食品防腐剂的种类和发展趋势

不添加防腐剂就一定好吗？

2022年4月16日，在天宫空间站持续工作6个月的宇航员从太空回到祖国母亲的怀抱，实现航天员可以长时间在轨工作和实验的太空梦，标志着我国从航天大国走向航天强国。宇航员走向太空，需要各种物资支持，其中食物是必不可少的物资储备。虽然物资可以中途补给，但是食品仍然需要注重保存才能让航天员食用上安全健康有营养的太空餐。食品防腐剂能够在保证食品营养价值的前提下，延长食品保存时间，为宇航员在太空工作保证食物不变质。但是现在很多商家都以“零食品防腐剂”、“不添加防腐剂”为营销宣传，食品防腐剂甚至被宣传为有害物质，这是真的吗？让我们走近食品防腐剂，深入了解和认识它，看看是否不添加防腐剂就一定有好处。

1. 食品防腐剂的作用

食物在不添加防腐剂的情况下，它的保存期或者货架期会大大缩短，食品的营养价值和安全性也可能随着保存时间增长而降低。例如面包店的蛋糕或者面包往往是不添加防腐剂的，但是糕点类食品富含蛋白质和油脂，是微生物滋生繁殖的理想场地，糕点制作出来之后不能及时出售或食用，食品的营养价值和安全性会大打折扣。所以面包店的糕点很多都是当天制作出售，隔天就不能再出售。合成类食品防腐剂往往都具有毒性，但是毒性也不是绝对的，而是多种因素共同决定的。食品添加剂的毒性与自身性质和浓度、作用时间、接触途径与部位、物质相互作用和个体体质都有关。其中浓度是防腐剂致毒的主要因素，大量或者过量摄入合成类食品防腐剂可能导致人体血压升高，增大心脏、肝脏和肾脏负荷，增大患病风险，对已患病人群将有恶化病情的不良影响。

合法合理使用食品添加剂是维护食品安全的需要。现在很多报道说因使用食品添加剂而发生食物安全问题，究其本质原因，是因为不良商家使用国家规定允许使用之外的物质或者超量使用而引发的。食品添加剂本身是无罪的，真正有罪的是那些非法商家。

食品添加剂是指为改善食品色、香、味、形, 调整营养结构, 改进加工条件, 提高食品的质量和档次, 防止腐败变质和延长食品的保存期需要而加入食品中的化学合成或天然物质。食品添加剂作为现代食品工业的重要组成部分，对于发挥着重要的作用。没有食品添加剂，就没有食品制造和现代食品工业。食品添加剂技术不仅为食品工业和餐饮业的发展提供了可靠技术支持和保障，而且已经成为促进其高速发展的动力和源泉。食品防腐剂属于食品添加剂的其中一类，是能防止由微生物引起的腐败变质、延长食品保质期的添加剂。它能够有效延长食物颜色、气味、形状和营养价值，因此在食品加工和运输过程中被广泛应用。物理、化学、酶和微生物都可能导致食物在生产、运输、储存中发生腐败，其中微生物是食物腐败的主要原因[1]。食品防腐剂能够有效抑制微生物增殖或者直接杀灭微生物，从而达到食物防腐效果，可以延长食品货架期和保证食品营养价值。按照来源不同，可将食品防腐剂分为化学类食品防腐剂和天然类食品防腐剂。

2. 化学类食品防腐剂与天然类食品防腐剂

2.1化学类食品防腐剂

化学类食品防腐剂又称为合成类食品防腐剂，主要包括酸类食品防腐剂、酯型食品防腐剂和盐类食品防腐剂。其中应用最多的是酸类食品防腐剂。常见酸类食品防腐剂包括苯甲酸、山梨酸和丙酸[2]。

苯甲酸又称安息香酸，无嗅或者略带安息香味。分子状态下的苯甲酸具有抗菌活性，因为制取成本低廉，且能起到很好的防腐效果，被广泛应用于食品防腐。苯甲酸分子具有很好的亲油性，能轻松通过细胞膜进入细胞内部，起到干扰细胞膜通透性的效果，阻止细菌或者霉菌吸收氨基酸，苯甲酸进入细菌或霉菌内部还能消耗储碱，从而起到抑制细菌或霉菌正常生命活动，达到抑菌和杀菌效果。苯甲酸对酵母菌、霉菌和大多数细菌都能起到很好的抑制增殖和杀灭效果，是一种很好效果不错的防腐剂，但是其只能在pH为4.5以下使用才能达到很好的防腐效果。在pH大于4.5时，防腐效果会明显降低，当使用环境为碱性时，防腐效果几乎为零[3]。

山梨酸又名花椒酸，无色无嗅的针状结晶。山梨酸化学名为2，4-己二烯酸，属于不饱和脂肪酸。山梨酸能与微生物酶系统中的硫基结合，从而破坏微生物的酶活性，达到抑制微生物繁殖的防腐效果[4]。它能在pH小于6的环境中很好的抑制霉菌、酵母菌和好氧细菌增殖，对厌氧细菌抑制效果较小。由于山梨酸能在人体完全代谢且能顺利排出体外，对人体几乎没有毒害，相同条件下山梨酸的防腐效果是苯甲酸的三倍，所以山梨酸及其钾盐是应用最多且最广泛的食品添加剂。

丙酸又称初油酸，无色有刺激性气味的有腐蚀性液体，丙酸主要用作食品防腐剂和防霉剂。单个丙酸分子可以在霉菌细胞外形成高渗透压，使霉菌细胞失去水分而导致失活，丙酸还能穿透霉菌细胞壁抑制它的正常生命活动，从而达到防腐效果。丙酸也只能在酸性条件下发挥防腐功能。

酸性食品添加剂的高效防腐效果和制作成本低，让它们在食品防腐剂占有大片市场。由于酸类食品防腐剂使用环境存在要求，只有在酸性条件下才能发挥防腐效果，导致其应用范围受限。

酯型防腐剂主要包括对羟基苯甲酸酯类、没食子酸酯、抗坏血酸棕榈酸酯等。酯型食品防腐剂的防腐机理大致相同，主要机理是干扰微生物呼吸系统与电子传递酶之间的正常活动，抑制微生物吸收氨基酸和产生腺苷，破坏微生物细胞膜的结构，从而达到抑菌防腐效果。酯型防腐剂在pH值为4-8的范围内都能起到很好抑菌效果，但是由于自身具有特殊气味和水溶性差的特质，所以酯型防腐剂主要应用于药品行业，较少用于食品防腐。我国也规定酯型防腐剂只能用乙酯和丙酯。

盐类食品防腐剂主要包括亚硫酸及其盐类,亚硝酸盐类。盐类食品防腐剂防腐机理主要是消耗食品中的氧气，使好氧类微生物生命活动被抑制，同时还能干扰微生物的酶活性。但是由于盐类防腐剂在与物质反应过程中会产生有害物质，可能会对特定人群产生不良身体反应，所以盐类防腐剂应用范围较狭小，被列为特殊防腐剂。

2.2天然类食品防腐剂

随着人们健康意识的提高和消费观念的改变，天然类食品防腐剂具有安全、高效和健康的特点，被越来越多消费者关注。天然类食品防腐剂主要包括动物源食品防腐剂、植物源食品防腐剂和微生物源食品防腐剂。

动物源食品防腐剂主要有蜂胶、鱼精蛋白和壳聚糖等。动物源防腐剂是从动物体内或者动物细胞中提取的天然食品添加剂。蜂胶是由工蜂腺体分泌物、植物嫩芽和树干分泌物的具有芳香气味的胶状固体物[5]。

蜂胶外形为不透明固体, 表面光滑或粗糙, 折断面呈砂粒状, 切面与大理石外形相似, 颜色有黄褐色、棕褐色、灰褐色、灰绿色和暗绿色等, 极少数深似黑色, 具有特殊的芳香气味[6]。蜂胶的主要功能成分为黄酮类化合物、酚酸类化合物和萜烯类化合物等。蜂胶抑菌机理主要有三种：蜂胶中的大量还原因子能够起到抗氧化作用；酚酸类化合物降解后变为苯甲酸，苯甲酸具有防腐效果；蜂胶能在食品表面形成致密的薄膜，该薄膜能够阻止外界氧气、微生物与食品直接接触的同时保持食品自身的水分和营养。蜂胶蜂胶对革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌、痤疮丙酸杆菌、酵母菌、假单胞菌、和肠杆菌属都有明显的抑制作用。国外有研究表明蜂胶在抑制细菌增殖的同时还能锁住食物水分、营养和食品风味[7]。

图1.蜂胶（图源自网络）

鱼精蛋白是取自于鲑鱼、鲟鱼和鲱鱼等鱼类的精子细胞中的碱性球形蛋白，具有无嗅无味、热稳定性好和安全无毒的特点。鱼精蛋白抑菌防腐主要机理是鱼精蛋白能结合细胞膜中参与运输和合成物质的蛋白质，使得细胞不能正常实现物质传递和合成新的蛋白质，减弱细胞新陈代谢速率，从而导致细胞死亡。鱼精蛋白在中性或者碱性环境中抑菌活性强，能发挥很好的抑菌防腐效果[8]，鱼精蛋白常用于具有中性或者碱性环境食物的保鲜防腐，如面制品和生乳或者乳制品等。

图2.鱼精蛋白（图源自网络）

壳聚糖又叫甲壳素，是从蟹壳、虾壳中提取的一种多糖类物质。壳聚糖对大肠杆菌和金色葡萄球菌的抑菌效果很好，具有抑菌效果好、无细胞毒性和皮肤刺激性等优点。主要抑菌抑制是改变细胞膜的通透性，使细菌无法正常增殖而达到抑菌效果[9]。

图3.壳聚糖（图源自网络）

植物源防腐剂主要包括香辛料、中草药提取物、茶多酚等[10]。香辛料食品防腐剂主要包括丁香、冰片、肉桂和茴香等，香辛料不光能调味，还能用于食品防腐。其主要机理是香辛料中的精油能够进入微生物体内，降低微生物生物膜的稳定性，干扰其能量代谢的酶促反应而达到抑菌效果。

中药是我国独有的医药资源宝库，它能给人治病疗伤，还能应用于食品防腐领域。虎杖、茯苓、苦参混合熬制的药液能够抑制细菌和霉菌生长的作用。由于中草药成分的复杂性，不同中草药的防腐抗菌机理可能存在差异。目前普遍认为中草药抑菌防腐的机理是药物中的疏水性小分子有机化合物且对微生物细胞膜组织具有干扰作用甚至使溶解,从而对微生物起到抑制或杀死作用[11]。

茶多酚是茶叶中多酚类物质的总称，包括儿茶素类、花色苷类、黄酮类、黄酮醇类和酚酸类等，其中儿茶素类化合物为茶多酚的主体成分[12]。抑菌机理为其分子结构中的酚性羟基特有的供氢体能与脂肪酸在自动氧化过程中产生的游离基结合，中断脂肪酸氧化的连锁反应，抑制其氧化物的形成，达到抗氧保鲜的目的。茶多酚具有较强的抑菌作用，对很多细菌和病毒生理活性都能起到很好的抑制效果，且对人体没有毒副作用，被广泛应用于日用化工、食品加工、医疗卫生、畜牧等行业。

微生物源防腐剂因微生物种类丰富，数量繁多，繁殖周期短，在提取防腐物质时占有优势，具有安全、高效和无毒健康等特点。微生物源食品防腐剂主要包括细菌类、放线菌类、霉菌类、酵母菌和微生物溶菌酶五大类。细菌类食品防腐剂主要是依靠细菌产生具有防腐功能的物质为自身的代谢物，包括细菌素、抗生素、有机酸以及化学组成成分，这些代谢物中含有抑菌和抗菌的多肽物质，能抑制微生物的增殖。

放线菌防腐物质主要通过代谢途径产生，具有天然防腐功能的主要有聚赖氨酸、纳他霉素和泰乐菌素，其中聚赖氨酸和纳他霉素被广泛应用于食品防腐。霉菌能代谢产生多种物质，其中具有防腐功能主要有曲酸、红曲霉代谢物、沙门柏干酪青霉代谢物等。

酵母菌抑菌主要是嗜杀酵母菌代谢产生的嗜杀毒素，嗜杀毒素能破坏细胞跨膜的化学质子梯度，造成 ATP 和 K+ 泄漏，导致细胞死亡。溶菌酶是一种水解酶，主要作用在细胞壁，产生溶菌酶的微生物多为细菌、放线菌和噬菌体。微生物溶菌酶相比于卵清溶菌酶，所能溶解的细菌种类更多。溶菌酶对革兰氏阳性菌抑菌作用好于阴性菌，抑菌原理为破坏腐败菌细胞壁中的糖苷键，分解不溶性黏多糖，断裂肽聚糖的骨架，使细胞壁破裂，微生物死亡[13]。

3. 食品防腐剂发展趋势

3.1天然和多功能防腐剂研究与开发

随着健康生活理念的深化，由于一些化学类食品防腐剂存在生物毒性和可能产生致癌，化学类食品防腐剂必然被天然类食品防腐剂取代。虽然天然食品防腐剂具有很多优点，但是自身存在难分离难纯化，导致其生产成本居高不下，需要更多科研工作者想办法降低其生产成本，在降低成本的同时，需要不断开发新的微量高效的天然食品防腐剂。防腐剂发挥防腐效果，即受到自身特性影响，也受外界环境影响。因此单独一类防腐剂可能对食物的防腐效果不能达到理想效果，开发多种防腐剂联合使用或者找到适应范围更广，防腐效果更好的防腐剂是重点研究方向。、

3.2加强监管措施，保障食品安全

在利益的诱惑下，很多无良商家为了谋取更多的利益，会使用劣质食品防腐剂或者其它有害物质来达到延长食品货架期的效果。这给消费者带来身体和心理的双重伤害，还会削弱我国食品安全屏障，因此必须建立严格监管措施保障食品安全。国家层面要建立健全食品防腐剂使用条例和专门的法律法规，用法律武器来保证食品安全。市场层面需要完善市场监督制度和作用，让大家都能参与食品安全监督，使得食品安全更加透明化。消费者个人层面，需要对食品添加剂有更深的认识，不能只停留在食品添加剂就是不好的水平，而是要能辨析食品添加剂是否合理合法添加和使用。