有机化学在防腐剂中的应用

有机化学在防腐剂中的应用

随着社会发展和人民生活水平的提高，各种各样的食品也出现在人们的日常生活中，在食品的运输、保鲜等各个方面，食品的防腐剂也广泛的运用于其中，出于对自身健康的考虑，广大消费者对食品防腐剂提出了越来越苛刻的要求。食品在物理、生物化学和有害微生物等因素的作用下，可失固有的色、香、味、形而腐烂变质，有害微生物的作用是导致食品腐烂变质的主要因素。可以用物理方法或化学方法来防止有害微生物的破坏。所谓化学方法就是利用抑菌或杀菌（延缓或制止腐烂）的化学药剂，这些化学药剂称为防腐剂。防腐剂的使用为食品防腐提供了有效、简便、经济的方法。

防腐剂能抑制微生物生长繁殖的物质称防腐剂，对微生物繁殖体有杀灭作用，对芽胞则使其不能发育为繁殖体而逐渐死亡。不同的防腐剂其作用机理不完全相同。如醇类能使病原微生物蛋白质变性；苯甲酸、尼泊金类能与病原微生物酶系统结合，影响和阻断其新陈代谢过程；阳离子型表面活性剂类有降低表面张力作用，增加菌体细胞膜的通透性，使细胞膜破裂、溶解。

总的看来，防腐剂最重要的因素可能是一些酶的反应，或者抑制微生物细胞中酶的合成。有害微生物包括细菌、霉菌、酵母菌等，它们的共同点是：水、氧气、营养物质是它们生活的必需条件，它们的存活状态取决于所处的外界环境。因此我们可以利用这些共同点来控制有害微生物。从食品防腐的角度来讲，现在公认的影响有害微生物存活状态的条件主要是温度、pH值、水分活度、氧化-还原电位、贮藏空间的气体成分、竟争性菌群、防腐剂、初始的带菌量、辐射以及包装等等，这些都可以在一定范围内影响有害微生物的生长、繁殖，因此它们是有害微生物存活的栅栏，通过调节这些栅栏就可以控制有害微生物的存活状态。栅栏技术可认为是组合式的抑菌技术，是结合一种以上食品保藏条件共同保障食品的稳定性和安全性。将每一种影响微生物存活的条件看成一个阻碍微生物跨越的栅栏，那么微生物是否能跨越栅栏将是决定食品保存性的关键。同样的，防腐剂也会对细胞壁和细胞膜产生效应。防腐剂对酶活性或对细胞原生质部分遗传微粒结构产生影响。许多防腐剂，如酚类之所以具有抗微生物作用，是由于能够破坏或损伤细胞壁或者能干扰细胞壁合成的机理。有时几种防腐剂混合作用或防腐剂与食品保存的物理方法共同使用会达到更好的效果。

食品防腐剂，用于抑制微生物生长繁殖，防止食品腐败变质的添加剂。可以防止食品因微生物引起的变质，提高食品保存性能，延长食品保质期而使用的食品添加剂。常用食品防腐剂种类繁多，大多数是化学防腐剂，包括“有机”和“无机”两大类。有机化学防腐剂主要有苯甲酸／苯甲酸钠、山梨酸／山梨酸钾、对羟基苯甲酸脂类、脱氢醋酸、双乙酸钠、葡萄糖酸—δ—内酯及各种有机酸如醋酸、柠檬酸和乳酸等；无机化学防腐剂主要包括亚硫酸／亚硫酸钠、二氧化硫、硝酸盐及亚硝酸盐类、游离氯及次氯酸盐、磷酸盐等。防腐剂的防腐原理，大致有如下3种：一是干扰微生物的酶系，破坏其正常的新陈代谢，抑制酶的活性。二是使微生物的蛋白质凝固和变性，干扰其生存和繁殖。三是改变细胞浆膜的渗透性，抑制其体内的酶类和代谢产物的排除，导致其失活。据称我国到目前为止已批准了32种使用的食物防腐剂，其中最常用的有苯甲酸钠、山梨酸钾等。苯甲酸钠的毒性比山梨酸钾强，而且在相同的酸度值下抑菌效力仅为山梨酸的1/3，因此许多国家逐渐用山梨酸钾。但因苯甲酸钠价格低廉，在我国仍普遍使用，主要用于碳酸饮料和果汁饮料。山梨酸钾抗菌力强，毒性小，可参与人体的正常代谢，转化为CO2和水。从防腐剂的发展趋势上看，以生物发酵而成的生物防腐剂，将成为未来的发展趋势。

食品防腐剂的种类很多，主要分为合成和天然防腐剂；常用的合成防腐剂以山梨酸及其盐、苯甲酸及其盐和尼泊金酯类等为代表。在一些主要的防腐剂中，苯甲酸及其钠盐，又名安息香酸，稍溶于水，可溶于乙醇，在酸性条件下对多种微生物（酵母、霉菌、细菌）有明显抑菌作用，但对产酸菌作用较弱。防腐效果受ｐＨ值影响大，ｐＨ2.5～4.0抑菌效果最好，

ｐＨ＞5.5对多种霉菌和酵母没有什么效果，ｐＨ4.5时对一般微生物完全抑制的最小浓度为0.05％～0.1％。在直接饮用的饮料内的最大使用量为0.2克/公斤。因为苯甲酸溶解度低，使用不便，实际生产中大多是使用其钠盐，其钠盐的抗菌作用是转化为苯甲酸后起作用的。对羟基苯甲酸酯，又名尼泊金酯，对霉菌、酵母菌有抗菌作用，且正丁酯＞正丙酯＞乙酯。由于在对位上引入烷基，防腐效果优于苯甲酸及其钠盐。使用量约为苯甲酸钠的1/10。抑菌效力受ｐＨ值影响不大，ｐＨ值4～8范围中都有良好效果。缺点是水溶性较差，常需用醇类溶解后使用。果汁、果酱最大使用量：0.1～0.2克/公斤。饮料最大使用量：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。对光、对热稳定，长期放置易被氧化着色。对霉菌、酵母菌和好气性细菌均有抑菌作用，但对嫌气性细菌、芽孢杆菌和嗜酸乳杆菌几乎无效。山梨酸是酸性防腐剂，适用范围在ｐＨ值5.5以下，而毒性为苯甲酸的1/4，所以从国外发展动向看，有逐步取代苯甲酸及其钠盐的趋势。酸盐丙酸钠，安全无毒，易溶于水、乙醇，易吸潮。系酸性防腐剂。具有良好的防霉菌效果；对细菌抑制作用较小；对酵母菌无作用。常用于面粉制品发酵，可抑制杂菌生长，及乳酪制品防霉等。在糕点中的最大使用量为2.5g/kg。丙酸钙，对光和热稳定，易溶于水、不溶于乙醇，易吸潮。其防腐性能及用量与丙酸钠相同。可补充食品中的钙质。双乙酸钠，易溶于水和油，加入肉、鱼、油制品中有较强的渗透性。对黄曲霉菌、微小根毛菌、伞枝梨头菌、足样根毛菌、假丝酵母菌5种真菌以及所属细菌链菌均有抑制作用；对大肠杆菌、利斯特菌、革兰阴性菌也有一定作用；而对乳酸菌、面包酵母无破坏，可抑制有害菌、保护有益菌。

人类进步的核心是健康和谐。随着人们对健康的要求越来越高，对食品的安全标准提出了更高的要求，各国政府均在快速修改食品安全标准，在提高食品安全水平和国民健康水平的同时，也通过“绿色壁垒”保护本国食品工业，减少国外食品对本国食品业的冲击。例如，日本早已全面禁止高毒的苯甲酸钠的使用，添加苯甲酸钠的食品是不可能进入日本市场的。我国也在逐步缩小苯甲酸钠的使用范围和使用量。鉴于化学合成食品防腐剂的安全性和其它缺陷，人类正在探索更安全、更方便使用的天然食品防腐剂。如微生物源的乳酸链球菌素、那他霉素、红曲米素等；动物源的溶菌酶、壳聚糖、鱼精蛋白、蜂胶等；植物源的琼脂低聚糖、杜仲素、辛香料、丁香、乌梅提取物等；微生物、动物和植物复合源的R-多糖等。目前广泛使用的食品防腐剂无论是化学合成的，还是天然的，它们的抑菌范围相对都比较狭小。有的对真菌有抑制作用，对细菌无效；有的仅对少数微生物有抑制作用。由于我们使用的防腐剂大多是人工合成的，超标准使用会对人体造成一定损害。因此，对防腐剂的使用有着严格的规定：合理使用下防腐剂对人体健康应无害；不影响消化道菌群；在消化道内可降解为食物的正常成分；不影响药物抗菌素的使用；对食品热处理时不产生有害成分。我国到目前为止只批准了32种允许使用的食物防腐剂，其中最常用的有苯甲酸、山梨酸等。所以，大多数食品生产企业添加多种防腐剂以达到防腐目的。人们渴望单一使用既能杀菌又能抑菌的广泛意义上的食品防腐剂。所以天然食品防腐剂无毒无害，是发展方向，但目前天然食品防腐剂的价格高昂，每公斤高达上千元，甚至更高，大多数食品生产企业难以承受，如溶菌酶、乳酸链球菌素、那他霉素、鱼精蛋白等等。大幅度降低天然食品防腐剂的成本是大范围推广应用天然食品防腐剂的先决条件。而从防腐剂的发展趋势上看，以生物发酵而成的生物防腐剂，将成为未来的发展趋势。