（山东潍坊教育学院生命与环境工程系，青州 262500）
摘 要：天然食品防腐剂一般是指从植物、动物、微生物中直接分离提取的，具有防腐作用的一类物质。它以资源丰富、抗菌性强、安全无毒、抗菌谱广等优点在食品工业上越来越引起关注和重视。
关键词：天然食品防腐剂；应用；发展前景
化学防腐剂是使用最广泛的食品防腐剂，但由于对人体有一定的毒害作用，对生态环境也会造成不利的影响，要求严格限制其在食品中的用量。为此人们开始寻求更加高效、安全、无毒的食品防腐剂，而代表食品防腐剂主要发展方向之一的天然食品防腐剂进入人们的生活。
1 天然食品防腐剂的概念、分类
天然食品防腐剂一般是指从植物、动物、微生物中直接分离提取的，具有防腐作用的一类物质，也称作生物防腐剂，是食品防腐剂开发的主要方向之一。根据来源可以分为3种类型；（1）动物源天然防腐剂，指从与动物相关的物质中提取得到的防腐剂，如溶菌酶、昆虫抗菌肽、蜂胶、鱼精蛋白等；（2）植物源天然防腐剂，指天然存在于植物体内，通过人工修饰、分解、蒸馏等方法制得的具有防腐作用产品，如果胶分解物、香料提取物、茶多酚、海藻提取物等;（3）微生物源天然防腐剂，指由微生物代谢产生的抗菌、抑菌物质，是近年来食品防腐剂开发的一个热点，如乳酸链球菌素、纳他霉素、曲酸等。
2 天然食品防腐剂的特点、作用机理
天然食品防腐剂具有抗菌性强、安全无毒、水溶性好、作用范围广等优点，在人体消化道内可降解为食物的正常成分，不影响消化道菌群，不影响药用抗菌素的使用，而且还具有一定的营养价值。如抗菌肽可在机体内降解为各种氨基酸，纳他霉素则作为生物体内有抗菌作用的活性物质，早已随食品为人们食用，而被证实无任何毒副作用。
天然食品防腐剂的作用机理同一般食品防腐剂相似。它可以通过作用于细胞壁和细胞膜系统，直接迅速地破坏依赖于膜结构完整性进行物质和能量代谢的细胞及细胞器，并可导致细胞内溶酶体膜破裂诱导微生物自溶；也可以通过作用于遗传物质或遗传微粒结构的改变引起抑菌作用；还有一些是通过作用于酶或功能蛋白，使他们功能的变化发挥灭菌防腐作用。现在研究发现，防腐剂主要是抑制微生物的呼吸作用，而各种天然食品防腐剂对微生物的呼吸过程都有一定的抑制作用，导致能量物质ATP和还原物质NADH亏缺，合成代谢受阻，活性的动态膜结构不能维持，代谢方向趋于水解，最后产生细胞自溶，不同的抗菌剂的抗菌谱与抗菌效力存在差异。由于天然食品防腐剂是生物体提取物，这些物质更容易进入微生物细胞，导致膜通透性增加和能量代谢系统破坏，因而能迅速抑制微生物的活动、繁殖和生长。
3 天然食品防腐剂的应用
3.1 动物源天然防腐剂
3.1.1 鱼精蛋白
鱼精蛋白发现于1870年，20世纪中期作为防腐剂引起关注，通常从鲑、鲟、鲱、鲭、鲻等鱼精子细胞中提取，是一种小而简单具有广谱杀菌作用的碱性蛋白，具有无臭、无味、热稳定性好、安全无毒的特点，在中性和碱性环境中有很强的抑菌能力。它通过抑制细胞电子传递系统中的一些特殊成分和一些与细胞膜有关的新陈代谢过程起作用，也可使细胞膜中某些与营养合成有关蛋白质的功能受损，抑制细胞的新陈代谢而使细胞死亡。它对枯草杆菌、巨大芽孢杆菌、地衣型芽孢杆菌、凝固芽孢杆菌、胚芽乳杆菌、干酪乳杆菌、类链球菌起抑制作用，但易受食品有机成分的影响，可用于水产品、肉及肉制品、乳及乳制品、面食和蔬菜等食品的防腐保鲜。
3.1.2 溶菌酶
溶菌酶又称胞壁质酶或N-乙酰胞壁质聚糖水解酶，1937年从卵蛋白中最先分离出晶体溶菌酶，广泛存在于鸟类、家禽的蛋清中和哺乳动物的泪液、唾液、血浆、乳汁、胎盘以及体液、组织细胞内，一些植物与微生物细胞中也含有溶菌酶。它是一种碱性球蛋白，易溶于水，不溶于乙醚、丙酮，它能够切断细胞壁中N-乙酰胞壁酸和N-乙酰氨基葡萄糖之间β-1，4糖苷键，水解细菌细胞壁，起到溶菌作用，尤其对革兰氏阳性菌效果很好。研究发现，溶菌酶是婴儿生长发育的一种必需蛋白（非特异免疫因子），还能杀死肠道腐败菌，增加抗感染能力，促进婴儿肠道双歧乳酸杆菌增殖和乳酪蛋白凝乳，利于消化，很适合用作婴儿食品、饮料的添加剂，现在作为优良的天然食品防腐剂，广泛用于清酒、干酪、香肠、奶油、糕点、水产品、肉食等食品的防腐保鲜。
3.1.3 壳聚糖
又称脱乙酰甲壳质，1811年法国科学家发现甲壳素，而壳聚糖是甲壳素脱去大部分乙酰基后的一种多糖物质，主要来自虾、蟹等外壳。壳聚糖不溶于水，溶于醋酸、乳酸，无毒、无异味、具有广泛的抗菌功能，起到防腐作用。通过壳聚糖分子的正电荷和细菌细胞膜上负电荷的相互作用影响膜通透性，使细胞内的蛋白酶和其他成分外溢，起到抑菌、杀菌作用。壳聚糖还可与DNA结合，抑制mRNA的合成，从而阻碍蛋白质的合成，达到抗菌作用。它对大肠杆菌、普通变形杆菌、枯草杆菌、金黄色葡萄球菌均有较强抑制作用，壳聚糖脱乙酰程度愈高，活性越强。壳聚糖在食品工业中的应用前景广阔，由于不影响食品风味，可作为防腐剂、涂膜保鲜剂、水分保持剂、食品功能性成分及食品加工助剂食用。
3.1.4 蜂胶
蜂胶是蜜蜂从植物上采集的树脂，加入蜜蜂上颚腺分泌物及蜂蜡加工而成的一种具有芳香气味的不透明胶状固体，味微苦，不溶于水，溶于乙醇、乙醚等有机溶剂，其成分复杂。蜂胶中的多酚类化合物具有抑制和杀灭细菌的作用，对病毒、病菌、霉菌作用较强，但对正常细胞没有毒副作用。蜂胶中还含有丰富的药效成分，有消炎、镇痛、促进组织再生、提高免疫功能等作用，素有“完美的天然广谱抗菌物质”之称。由于蜂胶的广谱抗菌作用，现已编入中国药典，用于治疗多种疾病，国外已将蜂胶用于果冻、糖果和口香糖等食品防腐保鲜，还可用作食品天然添加剂和功能增强剂用于改善食品的口味和色泽，增强食品的保健作用。
3.1.5 抗菌肽
1972年瑞典科学家首先从天蚕蛹的免疫血淋巴中分离得到最早发现的高效抗菌肽Cecropins，现已在昆虫、鸟类、动物、植物及原核生物中发现600多种抗菌肽。抗菌肽是生物体内经诱导产生的具有生物活性的小分子多肽，由20～60个氨基酸残基组成，多数具有强碱性、热稳定性以及广谱抗菌等特点，其作用部位是细菌的细胞膜，使细胞膜通透性增大产生抑菌和灭菌能力。研究表明，抗菌肽对耐药菌株有明显的杀伤作用，同时对生物体的细胞无破坏性、无免疫原性，它的生成和释放是机体炎症反应的组成部分，是宿主防御细菌、真菌等病原微生物入侵的重要屏障，应用前景十分广阔，在食品工业上的应用主要是作为食品原材料生产中的防腐剂。
3.2 植物源天然防腐剂
3.2.1 果胶分解物
果胶是一种水溶性天然聚合物，一般从水果、蔬菜中提取，主要存在于柠檬、橙、柚、柑桔、葡萄等中，在食品工业中广泛用作增稠剂和凝胶剂等食品添加剂。20世纪90年代中期研究发现，果胶的酶分解物在酸性环境中具有很强的抗菌作用，特别是对大肠杆菌有显著的抑制增殖作用，其抗菌性在pH＜6.0时最强，主要抗菌物质是聚半乳糖醛酸和半乳糖醛酸。目前国际上已成功将果胶分解物作为天然食品防腐剂使用，配合其它天然食品防腐剂效果更好，广泛应用于腌菜、鱼制品、肉制品的防腐中。
3.2.2 香辛料提取物
用来做食品调味用的植物均可称为食用香料植物，如大蒜、生姜、肉桂、肉豆蔻、花椒、黑胡椒、丁香等。香辛料具有独特的刺激性气味，从香辛料中提取有效抑菌成分是天然植物源防腐剂研发的热点之一，其安全性已经为人们多年来的实验证实。香辛料抑菌成分有醛、酮、酯、醚、酸、萜类、内酯等，将这些成分协同起来可得到效果更好的防腐剂。如大蒜含蒜氨酸具有较好的抑菌性和较广的抗菌谱，它对黄曲霉、黑根霉、串珠镰刀霉等几十种污染食品的真菌有抑制和灭杀作用，是目前发现的最强的一种具有抗真菌作用植物；丁香花中的丁香酚对食品常见污染菌金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、黑曲霉、青霉等有很强的抑制作用，作为天然食品防腐剂，既安全又有效；广霍香提取的精油中含有广霍香烯和广霍香醇，对黑曲霉、黄曲霉、杂色曲霉、毛壳菌、镰刀菌等有明效果。
3.2.3 海洋藻类植物提取物
海藻中存在多种抗菌活性物质，如琼脂低聚糖、海藻糖等，均具有较强的抑菌和防止淀粉回生老化的作用，能有效地减少菌落产生，在食品工业中应用前景广阔。
3.2.4 茶多酚
茶多酚是从茶叶中提取的多酚类复合体，具有很好的防腐保鲜作用，对枯草杆菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、龋齿链球菌以及毛霉菌、青霉菌、赤霉菌、炭疽病菌、啤酒酵母菌有抑制作用，通过抑制微生物能量代谢或微生物酶活性起作用。动物试验研究发现，茶多酚无蓄积毒性，无遗传毒性，属无毒级；茶多酚作为天然食品防腐剂还有独特的药用价值，人体摄入后能清除体内多余自由基、改进血管渗透性能、增强血管壁弹性、降低血压、防止血糖升高、促进维生素C的吸收与同化、调节人体内微生物菌群，还有抗癌、防龋、抗机体脂质氧化和抗辐射等生理效应。应该指出的是茶多酚是一种混合物，具体是哪一种或哪几种组份起抑菌作用，有待进一步研究。
3.2.5 其它天然植物提取物
竹叶、苦瓜、荷叶、辣椒、芦荟等植物提取物具备天然食品防腐剂的特点，应用前景广阔。竹叶提取物活性成分主要是有机酸和酚类化合物，有杀菌、抗氧化、抗肿瘤作用，对伤寒沙门氏菌、痢疾志贺氏菌、蜡样芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌、肉毒梭菌等有较强的抑制作用，是一种安全无毒的天然防腐剂，可广泛用于鱼、肉类加工品、腌制品、粮谷类等；苦瓜提取物对细菌和部分酵母菌有良好抑制生长作用，且抑菌浓度低、pH作用范围广、热稳定性强，可作为肉类食品防腐剂；辣椒所含的辣椒素对蜡样芽孢杆菌及枯草杆菌有显著抑制作用，作为天然防腐剂，比化学防腐剂更安全，并有营养作用；芦荟中芦荟素具有很强的抑菌作用，对大肠杆菌、沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、枯草杆菌、产气肠杆菌有较强抑制作用。
3.3 微生物源天然防腐剂
3.3.1 乳酸链球菌素
乳酸乳球菌素是世界公认安全的天然食品防腐剂。1951年首先将乳酸链球菌素用作食品防腐剂，成功控制了由肉毒梭菌引起的奶酪膨胀腐败。目前世界50多个国家和地区已将其应用在食品加工业，我国20世纪90年代批准使用。乳酸链球菌素是由乳酸乳球菌产生的多肽类化合物，可作为营养物质被人体吸收利用，对革兰氏阳性细菌有效，尤其是对梭状菌和芽孢杆菌的抑制。近年来发现乳酸链球菌素与EDTA及柠檬酸等络合剂共同使用时，对革兰氏阴性细菌也有效，扩大了抗菌谱。乳酸链球菌素通过干扰细胞膜的正常功能，造成细胞膜的渗漏、养分流失和膜电位下降，导致致病菌和腐败菌细胞死亡；乳酸链球菌素与溶菌酶一起使用，有协同作用，可以更有效地防止食品腐败，对食品的色、香、味、口感等无不良影响。许多国家对其添加数量不作限制，己广泛应用于乳制品、罐头制品、鱼类制品和酒精饮料中。
3.3.2 纳他霉素
也称匹马菌素、游霉素，是由纳塔尔链霉菌等产生的多烯烃大环内酯类抗真菌剂，其活性远优于山梨酸，无臭无味，几乎不溶于水、高级醇、醚、酯，微溶于冰醋酸等溶剂。它通过与麦角甾醇基团结合，阻遏麦角甾醇的生物合成，从而使细胞膜畸变，导致渗漏，引起细胞死亡，它能有效抑制和杀死酵母菌、霉菌及其它丝状真菌。纳他霉素不干扰其它食品组分，适用于各种食品和饮料，为我国批准使用的另一种微生物源天然防腐剂。酸奶中添加纳他霉素可以高效、低成本地抑制真菌，果蔬汁中添加纳他霉素可以有效防止因真菌而引起的变质。肉类保鲜方面可采用浸泡或喷涂肉类食品来达防止霉菌生长的目的，由于它溶解度低，只停留在食品表面，所以适用于食品的表面处理。作为一种广谱抗真菌天然食品防腐剂，它在乳制品、罐装食品、啤酒酿造、方便食品、焙烤食品等许多领域具有良好的应用前景。
3.3.3 曲酸
曲酸是某些微生物生产过程中不经糖代谢产生的一种弱酸性化合物，无色晶体，易溶于水、丙酮、醇类中，热稳定性高，不为细菌利用，抗菌谱广，且pH值对其抗菌效果影响小，对人体无毒。曲酸及其衍生物通过影响多酚氧化酶的活性，对许多微生物的生长有抑制作用。作为一种优良的天然食品防腐剂，曲酸还有抗氧化作用、抑制酶促褐变、护色作用，可广泛应用于肉食的护色、防止熏制品致癌物的形成，以及果蔬保鲜和生食品杀菌防腐等，在抑制食品的酶褐变方面也有极大的应用前景。日本己在20世纪80年代末批准作为增白剂用于食品和化妆品行业。
3.3.4 ε-聚赖氨酸
1977年日本学者从放线菌培养过滤液中提取出一种含有25～30个赖氨酸残基的同型单体聚合物，它是赖氨酸残基通过α-羧基和ε-氨基形成的酰胺键连接而成，故称为ε-聚赖氨酸。它具有很好的杀菌能力和热稳定性，在中性和酸性范围内抑菌效果良好，对各种细菌、真菌和耐热芽抱杆菌都有显著抑制作用，是具有优良防腐性能和巨大商业潜力的天然食品防腐剂，已广泛应用到食品加工业的各个领域。在日本，ε-聚赖氨酸被批准可作为防腐剂添加于食品中，并已用于方便米饭、湿熟面条、熟菜、海产品、酱类、酱油、鱼片和饼干的保鲜防腐。研究还发现，ε-聚赖氨酸和其他天然抑菌剂配合使用，有明显的协同增效作用，可以提高其抑菌能力。
4 天然食品防腐剂的发展前景
天然食品防腐剂作为一类新型安全高效的防腐剂，已成为食品科学研究的热点之一，随着生物技术的不断发展，利用动物、植物、微生物或其代谢产物等为原料，经提取、酶法转化或者发酵等技术生产的天然抗菌物质会越来越多。天然食品防腐剂也是今后防腐剂市场的主要方向。但天然食品防腐剂在实际应用中还存在很多问题，如天然食品防腐剂的作用机理、抗菌谱研究不够深刻，天然食品防腐剂的使用范围、使用量、使用方法也需要进一步的明确，天然食品防腐剂对食品风味的影响，如何最大程度发挥天然食品防腐剂的功效等都需要进一步探索，同时如何将不同来源的天然食品防腐剂配合使用，协同作用，达到互补或协同增效作用，也值得深入探讨，这些问题会制约和影响天然食品防腐剂的开发利用。但是，尽管天然食品防腐剂由于众多原因还不能完全取代化学防腐剂，但天然食品防腐剂正以它抗菌性强、安全无毒、热稳定性好、作用范围广等优点在食品工业上越来越引起关注和重视。◇
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作者简介：肖素荣（1964～ ），女，山东潍坊人， 实验师，主要从事生物技术实验教学工作。
