化反应,这是发生在不饱和酸与氧分子 之间一种复杂的化学过程,反应中形成的自由基 在生命的起源和生物的进化过程中发挥了重要的 作用,在有机体的合成方面有着不可忽视的作 用。脂类过氧化反应形成的自由基可以引起器官 的老化和癌症的发生,并且可以引起食品的腐 烂[5]。
为了抑制脂类的过氧化反应,必需在食品中 加入适量的食品防腐剂,以此来达到防腐保鲜的 目的。由于化学品食品防腐剂存在潜在的毒性, 因此从自然资源中提取天然防腐剂就成了急待解 决的问题[6]。
2·2 目前的食品防腐技术
很多食品在自然条件下很容易腐烂,因此, 在食品的制备和储藏期间应该采取措施来防止酸 败以达到预期的储存期限。长途冷冻运输使得容 易腐烂的食品得到了国际化的推广,但是冷冻却 不能保证所有易腐烂食品的安全[7]。很多易腐烂 的食品都在低温下保存,这种方法仍然不能消除 全部有害微生物。一些防腐剂的替代技术,例如 高压、脉冲电流、脉冲磁场、辐射等,已经在使 用或者已在验证它们用于食品防腐剂的可能性。 栅栏技术已经成功的用于食品行业,用来抑 制病原体以维持食品的质量不受损害,但是问题 仍然存在。热处理技术是一种有效抵抗微生物病 原体的栅栏技术,无菌包装也是技术处理中一种 必要的手段,但是在食品的储存和运输期间,热 处理方法并不能随时使用。
为了稳定食品的化学性质,防止和抑制细菌 的生长,必须在食品的加工过程中加入一系列食 品防腐剂来延长保存期[7]。
3 天然食品防腐剂的发展
3·1 几种植物源天然防腐剂
随着社会经济的快速发展,人们的生活水平 得到了大幅度的提高,食品的卫生安全性得以日 趋重视。因此人们对食品防腐剂的要求也越来越 高,不但在安全性上提出了更高的要求,而且追 求营养化和功能化,因而极大地促进了高安全性 植物源天然防腐剂的研究、开发和应用。这就需 要食品研究者付出努力,来寻找具有广谱抗菌功 能的天然食品添加剂。
(1)香料
自远古时代,香料就被用于食品,而且对人 体安全无害。食品香料是能够用于调配食品香精 并使食品增香的物质,它不但能够增进食欲,有 利消化吸收,而且对增加食品的花色品种和提高 食品质量具有重要作用。当今的很多研究表明, 一些香料有望作为食品防腐剂来抑制微生物的生 长[3]。
(2)中草药
当今市场上流行的各种中草药对人体安全无 害,中草药提取物可以抑制或杀死革兰氏阳性菌 和革兰氏阴性菌,包括:葡萄球菌,杆菌,埃希 氏菌属大肠杆菌,沙门氏菌[3]。因此,可从中草 药等植物源中提取天然食品防腐剂,这是食品工 业中值得深入研究的一个领域。
(3)植物精油
植物精油通常是几种化合物的混合物,植物精油可以用于食品和药品,中草药植物精油用于 食品方面对人体健康的危害最小。很久以前,植 物精油和某些成分就被用于食品的调味料。因为 具有广谱的抗菌性,植物精油和一些类似的化合 物已经允许用作食品防腐剂。
据研究报道,精油类防腐剂对很多病原体具 有抗菌性。组成精油的化合物通常具有特殊的官 能团,这些官能团在决定化合物的抗菌性时起到 了重要的作用。其中,具有酚类官能团的化合物 其抗菌性最强。丁香、牛至、迷迭香、百里香、 鼠尾草、香草醛这些植物精油对微生物具有很强 的抗菌性,但是它们对革兰氏阳性菌的抗性要比 革兰氏阴性菌好。很多植物精油对革兰氏阳性菌 和革兰氏阴性菌都有很好的抗性,例如:丁香、 牛至、肉桂和柠檬醛[7-8]。
植物源天然食品防腐剂以其高安全性得到了 社会的广泛重视,我国拥有丰富的植物资源,开 发植物源天热防腐剂具有巨大的发展前景。
3·2 动物源天然防腐剂
动物源天然防腐剂是指从动物体内提取出来 的防腐剂,在食品行业中,这是一个发展前途看 好的领域。常用的动物源防腐剂主要包括:鱼精 蛋白、蜂胶和壳聚糖。蜂胶是一种蜡状树脂,是 从众多植物特别是花和叶芽上面采集来的多种成 分组成[9]。蜂胶是食品的天然成分,并且对人体 无毒无害,因其具有良好的抑菌性而被用于食品 防腐剂[10]。
聚阳离子 生物高聚体,它无毒无害,可生物降解。近年 来,国外一些研究主要是通过化学修饰或者生物 酶改良的方法来改善壳聚糖的抗菌性。但是,化 学修饰的方法可能产生对人体有害的物质,因此 在食品行业中不常使用,取而代之的技术就是生 物酶改良。壳聚糖-葡萄糖络合物(CGC)是一 种壳聚糖的改良物质。在对抗假单胞菌,葡萄球 菌,杆菌以及一些常见的可以引起食物变质的细 菌时, CGC表现出良好的抗菌性性质决定此物质 可以用作食品防腐剂[11]。
除了这些常用的防腐剂外,科研工作者更加 致力于研究开发新型动物源天然防腐剂,例如从 家蝇体内提取天然抗菌分子作为食品防腐剂,这 是食品研究中比较前沿的领域。Hf-1是从家蝇 幼虫提取出来的一种肽,这种肽可以抑制食品中 的病原体,如埃希氏菌属大肠杆菌,假单胞菌, 沙门氏菌,葡萄球菌和杆菌。Hf-1可以作为桔 汁的杀菌剂,大约与安息香酸钠有同等当量的抗 菌活性。它可以降低细胞表面的疏水性,破坏细 胞膜,从而对微生物产生抗性,实验表明Hf-1 有望作为食品防腐剂[4],但是其实用性还有待考 证。
我国动物资源丰富,生物多样性大,而昆虫 占据全部生物种类的50%,超过80%的昆虫生活 于陆地,这就为食品防腐剂的研究工作提供了良 好的平台。从昆虫体内提取天然食品防腐剂尽管 还处于起步阶段,但是这一领域具有良好的发展 前景。
3·3 新型生物食品防腐剂
现在,食品行业面临的巨大压力就是减少食 品中化学添加剂的用量,因此,食品行业亟需制 造出基于天然化合物的食品防腐剂。
(1)溶菌酶
众所周知,溶菌酶是一种良好的抑菌蛋白, 食品行业中已经考虑使用溶菌酶作为食品防腐 剂。但是,溶菌酶的活性仅在有限的革兰氏(染 色)阳性菌中才可以体现,因为在革兰氏(染 色)阳性菌细胞壁内,它可以透过胞壁酸酶并且 可以水解细胞壁内层,以此来破坏食品中含有的 有害细菌[12]。
(2)细菌素 细菌素是抗菌素合成的一种核 糖体,由包括乳酸菌在内的很多种细菌合 成[13-14]。许多食品中都含有乳酸菌,其中大部分 乳酸菌可以合成细菌素。细菌素具有生化性能和 遗传性能,绝大多数细菌素都没有毒性,长期的 研究和应用表明,细菌素可以安全使用[15]。尼生 素(即乳酸链球菌素)是可以抑制食品酸败菌的 一种细菌素[16],它在食品中的应用较广,广泛应 用于食品的发酵过程[17]。
细菌素作为生物防腐剂的成分之一,近年来 得到了广泛的研究应用,并且在控制致病原和微 生物酸败方面起了重要的作用。但是,食品中能 否直接添加细菌素的合成物作为食品防腐剂,尚 需要更多实验的验证[18]。 生物型防腐剂尽管安全性高,但同化学合成 防腐剂相比,存在有效抑菌浓度较高、用量大和价格贵以及成本高等不利因素。开展生物型防腐 剂的复配应用研究,以提高防腐效果、拓宽抗菌 谱和降低成本,是今后生物型防腐剂研究的重要 方向[19]。
3·4 防腐剂的复合使用
随着国家和消费者对食品安全性的日益重 视,以及国家食品安全准入制度的建立和健全, 必须对生产流程、生产环境、生产员工健康以及 原辅材料,尤其是食品添加剂给食品带来的安全 性问题提出更确切和更高水平的要求。寻找和使 用高效、低毒、广谱、易配伍的防腐剂,在保障 合理保存期的前提下尽可能少的使用防腐剂,对 于增加食品的安全性以及降低产品成本是有积极 意义的。多种防腐剂复合使用应该是一条有效的 途径。
最新研究表明,将合成防腐剂与包装材料复 合,是食品防腐剂行业发展势头良好的一个领 域。这样可以缩小抗菌剂与食品的接触面积,进 而安全有效的抑制有害微生物。防腐剂的选择应 该立足于目标食品与防腐剂的兼容性,并且为一 系列常用防腐剂的使用提供可行空间[12]。
4 食品防腐剂的安全使用
食品防腐剂的种类很多,一般来说,防腐剂 对微生物有毒性但对人体却是安全的,但是,并 不是所有对人体安全无害的防腐剂都可以应用于 食品。在波兰,只有10种化合物可以作为食品的 防腐剂[1],美国允许使用的防腐剂约为50种, 日本约为40种,我国允许使用的为32种。世界 上的各个国家对食品防腐剂有不同的标准。
4·1 食品添加剂使用相关规定
世界上不同国家对于食品添加剂的使用有着 不同的规定,和其他很多国家一样,巴西严格遵 循食品添加剂专家委员会FAO/WHO组织(JEC- FA)的各项法规。按照JECFA的规定,一种添 加剂的安全使用量可以用每日最大摄取量(ADI) 来衡量,这表示这种量的物质可以在一天之内被 人体消耗,对于整个生命周期而言,对健康不会 造成危害。ADI的表示方法是mg添加剂/kg体 重[20]。
一些国家规定,食品中使用的所有防腐剂都 必须注明其常用名和化学名,并且必须列出防腐 剂中所含有的成分。在一些标签上经常可以看见 这样的字样,面包上的丙酸钙,扁豆上的磷酸氢 二钠和EDTA,起酥油上的BHA。即使一些用作 零食的食物,例如水果干、土豆片上都注明含有 磺酸基防腐剂。
为了确保食品防腐剂的安全,食品添加在使 用之前要接受严格的检验。即使已被审核合格的 防腐剂,如果要用作其他的途径或者改变用量, 也必须重新进行审核,生产厂家必须确保这种防 腐剂的使用对人体是安全无害的。同时,食品防 腐剂不能掩盖食品的本来面目,含亚硫酸盐的防 腐剂可以使肉类显得红润,使过期的肉制品看起 来与鲜肉颜色接近,这种防腐剂已被禁用。
食品防腐剂法规要求食品防腐剂必须符合食 品级,并且防腐剂标注为食品的成分之一。另 外,食品防腐剂的用量不得超出法规规定的用 量。食品生产商认为,加入一定量的食品添加剂 不会对食品安全造成威胁[2]。
4·2 科学评价食品防腐剂
近年来世界各国对食品的防腐虽然采用了很 多先进的保藏手段。如气调速冻保藏、辐射保 藏、真空充氮贮藏、低温贮藏、脱氧保藏等。但 化学防腐剂的应用仍很普遍。防腐剂的使用,对 食品工业的发展发挥了巨大的作用。而且防腐剂 的品种不断增加,使用量逐年增长,因此利用防 腐剂进行食品的防腐保鲜仍然是一种不可缺少的 重要手段。立足于当前,我们必须正确地使用已 有的食品防腐剂。
防腐剂在食品中的主要作用是抑制有害菌的 繁殖,不让细菌和霉菌在食品中产生毒素,或是 大量繁殖引起疾病。从这一点上来说,它们是功 大于过的。权威人士指出,只要是国家法律法规 规定允许使用的食品添加剂都是经过严格的安全 性评价,在正确的使用范围、正确的使用量内, 其安全性完全能够保障。食品防腐剂不仅仅是对 生产厂家有利,同时也是确保人们享用到安全新 鲜食品的必须手段。食品防腐剂多数会由人体正 常代谢,合理使用对人体是无害的[21]。
5 展望
随着人们对食品安全性的认识和要求的逐步 提高,化学防腐剂受到严峻挑战,食品防霉防腐 剂的天然化已成为今后的发展方向。天然防霉防 腐剂是近年来国内外倡导、开发和寻求的新型产 品,开发抗菌性强、安全无毒的天然防霉防腐剂 已成为各国科技工作者的研究热点。它不但对人 体健康无害,有的还具有一定的营养价值,是今 后开发的方向。目前,此类产品多用于食品工 业,主要作为食品添加剂[19]。
我国具有丰富的资源,开发天然防腐剂具有 优势。据预测,食品产业在未来的5 10年内仍 将保将持续发展态势,在整个国民经济的发展中 发挥着越来越重要的作用。很多专家认为,我国 的食品工业要获得长足的发展,必须把提高食品 安全性放在重要位置。而提高防腐保鲜技术水 平、广泛而合理地应用防腐剂,是加强食品安全 性的重要保障,现代食品工业的发展离不开防腐 剂的保驾护航。因此,食品防腐剂的应用对整个 食品行业的发展,乃至对我国国民经济的发展将 发挥着越来越重要的作用。