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行业资讯

天然食品防腐剂的研究进展

文字:[大][中][小] 2016-6-22    浏览次数:2263    

  、食品防腐剂现状

  随着我国改革开放的进一步深入,食品工业已经成为国民经济的三大支柱产业之一。由于食品在加工、保藏、消费过程中容易受到细菌、酵母菌、霉菌等一系列微生物的侵染,这就决定了食品防腐剂在食品工业中将发挥很重要的作用。通过防腐剂抑制或杀灭微生物,可以起到阻止、延缓食品的变质,甚至提高食品的品质。食品防腐剂一般分为合成防腐剂和天然防腐剂。随着人 们生活水平的提高,人们对于防腐剂的要求也越来越高,不但要求防腐剂安全、无毒而且要求防腐剂的营养化、功能化。而天然防腐剂具有抗菌性强、安全无毒、水溶性好、热稳定性好、作用范围广等合成防腐剂无法比拟的优点。因此,近年来天然防腐剂的研究和开发利用成了食品工业的一个热点。经过许多科学家多年的精心研究,现已开发了许多种天然防腐剂,并且发现天然防 腐剂不但对人体健康无害,而且还具有一定的营养价值,是今后开发的方向。

  天然食品防腐剂的作用机理

  传统研究认为,食品防腐败剂的作用机理主要表现在如下三个方面:1) 作用于细胞壁和细胞膜系统;2)作用于遗传物质或遗传微粒结构;3)作用于酶或功能蛋白。近年来,人们进一步研究发现,防腐剂主要是抑制微生物的呼吸作用,导致能量物质ATP和还原物质NADH亏缺,所有合成代谢受阻,活性的动态膜结构不能维持,代谢方向趋于水解最后产生细胞自溶。大量的实验表明,各种天然防腐剂对呼吸途径都有一定的抑制作用,并与典型的呼吸途径抑制剂存在显着区别,但专一性低。可以推测,不同的抗菌剂的抗菌谱与抗菌效力存在差异可能与所作用于的呼吸途径及抑制强度有关。食品防腐剂的作用对象主要是生物学膜系统和酶系统。酶是生物大分子,且有相当大的一部分吸附或镶嵌于生物膜系统中,而生物膜系统是微生物进行能量转化、物质代谢等生命活动的主要场所。防腐剂动态性踞留生物膜相后,可直接而迅速地破坏依赖于膜结构完整性的能量代谢和细胞及细胞器赖以生存的对物质的选择性,并可导致胞内溶酶体膜破裂而诱导微生物产生自溶作用。

  已经开发的天然食品防腐剂

  .1 天然肽类食品防腐剂的研究

  .1.1 溶菌酶

  溶菌酶又称胞壁质酶或N一乙酸胞壁质聚糖水解酶,是一种比较稳定的碱性蛋白。1922年由Fleming从鼻黏液中发现。它的来源可以是鸡、鸟类蛋清,人的组织和分泌液,植物,微生物。由于它在蛋清中含量最丰富,因此多数商品溶菌酶是从蛋清中提取的。目前,溶菌酶大致可以分为以下几种:(1)内N一乙酰己糖胺酶,(2)酰胺酶,(3)内肽酶,(4)β一1,3和βl,6葡聚糖和甘露聚糖酶,(5)壳多糖酶。溶菌酶具有多种药理作用,如抗感染、消炎、消肿、增强体内免疫机能的功效。溶菌酶的作用机理是切断N一乙酰胞壁酸和乙酰葡萄糖胺之间的β一1,4糖苷键,这是大多数活菌细胞壁外膜的构成部分,使得细胞因为渗透压不平衡而破裂,因此它能够溶解细菌细胞。溶菌酶可以用作婴儿食品的良好添加剂,它在婴儿生长发育所需的一种必须抗菌蛋白,对杀死肠道腐败菌、增强抗感染能力具有特殊作用。张宗岩报道它能够促进乳酪蛋白的乳化、也有助于其消化吸收。溶菌酶作为防腐剂在干酪、香肠、奶油、糕点等食品上的应用也有报道已经取得了较好的效果。单独使用溶菌酶作为防腐保鲜剂使用有一定的局限性,它只能分解芽孢细菌的活细胞,不能分解芽孢;它只对 革兰氏阳性菌有较强的溶菌作用,而对革兰氏阴性菌没有太大作用。因此在使用时需要其他的成分添加来促进它的防腐效果。陈舜胜以虾等水产品为试样采用保鲜液和溶菌酶复合保鲜,结果表明该复合保鲜剂的作用显着,在其他相同条件下,可以延长保鲜期约一倍时问。

  .1.2 鱼精蛋白

  鱼精蛋白是一种多聚阳离子肽,主要存在于各类动物的成熟精巢组织中,与核酸紧密结合在一起,以核精蛋白的形式存在。这是一种小而简单的球形碱性蛋白质,其分子量小,通常在一万以下,一般由3O个左右的氨基酸残基组成,其中2/3以上是精氨酸。作为食品防腐剂,从20世纪 8O年代后期开始出现在食品添加剂行列。鱼精蛋白具有广谱抑制活性,能抑制枯草杆菌、巨大芽孢杆菌、地衣形芽孢杆菌等的生长;对革兰氏阳性菌、酵菌、霉菌也具有明显抑制效果;而且能有效地抑制肉毒梭状芽孢秆菌中的 A型、B型及E型菌的发育。王南舟等人发现在中性和偏碱性的条件下,鱼精蛋白的防腐效果更好。目前广泛使用的防腐剂多为酸性防腐剂,在中性和碱性条件下防腐效果不理想,所以鱼精蛋白拓宽了防腐剂的pH使用范围。鱼精蛋白是精氨酸含量丰富的蛋白类物质,有很高的营养性和功能性。因此,鱼精蛋白不仅逐渐在食品中得到了应用,而且在医学领域也得到了应用。研究发现,鱼精蛋白可与细胞膜中某些涉及营养运输或生物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,因此它具有 降血压、助呼吸、促进消化、抑制肿瘤、抗血栓、强化肝功能、抑制血液凝固等功能。

  .1.3 昆虫抗菌肽 人们用细菌、菌疫苗、某些化学物质及超声波诱导后可以在昆虫血淋巴中产生的一系列能够杀死细菌的因素,其中很多是多肽类物质。抗菌肽分子量很小,结构高度紧密。其抗菌的作用机制是在细胞膜上形成了微孔,导致膜的通透性增加以及能量产生系统的破坏。它主要是对细菌进行很强的抗菌活性,而对真核细胞基本不起作用,所以可以应用于食品防腐剂。同时,抗菌肽也有很好的热稳定性,这也使得它可以用于热加工食品。

  .1.4 乳酸链球菌素

  .1.4.1 Nisin及其安全性 Nisin是由34个氨基酸残基组成,含有5个硫醚键形成的分子内环Nisin的分子量为3510Da,但经常出现二聚体或四聚体。Nisin分子为天然酸性,在酸性条件下呈现最大稳定性。1965年 Heinemann、Voris和 Stumbo已证实了各种食品中的 Nisin在热处理过程中的防护作用。Nisin与其它细菌素一样,在一定范围内对微生物有抗菌作用。Nisin不抑制革兰氏阴性细菌、酵母和霉菌,而对许多革兰氏阳性菌,包括葡萄球菌属、 链球菌属、小球菌属、乳杆菌属的某些种,大部分梭菌属和芽孢杆菌属的孢子有强烈的抑制作用。人们在利用 Nisin的同时,对其安全性进行了系统的研究。1962年日本的 Hara等证实,Ni— sin对鼠的半致死剂量 LD。约为 7000mg/kg体重,与普通盐的LD50相近。同年,英国的 Freezer等用大剂量 (超过正常剂量 1000倍)长期饲养的方法证实:在正常剂量下,Nisin的应用是安全的。英国和前苏联的商业部门对其生产的 Nisin进行了广泛的毒性和生物学研究,其中包括致癌性、 存活性、再生性、血液化学、肾功能、脑功能、应激反应及动物器官病理学等的研究,结果表明 Nisin是安全的。Nisin是多肽物质,食用后在消化道很快被蛋白水解酶消化吸收,因而不会改变肠道内的正常菌群的存活。实验证明,人们在吸入含Nisin液体10min后,没有测出唾液中有 Nisin,没有活化 Nisin的数据。抗菌素交叉抗性研究表明,Nisin与其他医用抗菌素如青霉素、链 霉素、红霉素等都无交叉抗性,Nisin也不会诱导出细菌对这些抗菌素的抗性。

  .1.4.2 Nisin在食品上的应用 Nisin是目前世界上唯一允许使用在食品防腐方面的抗菌肽,在食品上应用也非常广泛。我国卫生部于1990年3月批准其列入《食品添加剂使 用卫生标准》(GB2760一1996)中,可以用于罐藏食品、植物蛋白食品、乳制品以及肉制品。

  乳制品加工乳酪:应用于灭菌融化涂抹干酪十分有效。使用 Nisin可以使干酪中的芽孢杆菌量降到最低程度,能有效地抑制梭状芽孢杆菌的生长和毒素的产生,延长产品的保存期并能使产品在常温下保存。一般认为其有效防腐浓度为25mg/kg,考虑到在加工和贮藏过程中的活性损失,在投料时应以不少于100mg/kg产品的用量计算。牛奶:牛奶营养丰富,极易腐败变质目前多采用巴氏灭菌和冷藏来延长货架期,但在牛奶中的细菌孢子仍能存活。添加 Nisin可有效地抑制孢子生长发育,且可以保持其品质处于最佳状态。现已成功地将 Nisin应用于全脂消毒牛乳、灭菌乳、风味乳、罐炼乳、再制乳等。

  肉制品 Chung等刮用104IU/mL的Nisin处理鲜肉的表面,Nisin对 Listeriamonocytogenes,Staphylococusau-reus,Streptococcus有抑制作用,在室温下 Nisin延迟表面接种 Listeriamonocytogenes和 Staphylococcu-saure1的鲜肉至少1天,如果放在5℃条件下, Listeriamonocytogenes被延迟2周多,而 Staphflo-coccusaureus 未生长。1981年 Rayman等提出,Nisin可以用作硝酸盐的替代物或辅料用于烟熏火腿。他把火腿料做成浆状,接种 Clostridium sporgenesPA3679(103个/mL),混匀,在 7O℃加热2.5—3.0h,在 pH5.7~6.5下,加入3000IU/mL的 Nisin,在 37℃存放 56天,能完全控制微生物的生长,硝 酸盐含量由原来的 150mg/kg降到 40mg/kg。Nisin用于香肠生产也很普遍,Nisin是美国联邦肉类检验法规认可的用于干香肠和半干香肠中的防腐剂。在其他蛋白质食品如牛舌、鱼子酱等中,过分的热处理会明显改变其质地和外观。加入 Nisin后仅需 45%的热处理可以延长各种肉类及鱼类三明治的贮存期。

  酒精饮料 实践证明,IOOIU/mL的 Nisin应用于啤酒能控制乳酸菌和啤酒片球菌引起的腐败,而对啤酒的外观、风味、发酵特性等无任何不良影响。对于巴氏灭菌的成品,在灭菌前加入,可降低热处理时间和温度,也可减少在灭菌过程中的污染,并能延长瓶装啤酒的贮存期。Nisin应用于蒸馏酒酿造中,可有效地阻止肠膜明串珠菌、啤酒片球菌和乳酸杆菌的生长,提高产品得率10%左右。还可用 Nisin代替传统的酸洗法清除酵母菌中污染的乳酸菌,传统的酸洗法对酵母的生命力、发酵力、凝聚性有不良的影响,而使用 Nisin后效果良好。

  .2 其它天然食品防腐剂的研究

  .2.1 壳聚糖

  即脱乙酰甲壳质,又称甲壳素,它是从虾壳、蟹壳中提取的一种天然多糖,具有较强的抗菌作用。实验表明,在质量分数为0.004时,壳聚糖对大肠杆菌、普通变形杆菌、枯草杆菌、金黄色葡萄球菌均有较强的抑制作用。壳聚糖的主要抑菌对象是细菌,但是通过和其他原料制成复合制剂可以扩大它的抑菌谱。顾芯等人试验表明,壳聚糖一中草药复合制剂在 pH5.0~6.0的范围内可以成功的抑制细菌、霉菌的生长,从而 可以将食品的保存期延长,并且不改变食品原来的色泽和风味。王益用壳聚糖对鸡蛋的涂膜保鲜试验也取得了很好的效果。其抑菌机理为壳聚糖能够在物品的表面形成半透膜,这层半透膜能够有效地阻止病菌的侵入和生长。壳聚糖不溶于水而溶于醋酸、乳酸中,所以在应用时通常将其溶解于食醋中。

  .2.2 蜂胶

  蜂胶是由西方蜜蜂从植物幼芽与树干上采集来的树脂,并混入它的上颚腺分泌物和蜂蜡加工而成的具有芳香气味的胶状固体物。研究表明,蜂胶中含有大量活跃的还原因子,因其较强的抗氧化性,可用作油脂和其他食品的天然抗氧化剂;蜂胶多酚类化合物具有抑制和杀灭细菌的作用,经过降解其最终产物是苯甲酸,是一种天然防腐剂;蜂胶还可用作食品天然添加剂,改善食品的口味和色泽;也可以用作食品功能增强剂,增强食品的保健作用。ElNawawy等对蜂胶液对酸奶中菌群体系的影响进行了研究,指出蜂胶液能有效抑制脱脂乳和酸奶的致病菌。Lim 等指出蜂胶液能阻止猪油和棕榈油氧化,防止肉制品脂肪氧化变质。Hann 等人研究蜂胶醇提液和水提液对猪肉蛋白质和脂肪的影响,发现蜂胶水提液和醇提液均能有效阻止脂肪氧化和蛋白质酶解,水提液的防腐保鲜效果比醇提液好,并指出蜂胶水提液对肉制品具良好的防腐作用。埃及学者 El Dieb 等研究蜂胶对干酪中细菌和真菌的抑制效果,发现蜂胶液刷在干酪表面,无论包装与否,都能有效抑制大肠艾希氏 杆菌、杂色曲霉菌、枯草芽孢杆菌、唾液链球 菌、金黄色葡萄球菌和微球菌,其抑菌效果比乳酸链球菌和一般抗生素明显,且蜂胶液处理过的干酪El感比未处理过的好。Yang等研究了蜂胶对干鱿鱼的作用,发现蜂胶液不仅能抑制干鱿 鱼上的微生物繁殖,而且能使干鱿鱼保持原有水分、品质和风味不变。蜂胶可以抑菌的原因是由于蜂胶中含有大量的黄酮类化合物,其抗氧化的主要组分是黄酮类和酚酸类。另外,蜂胶可使被保鲜物表面形成一层极薄的膜,起到了阻氧、阻碍微生物、减少水分蒸发及营养损失的作用,从 而延长了畜产和水产的保鲜时间,防止其腐败变质近年来,研究还发现,蜂胶不仅在食品应用广泛,而且具有较强的医疗保健价值。

  .2.3 曲酸

  曲酸是微生物好氧发酵的一种具有抑菌作用的有机酸,其化学名称为 5一羟基 2一羟 甲基 4一吡喃酮。1907年日本学者齐藤仙道在米曲提取液中首先发现。曲酸作为食品复合、保鲜剂、护色剂有明显的效果,而且由于其特异的结构和性质,实验证明曲酸能够抑制熏肉中亚硝酸钠转化为具有致癌作用的亚硝胺,而且在食品中添加曲 酸也不会影响其口味和质感。除此之外,它还有易溶于水、热稳定性、pH稳定性好、对人体无刺激,不为细菌利用等优点。

  .2.4 茶多酚 (tea—polythenols,

  茶多酚是一种多羟基酚类物质,大约占茶叶干重的 20%~30%。茶多酚具有抗氧化性的原因是由于茶多酚中含有 60%~70%的儿茶素物质。它的抑菌机理为其分子结构中的酚性羟基特有的供氢体能与脂肪酸在自动氧化过程中产生的游离基结合,中断脂肪酸氧化的连锁反应,抑制其氧化物的形成,达到抗氧保鲜的目的。它的抗氧化性能比常用的BHA (丁基羟基茴香醚)、BHT(-3一基羟基甲苯)要高2—3倍,而且它也安全无毒,呵以广泛用于食品防腐、保鲜行业。中科院茶叶研究所研究了将茶多酚用于饼干、方便面等食品的试验,发现它的抗氧化性能较好,对过氧化物的形成其抑制率达 75%以上。新加坡学者达斯研究表明,与普通方法冷藏的肉制品相比,用茶多酚浸泡过的肉类,冷藏后其过氧化物的含量低 75%~80%,可见茶多酚作为肉制品保鲜剂的效果也是很好的。茶多酚应用在水果、蔬菜的保鲜方面,它町以抑制细菌繁殖,保持其色泽,同时由于其具有多个的酚羟基,具有供氧活性,可以将分子中的氧直接提供给果实中的VC,减少其损失。

  .2.5 纳他霉素

  纳他霉素是由以一种链霉菌为出发株生成的代谢物,商品名称为霉克。它是一种高效的真菌抑制剂,其抑菌机理在于 Natamycin的活性是基于麦角固醇与真菌的细胞壁及细胞质膜的反应。由于这个反应导致细胞壁和细胞质膜破裂,使得细胞液和细胞质渗漏,直至死亡。由于其对细菌没有抑制作用,因此可以将它直接加入到酸奶等发酵制品中,从而抑制了产品中的真菌,保证了产品的质量,而其它防腐剂没有这个功能。另外它还有低剂量、高效,适用pH范围广等优点。 Natamycin目前应用的最广泛是在乳制品行业。

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