食品防腐剂在食品中应用研究

2021-11-28于君娜罗崇辉

食品安全导刊 2021年30期

于君娜，罗崇辉

（锦州市检验检测认证中心，辽宁锦州 121000）

在生产和加工食品时，需要添加一定量的防腐剂对食品进行防腐处理，防腐剂的选择需要结合食品工艺条件、食品属性、防腐剂相互作用及防腐剂性状等综合决定，进而在降低防腐剂用量的基础上提升食品防腐性能。食品防腐保鲜的综合技术要求较高，需要围绕防腐保鲜具体要求设计专门的防腐处理方法，防腐剂的应用效果与其防腐性能和食品性质有关，此外还会受到贮藏条件影响，如贮藏条件发生较大变化，食品发生变质的概率增加，如气体、温度、水分活度及pH值等。

1 食品防腐剂抑菌机理

从抑菌机理来看，食品防腐剂可以使细胞亚结构发生变化进而抑制细胞繁殖。细胞亚结构主要指细胞壁和细胞膜等基础的细胞结构，代谢酶和蛋白质合成系统等参与细胞生长的物质。细胞亚结构是细胞生长发展必不可少的结构，所以在食品防腐方面可以从抑制细胞亚结构生长的方面入手[1]，只要影响到一种亚结构则能够实现抑菌防腐的目的。在抑制微生物生长方面亲脂活性弱酸和酯类防腐剂的效果较为优良，其能够抑制还原物质在细胞中的运输，而且该抑制作用可以降低细胞代谢能量消耗，脂溶性酸对质子过膜结构产生了破坏作用，使质子无法通过膜。防腐剂弱酸有良好的亲水性和亲脂性，亲脂性赋予了防腐剂透过细胞膜的能力，使其更易进入菌体，而其水溶性特点使膜两侧pH值发生变化，不带电荷物质使膜功能被破坏。

2 食品防腐剂抗菌特征及抑制微生物

2.1 pH值敏感性

在食品防腐过程中，防腐剂的防腐效果受到pH影响较大，酸性防腐剂尤为突出。醋酸的作用机理是通过添加H+降低pH值抑制微生物群落增长，而苯甲酸和山梨酸的作用机理是通过分子状态在菌体内部的抑制效果控制菌体增生。由此可见，分子态含量决定了抑菌的效果，由于以上这类防腐剂属于弱酸型防腐剂，所以pH能够影响其电离平衡、溶解度。此外，尼泊金酯类与这些防腐剂存在差异，其羟基被酯化，所以防腐效果不会受到pH的影响[2]。

2.2 溶解特性

油和水中的防腐剂溶解度对食品脂肪含量高的食品防腐效果有一定的影响。由于微生物仅可以在水相中生存，因此防腐剂进入油中会出现损失，所以在此类环境下，水溶性大与油溶性小防腐剂的防腐效果更佳。

2.3 微生物类群的抗菌谱

不同的食品防腐剂在抗菌特性方面存在差异，目前不存在某种食品防腐剂可以抑制所有微生物，但是对于所有微生物种群而言，都存在相对可以起到抑制其生长的某种防腐剂。例如，脂肪酸单甘油单酯既能够抑制细菌生长，同时也能抑制芽孢生长。月桂酸甘油单酯和单辛酸甘油酯在抑制G+菌和真菌时效果良好，月桂酸中的蔗糖酯可以起到良好的抑制G-菌效果。在抑制酵母和霉菌方面，有机酸和有机酸酯类效果优良，尼泊金酯类的特点是抗菌性更强，在抑制霉菌生长的效果更好。长链尼泊金酯可以更好地抑制G+菌生长，而相对短链尼泊金酯其对于G-菌的抑制效果略差。脱氢醋酸钠也能起到G+菌作用，但是在抑制G-菌方面性能最差，其抑制效果几乎不存在。低pH值条件下丙酸钙能够有效抑制霉菌生长，但是无法对细菌起到抑制作用，其无法影响酵母生长发育[3]。在高氮量食品的防腐处理中乳酸链球菌素能够有效控制G+菌数量，低pH值环境下使用苯甲酸可以有效控制真菌、酵母群落的生长，但是无法影响G-菌落的生长。

3 生存环境在控制微生物生长方面的作用

3.1 低温对微生物的控制作用

如果环境温度发生明显变化，那么微生物种群数量和类型也会发生变化。荚膜菌与肉毒梭菌在12 ℃以下的环境下生长发育基本停止，肉类梭菌在3.5 ℃以下无法继续生长。而微生物在0 ℃以下繁殖与增长受到较大限制。一般而言，在进行食品冷冻时，降低温度能够起到良好的防腐效果，例如将在-18 ℃或更低温度环境下能够彻底抑制微生物繁殖。

3.2 pH值对微生物的控制作用

通常而言，微生物生长所需的最佳pH值处于5～8。耐酸性霉菌和酵母菌在酸性条件下能够生长与发育，所以在酸性高的食品中，细菌超标是导致食品发生腐败变质的主要因素。耐酸性最强的群落为醋酸杆菌和乳酸杆菌。相对而言细菌耐酸性较差，菌体在酸性环境下质子能够通过细胞膜向外界流动，因此细菌亚结构受到破坏。在pH小于4的环境下霉菌与酵母可以造成食品变质。在pH值较低的环境下防腐剂的抑菌作用需要在高H+细菌环境下发挥，因为部分酸电离并不完全，未电离酸分子具有较强的亲脂性，因此这些酸性分子能够自由地在细胞内外流动，导致细胞内部环境发生变化。如果pH非常低，那么大多数食物中的有害群落都无法生长与发育，而pH为4.5是防腐效果的临界值，荚膜芽孢杆菌在小于4.5的pH环境下无法生长，大多微生物在4.2的pH环境下基本都会受到抑制[4]。

3.3 水分活度对微生物的控制作用

在判定食物中微生物繁殖可能性、食品变质情况和食品稳定性时引入了水分活性值这一指标。不同微生物耐水分活性方面的能力不同，正常情况下细菌生存所需的水分活性值高于0.9，霉菌的要求高于0.7，酵母的要求高于0.8。所以，有效地调节水分活性值可以起到一定的防腐效果。

3.4 气体成分对微生物的控制作用

提高CO2气体分压可以起到抑制微生物生长作用，作用机理是CO2能够将胞内pH值降低，同时能够抑制酶催化反应从而影响细胞生长。如果氧在气体中的分压得到提升，那么多种微生物都无法生存，因为养分提升导致过氧化物游离基大量出现，细胞在遇到游离基时无法承受其带来的抑制作用，因此需氧微生物无法正常生长在这类环境中[5]，厌氧微生物由于不具备过氧化物游离基清除能力而无法生长。

4 防腐剂的协同增效性

在抑菌范围上不同的防腐剂效果不同。抑菌范围主要指应用防腐剂时其对食品中微生物种类的抑制情况，细菌能否受到防腐剂的有效抑制。如果食品染菌情况较为严重，则说明该种防腐剂防腐效果不够理想，若食品发生变质，则说明防腐剂未能发挥防腐效果，因此在加入防腐剂时需要考虑到加入的时间，若细菌处于对数期，那么其起到的防腐效果较差。不同的防腐剂在抑菌范围方面都有一定的差异，一些微生物在生长发育时会形成较强的抗药性抵抗防腐作用。因此，为了提升防腐剂抑菌效果，需要将多种腐剂混合应用，使抑菌的作用范围扩大，提升抑菌效果。一般而言，复合防腐剂主要采用同类型防腐剂，一些食品防腐处理时还会添加防腐增效剂提升防腐剂的防腐效果。山梨酸钾和过氧化氢混合可以保障食品中微生物被快速地消灭，同时起到抑制微生物大量繁殖的效果。