食品中天然防腐剂的研究进展

　　曹兆玉

　　（博兴县综合检验检测中心，山东博兴 256500）

　　摘　要：随着生活水平的提高，人们对食品安全与食品保鲜的要求日益提高。化学防腐剂虽能延长食品保质期，但长期使用可能给人们带来健康风险，如致癌性、过敏反应等。因此，寻找安全、有效的天然防腐剂已成为研究热点。天然防腐剂来源于植物、动物和微生物，具备良好的抗菌和抗氧化性能，应用前景广阔。然而，其在实际应用中仍面临稳定性差、成本高等挑战。本文综述了天然防腐剂的研究进展，旨在为天然防腐剂的进一步开发和应用提供参考。

　　关键词：食品；天然防腐剂；植物提取物；抗菌

　　目前，化学防腐剂广泛应用于食品加工过程中，以延长食品的保质期。然而，化学防腐剂的长期使用引发了许多健康问题，包括潜在的致癌性、过敏反应，以及促使产生抗药性微生物，给公众健康带来潜在风险。因此，寻找安全、有效的天然防腐剂已成为食品科学领域的研究热点。天然防腐剂来源于植物、动物和微生物，良好的抗菌和抗氧化性能使其在食品保鲜中具有广阔的应用前景[1]。本文系统总结了天然防腐剂的研究进展，探讨其在食品工业中的应用及存在的挑战，并展望未来的研究方向，为食品防腐技术的创新与发展提供参考。

　　1　天然防腐剂的分类与特点

　　1.1　植物来源防腐剂

　　1.1.1　多酚类化合物

　　多酚类化合物是植物中广泛存在的一类次生代谢产物，以其显著的抗氧化和抗菌活性在食品防腐领域引起了广泛关注[2]。茶多酚作为茶叶中的主要活性成分，具有强效的抗氧化性能和广谱抗菌作用，能够有效抑制食品中多种致病微生物的生长。此外，茶多酚还能通过破坏细菌细胞膜结构、干扰微生物代谢等多种机制，显著延长食品的保质期。葡萄籽提取物中富含的原花青素也是一种有效的天然抗菌剂，其抗氧化能力甚至超过了维生素C 和维生素E。在应用方面，多酚类化合物已被广泛用于果蔬、肉类及乳制品的保鲜中。然而，多酚类化合物在食品中的实际应用仍然面临一些挑战，如其在食品体系中的稳定性及与食品成分的相互作用，可能影响其抗菌效果。

　　1.1.2　精油类物质

　　精油类物质是植物中挥发性成分的浓缩提取物，具有强烈的香气和多种生物活性。肉桂油和丁香油是最为典型的两种植物精油，它们的主要成分如肉桂醛和丁香酚，均显示出显著的抗菌活性。研究表明，这些精油能够有效抑制革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌的生长，甚至对抗药性病原菌也具有良好的抑制作用。此外，精油类物质的抗菌机制通常涉及对细胞膜的破坏、细胞内容物的泄漏及干扰细胞代谢过程等。然而，精油类物质在食品防腐中的应用同样面临一些挑战。精油具有强烈的气味，可能会影响食品的风味和接受度；精油在水性食品基质中的分散性较差，限制了其在某些食品中的应用。通过纳米技术或包埋技术提高精油的稳定性和抗菌效果，可拓展其在食品保鲜中的应用范围。

　　1.1.3　植物抗菌肽

　　植物抗菌肽是植物在抗菌防御过程中产生的小分子蛋白或肽链，具有广谱抗菌活性和较高的安全性。与传统化学防腐剂相比，植物抗菌肽因其天然来源和低毒性特点，在食品工业中显示出巨大的应用潜力。植物抗菌肽通过与细菌细胞膜结合，形成孔洞或通道，导致细胞内容物泄漏，从而抑制或杀死细菌[3]。目前，研究较多的植物抗菌肽包括大豆蛋白肽、苜蓿蛋白肽等。这些抗菌肽不仅在食品保鲜中表现出色，还具有一定的抗氧化和免疫调节作用。尽管植物抗菌肽在实验室研究中表现出良好的防腐效果，但其大规模应用仍然面临生产成本高、稳定性差和在复杂食品基质中活性降低等问题。

　　1.2　动物来源防腐剂

　　1.2.1　乳铁蛋白及其衍生物

　　乳铁蛋白是一种存在于哺乳动物乳汁中的多功能蛋白质，以其广泛的抗菌、抗病毒和免疫调节功能受到关注。乳铁蛋白的抗菌活性主要体现在通过与细菌细胞壁上的受体结合，破坏细胞壁结构，或通过与细菌所需的铁离子结合，抑制其生长。此外，乳铁蛋白还能够增强机体免疫系统的功能，有助于抵抗病原微生物的侵袭。乳铁蛋白及其衍生物在食品保鲜中的应用前景广阔，尤其是在乳制品、婴儿配方食品和功能性食品中。然而，由于乳铁蛋白来源的限制及其提取纯化过程较为复杂，其应用成本较高。为降低成本和扩大应用范围，近年来的研究开始着力于通过基因工程和发酵技术生产重组乳铁蛋白，以期实现乳铁蛋白的大规模生产及其在食品防腐中更广泛的应用。

　　1.2.2　蜂蜜及蜂胶提取物

　　蜂蜜和蜂胶作为传统的天然抗菌剂，具有悠久的使用历史。蜂蜜的抗菌效果主要源自其高渗透压、低pH 值以及产生的过氧化氢，这些因素共同抑制了微生物的生长。蜂胶则富含多种生物活性成分，如黄酮类化合物和酚酸类物质，具有强效的抗菌、抗病毒和抗氧化作用。蜂蜜和蜂胶提取物在食品防腐中的应用潜力巨大，尤其适用于天然食品和有机食品的保鲜。然而，蜂蜜和蜂胶的抗菌效果可能受到生产、储存和加工条件的影响，其在不同食品体系中的效果也存在差异。此外，由于蜂蜜和蜂胶的风味较为独特，在某些食品中使用时可能影响感官质量。

　　1.2.3　溶菌酶

　　溶菌酶是一种广泛存在于动物体液中的抗菌酶，具有分解细菌细胞壁的能力，对革兰氏阳性菌尤其有效。作为一种天然抗菌物质，溶菌酶因其高效、安全、无毒副作用等优点，已被广泛应用于食品保鲜中。溶菌酶的抗菌机制主要是通过水解细菌细胞壁中的糖苷键，导致细胞壁破裂、细胞内容物泄漏，从而杀死细菌。在食品工业中，溶菌酶被用于延长乳制品、肉制品及果蔬制品的保质期。然而，溶菌酶在实际应用中仍面临一些问题，如其在食品中的稳定性和抗菌谱的局限性。此外，溶菌酶对革兰氏阴性菌的抑制效果较弱，因此需要与其他抗菌剂联合使用以获得更好的防腐效果。

　　1.3　微生物来源防腐剂

　　1.3.1　乳酸菌及其代谢产物

　　乳酸菌是食品发酵过程中常见的有益菌，其代谢产物如乳酸、细菌素等具有显著的抗菌活性。乳酸通过降低pH 值、破坏细菌细胞膜和抑制致病菌生长，在食品防腐中起到重要作用。细菌素则是一类由乳酸菌产生的小分子抗菌肽，能够特异性地杀死或抑制与乳酸菌竞争的细菌，广泛用于乳制品、肉制品和蔬菜的发酵与保鲜。乳酸菌及其代谢产物在食品防腐中的应用具有安全性高、无毒副作用的优势，并且能够改善食品风味和质地。然而，乳酸菌及其代谢产物的抗菌谱通常较窄，对某些致病菌的抑制效果有限。因此，未来的研究可以考虑通过基因工程手段优化乳酸菌菌株，增强其抗菌能力，或与其他天然抗菌剂联合使用，以提高其在复杂食品体系中的防腐效果。

　　1.3.2　酵母菌及其代谢产物

　　酵母菌是一类常用于食品发酵的微生物，其代谢产物如乙醇、脂肽类物质和多种酶类在食品防腐中发挥着重要作用。乙醇具有良好的抗菌作用，常用于果酒、啤酒和发酵饮料的生产中。而酵母菌产生的脂肽类物质则显示出对多种致病菌的广谱抗菌效果。此外，酵母菌还能够产生多种酶类，如β- 葡聚糖酶，这些酶不仅有助于提高食品的营养价值，还可以通过分解细菌细胞壁或破坏细菌代谢过程，达到防腐目的。然而，酵母菌及其代谢产物在食品中的实际应用仍需考虑其对食品风味和质地的影响。此外，酵母菌的生长和代谢过程可能受到环境条件的显著影响，因此在实际生产中需要精细控制发酵条件，以确保其抗菌效果。

　　1.3.3　醋酸菌及其代谢产物

　　醋酸菌所产生的醋酸能够显著降低食品pH 值，抑制大多数致病菌的生长，同时还能赋予食品独特的风味，广泛应用于酸奶、泡菜和醋制品的生产中。除了醋酸，醋酸菌还能够产生其他有机酸及抗菌物质，如醋酸乙酯，这些代谢产物进一步增强了其防腐效果。醋酸菌及其代谢产物在食品防腐中的优势在于其自然、安全且易于消费者接受。然而，过高的醋酸浓度可能会影响食品的口感和质地，因此在实际应用中需要合理控制醋酸菌的发酵条件。

　　2　天然防腐剂的作用机制

　　天然防腐剂通过多种机制发挥其抑制微生物生长和抗氧化的作用[4]。抑制微生物生长的机制主要包括3 个方面：①通过破坏细胞膜结构，使细胞膜的完整性受损，导致微生物细胞内外物质交换紊乱，最终导致细胞死亡；②抑制微生物关键酶的活性，这些酶在微生物的代谢过程中起着至关重要的作用，酶活性被抑制后，微生物的正常代谢功能无法进行，从而影响其生长与繁殖；③干扰微生物的代谢过程，通过影响代谢途径中的关键步骤，导致能量产生不足或代谢产物累积，进而抑制微生物的生长。

　　此外，天然防腐剂还具有显著的抗氧化作用。其抗氧化机制主要体现在自由基的清除和抗氧化酶的激活两方面。天然防腐剂能够直接捕捉和中和细胞内的自由基，从而减少自由基对细胞膜、蛋白质和DNA 等重要生物分子的氧化损伤。与此同时，天然防腐剂还能通过激活体内的抗氧化酶系统，如超氧化物歧化酶、过氧化氢酶等，增强细胞的抗氧化能力，从而提供更强的保护作用。

　　3　天然防腐剂在食品中的应用

　　天然防腐剂在各类食品中的应用越来越广泛，具体表现为其在肉制品、乳制品、果蔬制品和烘焙食品中的多种应用形式与功能[5]。在肉制品中，天然防腐剂如迷迭香提取物和丁香油被用来延缓脂肪氧化，抑制病原菌的生长，从而延长货架期。这些防腐剂能够有效减少肉制品在储存过程中的色泽变化和异味生成。在乳制品中，天然防腐剂如乳酸菌和纳豆激酶等，通过抑制有害菌的生长，保持产品的安全性与稳定性，同时还能增强乳制品的风味和营养价值。在果蔬制品中，常使用抗氧化性较强的天然防腐剂如抗坏血酸和柠檬酸，防止果蔬在加工和储存中的褐变及质地变化，从而保持其新鲜度和视觉吸引力。在烘焙食品中，天然防腐剂如酚类化合物、茶多酚和维生素E等，能够抑制脂肪氧化和霉菌生长，从而延长产品的保质期，同时保证烘焙食品的口感和风味稳定性。

　　4　结语

　　天然防腐剂因其天然来源和高安全性，成为食品工业的重要选择，能有效抑制微生物生长和延缓食品氧化，但也存在影响食品风味、稳定性差和生产成本高的局限性。未来的研究应注重提升其应用效果和广谱抗菌性，开发稳定化技术，并加强安全性与环保性研究。此外，结合其他保鲜技术，如低温储存和真空包装，可为食品保鲜提供更有效的解决方案。

　　参考文献

　　[1] 翟赛亚, 李红艳. 天然食品防腐剂在食品中的应用研究进展[J]. 食品工程,2022(4):7-11.

　　[2] 张彤, 杨忠仁, 张凤兰. 食品天然防腐剂及其应用研究进展[J]. 中国调味品,2024,49(4):206-211.

　　[3] 祝佳斯, 张珊珊. 天然食品防腐剂在食品中的应用研究进展[J]. 现代食品,2023,29(12):109-111.

　　[4] 张越. 植物精油天然防腐剂制备及其在发酵蔬菜中的应用研究[D]. 南昌: 南昌大学,2023.

　　[5] 赵国萍, 李迎秋, 冯林慧, 等. 天然防腐剂的应用研究进展[J]. 中国调味品,2017,42(8):155-159.