生物防腐劑及其在食品中的應(yīng)用

1、生物防腐劑及其在食品中的應(yīng)用Biological preservatives and their applications in food processing張鷹曾新安溫其標ZHANG Ying ZENG Xin-an WEN Qi-biao(華南理工大學(xué)輕工與食品學(xué)院,廣東廣州510641(College of Light Industry and Food Technology,South China Universityof Technology,Guangzhou,Guagndong510640,China摘要:主要介紹了來源于植物、微生物及動物的天然生物防腐劑抗菌特性及其在食品加工

2、中的應(yīng)用。關(guān)鍵詞:生物防腐劑;食品;應(yīng)用Abstract:This paper introduces some biological preservatives from plants, microorganisms and animals.The characteristics and functions of the biological preservatives and their applications in food processing are also described,aiming to provide a certain train of thought to the

3、researchers in science.Keywords:Biological preservatives;Food;Applications為了提高食品的貨價期,傳統(tǒng)的食品滅菌方法一般為熱滅菌或是添加化學(xué)防腐劑。然而熱滅菌法極大破壞了食品的原有風(fēng)味及營養(yǎng)成分,化學(xué)防腐劑又存在著安全隱患,長期食用會危害人體健康,研究者們一直在尋找新型的食品保藏方法?，F(xiàn)今研究較多的主要有兩類,一類是物理方法如超高靜壓滅菌、脈沖電場滅菌、超聲波滅菌、脈沖光滅菌、輻照滅菌及紫外線滅菌1。這些滅菌方法在對食品滅菌的同時,對食品的營養(yǎng)成分影響很少,但也存在著設(shè)備造價高及操作安全問題,大部分還處在研究階段。另外一類

4、就是天然的生物防腐劑。這些防腐劑一般來源于植物、微生物及動物體,因其天然、高效、無毒或低毒以及不破壞食品的原有風(fēng)味等顯著特性,成為國際食品添加劑市場的新寵。下面就對這些生物防腐劑的發(fā)展與應(yīng)用進行介紹。1植物來源的生物防腐劑食用香辛植物用在食品中原本是用來調(diào)味增香作用。近些年的研究表明這些物質(zhì)也具有抗菌防腐作用,能夠抑制傳染性微生物的生長,延長食品的貨價期。這些香辛料包括大蒜、生姜、花椒、丁香、肉桂、肉豆蔻、八角、茴香等。如大蒜提取液對幾十種食品腐敗方面的細菌和真菌有較強的抑制和殺滅作用,蒜素是最主要的功能成分。生姜提取液中的萜類化合物也具有較強的殺菌作用2。從芳香植物或草本植物的根、樹皮、莖葉

5、、花、果實或種子中提取的油脂狀物稱為香精油。在很早以前,香精油是用在食品中賦予食品美好的感觀,實際上香精油也具有良好廣譜抗菌作用,一直是人們較感興趣的天然防腐劑之一3。與芳香植物的粉末產(chǎn)品或其普通提取液相比,香精油的有效成分濃度更高,穩(wěn)定性好,便于貯藏與使用。對香精油抑制微生物的報道有不少。例如吳傳茂等研究發(fā)現(xiàn):丁香油對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、枯草芽孢桿菌、酵母、黑曲霉、青霉作者簡介:張鷹(1978-,男,華南理工大學(xué)輕工與食品學(xué)院博士研究生。E-mail:little_goshawk收稿日期:2005-09-08等食品常見污染菌有廣譜抑菌作用,且在100以內(nèi)對熱穩(wěn)定。丁香油的突出優(yōu)點是抑制

6、真菌作用強4。一般來說,香精油的組成成分、結(jié)構(gòu)及功能性基團決定了它們的抗菌能力的大小,通常含有石炭酸結(jié)構(gòu)的香精油具有良好的抗菌能力。例如具有抗菌能力的香精油主要來源于丁香、牛至、迷迭香、百里香、紅根草和香蘭素,它們的香精油里都含有石炭酸結(jié)構(gòu),并且它們抗革蘭氏陽性菌的能力要高于革蘭氏陰性菌。另外,也有一些香精油不含石炭酸結(jié)構(gòu),但含烯丙醇異硫氰酸鹽或是大蒜油成分對革蘭氏陰性菌也具有較好的抑制性。此外,含烯丙醇異硫氰酸鹽的香精油對許多真菌也具有良好的抗菌能力5。香精油一般是多種成分的混合物?；旌衔镏卸∠惴雍亢艽蟪潭纫矝Q定了其抗菌能力,丁香酚成分越高,抗菌能力越高。如多香果、丁香花蕾及丁香葉、月桂葉

7、及肉桂葉中的丁香酚成分高,它們的抗菌能力就很強。另外,含檸檬醛高的抗菌能力也強。而紅根草和迷迭香的抗菌功能與其萜類含有冰片和石炭酸有關(guān)。牛至、百里香和香芹油的抗菌能力可能因其含有萜類香芹酚,及p-對異丙基甲苯有關(guān)6。這些香辛料以精油浸提液的形式添加在西式火腿、香腸、點心等食品中,不僅起到防腐作用,而且還有增加食品風(fēng)味的效果5。果膠是一種水溶性天然聚合物。主要存在于蘋果、葡萄、柑橘等水果和蔬菜中。有研究報道以酶分解果膠得到的果膠對食品具有很強的抗菌作用,特別是對大腸桿菌有顯著的抑制增殖作用。20世紀90年代中期,日本一家公司將果膠分解物作為天然防腐劑開發(fā)成功。目前,國外以果膠分解物為主要成分,加

8、入其它一些天然防腐劑,已廣泛應(yīng)用于酸菜、咸魚、牛肉等食品的防腐7。此外,馬蹄皮的提取物、竹葉的醇提取物、苦瓜汁、歐亞甘草根部的萃取物,檸檬草粉等作為食品加工中的天然防腐劑的研究均有報道810?？梢娞烊恢参锾崛∥镉米鞣栏瘎?具有來源廣泛、安全性高的特點,應(yīng)用前景廣泛。2微生物來源的生物防腐劑微生物來源的生物防腐劑是由微生物代謝產(chǎn)生的抗菌物質(zhì),主要是一些有機酸、多肽或前體肽。其作用機制主要是在細胞膜上形成微孔,導(dǎo)致細胞膜通透性增加和能量產(chǎn)生系統(tǒng)破壞,從而抑制微生物的生長。目前已被批準并在全球廣泛應(yīng)用的微生物防腐劑有乳酸鏈球菌肽、曲酸和納他霉素,這些都是發(fā)酵工程的重要產(chǎn)品。乳酸鏈球菌肽(Nisin是

9、經(jīng)乳酸鏈球菌發(fā)酵產(chǎn)生的一種由34個氨基酸殘基組成的小肽,對許多革蘭氏陽性菌具有抗菌活性,尤其是對梭菌和芽孢桿菌等主要食品腐敗菌的抗菌活性,使其在食品防腐中具有重要價值。又因其無毒、用量少,使用方便防腐效果好,價格低廉等特點,在奶制品、干酪制品、罐頭食品、肉制品、飲料等食品產(chǎn)品的防腐保鮮中普遍應(yīng)用。例如在巴氏滅菌精制乳酪糊狀食品時添加的乳酸鏈球菌素可以有效地抑制A、B型肉毒桿菌菌株的生長及毒毒的產(chǎn)生。在熏肉、火腿、香腸等肉制品的加工過程中添加一定劑量的Nisin不僅可以控制細菌的生長,保持良好的風(fēng)味及色澤,還可減少產(chǎn)生危害健康的亞硝胺1213。曲酸是由米曲霉、黃曲霉、白色曲霉等多種霉菌在生長過程

10、中經(jīng)糖代謝產(chǎn)生的一種弱酸性化合物。曲酸具有抗菌作用、抗氧化作用、護色作用以及安全無毒性的優(yōu)點,可廣泛應(yīng)用于肉食的護色、防止熏制品的致癌物的形成以及果蔬保鮮、生食品殺菌防腐等。曲酸作為食品防腐劑具備了對酪氨酸酶的抑制能力以及對多種金屬離子的螯合作用14。納他霉素是納他爾鏈霉菌產(chǎn)生的一種具有活性的環(huán)狀四烯化合物,它能有效抑制和殺死酵母、霉菌及其它絲狀真菌。作用機理在于麥角固醇與真菌的細胞壁和細胞膜的反應(yīng)導(dǎo)致細胞破裂。對于細胞中不存在類似固醇化合物的微生物,那他霉素對其無效,如細菌和病毒。因此可將那他霉素直接加入到酸奶等發(fā)酵制品中,抑制霉菌和酵母菌,卻不殺死有益細菌。酸奶中添加那他霉素可以高效、低成

11、本地抑制真菌,延長其貨架期,保證加工產(chǎn)品的質(zhì)量。果蔬汁中添加那他霉素可以有效防止因真菌而引起的變質(zhì)。在肉類保鮮方面可采用浸泡或噴涂肉類食品來達到防止霉菌生長的目的。那他霉素在罐裝食品、啤酒釀造、方便食品、焙烤食品等許多領(lǐng)域也具有良好的應(yīng)用前景15。自然界有一類嗜殺酵母(kill yeast能向體外分泌一種毒蛋白(也稱嗜殺毒素,殺死同族及親緣酵母。這種殺菌活性物質(zhì)是1963年從釀酒酵母中首次發(fā)現(xiàn)的。以后又發(fā)現(xiàn)了假絲酵母屬、隱球菌屬、德巴利酵母屬、漢遜氏酵母屬、克魯維氏酵母屬、畢赤酵母屬和圓酵母屬也能分泌殺菌物質(zhì)。目前,研究最深入的是來自釀酒酵母的K1毒素。K1毒素作用機制是:首先是毒素快速吸附到

12、酵母細胞壁上的-1.6-D-葡聚糖受體上,此步不需要能量。然后,一個需能過程把毒素轉(zhuǎn)移到細胞膜上,形成不需膜電位的陰離子通道。受K1毒素作用的細胞表現(xiàn)出:細胞膜上氫離子濃度下降,細胞質(zhì)酸化和K+的泄漏。細胞質(zhì)膜的離子泄漏大概是毒素致死的主要原因16。最近的研究又發(fā)現(xiàn)一種新型的生物防腐劑聚賴氨酸。聚賴氨酸是日本酒井平一和島昭兩位博士在大量篩選有價值放線菌時發(fā)現(xiàn)的一種新型聚合物。它是由2530個賴氨酸殘基聚合而成,經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)其具有強烈的抑菌能力,可以作為防腐劑用于食品的保鮮。目前聚賴氨酸已在日本工業(yè)化生產(chǎn),一般采用葡萄糖為原料使用鏈霉菌發(fā)酵法生產(chǎn)。聚賴氨酸具有廣譜抑菌性,對于酵母屬的尖銳假絲酵母屬

13、,法紅酵母屬,產(chǎn)膜畢氏酵母、玫瑰擲孢酵母;革蘭氏陽性菌中的耐熱脂肪芽孢桿菌,凝結(jié)芽孢桿菌、枯草芽孢桿菌;革蘭氏陰性菌中的產(chǎn)氣節(jié)桿菌,大腸桿菌等引起食物中毒與腐敗的菌有強烈的抑制作用,其最小抑制濃度小于或等于50g/mL。尤其聚賴氨酸在50g/mL的濃度水平下對大腸桿菌抑制實驗,發(fā)現(xiàn)其明顯影響大腸桿菌的蛋白質(zhì)合成,并且使大腸桿菌的細胞壁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)異常從而抑制大腸桿菌的繁殖。同時聚賴氨酸也具有一定的抗嗜菌體的能力。聚賴氨酸由于其抗菌性和安全性已廣泛應(yīng)用到食品工業(yè)的各個領(lǐng)域,如用于面包點心、奶制品、肉制品、冷藏食品和袋裝食品等17。另外一些其它微生物來源的防腐劑也有報道。鏈霉菌產(chǎn)生的幾丁質(zhì)酶對真菌具有

14、一定的抑制作用;球孢鏈霉菌產(chǎn)生的溶菌酶可特異性地溶解金黃色葡萄球菌和其它食品污染菌,抑菌譜比卵白溶菌酶更廣。由鏈霉菌產(chǎn)生的泰樂菌素對革蘭氏陽性菌具有廣譜的抑制作用,對一些孢子也由殺滅作用。此外,一些食用菌的子實體、菌絲體和發(fā)酵液也對食品腐敗菌有抑制作用18。雖然不少微生物在其代謝過程中都能產(chǎn)生抑菌物質(zhì),但作為食品防腐劑,必須符合:生物殺菌素本身對人體完全無害;在消化道內(nèi)降解為食物的正常成分;對食品進行熱處理降解為無害成分;不影響消化道菌群;不影響藥用抗菌素的使用等要求。3動物來源的生物防腐劑目前研究報道較多來源動物的生物防腐劑有昆蟲抗菌肽、殼聚糖以及魚精蛋白。下面對其功能及其在食品中的應(yīng)用一一

15、介紹。昆蟲抗菌肽是昆蟲血淋巴細胞中形成的一類小分子肽,在昆蟲受到外界微生物的刺激時,可大量迅速地合成。迄今為止,已發(fā)現(xiàn)的昆蟲抗菌肽多達100多種。昆蟲抗菌肽分子量比較小,4kD左右。一般熱穩(wěn)定性強,具有強堿性,廣譜抗菌性。不僅可抗革蘭氏陽性菌,也可抗革蘭氏陰性菌,甚至對病毒和腫瘤細胞均具抗性。一般認為抗菌肽的抗菌機理是由于它能影響細胞膜的通透性,使細胞膜通透性增強或是在細胞膜上形成通道,引起細胞質(zhì)溢流導(dǎo)致細胞的死亡。由于昆蟲抗菌肽具有水溶性好,無免疫原形,對人體無副作用,生物活性廣泛等特點,在食品工業(yè)領(lǐng)域中逐漸顯示出廣泛的應(yīng)用前景。作為一種抗菌肽,它可以降低殺菌溫度,減少熱處理時間,保持食品的

16、營養(yǎng)價值與風(fēng)味。另外其酸性,熱穩(wěn)定性和低溫貯藏穩(wěn)定性,使其具有獨特的使用性。在肉制品加工過程中只需添加很少劑量( mol/g級的抗菌肽,就可以控制細菌的生長,保持食品的風(fēng)味及色澤。同時還可以降低其中亞硝酸鹽的含量,減少產(chǎn)生危害人們健康的亞硝胺19,20。殼聚糖又名乙酰幾丁質(zhì),是由蝦蟹殼廢料加工而成的,屬于高分子多糖。由于殼聚糖無毒,安全且無異味,作為食品防腐劑的研究近些年來已十分活躍。日本已由專門的研究機構(gòu)和商品化的殼聚糖制品,我國在這方面的研究也取得了一些進展24。由于殼聚糖不溶于水,溶于稀酸,做防腐劑使用不方便,因此需研發(fā)水溶性的殼聚糖衍生物防腐劑。國內(nèi)陳春濤等報道醋酸溶液的殼聚糖溶液對細

17、菌有很強的抑制力,對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、變形桿菌、枯草桿菌的最佳抑制濃度分別為0.5%,1.0%,1.25%,1.25%,最低抑菌濃度分別為0.05%,0.15%, 0.2%,0.25%;對酵母菌的抑制力較強。其抗菌機理在于能作用于微生物細胞表層,影響物質(zhì)通透性,損傷細胞。殼聚糖的脫乙酰程度越高,即氨基越多,抗菌活性越強21。殼聚糖衍生物水溶液噴灑在水果表面,不僅能抑制微生物的生長,還可在果實表面形成半透性膜。調(diào)節(jié)果實的生理代謝,使呼吸受到抑制,衰老得以延緩。因此殼聚糖常用于水果的保鮮。目前,將殼聚糖用于香梨、柑橘、草莓、獼猴桃、黃瓜、青椒、番茄的保鮮均有報道,一般只需0.7%2%的殼聚

18、糖溶液噴灑在果蔬的表面即可在果實表面形成一層薄膜,可阻止果實吸收O2與CO2的排出,從而延緩果實的熟化,達到保鮮的目的22。魚精蛋白是在魚類精子細胞中發(fā)現(xiàn)的一種細小而簡單的堿性球形蛋白質(zhì),魚精蛋白有廣譜抑菌活性,能抑制枯草桿菌、巨大芽孢桿菌、地衣型芽孢桿菌、凝固芽孢桿菌、胚芽乳桿菌、干酪乳桿菌、糞鏈球菌等的生長。研究發(fā)現(xiàn),魚精蛋白可與細胞膜中營養(yǎng)合成系統(tǒng)的蛋白質(zhì)作用,使這些蛋白的功能受損,從而抑制細胞的新陳代謝而使細胞死亡。在牛奶、奶蛋、布丁中加入魚精蛋白可延長其保存期23。4展望隨著人們生活水平的提高和保健意識的增強,天然、綠色安全的生物防腐劑將逐漸取代傳統(tǒng)的化學(xué)防腐劑。在上述的幾種天然防腐

19、劑中,微生物來源的生物防腐劑最有發(fā)展前途。利用現(xiàn)在的生物化學(xué)工程技術(shù),可以利用微生物繁殖快,生產(chǎn)成本低的優(yōu)點進行工業(yè)化大生產(chǎn)。還可以通過基因重組方式獲得高產(chǎn)菌株來獲得抗菌效果更好的天然防腐劑。在使用生物防腐劑時,也要注意一些問題。例如,要考慮生物防腐劑的活力持久性和誘導(dǎo)性抗性,即活力是否被食物中的某些成分破壞(例如蛋白酶水解或在加工中損失(如受熱失活;腐敗菌是否對防腐劑產(chǎn)生抗性。另外,不同防腐劑具有不同的抗菌譜,作用機理也不同,要根據(jù)實際情況選擇合適的防腐劑,以及合適的用量,為使生物防腐劑充分發(fā)揮作用,一般可將不同來源的防腐劑配合加入使用,達到互補或協(xié)同增效作用。參考文獻1紀濱,等.高新技術(shù)再

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