血散薯 天然植物源食品防腐剂的研究进展

【慧聪食品工业网】1简介

随着现代社会的发展，食品工业取得了快速的进步。同时，人们对食品防腐剂越来越重视，对食品安全的要求也有所提高。食品防腐剂是一种能够抑制或杀灭微生物的食品添加剂。它可以防止食品在加工和运输过程中由一些微生物引起的腐败，延长食品的保质期。食品防腐剂主要分为两类:化学合成防腐剂和天然防腐剂。目前化学合成防腐剂仍占大多数，但化学防腐剂有一定的副作用，如中毒、畸形、诱发癌症等，不符合人们的绿色饮食理念。

天然食品防腐剂是近年来研究开发的重点，也是防腐剂未来发展的主要方向。根据来源的不同，主要有三大类:天然植物防腐剂、天然微生物防腐剂和天然动物防腐剂。从植物中提取有效成分已成为研究热点。一方面，自然界有丰富的自然资源，为植物防腐剂的开发提供了宝贵的物质基础；另一方面，植物中有抗菌活性成分，具有高效低毒的特点。

2.天然植物防腐剂的分类

目前食品中使用的天然植物防腐剂有香料、中草药、茶多酚、果胶酶水解物、竹叶提取物等。大量事实和文献报道证明，这些天然植物的直接提取物可以阻止各种细菌和霉菌的生长，是理想的天然抗菌防腐材料。2.1香料

香料一般是指生长在热带的芳香植物的树皮、根、种子和果实，具有调味和增香的作用，多种具有一定的抗菌防腐作用。据文献记载，目前可用作防腐剂的食用香料植物有几十种:生姜、茴香、牛至、洋葱、百里香、迷迭香、香茅、大蒜、丁香、胡椒、洋葱、紫苏、欧芹、肉桂等。霍夫曼和埃文斯发现芥子、丁香、茴香和肉桂都有很好的防腐效果。在100克苹果汁中加入0.5克芥末籽可以保存4个月[1]。

许多学者的研究表明，香料由于含有精油成分，可以抑菌防腐。目前，大多数人都在研究香料的精油或提取物。主要抗菌成分有丁香酚、异硫氰酸内酯、丁香酚乙酸酯、香芹酚、麝香草酚、异龙脑、甲基丁香酚、茴香脑、香芹酮、丙烯醛、樟脑等。

Knobloch [1]等人研究了芳香植物精油的抗菌性能。通过研究认为，在水相中的溶解度与精油中有效成分渗入细胞的能力有关，而抗菌性能是基于抗菌剂在细胞膜双磷脂层中的溶解度。精油中的萜类化合物会降低生物膜的稳定性，从而干扰能量代谢的酶促反应。ozcan m[2]研究了茴香、牛至、百里香等31种香料提取物对寄生曲霉NRRL2999生长的抑制作用。实验表明，当香料提取物浓度为2%时，黑百里香、牛至、薄荷和野生百里香4种香料提取物均可完全抑制产毒素曲霉的生长。当浓度为1%时，百里香、百里香、牛至和薄荷的野生提取物分别培养4天、6天、6天和4天，可完全抑制菌丝生长。在相同浓度下，野生百里香的抑制效果最好。

Buchanan和Sheperd [3]指出，在50mg/mL浓度的液体培养基中，麝香草酚能完全抑制曲霉属真菌NRRL2999的生长。郭红珍等[4]表明，生姜、辣椒、辣椒提取物对金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌、大肠杆菌有一定的作用。4.8%辣椒提取物对枯草芽孢杆菌的抑制率为99.7%，7.5%辣椒提取物对枯草芽孢杆菌的抑制率为100%，10%辣椒提取物对大肠杆菌的抑制率可达71.0%。

香料的成分之间也有抗菌协同作用。石振东[5]以生姜、辣椒和黄伞为原料提取其抗菌成分，发现这三种提取物具有一定的抗菌作用。同时，三种提取物复配后，抑菌效果增强，其中辣椒和生姜的复配效果最好。

吴传茂等[6]用滤纸片法比较了20多种香料或中草药的抑菌效果。胡椒、丁香、迷迭香、乌梅、甘草提取物适当搭配用于食品保鲜，经数月检测细菌指标合格。

2.2中草药提取物

中国的中草药品种繁多，资源丰富。中药有5000多种，包括一般草药，常见的约有700-800种。国内外研究者对中草药的抑菌作用做了大量的研究和探讨。

李欣等人[7]以大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌、炭疽杆菌、根霉、青霉和黑曲霉为试验菌株，探讨了杜仲雄花正丁醇提取物的抑菌活性。结果表明，该提取物对金黄色葡萄球菌和炭疽杆菌有较好的抑菌效果，最低抑菌浓度小于0.02 g/ml，对大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、根霉、青霉菌和黑曲霉无明显抑菌效果

邓业成[8]等人对雪山马铃薯块茎进行了提取，并进一步分离得到两种有机碱——千金藤碱和克班宁。该提取物用于研究10种动物病原菌和8种植物病原菌。结果表明，该提取物对5种革兰氏阳性菌和4种革兰氏阴性菌均有良好的抑制作用，最低抑制浓度为0.625—7.5 g/L..

目前，研究表明，具有良好抗菌效果的中草药有100多种。中草药成分复杂，作用机理广泛。目前普遍认为中草药的主要抑菌成分为醛类、酮类、酯类、醚类、酸类、萜类、内酯类等。，其抑菌作用的主要机制是干扰细胞壁的合成；细胞质膜受损；影响细胞蛋白质的合成；影响核酸合成；以至于遗传密码无法正常复制。

2.3竹叶提取物

竹子是禾本科竹亚科多年生常绿植物。世界上大约有70属1400多种竹子，广泛分布在亚洲、拉丁美洲和非洲等热带和亚热带地区。中国有丰富的竹子资源。竹叶自古以来就被用作药物和食物。竹叶有止咳、止血、退烧的作用。竹提取物的化学成分研究起步较晚，但发展迅速。人们发现竹子含有许多有益的成分。竹叶提取物含有大量的维生素、氨基酸、叶绿素、糖类、黄酮类等物质，富含铁、钙、硅等主要元素和锰、镍等微量元素。早期，人们发现竹子中含有抗菌物质，并将其用作消炎的医用材料。

倪向梅等人[9]用水提取竹叶中的有效成分，然后用乙醇沉淀浓缩，再分别用石油醚、氯仿、乙酸乙酯和正丁醇提取，得到各部位的提取物，并进行抑菌研究。结果表明，石油醚、氯仿和乙酸乙酯提取物对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌有较好的抑制作用，最低抑制浓度分别为1.25、2.50和5.00 mg/ml。

刘慧珍等人[10]研究了毛竹提取物的抗菌活性。实验表明，正丁醇提取物对细菌、霉菌和酵母菌有抑制作用，而乙酸乙酯提取物仅对酵母菌有抑制作用，而水提取物和石油醚提取物对三种主要菌株无影响。A. Nishina实验研究发现毛竹提取物对革兰氏阳性菌有较强的抗菌活性，对革兰氏阴性菌无明显抑制作用。同时，通过对提取物的分析，发现提取物中的抗菌物质含有2，6-二甲氧基-对苯醌。

经过大量学者的研究，人们逐渐发现竹叶中含有的黄酮类、蒽醌类化合物和生物碱类物质具有明显的抗菌活性。特别值得注意的是，常用的食品防腐剂苯甲酸钠、山梨酸钾只有在酸性条件下才有抑菌效果，竹叶提取物在中性条件下有抑菌效果，优势明显。此外，竹叶提取物具有良好的热稳定性，高温处理后抗菌效果明显增强而不是减弱。

2.4果胶酶水解物

果胶是一种植物多糖，其羧基被半乳糖醛酸单元甲基化，并通过ο-1，4糖苷键连接。它是细胞壁的组成部分之一。果胶本身没有抗菌活性。当果胶被酶降解为低聚物时，会表现出明显的抗菌作用。

马庆毅等人[11]成功地从商品果胶酶中制备了果胶酶水解液，并研究了果胶、果胶酶水解液和半乳糖醛酸的抑菌活性。结果表明，果胶酶水解液在pH 3.5时对大肠杆菌和枯草芽孢杆菌有明显的抑制作用，最低抑制浓度为0.62%。果胶和半乳糖醛酸没有抗菌活性。李大峰等[12]以果胶酶为催化剂水解柚皮果胶，得到不同的果胶水解物。研究发现，当水解时间为150分钟时，果胶水解物对大肠杆菌、枯草芽孢杆菌和金黄色葡萄球菌的抑制作用最强，然后反而减弱；同时，当浓度达到一定值时，就会被完全杀死

3.测试菌株的种类。

果胶酶水解物可用于多种食品，保鲜效果理想。工艺简单可行，加工成本低。因此，果胶酶水解物是一种新型的天然食品防腐剂，具有一定的开发价值。

2.5茶多酚

茶多酚是茶叶中多酚类物质的总称，占茶叶干重的18%-36%，包括主要由儿茶素、黄酮和黄酮醇组成的黄烷醇、花色素苷、花色素苷、酚酸和缩合酸。儿茶素是茶多酚的主要成分，占茶叶干重的12%-24%，占茶多酚总量的70%-80%[13]。付辉等[14]以绿茶粉末为原料制备茶多酚，研究茶多酚对供试菌株的抑菌活性及其相关影响因素。发现茶多酚水溶液对酵母无明显抑制作用，对大肠杆菌、枯草芽孢杆菌和金黄色葡萄球菌有明显抑制作用。抗菌效率随着浓度的增加而增加，对金黄色葡萄球菌的抑制作用最明显。在pH 4-7范围内，pH越低，抗菌效果越好。

刘丹丹等人[15]研究了绿茶、红茶和花茶中茶多酚的抑菌作用，采用离子沉淀法提取茶多酚，并将其应用于对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌的抑菌实验。分析表明，三种茶多酚对金黄色葡萄球菌的抑制效果最好，在一定浓度范围内，抑菌效果与浓度呈正相关。

2.6银杏叶提取物银杏是我国特有的珍贵树种。银杏叶提取物的主要成分是黄酮类化合物，具有很高的药用价值和抗菌作用。霍银强[16]采用超声波法提取银杏叶总黄酮，系统探索和优化实验条件，研究银杏叶对细菌、霉菌和酵母菌的抑菌效果。结果表明，银杏叶对细菌有较好的抑制作用，但对霉菌的抑制作用较弱，对酵母菌几乎没有抑菌作用。

银杏酸是一种烷基酸或烷基酚类化合物，是银杏中除黄酮以外的另一种重要生理活性成分。耿[17]采用乙醇提取法从银杏种皮中提取银杏酸，并测试其抑菌效果。发现银杏酸对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、芽孢杆菌、白色念珠菌和沙门氏菌具有良好的抗菌作用，开发了银杏酸的利用价值。

2.7大蒜素

大蒜是一种“生长在地下的抗生素”，具有天然的广谱抗菌特性。其主要活性成分包括含硫有机化合物和皂苷类化合物，其中大部分是大蒜素，大蒜素是从鳞茎原料中提取的有机硫化物，具有一定的抗菌作用。周彦峰[18]主要研究了酸碱度对大蒜素提取的影响以及大蒜素浓度对假单胞菌、大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的不同抑菌效果，得出最佳的酸碱度条件为6.5，且随着浓度的增加，对这三种致病菌的抑菌效果越来越明显。同时，实验表明，在相同浓度下，紫蒜的效果优于白蒜。

2.8其他工厂

芦荟是百合科芦荟属多年生常绿肉质草本植物。虽然种类繁多，但只有少数具有药用价值，包括芦荟、元江芦荟、库拉索芦荟等。杨永利[19]等人通过水煮、榨汁和醇提制备了芦荟提取物，并研究了其对维氏气单胞菌的抗菌作用。结果表明，三种方法制备的芦荟提取物对维氏气单胞菌的抑菌效果不同，且随着浓度的增加抑菌效果越来越明显。乙醇提取的最小抑制浓度为0.125克/毫升，效果最好。

荸荠营养丰富，药用价值高。最近的研究也表明，荸荠果肉和皮中含有抗菌物质——荸荠蒿。邓、[20]等人选择大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和枯草芽孢杆菌作为试验菌株，研究了荸荠皮粗提物和苯甲酸钠的抑菌效果。结果表明，荸荠皮粗提物对这3株菌的最小抑制浓度为0.39%，苯甲酸钠为1.56%。同时，菱角皮粗提物具有良好的热稳定性和较宽的酸碱度范围，是一种良好的抑菌剂。

3.植物防腐剂的提取方法

3.1溶剂萃取法

3.1.1煎煮方法

煎煮法是我国传统的浸出方法，适用于提取水溶性活性物质。由于水的极性，水溶性成分如蛋白质和糖类会被提取出来，这使得提取液在储存过程中容易变质，给后续的纯化和分离工作带来困难。然而，由于溶剂消耗的低成本和简单的设备，它是一种理想的提取方法。李宏宇等[21]选取竹叶5公斤，水煎提取，提取液用大孔树脂洗脱，减压浓缩，得提取物150克。

3.1.2浸渍方法

浸泡法是将处理过的植物材料用适当的溶剂在常温或温暖的条件下浸泡，使成分溶出。浸渍法适用于大多数活性物质的提取，简单易行。

谭晶等[22]研究了紫草的提取工艺，通过考察温度、方法等因素，优化了萘醌类化合物的提取工艺，并比较了渗漉法、回流法、浸渍法和超声波法的提取效率。发现用10倍95%乙醇浸泡两次，每次12小时，提取率最高，节约能源，方法简单。

杨伟东等人[23]分别以乙醇-水、丙酮和乙酸乙酯为溶剂，将竹叶粉碎，放入溶剂中，冷浸提取24h，过滤，减压浓缩，然后对提取物进行抑菌实验，得出三种竹叶提取物均具有一定的抑菌效果。

3.1.3回流法

回流法是指用有机溶剂提取活性成分的方法，提取溶剂加热蒸馏后，冷凝回流到反应器中继续提取植物材料，直到活性成分完全提取。目前实验中常用的有机溶剂有乙酸乙酯、甲醇、丙酮、乙醚、乙酸、石油醚等。同时将水和有机溶剂混合提取。李新洲等[24]采用乙醇回流法提取银杏叶总黄酮。通过单因素实验考察了料液比、乙醇体积分数、提取时间和提取浓度对提取率的影响，并通过正交实验确定了最佳提取条件:料液比1∶45(g∶mL)，乙醇体积分数50%，提取时间2h，温度70℃，提取率0.981%

王海云等人[25]粉碎28种香料，如陈皮和姜黄，然后用95%乙醇在冷凝和回流下提取，过滤，并通过悬浮蒸发浓缩，得到提取物原液。实验表明，丁香、乌梅和甘草提取物1: 8: 1的混合溶液在肉制品加工和热处理过程中仍能保持其抗菌活性，为其在肉制品中的应用提供了基础条件。

3.2超临界流体萃取超临界流体萃取利用一些超临界流体作为溶剂，通过其溶解度与密度的关系进行萃取分离。超临界流体具有良好的溶解和传质特性，可以快速实现与提取物的传质平衡，实现物质的有效分离[26]。超临界流体萃取技术特别适用于提取挥发油、萜类、黄酮类、糖类和部分生物碱等亲脂性成分。

胡、等[27]采用超临界CO2萃取川芎中的有效成分，通过正交试验分析了萃取温度、萃取压力、二氧化碳流量和夹带剂质量分数对萃取率的影响。结果表明，最佳实验条件为:提取温度60℃，压力25兆帕，二氧化碳流量1L/分钟，夹带剂(无水乙醇)质量分数8%。此时，所有有效成分均可达到理想水平。

朱凯等[28]采用CO2超临界流体萃取法研究大黄中蒽醌类成分。实验结果表明，提取温度是影响蒽醌类成分提取的主要因素，最佳温度为40℃。温度越高，提取量越低。同时，探索了最佳提取工艺，即提取温度为40℃，提取压力为20兆帕，75%乙醇为夹带剂，提取2小时。

3.3超声波提取方法

超声波对植物有效物质的提取效果显著，主要是因为超声波的空作用会破坏植物的细胞膜，使植物中的有效物质释放并溶解。同时超声波可以使溶质更好的扩散，其热效应可以起到水浴的作用。

谢等[29]采用超声波提取法，将5克油茶籽饼粉放入三角瓶中，按一定浓度和固液比加入提取液，在设定的温度和超声波强度下提取。通过正交试验，发现超声波强度是影响油茶籽饼多酚提取率的主要因素，同时得出最佳提取条件，多酚提取率达到(2.987±0.141)%。马等[30]采用超声波法提取马鞭草，探讨了超声波功率、乙醇浓度、提取时间和固液比等因素对总黄酮提取效果的影响。结果表明，在功率350瓦、乙醇浓度60%、料液比1∶30(g∶mL)的条件下，提取率为1.37%。

3.4酶提取

酶具有高效性和特异性，植物细胞壁会因这一特性而发生不同的变化，如软化和膨胀，从而改变细胞壁的通透性，提高活性成分的提取率[26]。李卓等人[31]用纤维素酶从血橙皮中提取黄酮类化合物。纤维素酶处理后，血橙皮的细胞壁发生了变化，黄酮类化合物可以尽可能地溶解，提高提取率。同时，最佳提取工艺为:料液比1∶30，酶解温度55℃，酶解时间1.5 h，pH 4.5，酶用量0.06 g，提取率达到0。

彭静等人[32]选择纤维素酶提取高良姜中的黄酮类化合物，并利用响应面法优化提取工艺。结果表明，酶解时间对黄酮提取率影响最大，而pH值影响不大。优化方案为:酶用量30U/mL，酶解温度56.6℃，pH5.14，酶解时间1.7 h，提取率达到5.08%。

3.5微波辅助提取

微波提取是一种利用微波能量提高提取率的先进方法。其原理是在微波场中选择性加热基质物质的某些部分或提取系统的某些部件，使提取的物质与主体分离。范文成等[33]利用微波提取技术从赤芍中提取芍药苷。以70%甲醇为溶剂，80℃恒温60s，芍药苷的提取率可达到较高水平。与超声波法相比，微波法提取率高于超声波法，实验精度高。

目前大部分植物中都发现了具有抗菌杀菌活性的物质，结构类型很多，不同的抗菌成分采用了不同的提取方法。现在常用的提取方法都比较成熟，但是都不是特别完善。因此，我们需要采用一些新技术来改善这种状态，通过各种方法的联合应用来探索最佳的工艺方法，提高提取效率和质量，进一步开发新的更高效的提取技术，使植物源杀菌物质的提取得到进一步发展。4.结论食品添加剂的发展方向是天然、营养、功能性。随着食品工业的发展和居民生活水平的提高，人们越来越关注食品安全。虽然植物源天然食品防腐剂还有待进一步完善，在一段时间内无法完全替代化学合成防腐剂，但从长远来看，随着科学技术的进步，人们对食品安全观念的进一步增强，肯定会使人们完全用天然防腐剂替代化学防腐剂。

负责编辑:沈立世