◎ 黃淑婷，姚和瑩，俞夢婷，臧彩利，胡依瓊，周芳美

（浙江中醫(yī)藥大學，浙江 溫州 310051）

食品在制作、運輸以及儲藏的過程中易受到外界環(huán)境的影響發(fā)生腐敗變質，引起食源性疾病、食物中毒等。同時，食品腐敗變質會造成資源浪費，給世界各地帶來巨大的經濟損失。因此，在食品中添加合適的防腐劑已成為延長食品保質期，保證食品質量的一道必然工序。現階段，食品加工業(yè)中多用化學防腐劑對食品進行防腐保鮮，但存在致畸性、致癌性，可引起食物中毒等多種弊端，因此尋找安全高效的新型防腐劑迫在眉睫。

天然防腐劑是一類從植物、動物、微生物等中提取出來的具有抑制微生物生長、延緩食品防腐變質作用的物質。其具有綠色天然、安全無毒和廣譜抗菌的優(yōu)勢，可滿足人們對健康生活的追求。本文對天然防腐劑的抑菌機理、在食品防腐保鮮方面的應用，及天然食品防腐劑研究存在的問題和未來的發(fā)展前景加以概述，以期為天然防腐劑在食品防腐保鮮中的廣泛應用提供新思路。

1 天然防腐劑的類型

1.1 植物源防腐劑

植物源天然防腐劑是一類來源于植物，天然綠色、高效抑菌的防腐資源，含有酚類、黃酮類、精油類等活性成分，每一類活性成分包含許多不同結構的化合物，可通過破壞細胞結構完整性、干擾生物大分子的新陳代謝及細胞內環(huán)境的電生理特性等多種途徑發(fā)揮抑菌作用，實現防腐功能。植物源防腐劑除具有天然防腐劑固有的優(yōu)點外，還具有水溶性強、安全性高、熱穩(wěn)定性好等特性，可以穩(wěn)定、高效地發(fā)揮保鮮功能。

植物多酚是植物體內分子量較高、結構較為復雜的次級代謝產物。CHEN等[2]研究得出甜菜糖蜜多酚對金黃色葡萄球菌、單核細胞增生李斯特菌、大腸桿菌和鼠傷寒沙門氏菌4種食源性病原體的生長均具有抑制作用，其抗菌機制可能是細胞質膜破損與蛋白質泄漏。黃酮類化合物是一類具有2-苯基色原酮結構的生理活性物質。其能滲入細胞，吸附細胞內帶有陰離子的細胞質，發(fā)生絮凝作用，擾亂細胞正常的生理活動，最終達到殺菌的效果[3]。植物精油是一類高度濃縮油狀液體物質，其能抑制菌絲體吸收營養(yǎng)物質，且抑制效果可隨處理時間的延長而逐漸增強。同時，精油能破壞菌體胞膜，使胞膜脫落，細胞內容物滲出，造成胞內大分子物質（核酸和蛋白質等）和一些必需分子丟失[4]。綜上，植物源防腐劑主要通過破壞細胞質膜，使內容物泄出，導致細菌死亡，發(fā)揮防腐保鮮作用。

1.2 動物源防腐劑

動物源天然防腐劑是一類從動物體中提取的，具有防腐保鮮功能的食品添加劑，其來源廣泛，主要有蜂膠、魚精蛋白、殼聚糖以及溶菌酶等。動物源防腐劑在人體消化道內可被降解為食物的正常成分，不影響消化道菌群，還具有一定的營養(yǎng)價值，具有安全無毒、優(yōu)異的生物相容性等特點。

研究顯示[5]蜂膠是通過減少水果體內氧含量，降低呼吸強度，抑制有機物分解，減少水分蒸發(fā)而發(fā)揮防腐保鮮作用，且濃度越高，效果越顯著。另有研究表明[6]魚精蛋白能夠延緩一些真菌和細菌的生長與繁衍速度，可改變細菌的新陳代謝。同時，魚精蛋白可以與微生物的細胞壁結合，破壞細胞壁的形成，還可作用于微生物的細胞膜，影響細胞膜對能量的轉化能力及營養(yǎng)物質的吸收，達到防腐保鮮作用。殼聚糖是目前應用廣泛的動物源防腐劑。其抑菌機理分為兩種，即低分子量的殼聚糖能影響細菌細胞內RNA、蛋白質合成和線粒體功能，抑制新陳代謝；而高分子量的殼聚糖會更容易與細菌包被結合，使得營養(yǎng)物質無法進入細菌，抑制大分子的合成代謝，并使細菌細胞逐漸破裂分解[7]。綜上，動物源防腐劑是通過破壞細菌細胞壁、細胞膜，影響能量轉化、生物大分子的合成與線粒體作用的發(fā)揮，從而達到防腐保鮮效果。

1.3 微生物源防腐劑

微生物源天然防腐劑是一類通過微生物提純發(fā)酵，進而培養(yǎng)得到的新型天然防腐劑，主要有乳酸鏈球菌素、納他霉素、ε-聚賴氨酸等。微生物源防腐劑因種類豐富，數量繁多，穩(wěn)定性高，在提取有效防腐成分時因微生物繁殖周期短而占有優(yōu)勢，在食品防腐行業(yè)發(fā)展中具有較大潛力。

研究表明[8]乳酸菌能產生多種抗菌副產品，主要是有機酸、細菌素和過氧化氫，其中細菌素有高抗菌活性，能保持食物的感官特性。乳酸鏈球菌素是一種天然生物抗菌肽，具有抑制大部分革蘭陽性菌芽孢的生長和繁殖的作用，也可通過影響細菌中主要功能性基因的轉錄，有效阻止細菌生長和毒素的形成。納他霉素是一種多烯類抗菌素，其安全性高，可有效抑制細菌、酵母菌及霉菌的生長，延長食品保質期，保持食品的貯藏品質。吳劍等[9]研究發(fā)現，不同濃度的納他霉素對運輸過程中的葡萄具有一定的保鮮效果，可有效減少葡萄營養(yǎng)流失，保持其外觀、風味。與納他霉素相同，在食品中添加ε-聚賴氨酸同樣可抑制腐敗微生物的生長繁殖，延緩食品品質變化，延長食品貨架期。綜上，微生物源天然防腐劑可通過破壞菌膜，抑制菌的生長、繁殖，有效保持食品品質。

1.4 其他

近年來，許多研究發(fā)現天然防腐劑聯(lián)合使用效果優(yōu)于單獨使用，可有效提高抑菌活性，具有抗氧化性，進而增強防腐保鮮效果。HAFSA等[11]研究發(fā)現桉樹精油與殼聚糖的復合涂層具有良好的抗菌活性，且可明顯提高純殼聚糖涂層的抗氧化性。與單一防腐劑相比，低濃度的復配防腐劑可發(fā)揮出良好的抑菌效果。木醋液和殼寡糖的混合物對冷藏鮮魚肉的微生物總數、亞鐵血紅蛋白含量、脂肪氧化以及蛋白質氧化均具有積極影響。其中，僅含1 g/100 mL木醋液的混合物就可明顯延長保鮮期[12]。

復配防腐劑抑菌機理復雜，會根據成分組成發(fā)生改變。盧娜等[13]研究發(fā)現，六氫β-酸/2-甲基-β-環(huán)糊精包合物可抑制單增李斯特菌在對數期的生長，破壞膜結構，影響菌體完整性，造成核酸、蛋白質、電解質等泄露。具有相同成分的復合防腐劑的防腐保鮮機制也有所不同。ε-聚賴氨酸和天然抗菌劑乳酸鏈球菌肽A的協(xié)同作用可對抗變形鏈球菌的生長，而ε-聚賴氨酸和冰蓄的聯(lián)合使用則是通過改變微生物群組成而延緩變質。

2 天然防腐劑對食品的防腐保鮮作用

2.1 在肉制品方面的應用

肉制品因水分活度高、營養(yǎng)豐富，易引發(fā)由微生物感染以及脂質、蛋白質、色素氧化導致的腐爛，因此肉制品保鮮的關鍵在于延緩營養(yǎng)成分的氧化和抑制微生物的生長。目前，運用于肉制品保鮮的天然防腐劑主要有多酚、殼聚糖、ε-聚賴氨酸等。

天然防腐劑發(fā)揮保鮮作用的主要途徑是中和活性氧及抑制微生物繁殖。MUNEKATA等[14]發(fā)現種子中的多酚類物質可通過延緩脂肪酸、蛋白質和色素氧化，保持肉制品的顏色、味道和整體品質。此外，天然活性成分可結合蛋白質、多糖、脂類等天然高分子物質形成抗氧化可食用膜，通過形成動態(tài)系統(tǒng)，釋放可食膜中的抗氧化成分來吸收氧氣、清除自由基，延長保質期。比較天然抗氧化復合可食用膜和單一天然防腐劑，發(fā)現天然抗氧化復合可食用膜具有適用范圍更廣、穩(wěn)定性更強的優(yōu)點。

2.2 在水產品方面的應用

水產品在儲存過程中，氧化、酶促自溶、微生物生長等會造成水產品的腐爛。為了保證水產品的新鮮程度，除低溫、冷凍保存外，還可添加天然防腐劑。天然防腐劑能減少各種不良生化反應的發(fā)生，抑制微生物生長，發(fā)揮延緩水產品腐爛的作用。目前用于水產品保鮮的天然防腐劑主要有精油、多酚、乳酸菌等。

NAVARRO等[16]通過實驗檢測被包裹在β-環(huán)糊精納米中的佛手柑、香芹酚和葡萄柚精油對金頭鯛儲存的影響，發(fā)現EOs+β-CD冰組的腸桿菌科細菌和假單胞菌計數較低。同時，相比于pH值快速上升的普通冰儲存組，EOs+β-CD冰組鯛魚的pH值無明顯變化，表明EOs+β-CD冰作為海洋生物防腐保鮮的選擇有一定的可行性。此外，微生物防腐劑通過抑制腐敗菌生長起到良好的保鮮作用。李剛等[17]運用變性梯度凝膠電泳技術，在貯藏期間，對不同濃度芽孢乳酸菌處理后的養(yǎng)殖大黃魚進行體表腐敗微生物的分子動態(tài)監(jiān)控，發(fā)現一定濃度的芽孢乳酸菌對部分腐敗菌具有良好的抑菌作用。同時，芽孢乳酸菌產生細菌素抑制腐敗微生物對肌肉纖維的降解，減緩組織結構劣變、肌肉質地軟化，發(fā)揮防腐保鮮作用。

2.3 在果蔬方面的應用

果蔬在加工、運輸等過程中易受病原微生物入侵發(fā)生變質腐敗，而化學防腐劑易殘留于果蔬表面，對人體造成危害。因此，綠色安全且具有顯著保鮮效果的天然防腐劑成為良好替代品，如多酚類、精油類提取物、殼聚糖等。

VERDEGUER等[18]研究表明，300 μg·mL-1劑量的精油能完全抑制7種植物病原菌，且浸泡過精油的水果，其壞死程度明顯小于對照組。同時，精油對成熟番茄的真菌抑制率高達90%，并能使柿子的保質期延長至2個月。研究發(fā)現[19]將含有檸檬酸的生物活性乳清蛋白膜涂抹到蘋果切片上，能顯著降低多酚氧化酶活性，維持水分活度以及原有顏色，減少酶促褐變反應以及質量損失，延長貨架期。殼聚糖和多酚類化合物通過減少水分流失，抑制蔬菜的生理代謝，減少固體形成物的消耗而發(fā)揮防腐保鮮作用。復合防腐劑的抑菌保鮮效果明顯優(yōu)于單獨的天然防腐劑。MOU等[20]研究發(fā)現，艾葉、高良姜、白鮮皮3種中草藥精油可抑制由黃曲霉、擴展青霉等霉菌引起的桃果腐爛。

2.4 其他

植物源防腐劑如多酚類和萜類化合物，可用于烘焙食品的保鮮儲存。JU等[22]研究發(fā)現丁香酚和檸檬醛對黑曲霉具有協(xié)同抑制作用。丁香酚主要通過破壞細胞膜的完整性，增大受損細胞膜的通透性而發(fā)揮作用，而檸檬醛主要促進腐敗菌細胞膜脂質過氧化，導致活性氧積累，通過細胞氧化應激誘導細胞凋亡甚至壞死，從而起到抑菌作用。在此結論上進行面包保鮮實驗研究，發(fā)現在25 ℃和35 ℃下，檸檬醛能將面包的保質期延長13.0 d和9.5 d，同時不會產生異味，具有很大的實際應用潛力。

在調味品中，微生物源防腐劑具有廣闊的使用空間。在醬油中添加乳酸鏈球菌素和納他霉素制成的復配防腐劑，能增強抑菌能力，延長醬油的密封保質期。在腌制品中加入ε-聚賴氨酸等生物防腐劑可有效抑制腐敗微生物的生長，且不會對腌制品的口感、色澤造成影響，其抑制效果優(yōu)于化學防腐劑苯甲酸鈉和山梨酸鉀[23]。在菇類保鮮中，徐冬穎等[24]發(fā)現納他霉素能增強其清除自由基及抗氧化能力，抑制雙孢菇子實體褐化，減少質量損失率，降低呼吸強度，延長保質期。

3 結語

隨著人們對健康可持續(xù)生活及食品安全等方面意識的增強，天然防腐劑的開發(fā)成為當下研究的熱點，是食品防腐保鮮領域的重要方向。天然防腐劑對食品防腐保鮮的效果隨著研究的不斷深入已被證實，但還存在以下幾點問題。①國內外研究已發(fā)現大量植物、動物及微生物的提取物具有抑菌作用，但大多只停留于實驗階段，而我國研究出的具有防腐作用且允許使用的植物添加劑極少，被批準的天然食品防腐劑僅限6種。②天然防腐劑成本相對于化學防腐劑更昂貴，大部分商家會選擇化學防腐劑，使天然防腐劑不能得到推廣。③天然防腐劑的提取等加工技藝要求水平高，操作難度大。綜上，在未來的食品生產加工領域，需要改進和精簡天然防腐劑的制備方法，降低生產成本，或將天然防腐劑與化學防腐劑或兩種天然防腐劑配合使用，不僅可以降低成本，有效減少化學防腐劑的使用量，疊加防腐效果，還能拓寬使用范圍。因此，在未來的食品防腐工業(yè)中，天然食品防腐劑的運用將會成為食品防腐、保鮮的主要方式，也為后續(xù)的相關研究和課題提供新的思路和應用價值。