对羟基苯甲酸酯类防腐剂应用现状与展望

刘 颖， 孙永波， 张丽英

（中国农业大学动物营养学国家重点实验室，北京100193）

对羟基苯甲酸酯，商品名为尼泊金酯，具有广谱的抗菌活性，是我国重要的食品防腐剂，可防止由微生物引起的食品腐败变质、 延长食品保藏期（陈国安等，2003）。 世界上许多国家， 如美国、欧盟、 加拿大等均批准一些常见对羟基苯甲酸短链酯在食品工业中使用。 美国食品药品管理局（FDA）（2006）允许将甲酯、丙酯和丁酯作为直接食品添加剂； 欧盟委员会实施条例EC No.1333（2008） 指定的对羟基苯甲酸酯类防腐剂有甲酯、乙酯及丙酯； 加拿大卫生部颁布的食品药品条例（2016）批准了甲酯和丙酯的使用；而我国GB2760（2014） 规定乙酯可作为防腐剂应用于食品工业。对于一些对羟基苯甲酸长碳链酯的开发，如辛酯、壬酯等，尽管已开展了一些研究工作，并取得了一定进展，但尚未实现产业化。

目前， 对羟基苯甲酸酯作为饲料添加剂在国内外尚未批准使用。 饲料在加工贮藏以及运输过程中，极易发生霉变，添加防霉剂有利于减少饲料霉变的发生， 对于保障畜禽产品安全乃至人类食品安全具有重要意义。鉴于此，本文对对羟基苯甲酸酯的结构特性、防霉抑菌效果、使用安全性以及应用现状等内容进行了总结， 以便为探讨其在饲料工业中的应用提供参考。

1 对羟基苯甲酸酯来源及其特性

1.1 来源 对羟基苯甲酸酯根据其来源可分为天然和化学合成两类。 天然对羟基苯甲酸酯主要是由自然界中一些细菌和植物所分泌， 如海洋细菌、部分草本植物的块茎等（Peng 等，2006；Li 等，2003）；化学合成对羟基苯甲酸酯则是通过对羟基苯甲酸以及相应的醇，以石油醚、甲苯等物质为共沸带水剂，经催化剂作用、酯化反应所制得，此法为对羟基苯甲酸酯的工业化制法（张晓莉，2015）。

1.2 特性 对羟基苯甲酸酯多为针状结晶或白色块状，无臭、味微苦，在空气中较稳定，易溶于乙醇、乙醚、丙酮等有机溶剂，但水溶性相对较差，如乙酯在水中（25 ℃）的溶解度为0.17 g/100 mL，而丙酯溶解度仅为0.05 g/100 mL，其在水中的溶解度随着烷基碳链数的增加而降低， 因此使用时通常先溶于乙酸或乙醇溶液中，再加入至食品中（万素英等，1998）。 将几种不同的对羟基苯甲酸酯按一定的比例复配使用或加工成相应的钠盐可提高其溶解度（陈建文等，2008）。

2 抑菌机理与效果

2.1 抑菌机理 自对羟基苯甲酸酯被发现以来，研究人员针对其作用机理开展了许多研究。 早在1973 年，Freese 等就发现对羟基苯甲酸酯是通过干扰膜转运过程而起到抑菌作用； 后来Nes 等（1983）又提出，对羟基苯甲酸酯通过抑制某些细菌DNA 和RNA 的合成或是抑制细菌机体内一些关键酶的合成而发挥作用。 Soni 等（2005）较为全面地阐述了对羟基苯甲酸酯的抑菌机理： 对羟基苯甲酸酯以分子态的形式发挥抑菌活性， 其拥有与苯酚基类似的结构，可作用于微生物的细胞膜，使细胞内的蛋白质变性，从而阻止霉菌、酵母菌、细菌等微生物的发育作用；另一方面，对羟基苯甲酸酯可通过作用于微生物体内的酶系， 对其产生活性抑制、代谢干扰，阻止微生物在细胞膜上的运输，以发挥抑菌作用。 此外，Crovetto 等（2017）又发现对羟基苯甲酸酯发挥抑菌作用可能还与抑制微生物线粒体相应功能有关。

2.2 抑菌效果 对羟基苯甲酸酯稳定性好， 具有广泛的抑菌作用，对革兰氏阳性菌、霉菌、酵母菌的抑制作用较强， 对革兰氏阴性菌的抑制作用较弱（侯艳冰，2011）。生产实践表明，对羟基苯甲酸酯的防霉抑菌效果要明显高于传统食品防腐剂苯甲酸钠和山梨酸钾等。蒋予箭等（2006）发现，仅0.15 g/kg的对羟基苯甲酸乙（丙）酯钠便能显著抑制酱油中细菌的生长，且其防腐作用强于苯甲酸钠、山梨酸钾；张显久等（2007）发现，添加对羟基苯甲酸复合酯的酱油以及食醋中细菌总数随着时间的延长显著降低，且在同时期内明显低于使用苯甲酸钠时的细菌总数。对羟基苯甲酸酯的抑菌效果主要跟酯链长度及pH 有关。 随着R 基中碳原子个数的增加，其抑菌性能依次增强， 尤其是R 基为C11、C12 的酯具有最高的抑菌活性（万素英等，1998）；对羟基苯甲酸酯抑菌最适宜的pH 为4 ～8， 强酸强碱环境中，其防霉抑菌效果显著降低（李霞，2006）。

3 动物体内的吸收与代谢及安全性

3.1 动物体内的吸收与代谢 对羟基苯甲酸酯在动物机体内主要通过皮肤吸收或由食品摄入经胃肠道进行吸收，其吸收效率取决于吸收形式与烷基链长度。经饮食摄入的对羟基苯甲酸酯，其吸收水平高于皮肤渗透（Aubert 等，2012）；经由皮肤渗透的对羟基苯甲酸酯吸收效率随着其烷基链的增加而增加（Lee 等，1994）。 经胃肠道被动物机体吸收的对羟基苯甲酸酯通过体液循环到达肝脏/肾脏，在非专一性酯酶的作用下，迅速水解为对羟基苯甲酸，该酸与机体内硫酸盐、葡萄糖醛酸或氨基乙酸结合，以结合物的形式，通过排泄系统，大部分随尿液快速排出体外，部分以胆汁和粪便形式进行代谢（Abbas 等，2010）； 经皮肤吸收的对羟基苯甲酸酯则在皮肤表面进行水解，最终结合物随尿液排出。 Tsukamoto 等（1964）发现，对羟基苯甲酸酯极少在动物体内积累，绝大部分以代谢物形式随尿液排出，且速度十分迅速，在摄入24 h 内便有86%的代谢物可随尿液排出体外，少部分以原形物随尿液排出。

3.2 安全性 常见对羟基苯甲酸酯的半数致死剂量（LD50）为：甲酯8000 mg/kg、乙酯5000 mg/kg、丙酯6700 mg/kg、丁酯13200 mg/kg，均高于苯甲酸的LD50值（2530 mg/kg）；对羟基苯甲酸丙酯的动物慢性毒性试验研究显示， 给大鼠每天饲喂1.0 g/kg，持续96 周，皆未出现中毒现象；给狗每天饲喂1.0 g/kg，持续饲喂1 年，结果亦未表现出任何的毒性作用（Matthews 等，1956）；对羟基苯甲酸甲酯的三致试验表明，其无致癌致畸作用，无致突变性（Soni 等，2002）。对羟基苯甲酸酯作为食品添加剂的每日允许摄入量（ADI）为0 ～10 mg/kg，高于苯甲酸的ADI 值（0 ～5 mg/kg），这间接表明对羟基苯甲酸酯的毒性小于苯甲酸， 且随着烷基链的增长， 其毒性会进一步降低 （石金娥等，2011）。 另一方面，在同等条件下，对羟基苯甲酸酯在食品中的添加剂量比较小， 通常只有常用防腐剂山梨酸、苯甲酸等添加量的1/10 ～1/5，因而其使用相对更安全（侯辉，2018）。

另外， 近年来有研究报道了对羟基苯甲酸酯的雌激素效应。 Watanabe 等（2013）试验发现，对羟基苯甲酸酯的雌激素效应与碳链结构有关，在C1 ～C12 系列烷基酯中，C5 ～C7 酯具有最高的雌激素活性，C11、C12 烷基酯具有最低的雌激素活性。 目前关于对羟基苯甲酸酯雌激素活性的报道大都集中在C1 ～C4 短烷基链酯， 其中丁酯具有较强的雌激素活性，研究较多。 Zhang 等（2014）研究发现，妊娠期大鼠每天口饲1000 mg/kg 的对羟基苯甲酸丁酯会导致其雄性后代雌二醇浓度显著升高，睾酮水平显著降低，同时附睾尾部精子数目及每日精子生成量也显著减少；Boberg 等（2016）发现以每天500 mg/kg 剂量的对羟基苯甲酸丁酯饲喂围产期大鼠， 对其雌性及雄性后代均会产生内分泌干扰效应，包括降低生殖器官重量，影响睾丸相关基因表达，致使乳腺发育异常等。不过，对羟基苯甲酸酯的雌激素活性较弱，如丁酯的雌激素活性比17β-雌二醇的活性要低1×104倍（Routledge 等，1998）。 因此，在国家明确规定的限量范围内使用对羟基苯甲酸酯是安全的， 不会显示任何的毒害作用。

4 应用现状与展望

4.1 应用现状 对羟基苯甲酸酯在食品行业的应用已经有近百年的历史，主要用于酒精饮料、谷物制品、调味料等食品的防腐。研究表明，对羟基苯甲酸酯用量超过0.08%时会产生特殊性气味，因而在食品中限制高浓度使用（Nicole 等，2014）。 我国GB 2760（2014）中规定，对羟基苯甲酸酯类及其钠盐在经表面处理的鲜水果及蔬菜中的最高使用浓度为0.012 g/kg；而在醋、酱油、果蔬汁类饮料中最大用量为0.25 g/kg。日本批准对羟基苯甲酸酯类用于果汁饮料最大添加量为0.10 g/kg；用于果实及果菜表皮最大添加量为0.012 g/kg； 而用于酱油剂量则不得超过0.25 g/L（高桥仁一，2006）。欧盟主要将对羟基苯甲酸酯用于肉制品的果冻料、涂层面包等物质的防霉， 与山梨酸混合使用时两者总剂量不超过1.0 g/kg， 其中对羟基苯甲酸酯含量不高于0.30 g/kg。另外，部分国家也将长链庚酯用作食品防腐剂，如美国FDA 将对羟基苯甲酸庚酯小范围应用于发酵麦芽饮料的防腐，限量12 mg/kg；而用于非碳酸软饮料和含果汁类饮料时限量20 mg/kg。 近年来，随着国际食品防腐剂市场结构的调整，对羟基苯甲酸酯将在食品工业发挥更为全面的作用。

对羟基苯甲酸酯在化妆品上应用也十分广泛，可防止化妆产品由于微生物污染而变质发霉，从而减少对人类皮肤造成的损害。 对羟基苯甲酸酯对人类皮肤有轻微刺激， 当浓度达5% ～15%时，部分敏感个体可出现皮肤致敏现象，在化妆品中应限量使用（Soni 等，2001） 。 我国化妆品中最常用到甲酯和丙酯， 其单一酯使用浓度一般不超过0.4%， 复合酯添加量不得高于0.8%（姜丹丹，2018）。 此外，对羟基苯甲酸酯在制药、家具、纺织品、皮革等行业也有一定的应用。

有关对羟基苯甲酸酯在动物生产中的应用研究报道相对较少，仅水产动物上有少量报道。蔡慧农等 （2004） 研究表明， 鲍饵中添加仅0.5% ～0.1%对羟基苯甲酸丁酯，在模拟投喂水体中便具有十分显著的防腐效果， 且效果优于苯甲酸和山梨酸。 张世奇等（2011）发现对羟基苯甲酸乙酯能够通过抑制水体中水霉游动孢子的活性， 改变水霉菌丝的形态来抑制水霉菌对水产动物的感染，能有效减少水霉病的发生。

4.2 展望 对羟基苯甲酸酯具有广谱的抑菌作用，能有效抑制霉菌、酵母菌和细菌的生长繁殖，与其他防霉剂相比具有防霉效果好、抗菌谱广、安全性好等诸多优势， 有望作为饲料防霉剂在饲料中添加使用。现有研究表明，长链对羟基苯甲酸酯较之短链酯具有更优的抑菌性能且毒性更低，尤其是R 基为C11、C12 的长链酯，具有最大的抗菌活性及最低的雌激素效应， 因而具有较强的开发应用优势， 长烷基链酯及其盐的开发将是未来的研究热点。其次，对羟基苯甲酸酯系列产品的复配能够有效改善长链酯溶解度低的缺陷， 同时大幅度增强其抑菌效果，从而减少其添加量，增强应用的安全性。 因此，今后，应加强对羟基苯甲酸长烷基链酯的开发工作， 深入研究其不同系列产品的复配技术， 同时对其在畜禽日粮中的适宜添加量及耐受量方面进行系统研究， 探讨其在养殖动物生产中应用的可行性。