有機(jī)化學(xué)在防腐劑中的應(yīng)用

1、有機(jī)化學(xué)在防腐劑中的應(yīng)用隨著社會發(fā)展和人民生活水平的提高，各種各樣的食品也出現(xiàn)在人們的日常生活中，在食品的運(yùn)輸、保鮮等各個方面，食品的防腐劑也廣泛的運(yùn)用于其中，出于對自身健康的考慮，廣大消費(fèi)者對食品防腐劑提出了越來越苛刻的要求。食品在物理、生物化學(xué)和有害微生物等因素的作用下，可失固有的色、香、味、形而腐爛變質(zhì)，有害微生物的作用是導(dǎo)致食品腐爛變質(zhì)的主要因素。可以用物理方法或化學(xué)方法來防止有害微生物的破壞。所謂化學(xué)方法就是利用抑菌或殺菌（延

2、緩或制止腐爛）的化學(xué)藥劑，這些化學(xué)藥劑稱為防腐劑。防腐劑的使用為食品防腐提供了有效、簡便、經(jīng)濟(jì)的方法。防腐劑能抑制微生物生長繁殖的物質(zhì)稱防腐劑，對微生物繁殖體有殺滅作用，對芽胞則使其不能發(fā)育為繁殖體而逐漸死亡。不同的防腐劑其作用機(jī)理不完全相同。如醇類能使病原微生物蛋白質(zhì)變性；苯甲酸、尼泊金類能與病原微生物酶系統(tǒng)結(jié)合，影響和阻斷其新陳代謝過程；陽離子型表面活性劑類有降低表面張力作用，增加菌體細(xì)胞膜的通透性，使細(xì)胞膜破裂、溶解。總的看來，防

3、腐劑最重要的因素可能是一些酶的反應(yīng)，或者抑制微生物細(xì)胞中酶的合成。有害微生物包括細(xì)菌、霉菌、酵母菌等，它們的共同點是：水、氧氣、營養(yǎng)物質(zhì)是它們生活的必需條件，它們的存活狀態(tài)取決于所處的外界環(huán)境。因此我們可以利用這些共同點來控制有害微生物。從食品防腐的角度來講，現(xiàn)在公認(rèn)的影響有害微生物存活狀態(tài)的條件主要是溫度、pH值、水分活度、氧化還原電位、貯藏空間的氣體成分、竟?fàn)幮跃骸⒎栏瘎?、初始的帶菌量、輻射以及包裝等等，這些都可以在一定范圍內(nèi)影響

4、有害微生物的生長、繁殖，因此它們是有害微生物存活的柵欄，通過調(diào)節(jié)這些柵欄就可以控制有害微生物的存活狀態(tài)。柵欄技術(shù)可認(rèn)為是組合式的抑菌技術(shù)，是結(jié)合一種以上食品保藏條件共同保障食品的穩(wěn)定性和安全性。將每一種影響微生物存活的條件看成一個阻礙微生物跨越的柵欄，那么微生物是否能跨越柵欄將是決定食品保存性的關(guān)鍵。同樣的，防腐劑也會對細(xì)胞壁和細(xì)胞膜產(chǎn)生效應(yīng)。防腐劑對酶活性或?qū)?xì)胞原生質(zhì)部分遺傳微粒結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響。許多防腐劑，如酚類之所以具有抗微生物作用

5、，是由于能夠破壞或損傷細(xì)胞壁或者能干擾細(xì)胞壁合成的機(jī)理。有時幾種防腐劑混合作用或防腐劑與食品保存的物理方法共同使用會達(dá)到更好的效果。食品防腐劑，用于抑制微生物生長繁殖，防止食品腐敗變質(zhì)的添加劑?？梢苑乐故称芬蛭⑸镆鸬淖冑|(zhì)，提高食品保存性能，延長食品保質(zhì)期而使用的食品添加劑。常用食品防腐劑種類繁多，大多數(shù)是化學(xué)防腐劑，包括“有機(jī)”和“無機(jī)”兩大類。有機(jī)化學(xué)防腐劑主要有苯甲酸／苯甲酸鈉、山梨酸／山梨酸鉀、對羥基苯甲酸脂類、脫氫醋酸、雙乙

6、酸鈉、葡萄糖酸—δ—內(nèi)酯及各種有機(jī)酸如醋酸、檸檬酸和乳酸等；無機(jī)化學(xué)防腐劑主要包括亞硫酸／亞硫酸鈉、二氧化硫、硝酸鹽及亞硝酸鹽類、游離氯及次氯酸鹽、磷酸鹽等。防腐劑的防腐原理，大致有如下3種：一是干擾微生物的酶系，破壞其正常的新陳代謝，抑制酶的活性。二是使微生物的蛋白質(zhì)凝固和變性，干擾其生存和繁殖。三是改變細(xì)胞漿膜的滲透性，抑制其體內(nèi)的酶類和代謝產(chǎn)物的排除，導(dǎo)致其失活。據(jù)稱我國到目前為止已批準(zhǔn)了32種使用的食物防腐劑，其中最常用的有苯甲

7、酸鈉、山梨酸鉀等。苯甲酸鈉的毒性比山梨酸鉀強(qiáng)，而且在相同的酸度值下抑菌效力僅為山梨酸的13，因此許多國家逐漸用山梨酸鉀。但因苯甲酸鈉價格低廉，在我國仍普遍使用，主要用于碳酸飲料和果汁飲料。山梨酸鉀抗菌力強(qiáng)，毒性小，可參與人體的正常代謝，轉(zhuǎn)化為CO2和水。從防腐劑的發(fā)展趨勢上看，以生物發(fā)酵而成的生物防腐劑，將成為未來的發(fā)展趨勢。食品防腐劑的種類很多，主要分為合成和天然防腐劑；常用的合成防腐劑以山梨酸及其鹽、苯甲酸及其鹽和尼泊金酯類等為代表

8、。在一些主要的防腐劑中，苯甲酸及其鈉鹽，又名安息香酸，稍溶于水，可溶于乙醇，在酸性條件下對多種微生物（酵母、霉菌、細(xì)菌）有明顯抑菌作用，但對產(chǎn)酸菌作用較弱。防腐效果受ｐＨ值影響大，ｐＨ2.5～4.0抑菌效果最好，ｐＨ＞5.5對多種霉菌和酵母沒有什么效果，ｐＨ4.5時對一般微生物完全抑制的最小濃度為0.05％～0.1％。在直接飲用的飲料內(nèi)的最大使用量為0.2克公斤。因為苯甲酸溶解度低，使用不便，實際生產(chǎn)中大多是使用其鈉鹽，其鈉鹽的抗菌作用

9、是轉(zhuǎn)化為苯甲酸后起作用的。對羥基苯甲酸酯，又名尼泊金酯，對霉菌、酵母菌有抗菌作用，且正丁酯＞正丙酯＞乙酯。由于在對位上引入烷基，防腐效果優(yōu)于苯甲酸及其鈉鹽。使用量約為苯甲酸鈉的110。抑菌效力受ｐＨ值影響不大，ｐＨ值4～8范圍中都有良好效果。缺點是水溶性較差，常需用醇類溶解后使用。果汁、果醬最大使用量：0.1～0.2克公斤。飲料最大使用量：0.01克公斤。山梨酸（2.4－己二烯酸），又名花楸酸，微溶于水，易溶于乙醇。對光、對熱穩(wěn)定，長期

10、放置易被氧化著色。對霉菌、酵母菌和好氣性細(xì)菌均有抑菌作用，但對嫌氣性細(xì)菌、芽孢桿菌和嗜酸乳桿菌幾乎無效。山梨酸是酸性防腐劑，適用范圍在ｐＨ值5.5以下，而毒性為苯甲酸的14，所以從國外發(fā)展動向看，有逐步取代苯甲酸及其鈉鹽的趨勢。酸鹽丙酸鈉，安全無毒，易溶于水、乙醇，易吸潮。系酸性防腐劑。具有良好的防霉菌效果；對細(xì)菌抑制作用較?。粚湍妇鸁o作用。常用于面粉制品發(fā)酵，可抑制雜菌生長，及乳酪制品防霉等。在糕點中的最大使用量為2.5gkg。丙酸

11、鈣，對光和熱穩(wěn)定，易溶于水、不溶于乙醇，易吸潮。其防腐性能及用量與丙酸鈉相同?？裳a(bǔ)充食品中的鈣質(zhì)。雙乙酸鈉，易溶于水和油，加入肉、魚、油制品中有較強(qiáng)的滲透性。對黃曲霉菌、微小根毛菌、傘枝梨頭菌、足樣根毛菌、假絲酵母菌5種真菌以及所屬細(xì)菌鏈菌均有抑制作用；對大腸桿菌、利斯特菌、革蘭陰性菌也有一定作用；而對乳酸菌、面包酵母無破壞，可抑制有害菌、保護(hù)有益菌。人類進(jìn)步的核心是健康和諧。隨著人們對健康的要求越來越高，對食品的安全標(biāo)準(zhǔn)提出了更高的要

12、求，各國政府均在快速修改食品安全標(biāo)準(zhǔn)，在提高食品安全水平和國民健康水平的同時，也通過“綠色壁壘”保護(hù)本國食品工業(yè)，減少國外食品對本國食品業(yè)的沖擊。例如，日本早已全面禁止高毒的苯甲酸鈉的使用，添加苯甲酸鈉的食品是不可能進(jìn)入日本市場的。我國也在逐步縮小苯甲酸鈉的使用范圍和使用量。鑒于化學(xué)合成食品防腐劑的安全性和其它缺陷，人類正在探索更安全、更方便使用的天然食品防腐劑。如微生物源的乳酸鏈球菌素、那他霉素、紅曲米素等；動物源的溶菌酶、殼聚糖、魚

13、精蛋白、蜂膠等；植物源的瓊脂低聚糖、杜仲素、辛香料、丁香、烏梅提取物等；微生物、動物和植物復(fù)合源的R多糖等。目前廣泛使用的食品防腐劑無論是化學(xué)合成的，還是天然的，它們的抑菌范圍相對都比較狹小。有的對真菌有抑制作用，對細(xì)菌無效；有的僅對少數(shù)微生物有抑制作用。由于我們使用的防腐劑大多是人工合成的，超標(biāo)準(zhǔn)使用會對人體造成一定損害。因此，對防腐劑的使用有著嚴(yán)格的規(guī)定：合理使用下防腐劑對人體健康應(yīng)無害；不影響消化道菌群；在消化道內(nèi)可降解為食物的正

14、常成分；不影響藥物抗菌素的使用；對食品熱處理時不產(chǎn)生有害成分。我國到目前為止只批準(zhǔn)了32種允許使用的食物防腐劑，其中最常用的有苯甲酸、山梨酸等。所以，大多數(shù)食品生產(chǎn)企業(yè)添加多種防腐劑以達(dá)到防腐目的。人們渴望單一使用既能殺菌又能抑菌的廣泛意義上的食品防腐劑。所以天然食品防腐劑無毒無害，是發(fā)展方向，但目前天然食品防腐劑的價格高昂，每公斤高達(dá)上千元，甚至更高，大多數(shù)食品生產(chǎn)企業(yè)難以承受，如溶菌酶、乳酸鏈球菌素、那他霉素、魚精蛋白等等。大幅度降