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(huì)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(gè)方面，食品的防腐劑也廣泛的運(yùn)用于其中，出于對(duì)自身健康的考慮，廣大消費(fèi)者對(duì)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(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)的方法。防腐劑能抑制微生物生長(zhǎng)繁殖的物質(zhì)稱防腐劑，對(duì)微生物繁殖體有殺滅作用，對(duì)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?？偟目磥?，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(diǎn)是：水、氧氣、營(yíng)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(diǎn)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?、防腐劑、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(zhǎng)、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(gè)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(huì)對(duì)細(xì)胞壁和細(xì)胞膜產(chǎn)生效應(yīng)。防腐劑對(duì)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(shí)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(huì)達(dá)到更好的效果。食品防腐劑，用于抑制微生物生長(zhǎng)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(zhǎng)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(duì)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(guó)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(guó)家逐漸用山梨酸鉀。但因苯甲酸鈉價(jià)格低廉，在我國(guó)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(shì)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(shì)。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(duì)多種微生物（酵母、霉菌、細(xì)菌）有明顯抑菌作用，但對(duì)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(duì)多種霉菌和酵母沒有什么效果，ｐＨ4.5時(shí)對(duì)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?yàn)楸郊姿崛芙舛鹊?，使用不便，?shí)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(duì)羥基苯甲酸酯，又名尼泊金酯，對(duì)霉菌、酵母菌有抗菌作用，且正丁酯＞正丙酯＞乙酯。由于在對(duì)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(diǎn)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(duì)光、對(duì)熱穩(wěn)定，長(zhǎng)期

10、放置易被氧化著色。對(duì)霉菌、酵母菌和好氣性細(xì)菌均有抑菌作用，但對(duì)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(guó)外發(fā)展動(dòng)向看，有逐步取代苯甲酸及其鈉鹽的趨勢(shì)。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(duì)細(xì)菌抑制作用較小；對(duì)酵母菌無作用。常用于面粉制品發(fā)酵，可抑制雜菌生長(zhǎng)，及乳酪制品防霉等。在糕點(diǎn)中的最大使用量為2.5gkg。丙酸

11、鈣，對(duì)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(duì)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(duì)大腸桿菌、利斯特菌、革蘭陰性菌也有一定作用；而對(duì)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(duì)健康的要求越來越高，對(duì)食品的安全標(biāo)準(zhǔn)提出了更高的要

12、求，各國(guó)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(guó)民健康水平的同時(shí)，也通過“綠色壁壘”保護(hù)本國(guó)食品工業(yè)，減少國(guó)外食品對(duì)本國(guó)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(chǎng)的。我國(guó)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(dòng)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(dòng)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(duì)都比較狹小。有的對(duì)真菌有抑制作用，對(duì)細(xì)菌無效；有的僅對(duì)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(huì)對(duì)人體造成一定損害。因此，對(duì)防腐劑的使用有著嚴(yán)格的規(guī)定：合理使用下防腐劑對(duì)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(duì)食品熱處理時(shí)不產(chǎn)生有害成分。我國(guó)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(jià)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