一、生物防腐剂
▲生物防腐剂定义生物防腐剂指从生物体通过生物培养、提取和分离技术获得的具有抑制和杀灭微生物的食品的营养丰富，极易受微生物污染而腐败变质。为了保证食品的食用安全性，人们采用了许多方法来保藏食品，如盐渍、罐藏、冷藏等。但在一定条件下，配合使用防腐剂作为保藏的辅助手段对防止食品的腐败有显著的效果，因此防腐剂依然为重要的食品添加剂之一，在食品工业中广泛使用。
▲生物防腐剂分类
按照防腐剂抗微生物的主要作用性质，可将其大致分为具有杀菌作用的杀菌剂和仅具抑菌作用的抑菌剂。杀菌或抑菌，并无绝对界限，常常不易区分。同一物质，浓度高时可杀菌，而浓度低时只能抑菌，作用时间长可杀菌，作用时间短则只能抑菌。另外，由于各种微生物性质的不同，同一物质对一种微生物具有杀菌作用，而对另一种微生物可能仅有抑菌作用。 生物防腐剂防腐原理一般认为，食品防腐剂对微生物的抑制作用是通过影响细胞亚结构而实现的，这些亚结构包括细胞壁、细胞膜、与代谢有关的酶、蛋白质合成系统及遗传物质。由于每个亚结构对菌体而言都是必须的，因此食品防腐剂只要作用于其中的一个亚结构便能达到杀菌或抑菌的目的。在溶液中，弱酸随pH不同在解离和未解离状态间存在动态平衡。在低pH值情况下该类防腐剂有最大抑菌活性，因为此时分子多数处于未电离状态，未电离的有机弱酸分子是亲脂性的，因此可自由透过原生质膜。进入细胞内后，在高pH环境下，分子解离成带电质子和阴离子，不易透过膜而在细胞内蓄积。防腐剂分子不断扩散入细胞直到达到平衡，引起细胞内H＋的失控，改变细胞内pH状态及蓄积毒性阴离子，抑制细胞的基础代谢反应，最终达到抑菌目的。细菌对弱酸的适应性通常是其本身固有的而非诱导产生的。G＋菌细胞壁只有肽聚糖层，巨大芽孢杆菌营养细胞的细胞壁可通过30000D的分子，因此，防腐剂极易进入这些细胞内部，即细胞固有的适应性也较弱。G－菌的适应性则较复杂，因为它们具有内外壁，外壁层(脂多糖层)在控制细胞对防腐剂或其他小分子物质的亲和性方面起着很关键的作用。在很多情况下，细菌也可经诱导产生适应性，如E.coliO157:H7经pH2.0强酸条件处理后诱导其耐酸反应可对苯甲酸产生一定抗性。一些G＋菌，如单核细胞增生李斯特菌，在pH5.0温和酸性条件下放置后，可大大增强其在pH3.0时的耐酸性。推测是细胞有一复杂的耐酸防御系统，使其可在低pH值下存活。真菌也同样会对有机弱酸产生适应性。对酵母的适应性研究表明可能细胞膜上的H＋－ATP酶和转移子Pdr12起着重要的作用，它们可分别将细胞内的H＋和防腐剂阴离子排出细胞，从而维持细胞正常的新陈代谢。 过氧化物酶在乳中发现乳过氧化物酶系统对细菌和真菌都有较强抗菌作用，许多G＋和G－菌可以被乳过氧化物酶系统抑制，G－通常比G＋更敏感。该系统在氢过氧化物和硫氰酸盐的存在下可发挥最大活性，过去也将过氧化氢直接加入食品中，但由于对VC破坏太大，现在很少直接用于食品，而多用于包装材料的灭菌。在合适的条件下，过氧化氢可产生活性单氧，它有极强的生物致死作用。另外，在分子氧的不完全还原过程中产生的超氧化自由基，与过氧化氢和痕量金属离子(如 Fe2＋)协同作用可产生极具杀伤力的羟基自由基。过氧化氢的抑菌效果与使用浓度、环境pH、温度等有关，例如在室温下杀芽孢能力很弱，而在高温时则很有效。过氧化氢对芽孢的杀伤机制还不明确，对真菌和细菌营养细胞的致死性与细胞DNA损伤有关。细菌和真菌通过多种途径保护自身免受氢过氧化物伤害。许多细菌依靠过氧化氢酶降低过氧化氢毒性，但过氧化氢向细胞内有很高的扩散速率，少量细胞时，细胞自身的过氧化氢酶没有足够的活性来保护细胞，在细胞浓度较高时，过氧化氢酶阳性细胞则可产生足量的酶来保护大多数细胞免受伤害。细菌芽孢对氢过氧化物的耐受性一般认为是源于芽孢形成过程中合成的α/β酸溶性蛋白的存在，它们可保护休眠状态的DNA免受损伤。酵母细胞有一整套抗氧化防御系统，包括超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、细胞色素、过氧化物酶、硫氧还蛋白、谷氨酰胺半胱氨酸合成酶等。用低浓度过氧化氢处理后，酵母的许多应激系统会被激活，可保护细胞耐受以后更高浓度的过氧化氢。 螯合剂食品中常用的螯合剂有：柠檬酸盐、乳酸盐、焦磷酸盐和EDTA等，其防腐作用主要是通过与其它防腐剂协同作用而实现的。对于G－菌，螯合剂起G－外膜渗透剂的作用，EDTA可从G－部分除去含脂多糖的外壁层，还能帮助溶解类脂化合物，特别是脂肪酸，从而增加了其对化学防腐剂的敏感性。对G＋菌的抑制作用则主要是由于和金属离子结合。当溶液pH下降时EDTA螯合重金属离子的能力下降，抑菌活性也随之下降。柠檬酸盐由于其Ca螯合活性可抑制分解蛋白质的 C.botulinum的生长。对于真菌，EDTA通过螯合Zn可抑制酵母的生长，推测是阻碍了正常细胞壁的合成。 其他小分子有机物许多小分子有机物有很好的防腐作用，如肉桂酸、对羟基苯甲酸酯等。实际上，有许多抗菌成分是在植物中天然存在的，牛至、丁香、荔枝等中都可提取到有抗菌作用的物质，包括香草酚、阿魏酸、对烯丙基茴香醚、愈创木酚等。这些成分一般为疏水物质，能使细胞膜功能紊乱甚至使细胞膜破裂，最终导致微生物死亡。对苯甲酸、肉桂酸和苯甲醛等定量结构活性相关的研究中发现，由反相HPLC测的亲脂性参数与它们抗单核细胞增生李斯特菌性能有显著关系。Helander等测试香芹酚、麝香草酚、贡蒿萜酮和肉桂醛等对E.coliO157:H7的效果，他们指出麝香草酚和贡蒿萜酮降低E.Coli胞内ATP含量，而同时胞外 ATP增加，这可能暗示细胞膜成分已被破坏。由于许多化合物带浓烈的风味，使其在食品中的应用受到限制，例如洋葱和大蒜中的异硫氰酸酯有较强抗菌作用，其衍生物烯丙基异硫氰酸酯和甲基异硫氰酸酯早已作为杀虫剂在农业上使用了，在食品中则由于其风味问题而妨碍了其应用。对异硫氰酸酯，推测其抗菌活性与通过氧化裂解二硫键钝化细胞外酶有关，而且反应性硫氰酸盐自由基可增加抗菌活性。关于微生物对这些抗菌成分产生适应性的机制还不很明确，可能是在微生物中存在抗药性泵可以排除进入微生物的防腐物质而保护微生物免受抑制。在G－菌中已知多药抗性蛋白指令系统包括中性化合物泵(EmrAB)及双亲性阴阳离子泵(AcrAB)，在G＋金黄色葡萄球菌中NorA多适应性泵负责排出合成的两性分子的阳离子化合物如溴乙啡啶及植物来源的抗生素如黄连素和非洲防己碱。 肽类防腐剂大多数天然抗菌肽的抑菌作用是由于干扰细胞膜功能，如ceropin和nisin等能在细菌细胞膜上形成电势依赖通道，导致细胞内小分子溢流而使细胞死亡，这些肽的离子通道形成能力是抑制微生物的重要原因。有的抗菌肽作用的靶结构则为细胞壁。微生物细胞壁对维持微生物细胞生存是特有的和重要的结构，这些结构不出现在人体中，因此是引起微生物失活最理想的目标。从细胞外降解细菌细胞壁的酶，如溶菌酶，已被用作食品防腐剂。溶菌酶水解N－乙酰胞壁酸和N－乙酰葡萄糖胺之间的β－1，4糖苷键，对G＋的抗菌活性最强，因为这些细菌细胞壁只有肽聚糖层，容易被水解。鱼精蛋白的作用机制则是抑制线粒体电子传递系统的一些特定成分，抑制一些与细胞膜有关的新陈代谢过程。它可能是定位在膜表面，与膜中那些涉及营养运输或生物合成系统的蛋白质作用，使这些蛋白质功能受损，从而抑制细胞的新陈代谢而使细胞死亡。微生物同样会对抗菌肽产生适应性，最主要的原因可能是微生物分泌蛋白酶。推测杆菌对nisin的适应性至少部分是由于其分泌一种可降解nisin的酶，最近又有研究表明细胞质外蛋白酶OmpT是E.coli对鱼精蛋白有适应性的关键。另一个适应性产生原因可能是防止微生物细胞吸收抗菌肽， Dielbandhoseing等认为焙烤酵母的细胞壁蛋白cwp1和cwp2参与酿酒酵母对nisin和合成两亲抗菌肽的适应性。此外，在与有膜活性抗菌肽的长期接触中，细胞可能改变其膜组成，因为不同膜磷脂组成会导致抗菌肽与细胞膜的亲和性不同，从而使微生物对药物的敏感性发生变化。Verheul等研究发现对nisin有抗性的单核细胞增生李斯特菌菌株ScottA相对于nisin敏感株有不同的膜磷脂组成，nisin抗性菌株膜中两性离子磷脂酰乙醇胺有显著增加，而阴离子二磷酸甘油和心磷脂的含量则降低。对于作用于细胞壁的抗菌物质，微生物同样也会产生一系列应激反应。经过研究酵母细胞如何处理外界酶或其它环境因素(温度、pH、水分活度)对细胞壁的破坏作用，发现酵母细胞可激活一系列酶反应，以检测细胞壁受到的破坏并将之传输到细胞核，最后增加几丁质合成，促进β－1，3葡聚糖聚合酶(FKS2)的表达，并促进细胞壁蛋白质的合成(如cwplp)。Kapteyn等详述了酿酒酵母的这一系列的应激反应，认为WSC家族的细胞膜定位感受器蛋白质参与激活了该应激反应途径，WSC蛋白本身是应激传感器或只是在信号传输过程中起作用，这个还需要进一步的研究，已知的是如果使WSC蛋白质的胞外部分和参与细胞壁组分构建的酶失活，将会大大增强防腐剂的作用效果。结语综上所述，各种防腐剂对微生物有不同的作用机制，分别影响不同的细胞亚结构，但同时微生物本身也会对防腐剂产生一系列应激反应而产生适应性。通常，几种防腐剂协同作用可产生最佳抑菌效果，例如对G－菌，联合应用溶菌酶水解细胞壁、nisin干扰细胞膜以及螯合剂EDTA是很有效的。因此更深入地了解防腐剂在微生物体内的作用机理及微生物的应激反应可帮助我们更有效、更合理地使用防腐剂。虽然在这方面已进行了许多研究，但仍然还有许多未阐明的地方，包括微生物是否死亡、残存、适应环境或生长以及它们机体内发生了什么生理分子反应机制而导致了这些现象。例如，应激反应过程涉及到哪些信号传导系统和那些应激蛋白，这些系统是如何联系的，每个系统包含多少细胞能量。宏观的生物能学参数(生长速率、产量)、微观生物能学参数(培养基利用率、ATP水平、 ATP/ADP比率、细胞内氧化还原平衡)及分子在应激反应中的反应仍是刚兴起的研究课题。如果能积累更多的数据，用数学模型来描述微生物生长和死亡，则会比现在食品工业中实际应用的经验性知识更为科学、准确，对防腐剂的开发和应用也将有更为科学的指导。
▲生物防腐剂常用防腐剂
常用的有醋酸、乳酸、苯甲酸和山梨酸等，对细菌、真菌均有抑制作用 。
▲生物防腐剂ε-多聚赖氨酸
ε-多聚赖氨酸是目前天然防腐剂中具有优良防腐性能和巨大商业潜力的微生物类食品防腐剂。它是日本酒井平一和岛昭二两位博士在大量筛选有价值的放线菌时发现的一种新型聚合物，用由25～30赖氨酸残基聚合而成，经过进一步研究发现其具有强烈的抑菌能力，可以作为防腐剂用于食品的保鲜。 ε-多聚赖氨酸抑菌谱广，在酸性和微酸性环境中对革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、酵母菌、霉菌均有一定的抑菌效果，ε-多聚赖氨酸对其他天然防腐剂不易抑制的革兰氏阴性的大肠杆菌、沙门氏菌抑菌效果非常好，而且其对耐热性芽孢杆菌和一些病毒也有抑制作用。 2003年HirakiJ等使用了ADME(最近几年，美国热电集团研制的新药毒性检测设备，集吸收、分布、代谢和排泄、毒性为一体)研究方法证实ε-多聚赖氨酸作为食品防腐剂的安全性。他们在老鼠体内对ε-多聚赖氨酸进行了一系列药物动力学和代谢途径的研究，以了解在老鼠的食物中添加高达 50000mg/kgε-多聚赖氨酸的亚慢性及慢性饲养的生物检测中，没有毒理学影响的原因。对老鼠进行急性口服毒性实验，发现ε-多聚赖氨酸实际是无毒的，口服量高达5g/kg时死亡率为0。 ε-多聚赖氨酸添加于食品中仅需微量就能奏效，且不会影响食品口味感，可做食品的天然保存剂。它天然安全，符合消费者的健康需求。在日本，利用ε-多聚赖氨酸作为食品保存剂的生产规模发展迅速，市场规模达数十亿日元。ε-多聚赖氨酸应用于糕点、面包食品中，能有效的抑制耐热性芽孢杆菌的增殖，延长保存期; 应用于低糖低热量食品，如乳蛋白冰淇淋、奶油制品等，可改善其保存性;在低温软罐头食品中加微量ε-多聚赖氨酸可防止杀菌后产生异味;在冷藏食品中添加ε -多聚赖氨酸能起到保证质量的效果。多聚赖氨酸作为抑菌剂在食品中使用时，通常与其它物质配合使用，以达到增效和经济的目的。
常用的配合物质可分为五类：1、酒精，使用量为30～70%，主要应用于各种蛋制品。2、有机酸，常常使用的有机酸一般有：醋酸、苹果酸、马来酸、柠檬酸、琥珀酸等，使用量在0.5～50%之间，主要应用于米饭、饮料、色拉、酱类等食品;3、甘油酯，甘油酯多为低级脂肪酸酯，用量在0.01～5%之间，主要用于动物性蛋白，乳蛋白较多的食品。4、甘氨酸，用量为 0.01～10%;主要应用于牛奶防腐。5、其它天然抑菌剂，如：鱼精蛋白、茶多酚等。
二、目前主要使用的几种生物食品防腐剂
▲生物食品防腐剂——克霉王生物食品防腐保鲜剂——克霉王，是采用多溶菌生物技术，把不能溶于水的植物防腐剂和易溶于水的植物防腐剂合而为一，使杀菌效果更广谱，更超越，更优质。它是以现有的生物提取物防腐剂为原料，根据其各自的单项抑菌作用，经过扩大菌母的特定工艺，研制出具有综合防霉杀菌、无毒无害的水剂复合型天然食物防腐保鲜剂。其杀菌能力广泛，效果很好，是食品防腐剂保鲜产品中的一种高科技广谱杀菌新产品。该产品为橙黄色液体，无毒副作用，无异味，细滑，易结晶，易溶于水。不影响食品口感和味道，并有保鲜作用。长期接触对皮肤没有刺激性和过敏反应。在食品保质期以后逐渐分解为碳水化合物，没有蓄积现象，具有营养价值。克霉王的抑菌作用不受食品酸碱度的影响，也不受食品加热和光照的影响。在180℃加热30分钟不影响其抗菌防腐效力，可用于熟食品和焙烤食品。
克霉王作为饮品、酱制品、调味品、面食等产品的防腐保鲜剂，具有很强的抑制酵母菌、霉菌、细菌发育的作用。尤其是对引起食品腐败的酵母菌、霉菌、细菌作用最强，其杀灭霉菌的有效浓度为0.005－0.1%，一般常用量为0.01－0.02%。抑制细菌的有效浓度为0.001－0.1%。在Ph值5以下的条件下，克霉王抑菌防腐效力对酵母菌的抑制能力比苯甲酸钠大8倍！对青霉菌和黑曲霉菌的抑制能力比苯甲酸钠大20倍！在果味和碳酸饮料中每100公斤添加80－100ml时，保质期为12个月。在果汁中每100公斤添加100－120ml时，保质期为14个月。在料酒中每100公斤添加50－80ml时，保质期为14个月。在果酒中每100公斤添加40－50ml时，保质期为26个月。克霉王脱色后在牛奶中使用，每 100公斤添加150ml时，保质期为6－8个月。在啤酒中使用，每100公斤添加80－100ml时，保质期为14个月。克霉王对渍酸菜类食品中极易产生的霉菌以及酸菜中产生的腐烂细菌有极强的抑制作用。每100公斤净菜添加50－80ml，能保持酸菜个个抱紧，不出粘丝，酸菜水清亮，一年内无腐臭，菜质酸味适中，香脆嫩爽。袋装酸菜每100公斤切好的酸菜只需添加30－40ml。常温下，产品保质期为360天。酸菜无腐烂、变色、胀袋现象。克霉王主要对生、熟肉制品中的细菌、霉菌、肉毒梭状杆菌有极强的抑制作用，并且不影响肉类、禽类制品的口感，并能提高肉质的嫩爽和香气。对于无论是灭活还是不灭活的发酵酱油，每100公斤添加克霉王100－150ml；大酱、辣酱、豆酱、番茄酱、苹果酱、豆沙馅等，每100公斤添加200－300ml。均能使保质期达到360－400天。克霉王对酿造醋、配制醋和其它保健醋制品中容易产生的霉菌、双芽菌有极强、高效地抑制作用。每100公斤添加本品100ml－120ml，保质期为18个月。 克霉王对延长生面食和熟面食的保质期也有很好的作用。克霉王能够抑制多种微生物的繁殖、生长，无毒无害，应用范围广泛，使用成本与现有的化学合成食品防腐剂相当，是全面替代的理想产品。
▲乳酸链球菌素
乳酸链球菌素是由多种氨基酸组成的多肽类化合物，可作为营养物质被人体吸收利用。1969年，联合国粮食及农业组织（FAL）、世界卫生组织(WHO)食品添加剂联合专家委员会确认乳酸链球菌素可作为食品防腐剂。1992年3月我国卫生部批准实施的文件指出：“可以科学地认为乳酸链球菌作为食品保藏剂是安全的”。它能有效抑制引起食品腐败的许多革兰氏阳性细菌，如肉毒梭菌，金黄色葡萄球菌，溶血链球菌，利斯特氏菌，嗜热脂肪芽抱杆菌的生长和繁殖，尤其对产生孢子的革兰氏阳性细菌有特效。乳酸链球菌素的抗菌作用是通过干扰细胞膜的正常功能，造成细胞膜的渗透，养分流失和膜电位下降，从而导致致病菌和腐败菌细胞的死亡。它是一种无毒的天然防腐剂，对食品的色、香、味、口感等无不良影响。现己广泛应用于乳制品、罐头制品、鱼类制品和酒精饮料中。缺点是成本太高，每公斤1400元左右。
▲ 溶菌酶溶菌酶
溶菌酶溶菌酶是一种无毒蛋白质，能选择性地分解微生物的细胞壁，在细胞内对吞噬后的病原菌起破坏作用从而抑制微生物的繁殖。特别对革兰氏阳性细菌有较强的溶菌作用，可作为清酒、干酪、香肠、奶油、生面条、水产品和冰淇淋等食品的防腐保鲜剂。每公斤约1000元。
▲壳聚糖
壳聚糖又叫甲壳素，是由蟹虾、昆虫等甲壳质。脱乙酰后的多糖类物质，对大肠杆菌、普通变形杆菌、枯草杆菌、金黄色葡萄球菌均有较强的抑制作用而不影响食品风味。广泛应用于腌渍食品、生面条、米饭、豆沙馅、调味液、草莓等保鲜中。近几年来，国内外有关刊物发表了不少关于壳聚糖以及壳聚糖衍生物的制备及应用等研究报道。随着科研工者对甲壳素的研究深入，其应用也必然越来越广泛。目前成本仍很高，每公斤约200元。
▲ 鱼精蛋白
鱼精蛋白是在鱼类精子细胞中发现的一种细小而简单的含高精氨酸的强碱性蛋白质，它对枯草杆菌、巨大芽孢杆菌、地衣型芽孢杆菌、凝固芽孢杆菌、胚芽乳杆菌、干酪乳杆菌、粪链球菌等均有较强抑制作用，但对革兰氏阴性细菌抑制效果不明显。研究发现，鱼精蛋白可与细胞膜中某些涉及营养运输或生物合成系统的蛋白质作用，使这些蛋白质的功能受损，进而抑制细胞的新陈代谢而使细胞死亡。鱼精蛋白在中性和碱性介质中的抗菌效果更为显著。广泛应用于面包、蛋糕、菜肴制品(调理菜)、水产品、豆沙馅、调味料等的防腐中。缺点是对革兰氏阴性细菌抑制效果不明显，成本高。
▲ 蜂胶
蜂胶是蜜蜂赖以生存、繁衍和发展的物质基础。各国科学家经过研究证实，蜂胶是免疫因子的激活剂，它含有的黄酮类化合物和多种活性成分，能显著提高人体的免疫力，对糖尿病、癌症、高血脂、白血病等多种顽症有较好预防和治疗效果。同时，蜂胶对病毒、病菌、霉菌有较强的抑制、杀灭作用，对正常细胞没有毒副作用。因此在食品中添加蜂胶不仅是一种天然的高级营养品，而且可以作为天然的食品添加剂。缺点是添加剂量大，使用成本高，产品发甜。
▲植物提取物
大蒜素：大蒜所含有的大蒜辣素对痢疾杆菌等一些致病性肠道细菌和常见食品腐败真菌都有较强的抑制和杀灭作用。这使得它成为一种天然的防腐剂，深圳教育学院的马慕英用大蒜水溶液对几十种污染食品的常见霉菌、酵母菌等真菌进行试验，结果发现它对这些真菌均有抑制作用，且防腐能力与化学防腐剂苯甲酸钠和山梨酸钾的效果相近。大蒜蒜瓣的抗菌性能十分微弱，蒜苗与蒜的茎叶具有相当的抗菌作用。其抗菌性能在高温下下降很多，因此应用大蒜提取物防腐保鲜应力求在较低温度 (85℃下)进行。大蒜的最适作用pH为4左右，因而适宜用于酸性食品的防腐保鲜中。缺点是不耐高温，在中性环境下失去抑菌作用，成本高。
芥菜提取物：其主成分油脂部分有很广的抗菌性，对霉菌酵母力有强效，对格兰氏阴性菌也有效，芥末提取物制剂对防谷物害虫、防青果物污染也有效。
唐辛子提取物：它对酵母、霉菌等抗菌性强，与有机酸、氨基酸等组合应用，可扩大应用范围。
胡椒提取物：其水溶性提取物有抗菌作用，尤其抗格兰氏阴性菌，特别适合腌渍食品的防腐。抗菌成分以Allglicisothocganate为主。
辣椒提取物：抗菌有效成分是芳香烃基香辣油，将其制成天然精细制剂，利用其挥发产生的蒸气在表面形成保护膜有抗菌、防虫、保鲜效果，应用于盒餐调理菜肴，也可制成胶膜包装制剂贴于餐盒容器底部抑制食品表面微生物的二次污染。
咖啡豆渣提取物：它有抗菌性，抗菌效果与安息香酸相当，抗菌有效成分为3′-4′-dighdoxyacetan-Phenon。咖啡芽组织液也有同样抗菌性。 莲茎提取物：它可抑制黑曲菌、青霉菌等生长，其抗菌性在冷冻干燥、室温到－20℃贮藏6个月以上及煮沸过程中亦不会失活。
甘草提取物：它用二氯甲烷与乙醇混合剂作溶剂抽提或用氯仿与乙醇混合作溶剂抽提甘草，除去溶剂后的抽提物对致食品腐败变质密切相关的大肠杆菌、金黄色或柠檬色葡萄球菌、枯草杆菌、绿脓杆菌等有强抑制作用，对霉菌、酵母菌也有抗菌及抑制能力。
萝卜提取物：它含有刺激味成分4－甲基－3－丁烯基异硫氰酸酯(M1B1)有抗真菌、细菌作用。
丝柏叶提取物：日本从丝柏叶中通过水蒸气蒸馏提取出日扁柏醇，该物质有很强的杀菌力，可作抗甲氧苯青霉素钠(新青霉等)金黄色葡萄球菌的杀菌剂，防止医院内金黄色葡萄球菌感染，也可作防霉剂及预防苹果腐烂。
茶叶提取物多酚：它对枯草杆菌、金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、龋齿链球菌、毛霉菌、青霉菌、亦霉菌、啤酒酵母菌都有很好的抑制作用，还有对人体很好的生理效果，为理想的食品抗菌、防腐保存剂。
啤酒花树脂：其对唾液链球菌、金黄色葡萄球菌、巨大芽孢杆菌、大肠杆菌、枯草杆菌等均有抗菌作用。
总之，随着人类的进步，人们对人体健康寄予更高的期望值，对食品的安全标准要求越来越高，食品防腐剂作为食品工业中不可或缺的添加剂之一，也将越来越引起人们的关注，其安全标准也将越来越高。
三、几种生物源食品防腐剂
生物源食品防腐剂主要以天然农副产品为原料，用发酵等生物技术而备，具有高效、无毒、适用性广等特点。目前主要应用的天然生物源食品防腐剂有以下几种：▲溶菌酶
溶菌酶是一种无毒蛋白质，能选择性地分解微生物的细胞壁，在细胞内对吞噬后的病原菌起破坏作用从而抑制微生物的繁殖。特别对革兰氏阳性细菌有较强的溶菌作用，可作为清酒、干酪、香肠、奶油、生面条、水产品和冰淇淋等食品的防腐保鲜剂。
▲乳酸链球菌素(Nisin)
乳酸链球菌素是由多种氨基酸组成的多肽类化合物，可作为营养物质被人体吸收利用。1969年，联合国粮食及农业组织／世界卫生组织(FAL／WHO)食品添加剂联合专家委员会确认乳酸链球菌素可作为食品防腐剂。1992年3月我国卫生部批准实施的文件指出：“可以科学地认为乳酸链球菌作为食品保藏剂是安全的”。它能有效抑制引起食品腐败的许多革兰氏阳性细菌，如肉毒梭菌，金黄色葡萄球菌，溶血链球菌，利斯特氏菌，嗜热脂肪芽抱杆菌的生长和繁殖，尤其对产生孢子的革兰氏阳性细菌有特效。乳酸链球菌素的抗菌作用是通过干扰细胞 v 膜的正常功能，造成细胞膜的渗透，养分流失和膜电位下降，从而导致致病菌和腐败菌细胞的死亡。它是一种无毒的天然防腐剂，对食品的色、香、味、口感等无不良影响。现己广泛应用于乳制品、罐头制品、鱼类制品和酒精饮料中。
▲纳他霉素(Natamycin)
纳他霉素是由纳他链霉菌受控发酵制得一种白色至乳白色的无臭无味的结晶粉末，通常以烯醇式结构存在。它的作用机理是与真菌的麦角甾醇以及其他甾醇基团结合，阻遏麦角甾醇生物合成，从而使细胞膜畸变，最终导致渗漏，引起细胞死亡。在焙烤食品用纳他霉素对面团进行表面处理，有明显的延长保质期作用。在香肠、饮料和果酱等食品的生产中添加一定量的纳他霉素，既可以防止发霉，又不会干扰其他营养成分。
▲8一聚赖氨酸
8一聚赖氨酸的研究在国外特别是在日本已比较成熟，我国刚刚起步。它是一种天然的生物代谢产品。具有很好的杀菌能力和热稳定性，是具有优良防腐性能和巨大商业潜力的生物防腐剂。在日本，8一聚赖氨酸已被批准作为防腐剂添加于食品中，广泛用于方便米饭、湿熟面条、熟菜、海产品、酱类、酱油、鱼片和饼干的保鲜防腐中。徐红华等研究了8一聚赖氨酸对牛奶的保鲜效果。当采用420mg／L的8一聚赖氨酸和2％甘氨酸复配时，保鲜效果最佳，可以保存11d，并仍有较高的可接受性，同时还发现8一聚赖氨酸和其他天然抑菌剂配合使用，有明显的协同增效作用，可以提高其抑菌能力。在美国，研究者建议把8一聚赖氨酸作为防腐剂用于食品中。实践发现8一聚赖氨酸可与食品中的蛋白质或酸性多糖发生相互作用，导致抗菌能力的丢失，并且8一聚赖氨酸有弱的乳化能力。因此8一聚赖氨酸被限制于淀粉质食品。
四、生物防腐剂——乳酸链球菌素及应用
生物防腐剂－－乳酸链球菌素又称乳球菌肽或乳链菌肽，英文名为Nisin，是N型血清的某些乳酸链球菌在代谢过程中合成和分泌的具有很强杀菌作用的小肽。早在1928年，美国Roger等人发现乳酸链球菌的代谢产物能抑制保加利亚乳杆菌，在其后的20多年里，许多科学家对其结构、功能等进行了深入的研究。 1989年联合国粮食及农业组织（FAO／WHO）、食品添加剂联合国专家委员会对Nisin给予食品防腐剂的国际承认后，迄今为止，已有英、美、法等 50多个国家和地区批准Nisin作为食品防腐剂，乳酸链球菌素（Nisin）作为一种安全的食品防腐剂在发达国家被应用的历史已达40余年，世界上有不少国家，如英国、法国、澳大利亚等对在食品中Nisin的添加量不做任何限制。1992年3月，我国卫生部在批准实施的文件中也指出：“可以科学地认为，乳酸链球菌素作为食品保藏剂是安全的。■结构和特性
◆结构：乳酸链球菌素（Nisin）的分子式为C143H228N42O37S7，由34个氨基酸残基组成。随着研究的深入，人们已经发现 Nisin有6种类型，分别为A、B、C、D、E和Z，其中对NisinA和NisinZ的研究最活跃。Nisin的一级结构是由34个氨基酸组成的多肽，N末端为异亮氨酸，C端为赖氨酸，含两种特殊氨基酸Dha和Dhb，有5个硫醚键形成的分子内环，其中一个称为羊毛硫氨酸，其他四个是β－甲基羊毛硫氨酸。相对分子质量为3510，活性分子常为二聚体或四聚体。NisinZ和NisinA仅在27位氨基酸残基有差别，A为His，而Z为Asp。两者的抗菌特性几乎无差别。
◆溶解度和稳定性： Nisin的溶解度随着pH值的下降而显著增加，当pH＝2．5时溶解度为12％，pH＝5．0时为4．0％，但当pH为中性和碱性时 Nisin则不溶解。Nisin的稳定性亦与溶液的pH值有关，当把Nisin溶于pH＝2的盐酸中，Nisin可经115．6℃高压灭菌而不失活；而在 pH＝5时，灭菌后丧失40％的活性；当pH＝6．8时丧失90％以上活性。但把Nisin加入食品后，由于受到牛奶等大分子的保护，稳定性大大提高。 Nisin的稳定性与温度亦有紧密关系，将添加250IU／gNisin的pH＝5．6～6．0、含水量54％～58％的巴氏灭菌精干酪贮藏于不同温度中，30个星期后，20℃中的Nisin残留量为90％左右，25℃中的Nisin残留量为55％，30℃下降到小于40％。有关研究资料表明， Nisin的稳定性与防腐的底物、热处理条件等因素有关。
■乳酸链球菌肽的防腐机理
Nisin能抑制大部分G＋菌及其芽孢的生长和繁殖，如葡萄球菌属、链球菌属、梭状芽孢杆菌属和芽孢杆菌属的细菌，特别是对金黄色葡萄球菌、溶血链球菌、肉毒杆菌作用明显。另外，Nisin还可以和某些络合剂（如EDTA或柠檬酸）等一起作用，可是只有部分G－菌对之敏感。从分子水平上探寻Nisin的抑菌机理一直是研究的热点，所持观点不一，但Nisin吸附在生物的细胞质膜上是杀菌的前提，这已为人们的共识，分歧在于Nisin如何进一步作用。有的研究认为，Nisin可以抑制营养细胞的肽聚糖等物质的生物合成，是细胞膜和磷脂化合物的合成受阻，导致细胞内物质外泄，细胞裂解；有的研究认为Nisin 单体中的DHA（脱氢丙氨酸）和DHB（β－甲基脱氢丙氨酸）可以与敏感型细胞膜中的某些酶的巯基发生作用；有的研究认为，Nisin能消耗敏感细胞的质子驱动力；还有的研究显示，Nisin属于“孔道形成蛋白”，导致K＋从胞浆中流出，ATP泄漏，胞外水分子进入，引起细胞自溶。也有人认为，Nisin 对微生物的作用机理是Nisin对细胞膜的吸附，然后在细胞膜上形成孔洞。Nisin是一个带正电荷的阳离子分子，在缺乏阴离子膜磷脂的情况下， Nisin起阴离子选择载体的作用；当存在阴离子膜磷脂时，Nisin吸附在膜上，利用离子间相互作用，其分子的C末端和N末端对膜结构产生作用形成穿膜 “孔道”，从而引起胞内物质泄漏，导致细胞解体死亡。最近研究表明，Nisin与EDTA联合使用对沙门氏菌和革兰氏阴性菌也有抑制作用。Nisin对营养细胞的作用点是细胞质膜，它能抑制细胞壁中肽聚糖的生物合成，使细胞壁质膜和磷脂化合物合成受阻，引起细胞内含物和ATP外泄，使细胞裂解。有人认为 Nisin具有潜在的跨膜序列及高的偶极矩，能使膜产生孔道，同时使膜内外电位差和梯度丧失，破坏细胞通过电子传递链产生能量的能力。Nisin对芽孢的作用可能是杀死芽孢。据研究，Nisin的作用方式是杀菌。事实表明，当杀菌过程完成后，混合物中的Nisin仍保持一定的活力。在通常情况下，由于芽孢具有强烈的对热敏感性，这些残留的Nisin能抑制芽孢的发芽。微生物对抗菌肽会产生适应性，最主要的原因可能是微生物的分泌蛋白酶。推测杆菌对 Nisin的适应至少部分是由于其分泌一种可降解Nisin的蛋白酶。最近的研究表明，适应性产生原因可能是防止微生物吸收抗菌肽。此外，在与有膜活性抗菌肽的接触中，细胞可能改变其膜组成，因为不同膜磷脂组成会导致抗菌肽和细胞膜的亲和性不同，从而使微生物对药物的敏感性发生变化。研究发现对Nisin 有抗性的单核细胞增生的李斯特菌菌株ScottA，相对于Nisin敏感株有不同的膜磷脂组成，Nisin抗性菌株膜中两性离子磷脂酰乙醇胺有显著增加，而阴离子二磷酸甘油的质量分数则降低。对作用于细胞壁的抗菌物质，微生物同样也会产生一系列应激反应。
■乳酸链球菌素在食品中的应用
Nisin它是一种多肽，进入人体后可降解为氨基酸，因此具有无毒、安全的特性。Nisin被加入到食品中，能有效地抑制引起食品腐败的许多革兰氏阳性细菌，如乳杆菌、明串珠菌、小球菌、葡萄球菌、李斯特菌等，特别是对产芽孢的细菌，如芽孢杆菌、梭状芽孢杆菌有很强的抑制作用。在包装食品的生产过程中添加 Nisin，可以降低灭菌温度，缩短灭菌时间，从而减少营养成分的损失，改进食品的品质，同时有效地延长了食品的保藏时间，还可以取代或部分取代化学防腐剂、发色剂（如亚硝酸盐），以满足生产健康食品、绿色食品的需要。Nisin作为一种新型的天然防腐剂，在国际上已得到认可，已广泛应用于鲜乳和乳制品、液体蛋、沙拉酱、高水分或低脂的食品、罐头食品、鱼贝类海产制品、肉制品、植物蛋白食品、糕点食品和含酒精的饮料等。
◆乳制品.Nisin已成功应用于硬质干酪、巴氏灭菌干酪、巴氏灭菌奶、罐装浓缩牛奶、高温灭菌牛奶、高温处理风味奶、酸奶、乳制甜点等制品中。在鲜乳中添加50ppmNisin，即可抑制造成鲜乳和乳制品腐败的耐热性细菌，使产品保存期延长2～3倍。研究显示，添加Nisin能使低脂的牛乳、无盐的奶油、无脂肪的牛乳、调味乳保存期延长至6周；添加80～100ppmNisin于罐装无糖炼乳中，可抑制耐热性孢子的生长，减少热加工时间10分钟。在干酪的加工过程中Nisin是最有效的保护剂。干酪原料经80～100℃巴氏消毒后，梭菌芽孢仍能存活，乳酪中的微生物为丁酸梭菌、酪丁酸梭菌、生孢梭菌，尤其是肉毒梭菌在加工的乳酪中产生毒素。研究表明经巴氏处理的干酪中加入500～1000IU／mlNisin能阻止梭菌的生长和毒素的形成，同时还能降低食盐和磷酸盐的用量。
◆肉制品.使用Nisin的肉制品有罐装火腿、熏猪肉、咸猪肉、香肠、真空包装新鲜牛肉等。造成肉制品腐败的耐热性细菌如杆菌属、乳酸菌属和链球菌属等，对Nisin相当敏感，因此添加Nisin可使经热加工的肉制品延长保存期2～3倍。使用的方法是将Nisin配制成150～200ppm的溶液再倒入肉制品中一起加工或喷涂在制品的表面再进行包装。但也发现，经Nisin处理的样品存在液汁流失过多和口味偏酸等缺点。Nisin在一定程度上能延长红肠的保质期，但单独使用效果不是很理想，最好能与其他方法结合使用。有人认为从生产成本和防腐效果考虑，Nisin（400mg／kg）和NaCl（3． 5％，质量分数）对盐水鸭腿做浸泡处理，并经真空包装后的微波（915MHz，400W微波间歇照射两次）处理，能使盐水鸭腿的货架期达20天以上。
◆在酸性罐头食品中的应用在酸性条件下，Nisin的稳定性、溶解度、活性均提高，因而它可成功地应用于高酸性食品（pH＜4．5）防腐。低酸或非酸性罐头食品添加了Nisin，也能起到减轻热处理强度的作用。许多研究显示，添加Nisin于蔬菜罐头中，能有效抑制耐热性细菌的腐败，且能降低热加工时间，在米制清酒罐头中，添加Nisin可使热加工时间减少90％，且品质没有改变。碗豆罐头在55℃下存放7天就有败坏现象发生，添加Nisin于相同条件下，保存期可长达两年。Nisin作为一种天然食品防腐剂应用于瓶装酱菜，能够降低酱菜中食盐用量，效果优于化学防腐剂苯甲酸钠和山梨酸钾。它能有效地抑制乳酸菌再发酵和葡萄球菌、芽孢菌的生长繁殖。Nisin其自身安全性可靠Nisin的LD50值与食盐相当，是新一代的食用防腐剂。由于某些国家在食品中不准使用苯甲酸钠，所以Nisin的瓶装酱菜其卫生质量符合国家标准，并对产品风味无影响。
◆鱼贝类等海产制品中的应用海鲜制品因腐败速度快，且大多冷食，故产品的细菌数控制相当重要，如李斯特菌也曾于海鲜中检出，对人体造成危害。添加 100～150ppmNisin可抑制革兰氏阳性菌，延长保存期和新鲜度，使用方法与肉制品相同。
◆沙拉酱和调味用酱汁添加Nisin于沙拉酱中，可有效抑制乳酸菌和孢子的生长，使低脂低盐产品的腐败性降低，可延长保存期达4倍之多，建议使用量为 50～200ppm。
◆高水分或低脂的食品此类产品虽经热处理，因水分含量高，常有耐热性细菌或孢子残留造成产品腐败，如FHMHPP产品中，常有耐热孢子 Bacilluscereus产生的毒素。使用Nisin能抑制此孢子的生长和繁殖，使保存期延长两倍或更高，在FHMHPP的产品中，Nisin的添加量为150～250ppm。
◆罐头汤类由于有些汤类会有极易破坏的香料，充分的热处理会变得复杂，乳链菌肽的用量100～200mg／kg即可有效地抑制嗜温细菌的芽胞。
◆经低温热处理的密闭包装产品.在食品加工过程中，存在高强度的杀菌影响产品品质，低温热处理而不能杀灭耐热孢子而达不到产品保质期的矛盾，如蛋白质、水果汁、布丁、茶、饮料等。Nisin能有效地抑制引起食品腐败的革兰氏阳性菌，从而很好地解决了食品加工中的矛盾，一般使用量在 100～200ppmNisin就足以解决这一食品加工难题。
■发展前景
Nisin是一种天然、高效、安全的天然食品添加剂符合未来食品防腐剂的要求，它能有效地抑制引起食品腐败的革兰氏阳性菌，特别对耐热芽孢杆菌、肉毒梭菌及李斯特氏菌有强烈的抑制作用，可降低食品灭菌温度、缩短灭菌时间、改善食品风味、外观和提高食品营养价值、延长保藏时间，符合国家农业行业标准NY／T392－2000绿色食品食品添加剂使用准则。在我国天然防腐剂的研究、开发虽比较晚，但随着食品工业的发展和人民生活水平的提高，天然防腐即将会在21世纪的中国大展宏图，必将对人类健康发挥巨大的作用。
