第二章 食品防腐剂
[本章学习目标与要求]：熟悉常用食品防腐剂的特性，掌握防腐剂的应用范围、应用方法、合理使用及注意事项。
1. 食品防腐剂的定义
食品腐败变质是指食品受微生物污染，在适宜的条件下，微生物繁殖导致食品的外观和内在品质发生劣变而失去食用价值。食品在一定的环境因素下，因微生物的作用使食品失去原有的营养价值、组织性状以及色、香、味，转变成为不符合卫生要求的食品。如鱼、肉的腐臭，水果和蔬菜的腐烂，油脂的酸败，粮食的霉变等。
食品腐败变质的原因是多方面的，归纳起来有以下几种：因微生物的繁殖引起食品腐败变质；因空气中氧的作用，引起食品成分的氧化变质；因食品内部所含氧化酶、过氧化酶、淀粉酶、蛋白酶等的作用，促进食品代谢作用的进行，产生热、水蒸气和二氧化碳，致使食品变质；因昆虫的侵蚀繁殖和有害物质间接或直接污染，致使食品腐败。
在食品腐败的诸因素中，微生物的污染是最活跃、最普遍的因素，起主导作用。一般来说，鱼、肉、果蔬类食品，以细菌作用最为明显，粮食、面制品则以霉菌作用最为显著。
为防止食品腐败，必须抑制、杀灭微生物或造成不适于微生物的生长环境；或使食品与外界环境隔绝，不与水分、空气接触，以防止微生物的再污染。如正确、合理地使用食品防腐剂，就能有效地抑制微生物的生长，防止食品腐败，延长食品的保质期。
微生物是造成食品腐败的主要原因之一，自从人类生产的食物有了剩余，防止食品的腐败就成了保藏食品的核心问题。工业化以前，人们采用晒干、盐渍、糖渍、酒泡、发酵等方法保藏食品；现代食品工业的发展，人们采用了很多新技术来保藏食品，如采用罐藏、真空包装、充气调理包装等多种包装方法，同时也
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采用多种杀菌技术，如高压杀菌、辐照杀菌、电子束杀菌等，储藏-般采用冷藏、冻藏等方式。但不管是采用哪类技术，都不能确保产品万无-失，因而对大多数食品而言，使用防腐剂作为第二道防线来确保食品的货架期显得尤为重要。
防腐剂是一类具有抑制微生物增殖或杀死微生物的化合物。
食品防腐剂是能防止食品由微生物所引起的腐败变质，以延长食品保存期的食品添加剂，又称为抗微生物剂，它的主要作用是抑制食品中微生物的繁殖，故也可称为抑菌剂。
具有杀死微生物作用的物质称为杀菌剂，一般是不直接加到食品中去的。如环氧乙酸、漂粉精等。食品工业上常用的杀菌剂与防腐剂的区别是能在较短时间内杀死微生物，主要起杀菌作用。
2．食品防腐剂的作用机理
2.1 微生物引起的食品腐败变质
微生物引起食品变质以一般可分为：细菌造成的食品腐败，霉菌导致的食品霉变和酵母引起的食品发酵。
(1)细菌造成的食品腐败现象：细菌作用于各类食品，使食品原有的色泽丧失，呈现各种颜色，发出腐臭气味，产生不良滋味。以糖类为主要成分的食品，细菌作用的主要表现是分解糖类为多种酸及-些低分子量的气体，使食品呈现酸味及不良气味；而细菌作用于以蛋白质为主要成分的食品时，其中的蛋白质分解转化为腐胺、尸胺、粪臭素等，使食品组织发生软化，产生黏液物，呈现苦味和臭味等；细菌也促进脂肪的氧化分解，使油脂中的脂肪酸分解产生醛、酮、酸等。在这-系列分解过程中，伴随有中间产物的相互作用，从而产生大量毒性物质，并散发出令人讨厌的恶臭味。造成食品腐败的微生物主要有以下几种菌属：假单胞菌属、黄色杆菌属、无色杆菌属、变形杆菌属、梭状芽孢杆菌属和小球菌属。
(2)食品霉变现象：霉菌在代谢过程中利用食品中的碳水化合物、蛋白质为碳源和氮源生长繁殖，同时使食品外层长霉或颜色改变，且产生明显霉味；霉菌在生长代谢过程中，使得碳水化合物与蛋白质分解而导致食品变质及营养成分的
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破坏，若霉变是由产毒霉菌造成的，则产生的毒素对人体健康有严重影响，如黄曲霉毒素可导致癌症。引起食品霉变的霉菌主要有：毛霉属的总状毛霉、大毛霉，根霉属的黑根霉，曲霉属的黄曲霉、灰绿曲霉、黑曲霉，青霉属的灰绿青霉。霉菌在较低的水分活度、较低的气温下仍可正常生长繁殖。
(3)食品发酵现象：微生物代谢所产生的氧化还原酶使食品中的糖发生不完全氧化而引起的变质现象。常见的食品发酵有酒精发酵、醋酸发酵、乳酸发酵和酪酸发酵。
酒精发酵是食品中的糖类物质在酵母作用下降解为乙醇的过程。水果、蔬菜、果汁、果酱和果蔬罐头等易产生酒精发酵现象。
醋酸发酵是食品中的糖类物质经酒精发酵生成乙醇，进-步在醋酸杆菌作用下氧化为醋酸。食品醋酸发酵时，不但质量变劣，严重时完全失去食用价值。某些低度酒类、饮料(如果酒、啤酒、黄酒、果汁)和蔬菜罐头等常常发生醋酸发酵。
乳酸发酵是食品中的糖类物质在乳酸杆菌作用下产生乳酸，使食品变酸的现象。鲜奶和奶制品易发生这种现象。
酪酸发酵是食品中的糖类物质在酪酸菌作用下产生酪酸的现象。酪酸具有一种令人厌恶的气味。鲜奶、奶酪、豌豆类食品发生这种酸变时，食品质量严重下降。
2.2 食品防腐剂的作用机理
防腐剂抑制与杀死微生物的机理是十分复杂的，目前使用的防腐剂一般认为对微生物具有以下几方面的作用：
①破坏微生物细胞膜的结构或者改变细胞膜的渗透性，使微生物体内的酶类和代谢产物逸出细胞外，导致微生物正常的生理平衡被破坏而失活。
②防腐剂与微生物的酶作用，如与酶的巯基作用，破坏多种含硫蛋白酶的活性，干扰微生物体的正常代谢，从而影响其生存和繁殖。通常防腐剂作用于微生物的呼吸酶系，如乙酰辅酶A缩合酶、脱氢酶、电子转递酶系等。
③其他作用：包括防腐剂作用于蛋白质，导致蛋白质部分变性、蛋白质交联而导致其他的生理作用不能进行等。
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各种防腐剂并不是具有上述全部的作用，但这些作用是相互关联的、相互制约的。总的说来，防腐剂的最重要的作用可能是抵制一些酶的反应，或者是抑制细胞重要成分的合成。如影响蛋白质的合成或核酸的合成。原则上说，防腐剂也能对人体细胞有同样的抑制作用。但决定的因素是防腐剂的使用浓度，在微生物细胞中所需要的抑制浓度远比人体细胞中要小。就大多数防腐剂而言，防腐剂在人体器官中很快被分解或从体内排泄出去，因此在以一定的使用浓度范围内，不会对人体造成显著有伤害。
开发与选用食品防腐剂的标准是“高效低毒”。高效是指对微生物的抑制效果特别好，而低毒是指对人体不产生可观察到的毒害。尽管生物界的基本代谢过程有很多相同与相似之处，但每一类生物的代谢是有很大差异的，人通过消化系统分解各种营养素，对食物进行第一次筛选，弃去不可分解物；通过各类肠壁细胞吸收营养素，进行第二次筛选，弃去不能吸收的物质；通过血液与肝脏的选择性利用与吸收，分解与排除人体不能利用的物质。而微生物的代谢过程就简单得多，一般各种物质都是直接通过细胞膜进入细胞内反应，任何对其生理代谢产生干扰的物质都可干扰微生物的生长。因此很多物质对人体无任何不良影响，但对微生物的生长影响很大。由于不同类的微生物的结构特点、代谢方式是有差异的，因而同一种防腐剂对不同的微生物效果不一样。
由于食品科学的发展，相对来说时间较短，因而对防腐剂作用机理的解释还很不充分，还有待于进一步研究。
3．食品防腐剂分类
3.1 按其作用分为：
（1）杀菌剂 具有杀死微生物作用的物质
（2）抑菌剂 具有抑制微生物生长、繁殖作用的物质，又称保藏剂（狭义防腐剂）。
杀菌剂和抑菌剂的最大区别是，杀菌剂在其使用限量范围内能通过一定的化学作用杀死微生物，使之不能侵染食品，造成食品变质。杀菌剂按其灭菌特性可
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分为三类：氧化型杀菌剂、还原型杀菌剂和其它杀菌剂。
氧化型杀菌剂包括过氧化物和氯制剂两类。在食品保藏中常用的有过氧化氢、过氧乙酸、臭氧、氯、漂白粉、漂白精以及其他的氧化型杀菌剂。抑菌过氧化物和氯制剂都是以分解产生的新生态氧或游离氯进行杀菌消毒的。这两种气体对人体的皮肤、呼吸道粘膜和眼睛有强烈地刺激作用和氧化腐蚀性，要求操作人员加强劳动保护，配戴口罩、手套和防护眼睛，以保障人体健康与安全。
还原型防腐剂主要是亚硫酸及其盐类，国内外食品贮藏中常用的品种有二氧化硫、无水亚硫酸钠、亚硫酸钠、保险粉和焦亚硫酸钠等。
在使用限量范围内，抑菌剂的抑菌作用主要是通过改变微生物生长曲线，使微生物的生长繁殖停止在缓慢繁殖的缓慢期，而不进入急剧增殖的对数期，从而延长微生物繁殖一代所需要的时间，即起到所谓的“静菌作用”。 3.2 按来源和性质分为：
（1）天然防腐剂（动、植物中的抗菌物质及微生物防腐剂）
目前世界各国所用的食品防腐剂约有50多种。我国现许可使用15种。 （2）合成类防腐剂
a 有机化学防腐剂 苯甲酸及其盐类、山梨酸及其盐类、对羟基苯甲酸酯类、丙酸盐类等；
b 无机化学防腐剂
还原型 二氧化硫、亚硫酸及其盐类、硝酸盐及亚硝酸盐类等。 氧化型 氯气
主要用于糕点、果汁、乳制品、鲜果品、粮食、肉类、蔬菜等防腐保鲜。
4．常用食品防腐剂
美国允许使用的食品防腐剂 50余种，日本40余种。我国公布的食品防腐剂允许使用的有15种：包括苯甲酸及其钠盐、山梨酸及其钾盐、二氧化硫、焦亚硫酸钠、焦亚硫酸钾、丙酸钠、丙酸钙、对羟基苯甲酸乙酯、对羟基苯甲酸丙酯、脱氢醋酸等。
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