天然防腐剂食品保鲜作用研究进展

◎ 黄淑婷，姚和莹，俞梦婷，臧彩利，胡依琼，周芳美

（浙江中医药大学，浙江 温州 310051）

食品在制作、运输以及储藏的过程中易受到外界环境的影响发生腐败变质，引起食源性疾病、食物中毒等。同时，食品腐败变质会造成资源浪费，给世界各地带来巨大的经济损失。因此，在食品中添加合适的防腐剂已成为延长食品保质期，保证食品质量的一道必然工序。现阶段，食品加工业中多用化学防腐剂对食品进行防腐保鲜，但存在致畸性、致癌性，可引起食物中毒等多种弊端，因此寻找安全高效的新型防腐剂迫在眉睫。

天然防腐剂是一类从植物、动物、微生物等中提取出来的具有抑制微生物生长、延缓食品防腐变质作用的物质。其具有绿色天然、安全无毒和广谱抗菌的优势，可满足人们对健康生活的追求。本文对天然防腐剂的抑菌机理、在食品防腐保鲜方面的应用，及天然食品防腐剂研究存在的问题和未来的发展前景加以概述，以期为天然防腐剂在食品防腐保鲜中的广泛应用提供新思路。

1 天然防腐剂的类型

1.1 植物源防腐剂

植物源天然防腐剂是一类来源于植物，天然绿色、高效抑菌的防腐资源，含有酚类、黄酮类、精油类等活性成分，每一类活性成分包含许多不同结构的化合物，可通过破坏细胞结构完整性、干扰生物大分子的新陈代谢及细胞内环境的电生理特性等多种途径发挥抑菌作用，实现防腐功能。植物源防腐剂除具有天然防腐剂固有的优点外，还具有水溶性强、安全性高、热稳定性好等特性，可以稳定、高效地发挥保鲜功能。

植物多酚是植物体内分子量较高、结构较为复杂的次级代谢产物。CHEN等[2]研究得出甜菜糖蜜多酚对金黄色葡萄球菌、单核细胞增生李斯特菌、大肠杆菌和鼠伤寒沙门氏菌4种食源性病原体的生长均具有抑制作用，其抗菌机制可能是细胞质膜破损与蛋白质泄漏。黄酮类化合物是一类具有2-苯基色原酮结构的生理活性物质。其能渗入细胞，吸附细胞内带有阴离子的细胞质，发生絮凝作用，扰乱细胞正常的生理活动，最终达到杀菌的效果[3]。植物精油是一类高度浓缩油状液体物质，其能抑制菌丝体吸收营养物质，且抑制效果可随处理时间的延长而逐渐增强。同时，精油能破坏菌体胞膜，使胞膜脱落，细胞内容物渗出，造成胞内大分子物质（核酸和蛋白质等）和一些必需分子丢失[4]。综上，植物源防腐剂主要通过破坏细胞质膜，使内容物泄出，导致细菌死亡，发挥防腐保鲜作用。

1.2 动物源防腐剂

动物源天然防腐剂是一类从动物体中提取的，具有防腐保鲜功能的食品添加剂，其来源广泛，主要有蜂胶、鱼精蛋白、壳聚糖以及溶菌酶等。动物源防腐剂在人体消化道内可被降解为食物的正常成分，不影响消化道菌群，还具有一定的营养价值，具有安全无毒、优异的生物相容性等特点。

研究显示[5]蜂胶是通过减少水果体内氧含量，降低呼吸强度，抑制有机物分解，减少水分蒸发而发挥防腐保鲜作用，且浓度越高，效果越显著。另有研究表明[6]鱼精蛋白能够延缓一些真菌和细菌的生长与繁衍速度，可改变细菌的新陈代谢。同时，鱼精蛋白可以与微生物的细胞壁结合，破坏细胞壁的形成，还可作用于微生物的细胞膜，影响细胞膜对能量的转化能力及营养物质的吸收，达到防腐保鲜作用。壳聚糖是目前应用广泛的动物源防腐剂。其抑菌机理分为两种，即低分子量的壳聚糖能影响细菌细胞内RNA、蛋白质合成和线粒体功能，抑制新陈代谢；而高分子量的壳聚糖会更容易与细菌包被结合，使得营养物质无法进入细菌，抑制大分子的合成代谢，并使细菌细胞逐渐破裂分解[7]。综上，动物源防腐剂是通过破坏细菌细胞壁、细胞膜，影响能量转化、生物大分子的合成与线粒体作用的发挥，从而达到防腐保鲜效果。

1.3 微生物源防腐剂

微生物源天然防腐剂是一类通过微生物提纯发酵，进而培养得到的新型天然防腐剂，主要有乳酸链球菌素、纳他霉素、ε-聚赖氨酸等。微生物源防腐剂因种类丰富，数量繁多，稳定性高，在提取有效防腐成分时因微生物繁殖周期短而占有优势，在食品防腐行业发展中具有较大潜力。

研究表明[8]乳酸菌能产生多种抗菌副产品，主要是有机酸、细菌素和过氧化氢，其中细菌素有高抗菌活性，能保持食物的感官特性。乳酸链球菌素是一种天然生物抗菌肽，具有抑制大部分革兰阳性菌芽孢的生长和繁殖的作用，也可通过影响细菌中主要功能性基因的转录，有效阻止细菌生长和毒素的形成。纳他霉素是一种多烯类抗菌素，其安全性高，可有效抑制细菌、酵母菌及霉菌的生长，延长食品保质期，保持食品的贮藏品质。吴剑等[9]研究发现，不同浓度的纳他霉素对运输过程中的葡萄具有一定的保鲜效果，可有效减少葡萄营养流失，保持其外观、风味。与纳他霉素相同，在食品中添加ε-聚赖氨酸同样可抑制腐败微生物的生长繁殖，延缓食品品质变化，延长食品货架期。综上，微生物源天然防腐剂可通过破坏菌膜，抑制菌的生长、繁殖，有效保持食品品质。

1.4 其他

近年来，许多研究发现天然防腐剂联合使用效果优于单独使用，可有效提高抑菌活性，具有抗氧化性，进而增强防腐保鲜效果。HAFSA等[11]研究发现桉树精油与壳聚糖的复合涂层具有良好的抗菌活性，且可明显提高纯壳聚糖涂层的抗氧化性。与单一防腐剂相比，低浓度的复配防腐剂可发挥出良好的抑菌效果。木醋液和壳寡糖的混合物对冷藏鲜鱼肉的微生物总数、亚铁血红蛋白含量、脂肪氧化以及蛋白质氧化均具有积极影响。其中，仅含1 g/100 mL木醋液的混合物就可明显延长保鲜期[12]。

复配防腐剂抑菌机理复杂，会根据成分组成发生改变。卢娜等[13]研究发现，六氢β-酸/2-甲基-β-环糊精包合物可抑制单增李斯特菌在对数期的生长，破坏膜结构，影响菌体完整性，造成核酸、蛋白质、电解质等泄露。具有相同成分的复合防腐剂的防腐保鲜机制也有所不同。ε-聚赖氨酸和天然抗菌剂乳酸链球菌肽A的协同作用可对抗变形链球菌的生长，而ε-聚赖氨酸和冰蓄的联合使用则是通过改变微生物群组成而延缓变质。

2 天然防腐剂对食品的防腐保鲜作用

2.1 在肉制品方面的应用

肉制品因水分活度高、营养丰富，易引发由微生物感染以及脂质、蛋白质、色素氧化导致的腐烂，因此肉制品保鲜的关键在于延缓营养成分的氧化和抑制微生物的生长。目前，运用于肉制品保鲜的天然防腐剂主要有多酚、壳聚糖、ε-聚赖氨酸等。

天然防腐剂发挥保鲜作用的主要途径是中和活性氧及抑制微生物繁殖。MUNEKATA等[14]发现种子中的多酚类物质可通过延缓脂肪酸、蛋白质和色素氧化，保持肉制品的颜色、味道和整体品质。此外，天然活性成分可结合蛋白质、多糖、脂类等天然高分子物质形成抗氧化可食用膜，通过形成动态系统，释放可食膜中的抗氧化成分来吸收氧气、清除自由基，延长保质期。比较天然抗氧化复合可食用膜和单一天然防腐剂，发现天然抗氧化复合可食用膜具有适用范围更广、稳定性更强的优点。

2.2 在水产品方面的应用

水产品在储存过程中，氧化、酶促自溶、微生物生长等会造成水产品的腐烂。为了保证水产品的新鲜程度，除低温、冷冻保存外，还可添加天然防腐剂。天然防腐剂能减少各种不良生化反应的发生，抑制微生物生长，发挥延缓水产品腐烂的作用。目前用于水产品保鲜的天然防腐剂主要有精油、多酚、乳酸菌等。

NAVARRO等[16]通过实验检测被包裹在β-环糊精纳米中的佛手柑、香芹酚和葡萄柚精油对金头鲷储存的影响，发现EOs+β-CD冰组的肠杆菌科细菌和假单胞菌计数较低。同时，相比于pH值快速上升的普通冰储存组，EOs+β-CD冰组鲷鱼的pH值无明显变化，表明EOs+β-CD冰作为海洋生物防腐保鲜的选择有一定的可行性。此外，微生物防腐剂通过抑制腐败菌生长起到良好的保鲜作用。李刚等[17]运用变性梯度凝胶电泳技术，在贮藏期间，对不同浓度芽孢乳酸菌处理后的养殖大黄鱼进行体表腐败微生物的分子动态监控，发现一定浓度的芽孢乳酸菌对部分腐败菌具有良好的抑菌作用。同时，芽孢乳酸菌产生细菌素抑制腐败微生物对肌肉纤维的降解，减缓组织结构劣变、肌肉质地软化，发挥防腐保鲜作用。

2.3 在果蔬方面的应用

果蔬在加工、运输等过程中易受病原微生物入侵发生变质腐败，而化学防腐剂易残留于果蔬表面，对人体造成危害。因此，绿色安全且具有显著保鲜效果的天然防腐剂成为良好替代品，如多酚类、精油类提取物、壳聚糖等。

VERDEGUER等[18]研究表明，300 μg·mL-1剂量的精油能完全抑制7种植物病原菌，且浸泡过精油的水果，其坏死程度明显小于对照组。同时，精油对成熟番茄的真菌抑制率高达90%，并能使柿子的保质期延长至2个月。研究发现[19]将含有柠檬酸的生物活性乳清蛋白膜涂抹到苹果切片上，能显著降低多酚氧化酶活性，维持水分活度以及原有颜色，减少酶促褐变反应以及质量损失，延长货架期。壳聚糖和多酚类化合物通过减少水分流失，抑制蔬菜的生理代谢，减少固体形成物的消耗而发挥防腐保鲜作用。复合防腐剂的抑菌保鲜效果明显优于单独的天然防腐剂。MOU等[20]研究发现，艾叶、高良姜、白鲜皮3种中草药精油可抑制由黄曲霉、扩展青霉等霉菌引起的桃果腐烂。

2.4 其他

植物源防腐剂如多酚类和萜类化合物，可用于烘焙食品的保鲜储存。JU等[22]研究发现丁香酚和柠檬醛对黑曲霉具有协同抑制作用。丁香酚主要通过破坏细胞膜的完整性，增大受损细胞膜的通透性而发挥作用，而柠檬醛主要促进腐败菌细胞膜脂质过氧化，导致活性氧积累，通过细胞氧化应激诱导细胞凋亡甚至坏死，从而起到抑菌作用。在此结论上进行面包保鲜实验研究，发现在25 ℃和35 ℃下，柠檬醛能将面包的保质期延长13.0 d和9.5 d，同时不会产生异味，具有很大的实际应用潜力。

在调味品中，微生物源防腐剂具有广阔的使用空间。在酱油中添加乳酸链球菌素和纳他霉素制成的复配防腐剂，能增强抑菌能力，延长酱油的密封保质期。在腌制品中加入ε-聚赖氨酸等生物防腐剂可有效抑制腐败微生物的生长，且不会对腌制品的口感、色泽造成影响，其抑制效果优于化学防腐剂苯甲酸钠和山梨酸钾[23]。在菇类保鲜中，徐冬颖等[24]发现纳他霉素能增强其清除自由基及抗氧化能力，抑制双孢菇子实体褐化，减少质量损失率，降低呼吸强度，延长保质期。

3 结语

随着人们对健康可持续生活及食品安全等方面意识的增强，天然防腐剂的开发成为当下研究的热点，是食品防腐保鲜领域的重要方向。天然防腐剂对食品防腐保鲜的效果随着研究的不断深入已被证实，但还存在以下几点问题。①国内外研究已发现大量植物、动物及微生物的提取物具有抑菌作用，但大多只停留于实验阶段，而我国研究出的具有防腐作用且允许使用的植物添加剂极少，被批准的天然食品防腐剂仅限6种。②天然防腐剂成本相对于化学防腐剂更昂贵，大部分商家会选择化学防腐剂，使天然防腐剂不能得到推广。③天然防腐剂的提取等加工技艺要求水平高，操作难度大。综上，在未来的食品生产加工领域，需要改进和精简天然防腐剂的制备方法，降低生产成本，或将天然防腐剂与化学防腐剂或两种天然防腐剂配合使用，不仅可以降低成本，有效减少化学防腐剂的使用量，叠加防腐效果，还能拓宽使用范围。因此，在未来的食品防腐工业中，天然食品防腐剂的运用将会成为食品防腐、保鲜的主要方式，也为后续的相关研究和课题提供新的思路和应用价值。