模块二 食品防腐剂

学习目标与要求

了解食品防腐剂抗菌作用的一般机理。

掌握合成、天然食品防腐剂性能、应用。

学习重点与难点

重点：合成、天然食品防腐剂应用。

难点：食品防腐剂抗菌作用机理。

学习内容

美国一食品科学家曾指出：“贮存好我们生产的东西，比耗费能源和资源去生产更多的东西，给我们带来更大的效益”。

依据GB 2760—2014《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》，食品防腐剂是防止食品腐败变质、延长食品贮存期的物质，是用于防止食品在贮存、流通过程中主要由微生物繁殖引起的变质，提高保存性，延长食品保藏期而在食品中使用的添加剂。从抗微生物的概念出发，可更确切地将此类物质称之为抗微生物剂或抗菌剂。

项目一 食品防腐剂的作用机理

造成食品败坏的原因很多，包括物理、化学及生物等方面的因素，这些因素通常是同时或连续发生的。由于食品营养丰富，适于微生物生长增殖，而微生物又是到处都有、无孔不入的。所以，通常导致食品败坏的主要因素是细菌、霉菌和酵母之类微生物的侵袭。

一、微生物引起的食品变质

微生物引起食品变质可分为：细菌繁殖造成的食品腐败，霉菌代谢导致的食品霉变和酵母菌分泌的氧化还原酶促使的食品发酵。

1.食品腐败

食品腐败变质是指食品受微生物污染，在适合的条件下，微生物的迅速繁殖导致食品的外观和内在发生劣变而失去食用价值的现象。食品发生腐败，在感官上丧失食品原有的色泽，产生各种颜色，发出腐臭气味，呈现不良滋味，如糖类食品呈现酸味，蛋白质类食品呈现苦味和涩味，食品组织发生软化，生着白毛，产生黏液物。从微观上讲，微生物代谢分泌的酶类对食品的蛋白质肽类、胨、氨基酸等含氮有机物进行分解产生多种低分子化合物，如酚、吲哚、腐胺、尸胺、粪臭素、脂肪酸等，然后进一步分解成硫化氢、硫醇、氨、甲烷、二氧化碳等。在这种一系列分解过程中产生大量毒性物质，并散发出令人厌恶的恶臭味；某些分解脂肪的微生物能分解食品中的脂肪而导致其酸败变质。

2.食品霉变

食品霉变是指霉菌在代谢过程中分泌出大量糖酶，使食品中的碳水化合物分解而导致的食品变质。食品霉变后，外观颜色改变，营养成分破坏，且染有霉味。若霉变是由产毒霉菌造成的，则产生的毒素对人体健康有严重影响，如黄曲霉毒素类可导致癌症，所以预防食品的霉变十分必要。

3.食品发酵

食品发酵是微生物代谢所产生的氧化还原酶促使食品中所含的糖发生不完全氧化而引起的变质现象。食品常见的发酵有酒精发酵、醋酸发酵、乳酸发酵和酪酸发酵。

酒精发酵是食品中的己糖在酵母作用下降解为乙醇的过程。水果、蔬菜、果汁、果酱和果蔬罐头等食品发生酒精发酵时，都产生酒味。

醋酸发酵是食品中己糖经酒精发酵生成乙醇，进一步在醋酸杆菌作用下氧化为醋酸。食品发生醋酸发酵时，不但质量变劣，严重时完全失去食用价值。某些低度酒类（如果酒、啤酒、黄酒）、饮料（如果汁）和蔬菜罐头等常常发生醋酸发酵。

乳酸发酵是食品中的己糖在乳酸杆菌作用下产生乳酸，使食品变酸的现象。鲜乳和乳制品易发生这种酸变而变质。

酪酸发酵是食品中的己糖在酪酸菌作用下产生酪酸的现象。酪酸污染食品发出一种令人厌恶的气味。鲜乳、乳酪、豌豆类食品发生这种酸变时，食品质量严重下降。

二、食品防腐剂抗菌作用的一般机理

微生物繁殖需要有适合的客观条件，即适当的水分、温度、氧、渗透压、pH和光等。控制食品所处的环境条件或加入防腐剂均可达到食品防腐的目的。防止食品腐败变质可采用物理方法处理（如冷冻、干制、腌渍、烟熏、加热、辐射等），然而最有效的办法是使用防腐剂。

食品防腐剂不但抑制细菌、霉菌及酵母的新陈代谢，而且抑制其生长。抑菌作用和杀菌作用表现在微生物的死亡率方面是不同的。根据所使用防腐剂的种类，在通常使用的浓度下，需要经过几天或几周时间，最后才能达到杀死所有微生物的状态。随着防腐剂浓度的增加，微生物的生长速度减慢，而其死亡速率则加快，但还要注意防腐剂的使用浓度，在一定的浓度范围内，大多数微生物被抑制或被杀灭，即能达到有效的发挥作用。虽然经过一段时间后，残存的微生物又会开始繁殖，但此时食物已被食用。一般来说，实际上应在微生物数量比较少的时间就采取防腐措施，而不是在微生物生长期中添加食品防腐剂。防腐剂不能使已经含有大量微生物的食品回复新鲜状态。

食品防腐剂的作用机理有各种看法和假设，有人对食品防腐剂作用机理做如下归纳：作用于遗传物质或遗传微粒结构；作用于细胞壁和细胞膜系统；作用于酶或功能蛋白。一般说来是多种作用的结果，主要是防腐剂能使微生物的蛋白质凝固或变性，从而干扰其生存和繁殖；破坏微生物的细胞膜，干扰微生物的新陈代谢，影响生物过程的电性平衡；改变胞浆膜的渗透性，使微生物体内的酶类和代谢产物逸出导致其失活；对细胞原生质部分的遗传微粒结构产生影响。显然，并不是各种防腐剂都具有全部的作用，而这些作用是相互关联、相互制约的。总的来说，防腐剂最重要的作用可能是抑制一些微生物细胞中酶的反应或者抑制酶的合成。一般可能是抑制细胞中基础代谢的酶系，或者是抑制细胞重要成分的合成，如蛋白质的合成或核酸的合成。如苯甲酸亲油性大，易透过细胞膜，进入细胞体内，从而干扰微生物细胞膜的通透性，抑制细胞膜对氨基酸的吸收。进入细胞体内的苯甲酸分子，电离酸化细胞内的碱性，并能抑制细胞的呼吸酶系的活性，对乙酰辅酶A缩合反应有很强的阻止作用，从而起到食品防腐作用。又如山梨酸的抑菌作用机理是它与微生物的酶系统的巯基相结合，从而破坏许多重要酶系统的作用，此外它还能干扰传递机能，如细胞色素C对氧的传递，以及细胞膜表能量传递的功能，抑制微生物增殖，达到防腐的目的。

原则上说，防腐剂也能对人体细胞有同样的抑制作用。但决定的因素是防腐剂的使用浓度，在微生物细胞中所需要的抑制浓度远比人体细胞中要小。就大多数防腐剂而言，防腐剂在人体器官中很快被分解或从体内排泄出去，因此在一定的使用浓度范围内不会对人体造成显著的伤害。

用于食品防腐剂的要求是：符合卫生标准，与食品不发生化学反应，防腐效果好，对人体正常功能无影响，使用方便，价格便宜。

食品防腐剂按来源可分为合成类防腐剂和天然防腐剂。

项目二 合成食品防腐剂

合成食品防腐剂主要分为有机防腐剂及无机防腐剂两大类。无机防腐剂主要有硝酸盐及亚硝酸盐类、二氧化硫、亚硫酸以及盐类等，这部分内容将在模块六中进行介绍。有机防腐剂主要有苯甲酸及其盐类、山梨酸及其盐类、对羟基苯甲酸酯类、丙酸及其盐类，以及乳酸、醋酸等。还有一些其它类型的有机化合物，如联苯、邻苯基苯酚及其钠盐（OPP及SOPP）、苯并咪（TBZ）等化合物。下面介绍常用的几种合成类食品防腐剂。

一、苯甲酸及其钠盐

苯甲酸亦称安息香酸，分子式C₇H₆O₂，相对分子质量122.12。

苯甲酸钠亦称安息香酸钠，分子式C₇H₅O₂Na，相对分子质量144.11。

1.性状

苯甲酸为白色有荧光的鳞片状结晶或针状结晶，或单斜棱晶，质轻无味或微有安息香或苯甲醛的气味。在热空气中微挥发，于100℃左右升华，能与水汽同时挥发。苯甲酸的化学性稳定，有吸湿性，在常温下难溶于水，但溶于热水，也溶于乙醇和油中。

苯甲酸钠为白色颗粒或晶体粉末，无臭或微带安息香气味，味微甜，有收敛性，在空气中稳定；易溶于水，其水溶液的pH为8。溶于乙醇。

2.性能

苯甲酸为一元芳香羧酸，酸性较弱，其25%饱和水溶液的pH为2.8，所以其杀菌、抑菌效力随介质的酸度增高而增强。在碱性介质中则失去杀菌、抑菌作用。pH3.5时，0.125%的溶液在1h内可杀死葡萄球菌等；pH4.5时，对一般菌类的抑制最小浓度约为0.1%；pH5时，即使5%的溶液，杀菌效果也不可靠；其防腐的最适pH为2.5～4.0。

苯甲酸对细菌抑制力较强，对酵母、霉菌抑制力较弱。表2—1所示为苯甲酸的部分抑菌力。

苯甲酸钠防腐效果小于苯甲酸，pH3.5时，0.05%溶液能防止酵母生长；pH6.5时，溶液的浓度需提高至2.5%方能有此效果。这是因为苯甲酸钠只有在游离出苯甲酸的条件下才能发挥防腐作用。在较强酸性食品中，苯甲酸钠的防腐效果好。1.18g苯甲酸钠的防腐效能相当于1.0g苯甲酸。

3.毒性

苯甲酸：大鼠经口LD₅₀为2.7～4.44g/kg，MNL为0.5g/kg体重。苯甲酸入口后，经小肠吸收进入肝脏内，在酶的催化下大部分与甘氨酸化合成马尿酸，剩余部分与葡萄糖醛酸化合形成葡萄糖苷酸而解毒，并全部进入肾脏，最后从尿排出。

苯甲酸是比较安全的防腐剂。

苯甲酸钠：大鼠经口LD₅₀为2.7g/kg体重。ADI为0～5mg/kg体重。

4.应用

依照GB 2760—2014《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》，苯甲酸及其钠盐的使用范围和最大使用量（以苯甲酸计，g/kg）为：碳酸饮料、特殊用途饮料0.2；配制酒0.4；蜜饯凉果0.5；复合调味料0.6；除胶基糖果以外的其他糖果、果酒0.8；胶基糖果1.5；风味冰、冰棍类、果酱（罐头除外）、腌渍的蔬菜、调味糖浆、醋、酱油、酱及酱制品、半固体复合调味料、液体复合调味料、果蔬汁（浆）饮料、蛋白饮料、茶、咖啡、植物饮料类、风味饮料（固体饮料按稀释倍数增加使用量）1.0；浓缩果蔬汁（浆）（仅限食品工业用）2.0。

二、山梨酸及山梨酸钾

山梨酸为2，4—己二烯酸，亦称花楸酸，分子式C₆H₈O₂，相对分子质量112.13。

山梨酸钾，分子式C₆H₇KO₂，相对分子质量150.22。

1.性状

山梨酸为无色针状结晶或白色晶体粉末，无臭或微带刺激性臭味，耐光、耐热性好，在140℃下加热3h无变化，长期暴露在空气中则被氧化而变色。山梨酸难溶于水，溶于乙醇、冰醋酸。

山梨酸钾为白色至浅黄色鳞片状结晶、晶体颗粒或晶体粉末，无臭或微有臭味，长期暴露在空气中易吸潮、被氧化分解而变色。山梨酸钾易溶于水、乙醇；1%山梨酸钾水溶液的pH为7～8。

2.性能

山梨酸（山梨酸钾）是使用最多的防腐剂，大多数国家都使用。山梨酸具有良好的防霉性能，它对霉菌、酵母菌和好气性细菌的生长发育起抑制作用，而对嫌气性细菌几乎无效。山梨酸为酸型防腐剂，在酸性介质中对微生物有良好的抑制作用，随pH增大防腐效果减小，pH为8时丧失防腐作用，适用于pH在5.5以下的食品防腐。

3.毒性

大鼠经口LD₅₀10.5g/kg体重。ADI 0～0.025g/kg体重。山梨酸的毒性比苯甲酸小，许多国家已逐渐用山梨酸取代苯甲酸作食品防腐添加剂。

山梨酸参与人体内新陈代谢所发生的变化和产生的热效应与同碳数的饱和及不饱和脂肪酸无差异。山梨酸经口在肠内吸收，在体内代谢最终生成二氧化碳和水，不从尿中排出，不会在体内积累。

4.应用

山梨酸及其钾盐除用作防腐剂外，还可作抗氧化剂、稳定剂。依照GB 2760—2014《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》，山梨酸及其钾盐的使用范围和最大使用量（以山梨酸计，g/kg）为：熟肉制品、预制水产品（半成品）0.075；葡萄酒0.2；配制酒0.4；风味冰、冰棍类、经表面处理的鲜水果、蜜饯凉果、经表面处理的新鲜蔬菜、加工食用菌和藻类、酱及酱制品、饮料类（包装饮用水除外，固体饮料按稀释倍数增加使用量）、果冻（如用于果冻粉，按冲调倍数增加使用量）、胶原蛋白肠衣0.5；果酒、配制酒（仅限青粿干酒）0.6；干酪和再制干酪及其类似品、氢化植物油、人造黄油（人造奶油）及其类似制品（如黄油和人造黄油混合品）、果酱、腌渍的蔬菜、豆干再制品、新型豆制品（大豆蛋白及其膨化食品、大豆素肉等）、除胶基糖果以外的其他糖果、面包、糕点、焙烤食品馅料及表面用挂浆、风干、烘干、压干等水产品、熟制水产品（可直接食用）、其他水产品及其制品、调味糖浆、醋、酱油、复合调味料、乳酸菌饮料（固体饮料按稀释倍数增加使用量）1.0；胶基糖果、其他杂粮制品（仅限杂粮灌肠制品）、方便米面制品（仅限米面灌肠制品）、肉灌肠类、蛋制品（改变其物理性状）1.5；浓缩果蔬汁（浆）（仅限食品工业用，固体饮料按稀释倍数增加使用量）2.0。

山梨酸难溶于水，使用时先将其溶于乙醇或碳酸氢钠、硫酸氢钾的溶液中，故实际应用多使用山梨酸钾。使用山梨酸及其钾盐作食品防腐剂时，要特别注意食品卫生，若食品被微生物严重污染，山梨酸及其钾盐便成为微生物的营养物质，不但不能抑制微生物繁殖，反而会加速食品腐败。山梨酸及其钾盐与其他防腐剂复配使用，可产生协同作用提高防腐效果。在使用山梨酸或山梨酸钾时，要注意勿使其溅入眼内，它们能严重刺激眼睛，一旦进入眼内赶快以水冲洗，然后就医。

三、丙酸钠与丙酸钙

丙酸，分子式C₃H₆O₂，相对分子质量：74.08。

丙酸钠，分子式CH₃CH₂COONa，相对分子质量96.06。

丙酸钙，分子式（CH₃CH₂COO）₂Ca · nH₂O（n＝0，1），相对分子质量186.22（无水盐）。

1.性状

丙酸为无色澄清油状液体。稍有刺鼻的恶臭气味。能与水混溶，溶于乙醇。

丙酸钠为白色结晶或白色晶体粉末或颗粒，无臭或微带特殊臭味，易溶于水、乙醇；在空气中吸潮。

丙酸钙为白色结晶或白色晶体粉末或颗粒，无臭或微带丙酸气味。用作食品添加剂的丙酸钙为一水盐，对光和热稳定，有吸湿性；易溶于水，不溶于乙醇。丙酸钙10%水溶液的pH为8～10。

2.性能

丙酸是一元羧酸，它是以抑制微生物合成β—丙氨酸而起抗菌作用的，故在丙酸钠中加入少量β—丙氨酸，其抗菌作用即被抵消，然而对棒状曲菌、枯草杆菌、假单胞杆菌等却仍有抑制作用。

丙酸钠对防霉菌有良好的效能，而对细菌抑制作用较小，对酵母菌无作用。它能使蛋白质变性、酶变性，防止产生黄曲霉毒素。丙酸钠起防腐作用的主要是未离解的丙酸，所以应在酸性范围内使用。

丙酸钙的防腐性能与丙酸钠相同，在酸性介质中游离出丙酸，而发挥抑菌作用。丙酸钙能抑制面团发酵时枯草杆菌的繁殖，pH为5.0时最小抑菌浓度为0.01%，pH为5.8时需0.188%，最适pH应低于5.5，其他参照丙酸钠。丙酸钙抑制霉菌的有效剂量较丙酸钠小，并降低化学膨松剂的作用，故常用丙酸钠；然而使用丙酸钙可补充食品中的钙质。

3.毒性

丙酸：大鼠经口LD₅₀4.29g/kg。丙酸是人体正常代谢的中间产物，可被代谢和利用，安全无毒。

丙酸钠：小鼠经口LD₅₀5.1g/kg。ADI不作限制性规定。

丙酸钙；大鼠经口LD₅₀3.34g/kg。ADI不作限制性规定。

4.应用

依照GB 2760—2014《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》，丙酸及其钠盐、钙盐的使用范围和最大使用量（以丙酸计，g/kg）为：生湿面制品（如面条、饺子皮、馄饨皮、烧卖皮）0.25；原粮1.8；豆类制品、面包、糕点、醋、酱油2.5；其他（杨梅罐头加工工艺用）50.0。

我国目前广泛用于食品防腐剂的三大品种为苯甲酸、山梨酸、丙酸及其盐。苯甲酸及其盐是使用时间最长且应用最广泛的食品防腐剂，但近年来因对其毒性有了一定认识，不少国家已明令限制或减少使用，而逐渐以山梨酸、丙酸及其盐代替。丙酸及其钠盐、钙盐价格低于山梨酸，是理想的食品防腐剂之一；作为食品防腐剂在我国具有巨大的潜在市场。

四、对羟基苯甲酸酯类及其钠盐

对羟基苯甲酸酯类又称为尼泊金酯类，一般有：对羟基苯甲酸甲酯、对羟基苯甲酸乙酸、对羟基苯甲酸丙酯、对羟基苯甲酸丁酯和对羟基苯甲酸异丁酯。它们对食品均有防腐作用，我国主要使用对羟基苯甲酸甲酯钠和对羟基苯甲酸乙酯及其钠盐；日本使用最多的是对羟基苯甲酸丁酯。

对羟基苯甲酸酯类具有良好的防止发酵、抑制细菌增殖和杀菌能力，对羟基苯甲酸酯类的抗菌机理为：抑制微生物细胞的呼吸酶系与电子传递酶系的活性，以及破坏微生物的细胞膜结构。对羟基苯甲酸酯类的抗菌能力是由其未电离的分子决定的，所以其抗菌效果不像酸性防腐剂那样易受pH变化的影响。因此，在pH为4～8的范围内有较好的抗菌效果。

由于对羟基苯甲酸酯类都难溶于水，所以通常是使用其钠盐；或者将对羟基苯甲酸酯先溶于氢氧化钠、乙酸、乙醇中，然后使用。为更好发挥防腐作用，最好是将两种或两种以上的该酯类混合使用。

依照GB 2760—2014《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》，我国允许使用对羟基苯甲酸甲酯钠、对羟基苯甲酸乙酯及其钠盐。下面分别介绍。

1.对羟基苯甲酸甲酯钠

（1）性状 对羟基苯甲酸甲酯钠别名尼泊金甲酯钠。分子式：C₈H₇NaO₃；相对分子质量：174.12。白色结晶粉末。易溶于醇，极微溶于水。

（2）性能 由于它具有酚羟基结构，所以抗细菌性能比苯甲酸、山梨酸都强。其作用机制是：破坏微生物的细胞膜，使细胞内的蛋白质变性，并可抑制微生物细胞的呼吸酶系与电子传递酶系的活性。

（3）毒性小鼠经口LD₅₀5.0g/kg，ADI为0～0.01g/kg（对羟基苯甲酸甲酯钠是由对羟基苯甲酸乙酯与氢氧化钠进行中和反应制得，没有改变对羟基苯甲酸乙酯的基本结构，对羟基苯甲酸甲酯钠的LD₅₀、ADI值参考对羟基苯甲酸乙酯）。

（4）应用 依照GB 2760—2014《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》，对羟基苯甲酸甲酯钠与对羟基苯甲酸乙酯及其钠盐的使用范围和最大使用量相同。见对羟基苯甲酸乙酯及其钠盐（4）应用。

2.对羟基苯甲酸乙酯及其钠盐

对羟基苯甲酸乙酯亦称尼泊金乙酯，分子式C₉H₁₀O₃，相对分子质量166.18。对羟基苯甲酸乙酯钠是由对羟基苯甲酸乙酯与氢氧化钠进行中和反应，再干燥而得。对羟基苯甲酸乙酯钠，商品名：尼泊金乙酯钠。分子式：C₉H₉O₃Na；相对分子质量：188.8。

（1）性状 对羟基苯甲酸乙酯为无色细小结晶或白色晶体粉末，几乎无味，稍有麻舌感的涩味，耐光和热，无吸湿性，微溶于水；易溶于乙醇、花生油。

对羟基苯甲酸乙酯钠 为白色吸湿性粉末。易溶于水，呈碱性。

（2）性能 对羟基苯甲酸乙酯及其钠盐对霉菌、酵母有较强的抑制作用；对细菌，特别是革兰氏阴性杆菌和乳酸菌的抑制作用较弱。其抗菌作用较苯甲酸和山梨酸强。在有淀粉存在时，对羟基苯甲酸乙酯的抗菌力减弱。

（3）毒性小鼠经口LD₅₀5.0g/kg。ADI为0～0.01g/kg。对羟基苯甲酸乙酯及其钠盐的毒性低于苯甲酸。

（4）应用 依照GB 2760—2014《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》，对羟基苯甲酸酯类及其钠盐（对羟基苯甲酸甲酯钠、对羟基苯甲酸乙酯及其钠盐）的使用范围和最大使用量（以对羟基苯甲酸计，g/kg）为：经表面处理的鲜水果、经表面处理的新鲜蔬菜0.012；热凝固蛋制品（如蛋黄酪、松花蛋肠）、碳酸饮料（固体饮料按稀释倍数增加使用量）0.2；果酱（罐头除外）、醋、酱油、酱及酱制品、蚝油、虾油、鱼露等、果蔬汁（浆）饮料（固体饮料按稀释倍数增加使用量）、风味饮料（仅限果味饮料、固体饮料按稀释倍数增加使用量）0.25；焙烤食品馅料及表面用挂浆（仅限糕点馅）0.5。

五、双乙酸钠

双乙酸钠简称SDA，又名二醋酸一钠，分子式C₄H₇NaO₄·H₂O，相对分子质量142.9（无水）。

项目三（1）性状 双乙酸钠为白色结晶粉末。带有醋酸气味，易吸湿，极易溶于水（100g/100mL），放出42.25%醋酸；10%的水溶液pH为4.5～5.0；加热至150℃以上分解，具有可燃性；双乙酸钠在阴凉干燥条件下性质很稳定。

（2）性能 双乙酸钠是一种广谱、高效、无毒的防腐剂，对细菌和霉菌有良好的抑制能力。其抗菌机理是：双乙酸钠含有分子状态的乙酸，可降低产品的pH；乙酸分子与类酯化合物溶性较好，而分子乙酸比离子化乙酸更能有效地渗透微生物的细胞壁，干扰细胞间酶的相互作用，使细胞内蛋白质变性，从而起到有效的抗菌作用。

（3）毒性 ADI为0～0.015g/kg体重。安全。双乙酸钠在生物体内的最终代谢产物是水和二氧化碳。

（4）应用依照GB 2760—2014《食品安全国家标准食品添加剂使用标准》，双乙酸钠的使用范围和最大使用量（g/kg）为：豆干类、豆干再制品、原粮、熟制水产品（可直接食用）、膨化食品1.0；粉圆、糕点4.0；预制肉制品、熟肉制品3.0；调味品2.5；复合调味料10.0。

双乙酸钠对粮食、谷物有极好的防霉效果。双乙酸钠用于面包、蛋糕等食品的防霉，可以完全代替丙酸钙，由于两者有协同作用，复配使用能大大提高防霉的效果。

项目三 天然食品防腐剂

在食品防腐保鲜剂中，目前占主导地位的还是化学合成物。化学合成防腐剂有一定的毒性，这是困扰人们的重大问题。随着社会、经济的发展，人们对食品的要求越来越高，为满足对食品在品种、品质和数量上更高的要求，除加速开发安全、高效、经济的新型化学合成食品防腐剂外，更应充分利用天然食品防腐剂。但天然防腐剂的添加，使食品杀菌条件更趋温和，或可减少化学防腐剂的用量。天然食品防腐剂在安全性上比较有保证，还能更好地接近消费者的需要。目前，天然防腐剂受到抑菌效果、价格等方面的限制，其应用尚不能完全取代化学防腐剂。高效、广谱、无毒、天然食品防腐剂的寻找和筛选，对于促进食品工业的发展有着重要的科学意义和应用价值。

一、微生物天然防腐剂

利用微生物之间的寄生、拮抗作用，是生物防治的理论基础，它比化学药剂处理更安全、有效。在研究中有人发现市场销售的封袋式“热狗”食品大都化验出内含李斯特菌，尽管李斯特菌具有令食之者中毒严重以致约1/3中毒者可因此毙命的危害性，但事实上吃“热狗”食品的消费者们却都安然无恙未受其害。原因何在呢？科学家们经进一步探查方发现，“热狗”食品中竟自发存在着一部分能抵御李斯特菌毒性作用的细菌素，正是由于这种微生物间的相互“搏杀”和抗衡才最终使食“热狗”的消费者免受了李斯特菌的毒害作用。细菌素实际是种微细蛋白质物质，系由某类细菌的分泌释放而产生，经验证明它对某些微菌杀伤力很强，但对另外其他微菌杀伤力破坏作用。常用的微生物防腐剂有乳酸链球菌素、纳他霉素等。

1.乳酸链球菌素

（1）性状 乳酸链球菌素也称乳酸链球菌肽、尼生素（亦称乳链菌肽或音译为尼辛，Nisin），是某些乳酸链球菌在变性乳介质中发酵产生的一种小分子多肽抗菌物质。它的成熟分子由34个氨基酸残基组成，为灰白色固体粉末，是一种高效、无毒、安全、无副作用的天然食品防腐剂。乳酸链球菌素的溶解度和稳定性与溶液的pH有关。一般随pH下降稳定性增强，溶解度提高。pH8.0时易被蛋白水解酶钝化。

（2）性能 乳酸链球菌素能有效地抑制许多革兰氏阳性菌，如金黄色葡萄球菌、溶血链球菌、链球菌、李斯特菌的生长和繁殖。在添加乳酸链球菌素的包装食品中，可以降低灭菌温度，缩短灭菌时间，改善食品的品质和节省能源，有效地延长食品保藏时间。也可以和其他防腐剂复合使用，以扩大抑菌范围，增强防腐效果。

（3）毒性 乳酸链球菌素是一种对人体安全的天然防腐剂。乳酸链球菌素对蛋白水解酶特别敏感，在消化道中很快被α—胰凝乳蛋白酶分解。它对人体基本无毒性，也不与医用抗生素产生交叉抗药性，能在肠道中无害地降解。

（4）应用 依照GB 2760—2014《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》，乳酸链球菌素的使用范围和最大使用量（g/kg）为：醋0.15；食用菌和藻类罐头、杂粮罐头、酱油、酱及酱制品、复合调味料、饮料类（包装饮用水除外，固体饮料按冲调倍数增加使用量）0.2；其他杂粮制品（仅限杂粮灌肠制品）、方便米面制品（仅限方便湿面制品、米面灌肠制品）、蛋制品（改变其物理性状）0.25；乳及乳制品、预制肉制品、熟肉制品、熟制水产品（可直接食用）0.5。

乳酸链球菌素使用方法可先将防腐剂粉体按设定量配成溶液，再直接与辅料、肉制品一起混合均匀或注射入肉制品中，也可喷涂于肉制品表面或在防腐液中浸渍一定的时间。操作过程简单，应用如在乳制品中，“无抗奶”这个对人们的安全健康具有重大意义的话题被大众关注。所谓“无抗奶”就是不含有抗生素的牛奶。乳酸链球菌素可取代抗生素治疗奶牛乳腺炎。它可用于乳制品和鲜奶运输过程中的保鲜。乳酸链球菌素不会进入肠道而改变肠道内的正常菌群。不会引起常用药用抗生素出现的抗药性。

2.纳他霉素

（1）性状 纳他霉素也称游链霉素，是由一种链霉菌经生物技术精炼而成的生物防腐剂。商品名称为霉克。纳他霉素为无气味、无味道的白色粉末。分子是一种具有活性的环状四烯化合物，含三份以上的结晶水，其微溶于水，溶于冰醋酸。pH低于3或高于9时溶解度会有增高。对紫外线较敏感，故不宜光照。纳他霉素具有一定的抗热能力，在干燥状态下且能耐受短暂高温（100℃）。如置于50℃以上，超过24h活性的衰退有明显升高。纳他霉素活性稳定性还受氧化剂及重金属的影响。

（2）性能 纳他霉素对真菌的抑菌作用极强。其抑菌原理是由于纳他霉素的活性是基于麦角固醇与真菌（霉菌及酵母菌）的细胞壁及细胞质膜的反应，导致细胞质膜破裂，使细胞液和细胞质渗漏，最终导致真菌死亡。它不仅能够抑制真菌，还能防止真菌毒素的产生。

纳他霉素对真菌极为敏感，使用微量即可作用。纳他霉素对付霉菌和酵母菌功效比山梨酸钾高100～200倍，纳他霉素在pH3～9中具有活性。纳他霉素ADI值0.3mg/kg，是一种高效、安全的新型生物防腐剂。用纳他霉素进行食品防腐时，其防腐效果比同类制剂的优越性在于：pH适用范围广，用量低，成本增加少，对食品的发酵和熟化等工艺没有影响，抑制真菌毒素的产生，使用方便，不影响食品的原有风味。

（3）毒性 纳他霉素ADI值0～0.3mg/kg；LD₅₀2.73g/kg。纳他霉素是一种天然、广谱、高效安全的酵母菌及霉菌等丝状真菌抑制剂，纳他霉素对人体无害，很难被人体消化道吸收，而且微生物很难对其产生抗性。

（4）应用依照GB 2760—2014《食品安全国家标准食品添加剂使用标准》，纳他霉素最大使用量（g/kg）为：蛋黄酱、沙拉酱0.02（残留量≤10mg/kg）；干酪和再制干酪及其类似品、糕点、酱卤肉制品类、熏、烧、烤肉类、油炸肉类、西式火腿（熏烤、烟熏、蒸煮火腿）类、肉灌肠类、发酵肉制品类、果蔬汁（浆）0.3（表面使用，混悬液喷雾或浸泡，残留量小于10mg/kg）。发酵酒0.01g/L。

由于纳他霉素溶解度很低等特点，通常用于食品的表面防腐。

二、其他天然防腐剂

其他天然防腐剂如溶菌酶。

（1）性状溶菌酶又称胞壁质酶，是一种低相对分子质量的球状蛋白质，溶菌酶为白色结晶，易溶于水。溶菌酶是一种比较稳定的碱性蛋白质，最适pH为6～7，最适温度为50℃。在酸性条件下最稳定。加热至55℃活性无变化，在pH 3时能耐100℃加热40min，在中性和碱性条件下耐热较差，如在pH7、100℃处理10min即失活。在水溶液中加热至62.5℃并维持30min，则完全失活。

（2）性能 溶菌酶能催化细菌壁多糖的水解，从而溶解许多细菌的细胞壁，使细胞膜的糖蛋白类发生加水分解，而引起溶菌现象。溶菌酶对革兰氏阳性菌、枯草杆菌等均有良好的抗菌能力。研究表明溶菌酶、氯化钠和亚硝酸钠联合应用到肉制品中可延长肉制品的保质期，其防腐效果比单独使用溶菌酶或氯化钠和亚硝酸钠的效果更好。将溶菌酶与其他抗菌物如乙醇、植酸、聚磷酸盐、甘氨酸加以复配使用，效果会更好。目前，溶菌酶已用于面类、水产、熟食品、冰淇淋、沙拉和鱼子酱等的防腐。

（3）毒性 溶菌酶是一种专门作用于微生物细胞壁的水解酶，存在于高等动物的组织及分泌物中，植物和微生物中亦存在。其中在鲜鸡蛋中的含量最高，蛋清中的含量达0.25%～0.3%。作为一种存在于人体正常体液及组织中的非特异性免疫因素，溶菌酶对人体完全无毒、无副作用，且具有多种药理作用，它具有抗菌、抗病毒、抗肿瘤的功效。所以是一种安全的天然防腐剂。

（4）应用 依照GB 2760—2014《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》，溶菌酶的使用范围和最大使用量（g/kg）为：发酵酒0.5；干酪和再制干酪及其类似品按生产需要适量使用。

项目四 食品防腐剂的使用和发展趋势

近年来世界各国对食品的防腐虽然采用了很多先进的保藏手段，如气调速冻保藏、辐射保藏、真空充氮贮藏、低温贮藏、脱氧保藏等，但化学防腐剂的应用仍很普遍。食品防腐剂的使用，对食品工业的发展发挥了巨大的作用。而且防腐剂的品种不断增加，使用量逐年增长，因此利用防腐剂进行食品的防腐保鲜仍然是一种不可缺少的重要手段。立足于当前，我们必须正确地使用已有的食品防腐剂。

一、食品防腐剂的使用

为了使防腐剂在食品中充分发挥作用，必须注意以下几个方面。

1.使用时的注意事项

（1）减少原料染菌的机会 食品加工用的原料应保持新鲜、干净，所用容器、设备等应彻底消毒，尽量减少原料被污染的机会。原料中含菌数越少，所加防腐剂的防腐效果越好。若含菌数太多，即使添加防腐剂，食品仍易于腐败。尤其是快要腐败的食品，即使加了防腐剂也如同没有添加一样。

（2）确定合理的添加时机 防腐剂是在原料中添加还是添加到半成品中，或者添加在成品表面，应根据产品的工艺特性及食品的保存期限等来确定，不同制品的添加时机可有不同。

（3）适当增加食品的酸度（降低pH）不同防腐剂的防腐作用的效果，受基质pH的影响较大。一般，对酸性防腐剂只有未离解的酸才具有抗菌作用。它能够通过微生物细胞的半透膜在细胞内部产生作用，防腐剂的作用浓度大大低于1%。酸性防腐剂通常在pH较低的食品中防腐效果较好。此外，在低pH的食品中，细菌也不易生长。因此，若能在不影响食品风味的前提下增加食品的酸度，可减少防腐剂的用量。

（4）与热处理并用 热处理可减少微生物的数量。因此，加热后再添加防腐剂，可使防腐剂发挥最大的功效。如果在加热前添加防腐剂，则可减少加热的时间。但是，必须注意加热的温度不应太高，否则防腐剂会与水蒸气一起挥发掉而失去防腐作用。

（5）分布均匀 防腐剂必须均匀分布于食品中，尤其在生产时更应注意。对于水溶性好的防腐剂，可将其先溶于水，或直接加入食品中充分混匀，对于难溶于水的防腐剂，可将其先溶于乙醇等食品级有机溶剂中，然后在充分搅拌下加入食品中。有些防腐剂并不一定要求完全溶解于食品中，可根据食品的特性，将防腐剂添加于食品表面或喷洒于食品包装纸上。

此外食品中的水分活度及防腐剂在油相及水相中的溶解度之比（即分配系数的大小）也对防腐剂的防腐作用具有明显的影响。

2.针对防治对象合理使用防腐剂

在食品的防腐保鲜中主要防治的微生物包括细菌、真菌的酵母，不同的食品需要防治的对象不同，如水果以真菌为主，肉类以细菌为主。因此要对不同食品针对其防治对象决定防腐剂品种，表2—2所示为一些常用食品防腐剂对微生物的作用情况。

并且使用防腐剂方式必须合理，一种防腐剂要达到预期的效果必须有一定的浓度，因此绝不能“少量多次”地用药，而必须是在用药之始就达到足够的浓度，随后再保持一个维持浓度。另外，要根据实际情况，选择合适的防腐剂。

3.食品防腐剂的混配使用

食品防腐剂的混配使用可以扩大使用范围，改变抗微生物的作用。至今没有发现能杀灭所有菌的药剂，也没发现只杀灭一种菌的药剂，也就是说各种杀菌剂都有一定的杀菌谱。一种食品中所含有的菌有时不是一种防腐剂都能抑制的。从理论上说，两种防腐剂混配使用的杀菌谱与单一种防腐剂的杀菌谱不同，因此混配使用的防腐剂就可以抑制一种防腐剂不能抑制的，或者需要在很高浓度下才能抑制的菌。例如山梨酸和苯甲酸混配使用要比单独使用能抑制更多的菌。

两种或几种防腐剂混配使用在抗菌能力上有下列三种可能：相加效应，也指各单一物质的效应简单地加在一起；协同效应，也称增效效应，是指混合物的效果比单一物质的效果显著提高，或者说在混合物中每一种药剂的有效浓度都比单独使用的浓度显著降低；拮抗效应，是指与协同效应相反的效应，即混合物的抑制浓度显著高于单一组成物质的浓度。表2—3所示为常用防腐剂混配使用的效果。

防腐剂的混配使用尽管具有上述好处，但在实际工作中必须慎重，不能乱用混合防腐剂，因为若混用不当，不但造成防腐剂浪费，而且会促进微生物产生抗药性。防腐剂混配使用应遵循的原则是：只有那些对有互补作用和增效作用的防腐剂才能混合使用；杀菌谱互补的可以混合使用；作用方式互补的，如速效杀菌剂与迟效杀菌剂可以混配使用。例如在饮料中可并用二氧化碳和苯甲酸钠，有的果汁并用苯甲酸和山梨酸钾。并用防腐剂必须符合我国有关规定，用量应按比例折算且不超过最大使用量。由于使用卫生标准的限制，不同防腐剂并用的实例不多，但同一类防腐剂并用如山梨酸及其钾盐，对羟基苯甲酸酯类的并用则较多。

4.食品防腐剂的交替使用

长期使用一种防腐剂会使防腐效果降低，这就是通常所说的抗药性。所谓抗药性，指的是当微生物反复不断地通过含有非致死浓度的防腐剂时所产生的抗活性物质能力，这里要区别适应性（非遗传性）和突变性（遗传性）。微生物的适应性是指在防腐剂作用停止时，微生物的抵抗力就消失，而突变性则指仍然保持其抵抗力。至于微生物对防腐剂的分解作用，不是抗药性。

为了解决微生物的抗药性问题，除了不断地研制新的防腐剂外，还需特别注意对现有防腐剂的合理使用。一种防腐剂无论开始时多么有效，也不能“长命百岁”地连年使用下去，应该是不同防腐剂交替使用。关于防腐剂的交替使用要特别注意两点：一是具有交叉抗性的防腐剂的交替使用没有意义；二是注意许多商品名称不同的防腐剂其有效成分是一样的。

5.防腐保鲜必须立足于“防”与“保”

在食品防腐保鲜中，对于微生物必须立足于“防”，对于食品固有的色、香、味、形与营养成分必须立足于“保”。

无论是加工食品，还是果、蔬等鲜活食品，一旦发生腐烂变质，就不能用防腐剂来“治疗”。因此，对于微生物所致的腐烂变质，只能是在发生之前预防。

在贮藏期间对于食品的色、香、味、形及营养成分，应该立足于“保”。有人现正研究：对于各种水果具有的特有香味，能否在贮藏期间再在果实内合成？如现已知在草莓的贮藏环境中加入化学药剂可以产生乙酸乙酯，这是草莓特有香气的主要成分。如果这种方法能够成功，那就意味着可以在贮藏期间利用果蔬的生理活动为保鲜作出新贡献。

此外，将防腐剂与冷藏、辐射等共用可收到更好的效果。

为了保藏食品可采用罐藏、冷藏、干制、腌制或化学保藏等方法，各种方法都各具特点，虽然像正在迅速发展中的速冻之类的保藏法，对保持食品的品质来说是非常优越的，但亦受到设备与成本等条件的限制。在一定的条件下，配合使用防腐剂作为一种保藏的辅助手段，对防止某些易腐食品的损失有显著的效果。它使用简便，一般不需要什么特殊设备，甚至可使食品在常温及简易包装的条件下短期贮藏，在经济上较各种冷热保藏方法优越。所以现阶段防腐剂尚有其一定的作用。今后随着速冻或其他保藏新工艺的不断发展，防腐剂可逐步减少使用。

二、食品防腐剂的发展趋势

食品的种类繁多，有害微生物也千差万别，因而少数几种防腐剂远不能满足食品工业发展的需要。今后，防腐剂必然要根据食品工业的发展来寻求新的发展道路。当然，有效、经济、安全仍是指导食品防腐剂发展的原则。还要开发和运用新的具有根本性变革的防腐技术，才能满足食品工业发展的要求。具体有以下三点。

1.积极发展综合的防腐系统

前面已经提到，涉及食品安全性和保鲜质量的因素包括食品的性质和贮存条件，如温度、贮藏环境下的气体成分、食品的组分、pH、水的活度、氧化—还原电势、防腐剂等。因此，搞好食品防腐必须注意改进食品加工工艺，加强对食品的销售、贮藏条件的控制，防腐剂等多种抗菌、防腐方法的综合使用，避免单纯地依赖某一种抗菌、防腐手段。一种食品可以看成是一个生态系统，传统的防腐方法是运用激烈的手段，如盐腌、糖渍、干制、加热、极端的酸化等，虽然达到了防腐的目的，但使食品的内部和感官性质都受到了破坏。综合的防腐系统则是利用可以影响这个生态系统的各种因素，制止有害菌的活动，达到防腐的目的。

2.不断开发和应用防腐剂新品种

目前使用的防腐剂的安全性是根据现在的资料及技术水平来评价作出的，但科学技术在不断地发展，分析测试手段不断提高，因而这些资料和评价都将受到检验，从而对防腐剂不断地进行取舍。不断开发和应用有效的、经济的、安全的防腐剂新品种，淘汰不宜使用的旧品种。

过去曾经用过的防腐剂如硼砂、甲醛、水杨酸等均已禁用；焦碳酸二乙酯，以前认为是一种安全理想的饮料防腐剂，但近年来发现用其处理的饮料能生成氨基甲酸乙酯，是一种广谱致癌物。

3.天然防腐剂的应用

现在国内外都在大力寻找低毒、高效、广谱及经济实用的防腐剂，据科学家的预测，从动植物体或其代谢物中直接提取食品防腐剂将成为今后食品工业发展的四大趋势之一。合成类食品防腐剂与天然防腐剂复配也是一个研究方向。下面介绍几种研究比较多的天然防腐剂。

（1）植物中的抗菌成分天然植物中存在许多生理活性物质具有抗菌作用。已鉴定发现300多种具有一定抗菌效果，如抗真菌作用较强的有：丁香、木香、大黄、荆芥、藿香、肉桂、菌陈、艾叶、川楝子、肉豆蔻、黄连、黄芩、紫草、黄柏等；抗细菌作用较强的有：千里光、藿香、乌梅、栀子、连翘、五味子、金银花、大青叶、桉叶、紫苏梗、厚朴、五倍子、虎杖、草珊瑚、白头翁、黄连等。

植物抗菌作用是指一种植物的提取物在体外能抑制防止微生物生长繁殖或具有杀灭作用，其机理主要是干扰微生物的代谢过程，影响其结构和功能，如干扰细菌细胞壁的合成、影响细胞膜的通透性、阻碍菌体蛋白质的合成和抑制核酸合成等。具有抗菌活性的植物有效成分结构类型较多，如：生物碱、皂苷类、内酯类、黄酮类、萜类、含硫化合物、酚、醇等。有人曾对22种挥发油抗菌活性进行研究，发现它们成分中均含有肉桂醛，抗菌能力强，是很好的粮食、水果防腐防霉剂。生物碱中小檗碱杀菌作用很强，该碱同时在黄连、黄柏、三颗针等植物中存在，这三种植物均有杀菌作用。可以看出，杀菌作用还是植物中化学成分在起作用，所以对不同植物有效成分抗菌作用机理研究，找出其构效关系，发现新的抗菌化合物结构，这将是该领域的一项突破。

抗菌植物主要的有香辛植物、中草药等。

①香辛植物。天然抗菌的食用香辛料植物很多，如胡椒、辣椒、肉豆蔻、香荚兰、姜和香芹子等，许多香辛料含有杀菌、抑菌成分，将它们提取出来用作天然防腐剂，既安全又有效。

据报道，香料植物中抑菌防腐作用最明显的是芥菜子，其活性物质是芥子提取物异硫氰酸烯内酯。芥菜子在阻止番茄酱的腐败中，具有较强的防腐作用。据试验，使用0.1%的苯甲酸钠并不能防止苹果汁的腐败，用芥末和苯甲酸钠，可阻止苹果汁的腐败。

芥子提取物阻碍微生物细胞呼吸等，抗菌范围广，在60mg/kg浓度以上就能抑制细菌、酵母菌；对霉菌、类似酵母菌的真菌抗菌效果最好。应用于焖菜类、面包、点心、饼类、渍物等。芥子提取物可抑制大肠菌的生长。据试验，分别将含10%的芥子提取物（水溶性制剂）以0.025%、0.05%、0.075%加到呈污染状态的盐渍茄子中10℃保存，对照不加芥子提取物的茄子，2周后酵母菌超过10⁵个/g，3周后达10⁷个/g，渍物变质。芥子提取物在食品中直接涂抹、浸渍或者气相接触，添加在食品表面很少的量，就可以发挥抗菌作用。实验证明添加0.5g芥菜子于100g苹果汁中，可防腐保存4个月。

具有较强的抗菌作用的有花椒、高良姜等。将香辛料以精油、浸提液的形式添加在西式火腿、香肠、点心等食品中，不仅起到防腐作用，而且还有增加食品风味的效果。

紫苏、大蒜、白胡椒、豆蔻等也有抑菌作用。实验中人们发现某些天然的抗菌成分多存在于果蔬的风味物质中，如蒜属植物中的丙基二硫化物、紫苏属植物中的紫苏醇等。大蒜是百合科植物，具有很强的杀菌、抗菌能力，大蒜的杀菌、抗菌成分为蒜辣素和蒜氨酸，前者有令人不愉快的臭气，而后者则无，故适合用作食品防腐剂的主要是蒜氨酸。有利用生姜、荸荠皮提取物的混合液进行食品防腐的效果评价，发现它们的抑菌pH范围较广，对碱性食品同样适用。有研究大蒜、洋葱、生姜汁抗青霉素、氯霉素的量效关系，认为其辛辣组分是抗菌有效成分。紫苏叶洗净晾干后浸渍于装有酱油的容器中，具有很好的防腐效果，还可增加酱油的醇香味。月桂树干叶加到猪肉罐头内，不仅能起到防腐作用，还能使猪肉增加特殊的香味。

食用香料植物之所以能防腐抑菌，真正起作用的活性物质是精油。有研究认为精油中的类萜类降低生物膜的稳定性，从而干扰了能量代谢的酶促反应。有认为桂醇、茴香脑等有效芳香抗菌成分的抗菌性是基于孢子对抗菌剂的吸收。肉豆蔻中所含的肉豆蔻挥发油、肉桂中所含的挥发油等均有良好的杀菌、抗菌作用。有实验发现用0.1%的香叶醇处理果实可减少柑橘腐烂发病率40%～98%。

上面所介绍的香辛料的抗菌成分几乎都是挥发性的精油成分，而非挥发性成分也有很多已确认具有抗菌性，如辣椒中的辣味成分辣椒素具有显著的抗菌力。

此外，食用香辛料植物成分之间还存在抗菌性的协同增效作用。如将花椒、高良姜等组成复方抗菌效果更好。香兰素和桂醇两者也存在协同效应，香兰素添加量过大，会引起食品的褐变，桂醇浓度高时，会有损食品原有的风味。两者混合使用时其用量大为减少，既能发挥防霉作用，对加香调味也非常有利。

此外，将香辛料与少量的其他天然防腐物如鱼精蛋白并用，可以提高防腐效果。

②中草药。我国中草药品种繁多，资源十分丰富，常用的有数百种，历史悠久。从天然中草药中分离、提取天然食品防腐剂具有十分实际的意义。

如有研究者采用80%乙醇浸渍法提取荷叶中的抑菌成分，结果发现该提取物对细菌及酵母等主要靠无性裂殖繁殖的微生物具有明显的抑制作用，其最低抑菌浓度（MIC）大都不超过8%，且在弱碱条件下效果最好。同时发现80%乙醇提取物较稳定，能耐高温短时及超高温瞬时的热处理条件。有人发现银杏叶的醇—水提取物对食品中常见的一些革兰氏阴性菌和阳性菌有强烈的抑制作用。并认为提取物中多种长链酚类物质如白果酸、白果酚及漆树酸是抗菌的主要物质。

还有如鱼腥草的提取物具有抗菌作用，对金黄色葡萄球菌、链球菌有很好的抑制作用。有人对几种中药进行了抑菌实验，发现乌梅对细菌、酵母菌和青霉有较强的抑制作用，并且使用pH范围较宽。在实验中发现，陈皮、藿香、艾叶和桂皮醇对抗霉菌活性均有明显作用。有用大黄与厚朴的提取物混合加在食品中长期保存，抗菌活性不受温度（100℃以下）、pH的影响，而且水溶性好，添加方便。

此外还有如柑橘果皮、苹果渣的果胶酶分解物有抗菌活性。有抗菌性的果胶分解物主要是聚半乳糖醛酸及半乳糖醛酸，其抗菌性受pH影响，pH6.0以下抗菌性强，pH＞6.0抗菌性低。一般食品中添加0.1%～0.3%，如汤面保存试验，未添加果胶分解物的于20℃保存到第2d达10⁸个/L以上的生菌数，产生混浊，而加0.3%果胶分解物（pH4.9）的经过5d后，生菌数仅10³个/L以下，不产生混浊。

日本厚生省已经批准了齐墩果、瓦嵩、白柏、厚朴、连翘的提取物作为食品防腐剂，用来取代苯甲酸钠、山梨酸。

中草药成分之间也存在抗菌性的协同增效作用，有人用金银花等几种中草药提取液进行研究，发现药物配伍协同作用是增加抗菌效价的一种有效途径。有用壳聚糖—中草药复合制剂，对米饭、泡菜、午餐肉、豆沙、土豆泥、果汁饮料、果酱、水果罐头等八种食品的保鲜，效果优于苯甲酸钠、山梨酸钾。

依照GB 2760—2014《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》，目前还没有将抗菌植物列为食品防腐剂，主要还是应用研究。如茶多酚对细菌有广泛抑制作用，但茶多酚仅是抗氧化剂。

（2）动物中的抗菌物 动物成分的抗菌物有分离自蟹、虾的壳聚糖，大马哈鱼及鲱鱼的鱼精蛋白抽提物——鱼精蛋白，牡蛎壳烘成的钙等。

①壳聚糖。壳聚糖即脱乙酰甲壳质，又称几丁质、甲壳素，化学名称为聚N—乙酰葡萄糖胺，学名为聚2—氨基—2—脱氧—D—葡萄糖，分子式C₃₀H₅₀N₄O₁₉，相对分子质量770.73。

壳聚糖为含氮多糖类物质，约含氮7%，化学结构与纤维素相似，是黏多糖类之一。呈白色或淡黄色粉末状，不溶于水、有机溶剂和碱，溶于盐酸等强酸，能溶于醋酸、乳酸、苹果酸等，但也难溶于柠檬酸等。壳聚糖对大肠杆菌、普通变形杆菌、金黄葡萄球菌、枯草杆菌等有良好的抑制作用，并且还有抑制鲜活食品生理变化的作用。其抗菌作用是能作用于微生物细胞表层，影响物质透过性，损伤细胞。壳聚糖的脱乙酰程度越高，即氨基越多，抗霉活性越强，对细菌有广谱抗菌性。

壳聚糖广泛存在于甲壳类虾、蟹、昆虫等动物的外壳和低等植物如菌、藻类的细胞壁中，此外在乌贼、水母和酵母等中亦有存在。

实验证明，壳聚糖在果实表面能形成一层不易察觉、无色透明的半透膜，能有效地减少氧气进入果实内部，显著地抑制了果实的呼吸作用，再加上其抗菌作用，故可达到推迟生理衰老、防止果实腐败变质的效果。将壳聚糖制成溶液喷涂于经清洗或剥除外皮的水果上，壳聚糖干后形成的薄膜无色无味通气，食用时不必清除薄膜；因此，壳聚糖可用作食品，尤其是水果的防腐保鲜剂。

壳聚糖应用于保存食品必须注意下面几点：如食品pH在6～7以上时壳聚糖呈胶态，则抗菌性低。壳聚糖是蛋白凝聚剂，蛋白质浓度高的食品，由于凝聚作用使壳聚糖的抗菌性降低。因此，壳聚糖适用于pH偏酸性及蛋白质少的食品保存。如盐渍白菜，添加壳聚糖0.0125%～0.05%，于30℃分别保存43.5～90.5h，而对照不加壳聚糖的仅保存15h，生菌数达10⁶个/mL。

依照GB 2760—2014《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》，甲壳素作为增稠剂、稳定剂使用。

②鱼精蛋白。鱼精蛋白是一种相对分子质量从数千到12000的碱性多肽构成、结构简单的球形蛋白质；含大量氨基酸，其中70%为精氨酸。主要来自大马哈鱼、鲱鱼的鱼精，分别称为大马哈鱼精蛋白、鲱鱼鱼精蛋白。它对细菌、酵母菌、霉菌有广谱抗菌作用，特别对革兰氏阳性菌抗菌作用更强，对枯草杆菌、芽孢杆菌、胚芽乳杆菌、干酪乳杆菌等均有良好的抗菌作用，最小抑菌浓度为70～400mg/mL。

鱼精蛋白的作用机制是抑制线粒体与传递系统中的一些特定成分，抑制一些与细胞膜有关的新陈代谢过程，从而使细胞死亡。

鱼精蛋白在碱性介质中有较高的抗菌能力，在酸性（pH小于6）介质中抗菌能力较低。在钙镁等2价阳离子及磷酸、蛋白质等存在时有抑制抗菌力倾向。鱼精蛋白抽提物热稳定性高，120℃加热30min也能维持活性。

鱼精蛋白已被广泛应用于各种食品中，加在水产品、米面制品、畜肉、蛋、奶、果蔬中都取得较好的防腐效果，如鱼精蛋白能有效延长鱼糕制品的保存期。当鱼精蛋白的添加量达到1%时，在12℃和24℃的有效保存期分别为8d和6d。在牛奶、鸡蛋布丁中添加0.05%～0.1%的鱼精蛋白，能在15℃保存5～6d，而对照组（不添加鱼精蛋白的）第4d就开始变质。实际应用上常将鱼精蛋白和其他药剂或其他保存方法并用，如鱼精蛋白与山梨酸并用，不但能在较宽的pH范围内具有抗菌效果，而且还能够得到两者并用的复合抗菌效果。鱼精蛋白与0.01%～0.02%的山梨酸混合使用，即使其浓度比单用鱼精蛋白或山梨酸的浓度低也可取得相同的抗菌效果。鱼精蛋白与其他添加剂如与甘氨酸、醋酸钠、乙醇、单甘油酯等并用或加热后并用抗菌有相乘效果，适用的食品防腐范围也更广。

目前还没有将抗菌动物成分列为食品防腐剂，主要还是应用研究。但是按照GB 2760—2014《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》，溶菌酶已经在食品生产中使用。

项目五 果蔬防腐剂

新鲜果蔬易受病原微生物侵染而腐败变质。因此，世界各国都十分重视果蔬采后的防腐保鲜工作。随着生产和生活的发展和提高，人们对果蔬的防腐保鲜日益重视，我国是一个农业大国，果蔬品种繁多。日前由于缺乏必要的手段，致使我国果蔬腐烂损失率每年达20%。

目前最常用的防腐保鲜手段有低温法、气湿法。但即使在低温和气调条件下，如果没有防腐保鲜剂的配合，许多果蔬也很难有理想的保鲜效果。因此实际最主要的是进行化学处理，如采用防霉、杀菌、被膜、代谢控制剂处理等方法，以延长果蔬保存期。在所用果蔬防腐保鲜中主要是一些广谱、高效、低毒的防腐剂。

一、果蔬防腐保鲜剂的主要类型

1.溶液浸泡型防腐保鲜剂

这类保鲜剂主要制成水溶液，通过浸泡达到防腐保鲜的目的，是最常用的防腐保鲜剂。该类保鲜剂能够杀死或控制果蔬表面或内部的病原微生物，有的也可以调节果蔬代谢。

（1）苯并咪唑及其衍生物 该类保鲜剂主要有苯来特、噻苯唑、托布津、甲基托布津、多菌灵等，是高效、广谱的内吸性杀菌剂，可以控制青霉菌丝的生长和孢子的形成。但长期使用易产生抗性菌株，并且对一些重要的病原菌如根霉、地霉、毛霉以及细菌引起的软腐病没有抑制作用。

（2）新型抑菌剂 主要有抑菌唑、双胍盐、米鲜安、三唑灭菌剂、抑菌脲、瑞毒霉、乙磷铝等。这类保鲜剂是广谱性的，对苯并咪唑类有抗性的菌株有效。如抑菌唑主要用于柑橘，对青霉菌孢子的形成有抑制作用，具有保护及治疗功能。双胍盐水溶液对柑橘和甜瓜的酸腐病、青霉、绿霉、抗对苯并咪唑类的菌株有强抑制作用。来鲜安抑制青霉、抗苯来特和噻苯唑的菌株，常用于桃、李。三唑灭菌剂对酸腐病有强抑制作用，常用于梨。瑞毒霉可以有效控制疫霉引起的柑橘褐腐病。

（3）防护型杀菌剂 该类有硼砂、硫酸钠、山梨酸及其盐类、丙酸、邻苯酚（HOPP）、邻苯酚钠（SOPP）、氯硝胺（DCNA）、克菌丹、抑菌灵等。其主要作用是防止病原微生物侵入果实，对果蔬表面的微生物有杀灭作用，但对侵入果实内部的微生物效果不大。目前主要用作洗果剂。最常用的是邻苯酚钠，在使用中要严格控制pH在11～12，处理柑橘时并加入六胺及NaOH。

（4）植物生长调节剂 该剂可使果蔬按照人们的期望去调节和控制采后的生命活动。目前主要有生长素类、赤霉素类和细胞分裂素类。如植物激素2，4—D与托布津或多菌灵配合作用，对柑橘保鲜效果很好；赤霉素对柑、蕉柑有很好的效果；6—基腺嘌呤对多种蔬菜有明显的保绿效果。

（5）中草药煎剂 近年来，中草药煎剂用于果品保鲜的研究日益增多。中草药中含有杀菌成分并且具有良好的成膜特性。现在研究利用的主要有香精油、高良姜煎剂、魔芋提取液、大蒜提取液、肉桂酸等。但是，由于中草药有效成分的提取及大批量生产中存在着很多问题，因此尚未大量利用。

2.吸附型果蔬防腐剂

这类保鲜剂主要用于清除贮藏环境中的乙烯、降低O₂含量、脱除过多的CO₂、抑制果蔬后熟。主要有乙烯吸收剂、吸氧剂和CO₂吸附剂。乙烯吸收剂主要有高锰酸钾，载体如沸石、膨润土、过氧化钙，铝、硅酸盐或铁、锌等。吸氧剂主要有亚硫酸氢盐、抗坏血酸、一些金属如铁粉等。CO₂吸附剂主要有活性炭、消石灰、氯化镁等。另外，焦炭分子筛既可吸收乙烯，又可吸收CO₂。

吸附剂一般都是装入密闭包装袋中，与所贮藏的果蔬放到一块。使用中应选择适当的吸收剂包装材料，以使吸附剂能起到最大作用。

3.熏蒸型保鲜剂

这类熏蒸剂在室温下能够挥发，以气体形式抑制或杀死果蔬表面的病原微生物，而其本身对果蔬毒害作用较小。目前已经大量用于果蔬及谷物。常见熏蒸剂有仲丁胺、O₃、SO₂释放剂、二氧化氮、联苯等。

熏蒸剂在使用中要掌握好浓度和熏蒸时间。SO₂是最常用的一种熏蒸剂，主要用于葡萄的保鲜，对灰霉葡萄孢和链格孢菌有较强的抑制作用。

二、常用果蔬防腐保鲜剂

1.肉桂醛

肉桂醛又称桂醛、RQA，化学名称为苯丙烯醛。肉桂醛可由桂皮等植物体提取，也可由化学合成。

（1）性状 肉桂醛纯品为无色至淡黄色油状液体，具强烈的肉桂臭，具甜味，溶于乙醇、油脂等；微溶于水。

肉桂醛1/4000浓度时，对黄曲霉、黑曲霉、橘青霉、串珠镰刀菌、交链孢霉、白地霉、酵母等均有抑制效果。

（2）毒性 肉桂醛大鼠经口服LD₅₀为3200mg/kg体重，最大无作用剂量MNL为125mg/kg体重，肉桂醛在人体内有轻度蓄积性。

（3）应用 依照GB 2760—2014《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》，肉桂醛可用于经表面处理的鲜水果，按生产需要适量使用，残留量≤0.3mg/kg。

其使用方法可将肉桂醛制成乳液浸果，也可将肉桂醛涂在包果纸上，利用它的熏蒸性起到防腐保鲜作用。将这种包果纸用于柑橘保藏。

2.乙氧基喹（啉）

乙氧基喹亦称虎皮灵、抗氧喹。化学名称为6—乙氧基—2，2，4—三甲基—1，2—二氢喹啉，简称E MQ。由于它可防治苹果贮藏期的虎皮病而得此名。

（1）性状 乙氧基喹为淡黄色至琥珀色的黏稠液体，在光照和空气中长期放置可逐渐变为暗棕色的黏稠液体，但不影响质量。不溶于水，可与乙醇任意混溶。乙氧基喹制成50%乳液即为“虎皮灵”，能很好地分散于水。

（2）毒性 乙氧基喹小鼠经口服 LD₅₀为1680～18080mg/kg体重，ADI为0.06mg/kg体重。乙氧基喹由消化道吸收，在体内大部分脱去乙基或羟基后由尿排出，少量未经代谢部分由胆汁排出，无蓄积作用。

（3）应用 依照GB 2760—2014《食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》，乙氧基喹作防腐剂，用于经表面处理的鲜水果，可按生产需要适量使用，残留量≤1mg/kg。

乙氧基喹可用于苹果、梨等贮藏期防治虎皮病。乙氧基喹用于水果贮藏可单独使用，也可与其他药剂（如防腐剂等）混合使用。使用方法可浸果，也可熏蒸。将乙氧基喹配成乳液，药液中乙氧基喹浓度为2000～4000mg/kg，水果用此药液浸后贮藏；将乙氧基喹加到纸上制成包果纸，或加到聚乙烯中制成加药塑料膜单果包装袋，或加到果箱隔板等处，借其挥发性而起到熏蒸作用。

三、果蔬防腐保鲜剂的使用与研究

1.果蔬防腐保鲜剂使用中应注意的问题

（1）不可夸大果蔬保鲜剂的作用。果蔬贮藏保鲜是一个系统工程，它涉及果蔬种类和品种的贮藏性、生长的环境条件、农业栽培技术、采后处理及贮运条件等多方面的因素，不能单靠保鲜剂解决问题。

（2）对症下药。应该在搞清楚引起果蔬腐败变质的可能原因及病原菌之后，有根据地选择保鲜剂，有效地控制果蔬的腐烂变质。

（3）选择适当的保鲜剂浓度和作用条件。药剂保鲜剂浓度决定效果，过高造成浪费，过低达不到效果。此外，保鲜剂的作用条件也直接影响效果，不适宜的条件可导致药效丧失。例如，灭菌水剂或膜剂的pH影响果蔬表皮组织对保鲜剂的吸收。

（4）保鲜剂配伍合理。配伍时应该弄清楚保鲜剂的理化性质和作用范围，配伍时应注意以下三点：①偏酸性的不宜和偏碱性药剂配合。②配合后产生化学效应，引起果蔬药害的不能配伍。③混合后出现破坏剂型的不能配伍。

（5）防止抗性菌株的出现。连续使用同一种保鲜剂，可能出现抗性菌株，降低杀菌或抑菌效果，因此要交替使用不同生化作用的保鲜剂。

（6）要按照保鲜剂的说明用药，避免超过安全范围。

2.果蔬防腐保鲜剂的研究发展方向

目前果蔬防腐保鲜剂的研究主要侧重于提高药效、降低残留，即不仅追求其活性和效果，而且也要求对环境和人体健康的影响小。同时，也注重于药剂保鲜剂的合理配伍，以提高其防腐保鲜的效果。据研究报道，特克多、扑海因和赤霉素配合处理芒果后打蜡能有效延缓衰老。

从天然资源中寻找活性物质来代替化学保鲜剂近年来受到国内外的广泛重视。从植物粗提物中提取具有杀菌活性成分，可用于果蔬的防腐保鲜，并且安全性高。例如，日本从罗汉柏中提取出罗汉柏醇用于果品杀菌；我国的一些大学、研究所等也研究了中草药的杀菌成分对果品贮藏保鲜的效果。中国具有丰富的天然植物中草药资源，研制天然中草药防腐保鲜剂是一个很有潜力的发展方向。

总之，从当前总的发展情况来看，对果蔬防腐保鲜剂的研究应向天然、安全、有效的方向发展。对高效无残留化学保鲜剂、天然植物产品，拮抗微生物等的研究将成为果蔬保鲜剂的研究重点。

思考题

1.食品变质的主要表观现象是什么？导致食品变质败坏的主要因素是什么？

2.简述防腐剂抗菌作用的一般机理。

3.防腐剂在食品中充分发挥作用，必须注意哪些方面？

4.试比较几种化学防腐剂的共同点和不同点。

5.举例阐述一类天然防腐剂的性质、特点和应用。

实训内容

实训一 芹菜汁的防腐保藏

一、实训目的

通过添加防腐剂和未添加防腐剂的芹菜汁的比较，掌握防腐剂在防止蔬菜汁腐败变质过程中的作用。

二、实训材料

芹菜；苯甲酸钠；山梨酸钾。

三、实训步骤

1.操作步骤

（1）芹菜预处理：选择新鲜、无变色、健壮的市售芹菜，去除根与其他杂物，保留芹菜叶、茎，将芹菜清洗干净。

（2）芹菜汁的制备：芹菜叶、茎置于榨汁机中榨汁，取汁加热至微沸，离心（4000r/min，15min），取上清液即实验料液芹菜汁。

（3）将芹菜汁做两个平行试验，每组试验的芹菜汁为20.0g。第一组芹菜汁不加任何防腐剂，做对照用；第二组芹菜汁添加苯甲酸钠、山梨酸钾，与芹菜汁搅匀，3～7d后观察，比较2组试验结果。

2.实训要求

（1）根据实训原理，计算第二组芹菜汁添加苯甲酸钠、山梨酸钾的量。并交指导老师检查。

（2）可以选择新鲜、市售的时令蔬菜；上网查找，自行设计实验步骤。

（3）对实训进行总结，写出实训报告。

四、思考题

（1）本实训原理是什么？

（2）请列举几种防止蔬菜汁发生腐败变质的方法。

（3）如果单独使用苯甲酸钠或者山梨酸钾，是否对蔬菜汁也可取得抗腐败效果？

实训二 果酱的防腐保藏

一、实训目的

通过添加防腐剂和未添加防腐剂的果酱的比较，掌握防腐剂在防止果酱腐败变质过程中的作用。

二、实训材料

苹果；白砂糖；柠檬酸山梨酸钾。

电炉，捣碎机。

三、实训步骤

1.工艺流程

原料选择→原料处理→煮制→打浆→浓缩→装罐及封盖→杀菌及冷却→成品。

2.实训配方

苹果肉100，白砂糖20，柠檬酸0.1，山梨酸钾0.03。

3.操作步骤

（1）原料处理 选用新鲜良好、成熟适度、果肉致密、坚韧、香味浓的苹果，用清水清洗干净，削除果皮，切块，用刀挖净果核，立即投入5%盐水中护色。

（2）预煮 将处理后的果肉称取一定量置于钢锅中加上占果肉重10%～20%的清水，加柠檬酸0.1%、抗坏血酸0.1%，煮1min，并不断搅拌，使上下层的果块软化均匀。

（3）打浆 煮后的果块，加入砂糖，用捣碎机打成浆状。

（4）煮制 将果浆倒入不锈钢锅中，加热软化10～15min。继续浓缩，并用勺子不断搅拌，当果浆向下流成片状时即可，出锅前将果浆做2个平行试验，第一组果浆不加任何防腐剂，做对照用；第二组果浆添加山梨酸钾0.03%，与果浆样搅匀，3～7d后观察，比较2组试验结果。

（5）装罐 将浓缩后的苹果酱趁热装入经洗净消毒的玻璃瓶中（玻璃瓶、罐盖与胶圈先经水洗，100℃热水煮5min），装罐后立即加盖旋紧密封。

（6）杀菌公式为（10—15）/100℃。

（7）冷却 在热水池中分段冷却，至35℃以下。

四、思考题

（1）本实验原理是什么？

（2）请列举几种防止果酱腐败变质的方法。

实训三 面包的防霉

一、实训目的

通过添加防腐剂和未添加防腐剂的面包的比较，掌握防腐剂在防止面包腐败变质中的作用。

二、实训材料

面粉；干酵母粉；白砂糖；盐；花生油；丙酸钙。

烤盘；烤箱；调温稠湿箱。

三、实训步骤

1.工艺流程

原料选择→原料处理→煮制→打浆→浓缩→装罐及封盖→杀菌及冷却→成品。

2.实训配方

面粉300g；干酵母粉6g；砂糖15g；盐3g；花生油少许。

3.操作步骤

（1）按重量比和面粉重量，把丙酸钙配制浓度的溶液备用。

（2）30%面粉、干酵母粉、砂糖、盐、适量水混合，揉成均匀面团。把盛面团的容器上面盖一层纱布，放温暖处（约28℃）发酵。

（3）在第一次发酵后，将制备的丙酸钙溶液随剩余料一起拌入，和面。放温暖处（约28℃）再次发酵。并且制作空白对照组（不加丙酸钙的）。

（4）二发结束后，面团揉搓，整形制成小面团。

（5）烤箱预热200℃；烤盘表面刷上一层花生油，将小面团逐一摆好；放烤箱烘烤约15min，即为成品面包。中间注意上色情况。

（6）面包烘烤成熟后，待其自然冷却到室温，然后用单层聚丙烯塑料食品袋包装。

（7）置于调温调湿箱中（30～36℃，相对湿度80%～90%）存放，3～5日观察、记录其自然生霉情况。

四、思考题

（1）本实验原理是什么？

（2）计算面包中可以添加的丙酸钙的量。

（3）请列举还可以防止面包腐败变质的方法。