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生物防腐剂在食品中的应用
摘要：随着社会的发展和生活水平的提高，食品保鲜技术越来越受到关注，采用先进的保鲜设备、将安全无毒的天然防腐剂应用到食品中已得到了较好的效果。综述了几种生物防腐剂的特性和抑菌机理以及在食品中的应用和一些最新的研究成果。
关键词：生物防腐剂；抑菌；食品
Abstract：With the devolopment of society and improvemnet of life level ,food fresh-keeping technology was paid more attention. Effect was obtained using advanced fresh -keeping equipment or safe biological preservatives added to the food . A few kind of biological preservatives′characteristics,application and some new studies have been described in this article.
Keywords：biological preservatives; antimicrobial; food

食品在保藏过程中，极易受到微生物污染而导致腐败变质，目前，食品中常用的保鲜或保质方法主要有：化学保鲜、冷冻保鲜、抽真空高压灭菌保质、抽真空充氮保鲜、生物保鲜、气调保鲜。在上述几种保鲜、保质技术中，化学保鲜是利用防腐剂抑菌，但消费者因关注化学防腐剂副作用而受到限制；冷冻保鲜的缺憾是食品冷冻后口感口味发生变化；抽真空高温灭菌是一种保质方法，其缺点是对食品特有的口味、口感、营养破坏较大；充氮包装能较好的保持食品的口感、口味及营养，但需无菌包装环境，硬件环境要求极高，需较大投资；生物保鲜是在食品中加入天然的生物防腐剂而达到防腐保鲜的目的，生物防腐剂具有抗菌性强、安全无毒、用量小、适用性广和性能稳定等优点，逐渐成为食品加工研究及应用的热点。
目前常用的天然防腐剂有：壳聚糖，乳酸链球菌素，鱼精蛋白，纳他霉素，红谷霉素，溶菌酶，大蒜提取物，芦荟汁，植酸等。
壳聚糖【1】
壳聚糖是一类很有潜力的天然防腐剂，甲壳素经脱乙酰基后成为壳聚糖，它是由葡萄糖胺单体及N-乙酰基葡萄糖胺单体按不同比例组成的直链分子。由于葡萄糖胺单体上有游离的氨基， 故带正电荷，它可以干扰细胞表面的负电荷，导致细胞物质外泄，使微生物死亡；分子较短的壳聚糖可以进入细胞内，并与DNA 结合，抑制mRNA的转录，因而起到抑制微生物细胞生长活动的作用。壳聚糖对细菌、酵母菌、霉菌都有效。不仅对革兰氏阳性菌有很好的抗菌作用，而且对革兰氏阴性菌以及真菌的抗菌效果也非常好。它的无毒、生物可降解性及良好的生物相容性等特点使它与其它防腐剂相比具有更多优势。除了它独特的防腐作用外，还具有很多其它生物活性，如壳聚糖进入人体的肠道后可以有效地减少人体对脂类物质的吸收，因此摄入壳聚糖后能降低血液中的血脂含量，可起到一定的减肥作用，同时壳聚糖还具有降低血压、增强人体抵抗力、抗病毒、抗癌等作用；另一方面壳聚糖可通过与金属盐类化合物螯合后增加抑菌效果。广东省微生物研究所的实验参考消毒技术规范，通过培养平板计数法评价以壳聚糖及壳聚糖锌螯合物为主复配的生物防腐剂配方的抑菌谱和抑菌时效，并初步了获得性价比合理、广谱安全、高效抑菌在实际中可应用的配方。
乳酸链球菌素【2】
乳酸链球菌素也称乳球菌肽，或乳链菌肽，是某些乳酸球菌代谢过程中合成和分泌的具有很强抑菌作用的多肽类物质。人体摄入后，可被消化道内的一些蛋白酶（如胃蛋白酶、胰蛋白酶）分解为氨基酸类小分子物质，作为营养物质被吸收利用，不会在体内蓄积而引起不良反应。 此外，乳酸链球菌素作为防腐剂添加于食品中，也不会对食品的色、香、味、口感产生不良影响，从而保持食品的良好风味和营养价值。乳酸链球菌素的使用可降低食品的杀菌温度、减少热处理时间，节省能源，提高工作效率。同时乳酸链球菌素具有的耐酸性、热稳定性和低温贮藏稳定性，有利于持久发挥其防腐效果，延长食品的保质期和货架期。因此，乳酸链球菌素可作为防腐剂广泛应用于食品中，是高效无毒的天然防腐剂。
鱼精蛋白【3】
鱼精蛋白是在鱼类精子细胞中发现的一种细小而简单的碱性球形蛋白质,鱼精蛋白有广谱抑菌活性,能抑制枯草杆菌、巨大芽孢杆菌、地衣型芽孢杆菌、凝固芽孢杆菌、干酪乳杆菌、胚芽乳杆菌、粪链球菌等的生长,但对革兰氏阴性菌的抗菌活性不够理想。有研究发现,鱼精蛋白可与细胞膜中涉及营养合成系统的蛋白质作用,使这些蛋白的功能受损,从而抑制细胞的新陈代谢而使细胞死亡。鱼精蛋白已获得美国FDA等6个国家标准和专利的认可,可在牛奶、奶酪、布丁中加入鱼精蛋白延长其保存期。
鱼精蛋白适于在较大pH范围内使用,在中性和偏碱性条件下防腐效果更好。目前应用最广的防腐剂多为酸型防腐剂, 只在酸性条件下有效, 而在中性乃至偏碱性的食品中使用效果明显下降。鱼精蛋白的开发使用可拓宽防腐剂使用的pH范围,而且不需调整对象食品的pH。鱼精蛋白的热稳定性,使它可以与食品热处理并用。而它的抗菌活性可受食品中无机盐的影响,而略有下降,尤其是二价金属离子影响较大,主要营养成分蛋白质、脂肪、糖类对鱼精蛋白的抗菌活性影响较小,这使它在富含糖类和蛋白质类的食品中应用成为可能。这就说明鱼精蛋白在乳制品中的应用将很有前景。
纳他霉素【3，4】
纳他霉素也称游链霉素， 商品名称为霉克，英文名称Natamycin又称Natamycin Pimaricin，是一种多烯大环内酯类抗真菌素剂，能有效的抑制酵母菌和霉菌的生长，阻止丝状真菌中黄曲霉毒素的形成，但这种物质对病毒、细菌或其他微生物无效。其抑菌机理主要是由于它所特有的大环内酯结构与甾醇化合物,特别是麦角固醇具有高度亲和性, 能形成甾醇(麦角固醇) -抗生素复合体,破坏细胞质膜的通透性,引起菌体内氨基酸电解质等重要物质渗漏,使细胞死亡,因此可以推知,由于细菌细胞膜缺乏甾醇(麦角固醇) 类结构,所以Natamycin对其抑制效果不明显。纳他霉素最初是于1955年从链霉菌的培养物中提取出来的，到1982年6月，美国FDA正式批准纳他霉素用作食品防腐剂，且因其对人体十分安全、可靠，又不影响产品风味，在国际上广泛用于干酪、肉制品、糕点、果汁等食品。
红谷霉素【5】
江西农业大学生物工程系应用微生物研究室从土壤中分离筛选到一株链霉菌,简称链霉菌702,其发酵液对棉花枯萎病菌有较强的抑菌活性,进一步测定它的抗菌谱,发现既能抑制革兰氏阳性细菌和革兰氏阴性细菌,还能抑制霉菌和酵母菌。稳定性的研究测定表明发酵液对热和紫外线稳定,在pH3~pH12条件下稳定,从发酵液分离提取和纯化其抗细菌活性物质,经紫外!质谱和核磁共振谱和衍射测定结果表明,该活性物质为红谷霉素。抗真菌活性组分单体化合物也已获得,完成其紫外、红外、质谱测定,分子量为886,属大环内酯化合物,分子结构待其核磁共振和衍射结果才能确定。链霉菌702所产生物活性物质在草莓!熟肉制品等食品防腐上也取得了很好的效果,这些初步研究显示了其有可能开发为防腐剂!抗菌剂和生物农药的广阔前景。
不同热处理方式对红谷霉素抑菌效果没有显著的影响,各种热处理后红谷霉素对枯草芽胞杆菌和大肠杆菌仍然完全抑制，特别是红谷霉素在121。C下处理20min后的抑菌活性仍没有发生明显变化,对枯草芽胞杆菌和大肠杆菌完全抑制,说明红谷霉素抗高温能力较强,短时间高温灭菌对其抑菌效果没有影响,这将有利于其在防腐抗菌等领域的实际应用。随着添加红谷霉素时间的增加,对枯草芽胞杆菌和大肠杆菌的抑菌率逐步下降。实验表明,在细菌生长的不同时间加入红谷霉素,都能使菌体生长减慢,但加入的时间越早,抑菌效果越好,最24h后的菌体浓度更低,同时还说明在细菌生长的延滞期加入红谷霉素比其它时期更能够取得最佳抑菌效果。可知,红谷霉素经紫外线照射不同时间后的抑菌活性稳定性很好。紫外线照射30min,其抑菌能力没有发生明显变化,对枯草芽胞杆菌和大肠杆菌完全抑制,这说明红谷霉素长时间暴露在紫外灯下照射后,其结构形态可能没有发生明显变化,其抑菌活性保持稳定。
红谷霉素在较低的浓度下对大肠杆菌和枯草芽胞杆菌都有显著的抑制,红谷霉素对枯草芽胞杆菌的最低抑菌浓度为0.08mg/L,对大肠杆菌的最低抑菌浓度为40 mg/L。不同热处理方式和紫外线照射对红谷霉素抑菌活性没有显著影响,但红谷霉素添加时间对细菌生长影响显著,随着添加时间的延迟,红谷霉素的抑菌效果明显呈下降趋势。红谷霉素在微生物生长迟滞期添加比在其它生长阶段添加抑菌效果更好。在同等条件下,与其他防腐剂的抑菌效果比较表明,红谷霉素对细菌的抑菌效果优于Nisin、苯甲酸钠、山梨酸钾等参与比较的防腐剂。
溶菌酶【3】
溶菌酶(Lysozyme,EC3.21.17)，即N- 乙酰胞壁质酶(N-acetylmuramidase ) ,作用于细菌细胞壁N-乙酰胞壁酸(NAM )与N-乙酰葡糖胺(NAG) 之间的β-1,4-糖甘键,广泛分布于自然界各个生物体中。就其来源而言,有来自于鸡蛋清的溶菌酶,来源于人和哺乳动物的溶菌酶,来源于植物和微生物的溶菌酶。其来源不同作用机制也有所不同。
溶菌酶可以在很多领域中应用, 如在医学治疗中可与血液中的病毒结合,阻止流感 腺病毒的繁殖;能分解粘多糖,有利于脓汁的排出;能清除坏死组织、增强抗生素药效的发挥以及促进肠道有益菌的繁殖。近几年,人们根据溶菌酶的溶菌特性,将其应用于食品工业及生物工程中,特别是在食品工业方面的应用为溶菌酶的应用展现了很好的前景。
大蒜提取物【2】
大蒜是百合科葱属植物蒜的鳞茎。其提取物是指大蒜经捣碎后用有机溶剂或水提取的粗提取物的总称。主要成分是S-烯丙基半胱氨酸、S-烯丙基巯基半胱氨酸、蒜辣素、N-乙基-S-烯丙基半胱氨酸。大蒜提取物具有抗细菌作用，国内学者何进运用大蒜提取物对深部真菌进行最小抑菌浓度和最小杀菌浓度对比试验，发现大蒜提取物对真菌具有不同程度的抑制作用。大蒜提取物同时还具有降血脂、降血压、抗风湿、抗肿瘤、调节机体免疫力等功效 。 所以大蒜提取物经常用于食品的防腐保鲜。
芦荟汁【2】
芦荟是百合科植物，含有芦荟苷、异芦荟苷、芦荟大黄素、芦荟苦素等特征化合物及甾族化合物、碳水化合物、人体必需氨基酸和维生素、矿物质等多种营养成分。可食用且无毒副作用。有学者研究表明，芦荟汁含有的抑菌成分对多数革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌以及部分霉菌均有良好的抑制作用而且所需的抑菌浓度低，值作用范围广、热稳定强，其抗菌效果略低pH于苯甲酸钠，对酵母则无明显的抑制作用。因此芦荟作为食品添加剂，既能增加营养价值，又可延长食品的保质期。
植酸【2】
植酸也称环己六醇六磷酸酯，主要以植酸钙镁的复盐形式存在，约占大多数植物种子质量的1 %~3 %，是从各种粮食作物中提取的天然化工产品，可作为绿色天然无毒防腐保鲜剂。 利用植酸的强螯合性，使其与辅酶中的金属离子螯合，抑制或减缓酶促反应的发生和进行， 从而有效延长食品保质期，同时具有保健功能。
参考文献
【1】 壳聚糖复合生物防腐剂的抑菌效果研究 吴慧清，吴清平 *，石立三，张菊梅 万方数据库
【2】 生物防腐剂和气调保鲜在食品中的应用 储玉玲，王德生 万方数据库
【3】 生物防腐剂在乳制品中的应用 李娟萍 吕嘉枥 李娟萍 吕嘉枥 万方数据库
【4】 天然生物食品防腐剂——纳他霉素 王喜波 刘杨 姜云庆 万方数据库
【5】 红谷霉素对细菌抑制效果研究 熊智强 张嗣** 万方数据库
【6】 Borek C. Antioxidant health effect of aged garlic extract [J]. The 33 11 :155-158 Journal of Nutrition
单位：食工系，生物技术07-1
姓名：陆苏祥
学号：0121
日期：2010年5月7日
【7】 John L, Koont Z, Joseph E, et al. Formation of natamycin: cyclodextrin inclusion complexes and their characterization [J].