新型天然生物功能食品添加剂的研究与发展

唐 璎，孟宪刚

(兰州交通大学化学与生物工程学院，甘肃兰州730070)

新型天然生物功能食品添加剂的研究与发展

唐 璎，孟宪刚*

(兰州交通大学化学与生物工程学院，甘肃兰州730070)

按照用途将现在已研究成熟的新型生物功能食品添加剂大致分为四类:防腐剂、抗氧化剂、增色剂、调味剂。详细介绍新型生物功能添加剂的特点、用途、功效等研究内容及其发展方向。

食品添加剂，生物功能，微生物，功效

1.1 溶菌酶

溶菌酶就是一种具有生物功能的肽类防腐剂。广泛应用于肉类、干酩、香肠、奶油、面类、水产品等食品的防腐保鲜，尤其作为婴儿食品(如奶粉、米粉等)、酸奶饮料的优良添加剂［6］。溶菌酶具有多种生理活性作用如抗菌、抗病毒、抗肿瘤等。所以溶菌酶是无毒、无副作用，安全性很高的蛋白质，又具有一定的溶解有害菌的作用，且不用加热处理，属于冷杀菌，便捷、高效，对食品的风味也不会产生影响。通过马美湖等人的实验［7］，溶菌酶是可以替代山梨醇、苯甲酸等合成食品添加剂的最佳产品。

1.2 昆虫抗菌肽

昆虫抗菌肽，昆虫在环境中有极强的适应能力和防御能力。所以人们对昆虫的体液免疫及生化性质进行了深入研究后发现:经细菌、菌疫苗、某些化学物质及超声波诱导变异处理后，昆虫体内产生一些能杀死细菌、真菌的分子量很小、结构致密的蛋白质，称之为抗菌肽［8］。迄今为止，人们在昆虫中已发现了大量的抗细菌肽、抗真菌肽以及既抗细菌又抗真菌的抗菌肽。抗菌肽的作用机理是在细胞膜上形成了微孔，导致膜的通透性增加以及破坏能量生成系统。它主要是抑制细菌的活性，而对真核细胞基本无抑制作用，对高温有很好的稳定性，所以可以应用于肉类、酒类、乳制品等需高温处理的食品。昆虫抗菌肽目前应用比较多的是Cecropin，其最初是在西哥罗佩蛾的免疫淋巴组织中发现的，后来在其它昆虫甚至在猪肠中都发现了 Cecropin的类似物［9］。Cecropin现已在肉类保鲜防腐中大量应用，并且作为新型的绿色食品添加剂被大量推广。乳酸链球菌素(Nisin)是一种新型的生物功能食品添加剂，由34个氨基酸残基组成，含有3个硫醚键分子内环，呈酸性，在酸性条件下最稳定。Nisin不仅可以抑制革兰氏阴性细菌、酵母和霉菌生长，而且对许多革兰氏阳性菌，包括链球菌属、葡萄球菌属、小球菌属、乳杆菌属的某些种，大部分梭菌属和芽孢杆菌属的孢子也有抑制作用［10］。Nisin已被美国联邦肉类检验法规认可是适用于干香肠和半干香肠中的防腐剂。另外对志贺氏菌、金黄色葡萄球菌和异常汉逊酵母也具有较强的抗菌作用。

溶菌酶、昆虫抗菌肽等对人体还有一定的保健作用，所以这是值得大力推广的食品防腐剂。目前人们正尝试通过基因工程，诱变技术和分子修饰来提高抗菌性能。现在抗菌肽分子的改造和设计已成为获得新抗菌肽的主要途径，并有研究报道天然肽类防腐剂常和其它防腐剂配合使用，抗菌效果会更强。

2 天然生物功能抗氧化剂

抗氧化剂是能阻止、抑制或延迟食品中油脂因氧化而导致的食品变色、酸败的食品添加剂。它主要应用于含油脂多的食品、休闲膨化小食品、奶油、乳酪、肉制品、罐头、面点、馅料、脱水蔬菜、冷冻食品、果汁饮料等［3］。最近十年，人们对番茄红素、辅酶Q10、茶多酚等天然抗氧化剂的提取工艺已进行深入研究，相继开发出比合成抗氧化剂抗氧化能力更强的天然并具有生物功能的产品。

2.1 番茄红素

特别是番茄红素抗氧化剂，研究证明其抗氧化能力是维生素E的100倍，并且因为番茄红素可与低密度脂肪结合抑制其氧化而具有延缓衰老、增强机体免疫力、改善粥样动脉硬化以及美容、抗紫外线辐射等多个保健功能［11］。2000年 10月以色列lyco—Red公司推出用番茄红素做的粉红色无糖口嚼片有预防和辅助治疗心脑血管疾病的功效［12］。多项研究显示，番茄红素还可以有效预防前列腺癌。若将其作为最普遍饮食资源，摄入20%番茄红素的人，发生前列腺癌的危险性可下降21%，而番茄红素对晚期前列腺癌的作用甚至更为显著，可使前列腺癌的死亡率下降约50%［13］。番茄红素已逐渐成为国际市场上功能型食品添加剂研究的新热点。

2.2 辅酶Q10

辅酶Q10是一种脂溶性醌类化合物，有很强的抗氧化性。其主要的生物功能是辅助催化线粒体中能量体ATP的磷酸还原作用，快速修复细胞能量供应系统。辅酶Q10对心脑血管疾病有预防和治疗作用，在人体保健和护理中也具有重要地位［14］。

2.3 茶多酚

在茶叶残渣——茶末、茶片中提取茶多酚，其抗氧化性超过BHA、BHT。茶多酚具有很好的脂溶性和水溶性，可广泛地添加到食品中，另外，成功研发脂溶性茶多酚抗氧化剂，为我国油脂工业保鲜提供了更好的天然抗氧化剂［15］。

食品工业的高速发展对抗氧化剂的要求越来越迫切，高效、安全、无污染、兼具保健功能的抗氧化剂已成为今后发展的总趋势，并且多种抗氧化剂相互结合，提高抗氧化能力也是未来关注的重点，例如将番茄红素与维生素E结合后，抗氧化能力比独立作用有很大的提高。

3 天然生物功能增色剂

增色剂是用于保持或增加食品的色泽，改善食品的感官性质的一类添加剂。近年来人们越来越关注微生物生产的有生物功能的天然增色剂。因为用微生物生产的色素比从天然植物、动物中提取更方便，并且受季节、场地、气候的限制较少。微生物色素更易被人体吸收，而且无毒、安全、有些还有生物保健功能，更适用于现代都市亚健康人群。目前微生物生产的色素主要有红曲色素、β-胡萝卜素等。

3.1 红曲色素

红曲色素主要由六种色素构成:两种黄色素(monasina ankaflavin)、两种橙色素(rubropunctatin monascorubrin)、两 种 红 色 素 (rubropunctamine monascorubramine)，另外有两种新的黄色素。生产红曲色素的菌种是红曲霉属(Monascus Van Tieghen)，南京农业大学利用红曲霉生产红色素，色价在1000～2000之间。红曲中含有洛伐他汀等降血压因子，可以调节血压、控制血脂含量［16］。

3.2 β-胡萝卜素

β-胡萝卜素是脂溶性色素，普遍用于奶油、脂类、人造奶油等油脂类食品着色。生产β-胡萝卜的菌种有:克拉克须霉菌(Phycomyoces blakeskeanus)、三孢 布 拉 霉 菌 (Blakedea trispora)、红 酵 母(Rhodotorula)［17］。王岁楼利用实验室保藏的红酵母RY-9，考察了皂化时NaOH浓度、用量、皂化时间及乳化剂的配比和用量等因素对红酵母胡萝卜素水溶性和吸收率的影响，获得了水溶性胡萝卜素粉制剂，该制品纯度高、稳定性和水溶性良好，β-胡萝卜素含量为300～800μg/g［18］。微生物生产的增色剂都没有毒性和致变作用，安全性极高，可广泛应用于饮料、糖果、食品和药剂加工中，是未来增色剂发展的方向。

4 天然生物功能调味剂

调味剂是食品工业中必不可缺的添加剂，它使食品的风味更好，并且优化食品的味道为大众所能喜欢。调味剂根据不同的呈味方面分为以下几类:鲜味剂、酸味剂和甜味剂。

4.1 鲜味剂

目前国外发展最快的调味剂产业就是鲜味剂产业。鲜味剂的加入可以丰富食品的风味，使食品的味道多种多样。国外的生物营养性天然鲜味剂主要是微生物提取物如酵母浸膏。酵母浸膏被誉为第3代鲜味剂，采用生物酶解技术处理啤酒酵母、面包酵母或圆酵母，将其细胞内的蛋白质、核酸等物质进行生物降解精制而成的复合型天然调味料。富含多种必需氨基酸、肽类物质、维生素等营养成分，已在肉制品、调味品、焙烤食品中广泛应用［19］。日本生产的酵母浸膏Huap，可随产生的鸟苷酸、肌苷酸和游离氨基酸的含量不同，生产出具有肉鲜味或酒香风味的不同鲜味剂［19］。

4.2 酸味剂

酸味剂又称酸度调节剂，是使食品的酸味提高以及调节pH或有缓冲作用的酸、碱、盐类物质的总称。我国目前已研究出有生物保健功能的新型天然酸味剂—苹果酸，主要成分是D型、L型-苹果酸，它是被国际认可的安全的天然食品添加剂，由微生物发酵生产，酸味自然协调，与真实的水果味道相似。D型、L型-苹果酸中的D-型无生理活性。苹果酸的生理活性主要是L-型具有的，苹果酸有保健功效，对肝功能不全者有辅助疗效的作用，并且L-苹果酸钾可以为人体提供钾元素，苹果酸钠与氯化钾配合使用时可代替部分人体食盐摄入量，同时苹果酸还能延长低盐肉类和果酱的保质期［20］。随着食品添加剂的进一步的安全、高效、营养化、天然化，苹果酸将在饮料行业中扮演重要的角色。

4.3 甜味剂

甜味剂是指能赋予或提高食品甜味的一大类添加剂。甜味剂是目前发展比较快的，需求量日益增加的一类添加剂。随着人们越来越关注健康，尽量减少糖分摄入，研究主要集中在低热量高甜度的天然保健非糖类甜味剂的开发。

双果糖酐III(difructose anhydride，DFA III)是近年发现的一种新型天然功能性甜味剂，有效促进Ca、Fe、Mg、Zn、Cu等矿物质元素及黄酮类化合物的吸收，促进骨骼生长［21］，提高黄酮类物质的生物价值、抑制人体肠道细菌发酵，促进肠道有益微生物菌群的生长繁殖，利于排尿，改善便秘，预防结肠癌。不被特异性变异链球菌利用，能抑制蛀牙，不产酸，无侵蚀作用［22］。甜度虽是蔗糖的52%，但是其热量值仅是蔗糖的6.7%，具有良好的理化性质，耐热、耐酸，适用于焙烤食品、饮料、糖果和医药制剂中［23］。

索马甜是一种新型的蛋白糖，含有17种氨基酸，甘氨酸(23%)含量最高，蛋氨酸(1%)含量最低，人食用后转化为人体必需的氨基酸。其性质是水溶性蛋白质，在溶解时吸收大量的热量，食用时会产生清凉的口感［24］。并且不会给人体消化系统、胰脏带来负担，适用于消化功能、胰脏功能较弱的人群。索马甜的甜度是蔗糖的300倍，而且无毒、安全，所以索马甜有望成为极为理想的甜味剂，大量应用于食品、饮料、烟草、牙膏等行业，尤其可以被糖尿病人所食用［25］。

未来甜味剂的开发着重面向有心血管病、肥胖病、糖尿病和小儿龋齿的人群，为其提供不含糖却有甜味的功能性食品。目前研发的蛋白糖和多元糖醇，为无糖食品甜味剂的首选，因它们既能满足人们对甜食的偏爱，又不会引起副作用，并能增加人体免疫力，具有保健的生理功能。而且高甜度的生物型甜味剂也是今后发展的重点。这方面国外的研究已经提供了很好的方向，荷兰一家公司新发现了一种名为TBGB的超级甜味剂［19］，其甜度为糖精的500倍、蔗糖的20万倍，是目前世界上最甜的物质。总结以上，开发天然具有生物保健功能、低热量、高甜度、复合型的甜味剂是国内外甜味剂市场的发展趋势。

5 其他食品添加剂

新型有生物活性的食品添加剂还有其他种类，如乳化剂等。乳化剂广泛应用于焙烤、冷饮、糖果等食品行业。目前研究新型乳化剂主要是用微生物生产多糖，例如黄原胶，结冷胶、短梗霉多糖、热凝胶等代替动、植物多糖为新型乳化剂发展的方向［26］。这是因为微生物多糖比动物多糖、植物多糖生产更方便，更高效。微生物多糖在生产时对地理环境、气候、自然灾害等因素的要求不严格，生产周期短，能较好保证产量及质量，性价比较高，其各方面的性能不仅优良而且有着其他多糖不具备的特殊功用。它具有化学合成食品添加剂所无法比拟的优点，在很大程度上能满足人们对天然无公害食品的需求。乳化剂的发展主要集中在生产工艺的改进，利用生物技术手段诱变，优化生物工程菌，丰富微生物多糖的种类，改善我国乳化剂品种单一的局面。随着生物技术，微生物越来越多的参与生产，像增稠剂、增香剂等食品添加剂也会向生物型、功能保健型、安全高效方面发展。

6 展望

综上所述，随着生物技术手段不断发展，人们对绿色食品的标准的规范。营养保健化、天然化、高效化、方便化的绿色食品将成为食品消费市场的主力。而作为食品中必不可少的添加剂起着决定性的作用。所以新型生物活性食品添加剂的研究为食品工业带来巨大的革新，进一步推动我国绿色食品工业的发展，以适应人们对绿色食品日益严格的要求。并且拉近与国外发达国家的差距，将我国绿色功能保健型食品推向国际。

［1］胡会萍.新型微生物及生物制剂在食品工业中的应用研究［J］.食品研究与开发，2004，25(1):139-141.

［2］范梅华.我国食品添加剂产业现状及发展趋势［J］.中国禽业导刊，2008，25(6):44-46.

［3］刘志皋.食添加剂基础［M］.北京:中国轻工业出版社，2003:25-28.

［4］汪薇，罗威，罗立新，等.山梨醇的研究开发进展［J］.中国食品添加剂，2004(1):77-80.

［5］郑晓冬，何国庆，尹源明，等.食品微生物学［M］.杭州:浙江大学出版社，2003:56-69.

［6］俞伟辉，陈新风，郭荣富，等.溶菌酶及其在动物生产中的应用前景［J］.江西饲料，2007(1):1-4.

［7］马美湖，娄爱华，葛长荣，等.冷却肉生产中保鲜技术的研究——溶菌酶、Nisin、山梨酸钾保鲜正交实验［J］.食品科学，2005，26(5):245-255.

［8］杨虎清，郜海燕.天然肽类食品防腐剂研究进展［J］.中国食品添加剂，2005(2):31-34.

［9］陈铁军，曹云鹤.抗菌肽研究进展［J］.中国畜牧杂志，2009 (11):60-64.

［10］Deves-Broughson J.Nisin and its uses as a food preservative［J］.Food Techno，1990，44(11).

［11］袁建国，高艳华.我国特种功能生物制品发展现状［J］.山东食品发酵，2007(3):7-13.

［12］尤新.调节血脂功能的食品添加剂和配料［J］.中国食品添加剂，2008(2):46-52.

［13］李铁军.番茄红素功能及研究进展［J］.学理论，2009 (14):34-35.

［14］斯玲，吴朝倩，朱仲秋，等.辅酶Q10在心血管病方面的研究及进展［J］.中国科技博览，2009(14):200-201.

［15］肖雷，姚菁华，朱红菊，等.茶多酚防腐机理及其在肉制品加工中的应用［J］.食品研究与开发，2009(6):160-162.

［16］吴云.微生物色素的研究及其在食用色素开发中的前景［J］.微生物学研究与应用，2003(2):17-20.

［17］杨宁.发酵法生产β-胡萝卜素的研究进展［J］.食品研究与开发，2004，25(3):19-21.

［18］王岁楼.红酵母生产水溶性胡萝卜素制品［J］.食品与机械，2001(6):21-22.

［19］尤新.国外营养性鲜味剂的酵母浸膏情况简介［J］.食品科学，1997，18(3):14-16.

［20］汪多仁.L-苹果酸的开发与应用进展［J］.发酵科技通讯，2008，37(3):27-30.

［21］赵萌，沐万孟，张涛，等.新型食品添加剂双果糖酐III的研究进展［J］.食品与发酵工业，2008，34(8):123-126.

［22］Kikuchi H，Nagura T，Inoue M，et al.Physical，chemical and physiological properties of Difructose anhydride III produced from inulin by enzymatic reaction［J］.Journal of Applied Glycoscience，2004，51:291-296.

［23］Montilla A，Ruiz-Matute A I，Sanz M L，et al.Difructose anhydrides as quality markers of honey and coffee［J］.Food Research International，2006，39(7):801-806.

［24］张桂玲，温四民.甜味植物研究进展［J］.安徽农业科学，2006，34(18):4712-4713.

［25］尤新.国内外天然功能性食品添加剂的开发动向［J］.精细与化学专用品，2003，1(1):3-5.

［26］杨辉荣，雷雨.我国食品乳化剂的现状和展望［J］.精细化工，2000(11):649-651.

Research and development of new natural biological function food additive

TANG Ying，MENG Xian-gang*
(School of Chemical and Biological Engineering，Lanzhou Jiaotong University，Lanzhou 730070，China)

In accordance with article used to study biological functions of nature new food additives，they can be divided into four categories:preservatives，antioxidants，hyper chromic agent，flavoring agent.The characteristics of new bio-functional additives，use，efficacy and other research content and direction of development were detailed.

food additives;biological function;micro-organisms;effectiveness

TS202.3

A

1002-0306(2011)03-0432-04

当今世界，随着经济的发展和生物技术的不断改善，食品添加剂的安全和功能性已成为消费者日益关注的热点。因而世界各国高度重视天然食品添加剂，特别是一些利用微生物的代谢产物为原料经提取、酶法转化或发酵等技术生产具有生物功能的食品添加剂的研发［1］。所以生物功能食品添加剂已成为近年来世界食品工业新的增长点，也是国内外竞相开发的焦点［2］。按照用途可以将现在已研究成熟的生物功能食品添加剂分为四类:防腐剂、抗氧化剂、增色剂、调味剂。

1 天然生物功能防腐剂

防腐剂是用以保持食品原有品质、风味和营养价值为目的的食品添加剂，它能抑制有害微生物活动、防止食品腐败变质从而延长保质期［3］。目前食品工业大多用山梨醇、苯甲酸及其钠盐做防腐剂［4］，但是苯甲酸及其钠盐会对机体有致突变作用［5］。随着人类对自身健康安全、食品营养价值和环保问题认识的不断提高。安全、天然、高效、经济的新型天然具有生物功能的防腐剂正在研究并且有些已得到中国食品安全的认可并在生产中应用，其中有一大类肽类防腐剂已经成为防腐剂的研究热点。

2010-01-14 *通讯联系人

唐璎(1986-)，女，研究生，研究方向:食品微生物。

2009年甘肃省农业生物技术专项基金(GN SW2009-11);兰州交通大学青蓝人才资助项目(QL0515A)。