生物源食品保鲜剂研究进展

来源：食品添加剂供求网发布时间： 9/24/2015 9:14:53 AM

   食品加工产业已经成为国民经济三大支柱产业之一。由于食品在加工、贮藏、消费的过程中很容易受到各种有害微生物的侵害而变质腐坏，食品防腐保鲜便成了食品加工业中的重要问题。随着人们生活水平和环保意识的逐步加强，人们对防腐保鲜剂的要求也越来越高，而传统的化学保鲜剂已被证实具有潜在的危害性，所以，研发天然、高效、无毒、安全的食品保鲜剂势在必行。近年来，对生物类食品保鲜剂的研究表明，这类食品保鲜剂具有良好的抗菌性、稳定性、安全性和高效性等特点，因此，生物类食品保鲜剂必将成为未来食品保鲜的发展方向。
    1· 微生物源食品保鲜剂
    微生物用于食品保鲜的研究较多，其中以细菌性保鲜材料的报道最为常见，车建美等以短短芽孢杆菌为原料生产的微生物保鲜剂“果立鲜”，对龙眼、台湾大青枣、西瓜等水果均有一定的保鲜作用［1］；乳链菌肽能有效地抑制许多引起食品腐败的革兰氏阳性菌的生长和繁殖，延长产品保存期4-6 倍，对人体安全无害，是细菌素中应用最广泛的高效、无毒天然食品防腐剂［2］。
    1.1 种类及主要成分
    微生物源食品保鲜剂的成分可分为以下3 大类：   1.1.1 微生物菌体
    微生物菌体可直接用于食品的保鲜，如利用嫌气性蜡样芽孢杆菌的菌体粉末对绿茶进行生物保鲜［3］。
    1.1.2 微生物代谢物
    某些微生物的代谢产物也可对食品起到保鲜作用。乳酸菌代谢产物如乳酸、双乙酰、脂肪酸、二氧化碳、过酸化物和Nisin 等都有一定的抑菌作用［4］，而Nisin 配合磷酸盐，应用于鲜牛奶、鲜豆奶，可延长其保质期1-4 周［5］。
    1.1.3 微生物发酵液
    微生物发酵液中含有多种有效抑菌杀菌成分，是一种很好的保鲜源材料。车建美等用短短芽孢杆菌FJAT-0809-GLX 的发酵稀释液喷施于龙眼果实上，起到了较好的保鲜作用［6］；赖建研究发现木霉发酵液能有效抑制茄子采后病菌的繁殖［7］。
    1.2 保鲜机理
     1.2.1 抑菌作用
    微生物通过抑制甚至杀死有害微生物，保护食品免于其危害，从而达到食品防腐保鲜的作用。如乳酸菌的发酵主产物乳酸，能够通过与其他发酵产物（如CO2、H2O2、双乙酰等）的协同作用达到抗菌的效果［8］。
    1.2.2 竞争作用
    具有保鲜作用的微生物与有害微生物产生竞争，达到抑制有害微生物繁殖的作用。闫高峰等研究证明，乳酸菌可以通过与有害微生物竞争羊肉表面的糖类，限制其繁殖，从而起到较好的保鲜作用［9］。
    1.2.3 形成生物保护膜
    具有保鲜作用的微生物能够在食品表面形成一层生物保护膜，使食品与氧气隔绝，同时防止食品中水分过快蒸发。张福星等发现，生物保鲜膜能够抑制荔枝果实的呼吸作用，防止水分蒸发过快，减少微生物的污染及其腐败作用，起到明显的防腐保鲜功效［7］。
    1.3 应用
    近年来，微生物源食品保鲜剂的实际应用越来越广，如乳酸菌细菌素Nisin 主要用于蛋白质含量高的食品防腐，如肉类、豆制品等，但不能用于蛋白质含量低的食品中［5］。此外，在水产品［4］、熟食［10］、鲜肉［11］和果蔬［1］的保鲜中，微生物源保鲜剂也有着广泛的应用。
    2 ·植物源食品保鲜剂
    我国植物资源丰富，植物抗菌的效果及其安全性已在实践中被证实。近年来，大量研究报道了植物在食品防腐保鲜上表现出的显著效果。刘翔等用山奈等33 种药食两用香料植物对多种细菌进行抑菌活性研究，结果均显示了较好效果，为开发植物源杀菌保鲜剂提供了理论参考［12］。Montero-Prado P［13］、Serrano M［14］等都做了大量研究，表明植物源食品保鲜剂具有良好保鲜作用。
    2.1 成分
    2.1.1 精油类
    植物精油是从植物中萃取的，其主要化学成分包含芳香族化合物、脂肪族化合物、含氮含硫化合物以及萜烯类化合物［15］。大量研究表明，素馨花香精油中主要成分茉莉酸香脂（MeJA）对草莓［16］、番茄［17］、香蕉［18］、甜辣椒［19］等都具有防腐败和保持果实品质的作用。
    2.1.2 酚类
    酚类化合物结构中含苯环并连有羟基，羟基为吸电子基团，能有效延缓氧化作用。如丁香酚能够通过帮助清除自由基而中断自由基链反应，有效地减慢氧化。钟业俊等研究表明，丁香酚与茶树油、柠檬醛复配的挥发性香氛可以抑制荔枝果实腐败，延缓果皮衰老和果肉中维生素C 含量的降低［20］。
    2.1.3 生物碱类
    生物碱具有良好的抗菌防腐作用，郁建平等研究表明，盐酸血根碱、盐酸小檗碱、博落回碱和博落回总碱都具有一定的抗菌功效［21］。袁静等实验证明，苦参生物碱具有一定的抑菌活性［22］。
    2.1.4 抗毒素类
    植物抗毒素是植物在对抗病原菌入侵时由寄主细胞产生的抑制病原菌生长的物质。植物抗毒素的种类与入侵的病原菌种类无关，只取决于寄主植物。异黄酮类化合物是植物抗毒素中最重要的一种。刘晓蓉等研究发现，金樱子果实中的黄酮有较好的抑菌功效［23］。
    2.1.5 有机酸类
    有机酸类化合物在中草药的叶、根、特别是果实中广泛分布。有机酸类保鲜作用显著，王扬等将乳酸、柠檬酸和磷酸按比例复配成复合有机酸对冷鲜肉进行保鲜实验，结果表明其有显著的抑菌效果［24］。有研究表明，复合有机酸保鲜剂OAA-7对水蜜桃［25］、番茄［26］等都有良好抑菌及保鲜作用。
    2.2 保鲜机理
    2.2.1 抑菌作用
    由于种类多样，各种植物源食品保鲜剂的抑菌机理也有不同，如肉桂醛通过使黄曲霉菌细胞的细胞壁、细胞浆凝固变性，破坏细胞器，从而达到抗黄曲霉的作用［27］；甘薯块根花青素通过与大肠杆菌细胞中的蛋白或酶结合，使之失活变性，抑制了大肠杆菌的生长繁殖［28］；张慧芸等则发现，当丁香提取物作用于李斯特菌后，细菌细胞膜破裂，细胞内容物流出，细胞死亡［29］。
    2.2.2 抑制果蔬呼吸作用
    植物源食品保鲜剂也能从其他方面对食品保鲜起作用，如采用肉桂精油处理砀山酥梨，可以有效减慢果实呼吸作用，推迟乙烯高峰的出现，对保持果实的品质作用显著［30］；丁香精油和丁香酚能抑制苹果呼吸强度，延缓可溶性固体物质、酸含量和果实硬度的下降，减慢果实的衰老，保持苹果的品质［31］。
    2.3 应用
    植物源食品保鲜剂主要应用于果蔬的贮藏保鲜，但也有将有机酸类应用在肉品保鲜上的报道。
    2.3.1 直接保鲜   保鲜剂直接用于食品保鲜。这在果蔬的采后保鲜中较为常见，具体方法有浸蘸、喷洒和熏蒸等，如将桉树和肉桂精油蒸气处理草莓和番茄，可以一定程度上保持水果在贮藏和运输期间的品质［32］；丁香酚与茶树油、柠檬醛复配的挥发性香氛可以抑制荔枝果实腐败，延缓果皮衰老和果肉中维生素C 含量的降低［20］。
    2.3.2 涂膜保鲜
    如在壳聚糖涂层中加入佛手柑精油，可以明显提高葡萄的冷藏质量［33］。
    2.3.4 包装保鲜
    如杨艳等指出，将瓦楞纸箱用植物源食品保鲜剂处理后，能使其具有抑制细菌生长，延长食品货架寿命的作用［34］。
    3· 动物源食品保鲜剂
    动物源食品保鲜剂品种较多，其中溶菌酶、鱼精蛋白、壳聚糖、蜂胶等都已经广泛应用于实际生产中。
    3.1 种类
    3.1.1 溶菌酶
    溶菌酶又称胞壁质酶或N-乙酰胞壁质聚糖水解酶，普遍存在于人体多种组织，鸟类和家禽的蛋清、哺乳动物的各种体液，在常见的实用水果中亦可分离得到［35］。在2010 年，卫生部便发布公告批准溶菌酶等8 种物质为食品添加剂。因其有效的杀菌作用和安全性，溶菌酶已经被广泛应用于多种食品保鲜中。
    3.1.2 鱼精蛋白
    鱼精蛋白是从各种鱼类的成熟精巢组织中提取出的一种球形碱性蛋白质，其蛋白质结构中大部分为精氨酸，鱼精蛋白通常与DNA 紧密结合在一起，以核精蛋白的形式存在。除鱼类外，许多哺乳类动物（如老鼠、人、公猪等）的精巢组织内也含有鱼精蛋白［36］。
    3.1.3 蚯蚓提取物
    蚯蚓在中药上也称地龙，其体内含有多种药用成分，如溶栓酶、抗氧化酶、抗菌肽、抗肿瘤成分、钙调素和钙结合蛋白、消化酶等等［37］。李文平等曾将蚯蚓提取物的稀释液用于肉品的保鲜，结果表明蚯蚓提取液对4℃左右冷藏保存的鲜肉有较好保鲜作用［38］。
    3.1.4 蜂胶
    蜂胶是蜜蜂采集植物树脂，混入自身代谢产物并进一步加工所得的一种有芳香气味的物质。目前，已确知的蜂胶成分有黄酮和类黄酮类、芳香酸和芳香酸酯类、脂肪酸和脂肪酸酯类、酚类、醇类、醛类、酮类、萜烯类、氨基酸、多种维生素以及矿物质等［39］。因其含有多种对人体有益的物质，且具有光谱抑菌、抗氧化等功能，已经被人们广泛应用于食品保鲜当中。
    3.1.5 壳聚糖
    壳聚糖是一种天然高分子多糖类物质，由甲壳生物外壳或昆虫外骨骼中的甲壳素经脱乙酰基处理后得到，具有良好的成膜性、可降解性、抑菌性及安全性，非常适于用作食品保鲜剂的材料。有研究表明，壳聚糖对鲜切菠萝蜜［40］、冷却猪肉［41］、金冠苹果［42］等都有较好保鲜作用。
    3.2 保鲜机理
    动物源食品保鲜剂种类多样，各种保鲜剂因其化学成分不同，保鲜机理也有差别，但基本上都是通过以下3 方面起到防腐保鲜作用的：
    3.2.1 抑菌作用
    通过抑菌甚至杀菌，达到对食品保鲜的效果。溶菌酶可以切断N-乙酰葡萄糖胺和N-乙酰胞壁酸之间的β-1，4 糖苷键，使细胞壁的肽聚糖水解，从而破坏细胞壁外膜结构，使细胞因渗透压不平衡而破裂［43］。
    有研究报道，鱼精蛋白对细胞呼吸代谢酶系统有微弱影响，也可以抑制线粒体电子传递系统中的一些特定成分［44-45］。
    蜂胶提取物对细菌和真菌都有显著的抑制作用，其中对革兰氏阳性菌的抑制效果要明显优于对革兰氏阴性菌的抑制效果［46-49］，但蜂胶抑菌的具体机理还很少有人报道。
    壳聚糖可作为一种阳离子表面活性剂与细胞外膜的阴离子结合，影响膜质代谢，改变细胞膜通透性，从而导致细胞内容物的外漏，使细胞死亡［50］。
    3.2.2 抗氧化作用
    多种动物源性保鲜剂能够减缓食品表面的氧化作用，从而延长食品的保存时间。
    如蚯蚓的抗氧化提取液对超氧阴离子自由基及羟基自由基均有较强的清除作用，对脂蛋白多不饱和脂肪酸过氧化体系中的脂质过氧化也有较强的抑制作用［51］，因此，可以推测蚯蚓保鲜作用可能与其体内含有的抗菌肽或抗氧化酶等有关系，且极有可能是多种物质共同作用的结果。
    蜂胶中含有多种强抗氧化成分，如醇、醛、酮和萜烯类化合物等，可以抑制过氧化阴离子和羟基自由基的产生。蜂胶中还含有一种非常重要的抗氧化活性成分———咖啡酸苯乙酯（CAPE），它含有儿茶酚胺结构，可以通过抑制5-脂氧合酶（5-COX）和黄嘌呤氧化酶（XO）的活性而减少超氧化物歧化酶（SOD）的消耗，从而起到抗氧化的作用［39，52］。
    在肉类食品的贮藏过程中，一些原本结合在蛋白中的铁被释放出来，激发了活性氧，从而导致脂质氧化作用的发生。Peng C 等的研究表明，壳聚糖能通过螯合脂质氧化过程中的亚铁离子，消除其过氧化物活性，或者将其转化为三价铁离子，从而抑制脂质的氧化［53］。
    3.2.3 成膜性
    某些保鲜剂能够在食品表面形成一层生物保护膜，阻止食品与外界的气体交换，抑制果蔬的呼吸作用。
    如蜂胶粘性大，具有良好的成膜性，膜的形成不仅可以杀灭或抑制酵母菌、霉菌等病源微生物对食品的侵袭，还能阻止被保鲜物与外界气体的交换，从而减少水分蒸发，降低呼吸强度和调节新陈代谢，可有效防止其腐败变质［52］。
    壳聚糖大分子中含有大量的羟基（-OH）和游离氨基（-NH），由于游离氨基的存在，壳聚糖易溶于弱的有机酸，形成具有一定黏度的透明溶液；将此溶液涂布在食品表面可形成一透明的壳聚糖薄膜。此膜具有通透性，可在阻抑外源氧气进入膜内的同时，使果蔬呼吸产生的二氧化碳外逸。通过调节壳聚糖膜内氧气和二氧化碳的浓度，减弱果蔬呼吸作用，达到保鲜目的［50］。
    3.3 应用
    动物源食品保鲜剂在各种食品的保鲜应用中都表现出了良好的效果，如王明力等研究表明，溶菌酶可有效提高黄瓜贮藏期间的品质，减缓黄瓜维生素C 的下降速度及叶绿素分解速度［54］；李文平等曾将蚯蚓提取物的稀释液用于肉品的保鲜，结果表明蚯蚓提取液对4℃左右冷藏保存的鲜肉有较好的保鲜作用［38］；王陆玲等研究发现，1‰山梨酸钾与1‰鱼精蛋白对香肠中的腐败菌抑制作用最好［55］。除果蔬和肉类制品外，动物源食品保鲜剂在禽蛋［56］、乳制品［57］、水产品［58］以及熟食［59］等的保鲜上都有着广泛的应用，其保鲜效果也都非常显著。
    4· 生物源食品保鲜剂的利弊及其应用前景
    4.1 生物源食品保鲜剂的优点
    随着化学保鲜剂逐渐地退出保鲜领域，生物源食品保鲜剂得到了越来越多的重视。相对于传统的化学保鲜剂，生物源食品保鲜剂具有以下方面的优点：
    4.1.1 广谱抗菌性
    生物源食品保鲜剂一般具有广谱抗菌性，如植物抗毒素类对病原菌并不表现特异性，可作用于多种病原菌；溶菌酶对多数革兰氏阳性菌有良好的杀菌抑菌效果。
    4.1.2 高效性
    大部分生物源食品保鲜剂的保鲜效果都非常显著，如蜂胶、壳聚糖、乳酸菌等，均可达到明显的抑菌、保鲜的作用。
    4.1.3 天然性及相对安全性
    生物源食品保鲜剂都是从生物体直接提取而来，是一种纯天然的物质。绝大多数生物源食品保鲜剂都是无毒的，其安全性远高于传统的化学保鲜剂。
    4.2 生物源食品保鲜剂的缺点
    虽然生物源食品保鲜剂有着诸多的优点，但是要达到广泛、大量地应用还有一些问题需要解决：
    4.2.1 活性成分的纯化和结构鉴定尚待深入
    以往大部分生物源食品保鲜剂都是使用粗提物进行相关的研究或生产，某些保鲜剂中起着保鲜作用的具体物质尚不清楚，因此，只有深入鉴定具体的保鲜活性成分，才可能有目的地大规模生产。
    4.2.2 保鲜效果有待进一步提高
    单一生物源食品保鲜剂的保鲜效果不尽人意，想要达到较好的效果，往往需要将多种保鲜材料制成复合保鲜剂使用。
    4.2.3 一些保鲜剂的提取成本过高
    如鱼精蛋白虽然是从利用价值不高的鱼类精巢提取，但实际可利用的鱼类不多，加之其提取、纯化的过程复杂，使得鱼精蛋白成本加大，到目前也还未实现大规模的工业化生产。
    当然，随着现代生物技术的飞速发展，我们也可以利用基因工程技术，将生物源食品保鲜剂活性成分的编码基因植入基因表达载体，再转到合适的宿主表达细胞，使得这些活性成分可以大量地生产，以解决其来源不足，成本过高的缺点。总而言之，在环保和安全显得愈发重要的今天，生物源食品保鲜剂以其不可忽视的优点，必将成为食品防腐保鲜材料中最重要的一类。

附件：

用户名：

密　码：

验证码：

更多>>