为什么生子当如孙仲谋:对植物源天然防腐剂的认识

      对植物源天然防腐剂的认识    全世界每年约有10％～20％的食品因腐败而废弃，造成巨大的资源浪费和经济损失，因而在食品工业中,防腐保鲜始终是最重要问题。同时在近年来，随着人们生活和消费水平的提高，对食品加工的需求越来越向“绿色”和“天然”等理念转变，很多天然植物含有抗菌成分,这为天然防腐剂的筛选提供了丰富的原材料，食品防腐剂的天然化已成为防腐技术的一大趋势。因此，天然、安全的食品防腐剂的开发就成为必要，开发高效、广谱、安全稳定且便宜的新型防腐剂具有重要的意义。
    一、天然植物型食品防腐剂
    近年的研究表明，一些天然植物及其提取物具有一定的防腐抑菌作用。这一发现引起了食品防腐剂研究者的兴趣和重视。目前，从香辛料和传统中草药中提取有效抑菌成分是研发天然植物型防腐剂的热点之。近年发现的大蒜、生姜、花椒、丁香、黑胡椒等许多香辛料的提取物都具有一定的防腐抑菌作用。丁香油树脂对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、汉逊氏酵母菌、黑曲霉菌、青霉菌等有很强的抑制作用，可作为天然食品防腐剂开发利用。研究发现，大蒜油对金黄色葡萄球菌、伤寒沙门菌、变形杆菌、大肠杆菌、肉毒梭菌、黄曲霉、黑曲霉、产朊假丝酵母、啤酒酵母菌等有很好的抑制与杀灭作用。
    我国中草药资源丰富，一些药食同源的中草药及其提取物不仅有一定的药用价值，而且有较强的防腐功能，其安全性已得到充分证实。甘草的乙醇提取物对革兰阳性芽孢杆菌和乳酸杆菌有较强的抑制作用。研究表明，丁香、乌梅对细菌、酵母菌和青霉菌有较强的抑制作用。黄连、防风可作为广谱抗菌剂使用，对芽孢菌和铜绿假单胞菌的抑制作用明显。中国林业科学研究院筛选并提取了大黄、黄连、黄芩、连翘、金银花、金钱草的有效成分，与天然紫胶溶液被膜剂配合使用制成了天然防腐保鲜复合膜，用于水果、蔬菜的防腐保鲜，效果明显。
    这些天然植物型防腐剂在防止食品腐败，发挥保鲜作用的同时，还具有抗氧化和防病保健的功能。目前，国内外市场上生产的大多数保健品的有效成分都是天然抗氧化物质。
    由我国植物源天然提取物制备的防腐剂，自然资源丰富，比起欧美国家来具有明显优势，在一片回归自然的呼声中，中国的天然植物源防腐剂、天然植物提取物产品定会受到国际市场的青睐。在食品安全日益得到重视的现代社会里，植物源天然防腐剂也会做出自己的贡献。
    二、植物源防腐剂的作用机理研究进展
    很多天然防腐剂都是通过干扰细胞膜结构和酶系统来抑制微生物。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。宁正祥研究食品防腐剂的抗菌机理及构效关系,指出由电子容纳接受中心和电子供给中心组成的电子中继系统是食品防腐剂体现强抗菌活性的活性中心的必备分子结构条件,最常见的有醛基、羧基和羟基等,其中以由相距0.25nm左右的电子供-纳中心组成的电子中继系统最有效。因此,α,β-不饱和羰基结构是食品防腐剂表现抗菌活性的有效功能性结构。对羟基苯甲酸酯类、山梨酸类、富马酸酯类、肉桂醛类、紫苏醛等都含有α,β-不饱和羰基结构,具有强的电子缓冲能力,有强的抗菌活性。防腐剂在生物膜相的溶解度和对膜相的扰乱破坏度是抗菌剂抗菌活性强度的决定性因素。防腐剂动态性居留在生物膜相后,一是可直接而迅速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透性,并可导致胞内溶酶体膜破裂,而诱导微生物产生自溶作用; Sikkema发现细胞被抑制直至死亡的过程中, K+的流出是细胞损害的最早表现,随后细胞的内容物质开始溢出,包括ATP。二是生物膜溶成分代谢速率低,防腐剂居留在膜相后不易被微生物酶系分解,抗菌时效增强。因此,对羟基苯甲酸、丁烯二酸、肉桂酸等一元有机酸和二元有机酸防腐剂随着酯化程度和酯链长度的增加,抗菌效果显著增强,抗菌半衰期也显著延长。基团空间位阻是抗菌活性中心发挥抗菌活性的限制因素。抗菌剂的抗菌性能取决于防腐剂分子与微生物生命分子间相互电子作用。在分子间的碰撞过程中抗菌剂活性中心周围空间位阻愈小,抗菌剂分子加入反应的概率就愈大,抗菌活性也就相对愈大。所以以氢原子作为抗菌活性中心周边基团时,产生的空间位阻最小。因而醛类的抗菌活性极高,如肉桂醛的抗菌活性比肉桂酸要高几个数量级。富马酸酯类、肉桂酸酯类的抗菌活性,随酯化基团增大而下降。酶促降解性是防腐剂抗菌半衰期的决定性因素。肉桂醛、紫苏醛的抗菌活性极强,但易被微生物分解代谢而失效,故有效抗菌作用时间短暂,溴代肉桂醛不是酶促合成的天然有机化合物,不易被酶促降解,抗菌有效期显著提高, t0.5值达肉桂醛的350倍。从上面可以看出防腐剂分子结构决定了防腐剂的抗菌性能及作用机制。但是微生物在受到抗菌剂刺激时会产生相应的应激反应来避免伤害,如分泌特定的蛋白酶降解抗菌肽;增加壳聚糖的合成缓解对细胞壁的攻击等。而这些微生物的这些机理还不清楚,因此我们在筛选天然植物防腐剂时要从两个角度研究其防腐效果:一是防腐剂的抑菌性能及作用机制;二是菌体对防腐剂的抗性和机制。    三、植物源防腐剂存在的问题     
    目前虽然已开发出了数十种天然食品防腐剂，但实际使用的并不多，对植物源天然食品防腐剂的研究与开发仍存在以下几个问题：
    1．对新型植物源天然食品防腐剂的开发缺乏系统的理论指导。天然食品防腐剂研究大致过程为：优化提取、分离有效抗菌组分的工艺；有效抗菌组分在培养基中的抗菌特性；抗菌组分在食品中的应用试验；抗菌组分的毒理学评价等。因此开发新型植物源天然防腐剂需要食品科学、微生物学、生物化学、中药学和医学等多门学科的理论为基础，但从事这些方面的专家很少参与合作，还做了许多重复工作。同时，企业参与新型天然食品防腐剂开发的积极性不高，它们不愿在研究与开发等环节上投入太多资金，从而使新型天然食品防腐剂的开发受到了限制。
    2．对新型植物源天然食品防腐剂的基础研究缺乏。虽已知道许多植物的提取物具有抗菌防腐作用，但目前使用的大部分都是粗制品，其有效成份含量随季节和地理环境而改变，许多新型植物源天然食品防腐剂的作用机理、抗菌谱和可应用的范围、防腐剂分子结构与活性关系等的研究不够明了。导致我国批准使用的植物源天然食品防腐剂仅有果胶分解物、茶多酚等几种。
    3．新型植物源天然食品防腐剂自身存在的缺陷。对某些天然植物源食品防腐剂，不能从根本上解决抗菌谱窄、带异味、杂色和价格偏高等问题。在实际应用中也存在很多问题，如用量少时达不到防腐效果，用量大时可能影响食品风味和品质，甚至产生毒副作用。部分现已开发的天然防腐剂普遍存在抗菌谱窄的缺点，仅使用某一种不能完全抑制所有病菌的生长，同时使用多种，也会对人体产生毒害。
    4．消费者还不完全认可。许多消费者简单地将防腐剂理解为有害的添加剂。把添加剂与安全对立起来，这种现象在国内尤为突出，一些厂商为迎合消费者的心理，往往在广告语中特别强调不含任何防腐剂，这也是对消费者的误导，极大地阻碍了植物源天然食品防腐剂的应用。
    四、植物源防腐剂开发前景与展望
    国际上，食品添加剂的发展趋向是天然、营养和功能化方面发展，而且研究与应用已日趋广泛，在我国尚属初级阶段。近年来，由于我国的科研单位及生产单位的积极努力，已开发了不少天然食品防腐剂，其中不少品种正在大力推广应用并已取得了可喜的效果。随着食品工业的发展、人们生活水平和安全意识的提高，对一些合成防腐剂的安全性不断提出质疑，科学工作者对化学合成防腐剂持慎重的科学态度，消费者则对非天然食品防腐剂非常忌讳。鉴于此，寻求安全、高效的天然食品防腐剂成为食品工业的研究热点。出于安全性、资源性和经济性考虑，在我国开发植物源天然食品防腐剂成为首选。我国地域辽阔，植物资源十分丰富，所选材料大多是药食兼用材料或常用调味料植物品种，具有良好的口味、丰富的营养、较多的保健功能，同时还赋予食品独特香味，而且低毒，容易为消费者接受，可满足人们对天然食品、绿色食品、健康食品的需要。因此开发安全、高效、经济、营养的植物源天然食品防腐剂不仅是国外发展的主流也是我国今后发展的主要方向。虽然目前植物源天然食品防腐剂由于价格、杂色、抑菌效果等方面的限制，短期内还不能完全取代化学合成防腐剂，但从长远的观点看，科学技术的进步、生活水平的提高和安全意识的进一步增强，必将促使人们用天然防腐剂完全取代化学防腐剂。