天然防腐劑在肉制品中的保鮮和抑菌效果及其應用研究進展

黃偉英 陳海光* 劉巧瑜 關玉鳳 王小玉

1.仲愷農業工程學院輕工食品學院 廣東廣州 510225 2.廣東省嶺南特色食品科學與技術重點實驗室 廣東廣州 510225 3.農業農村部嶺南特色食品綠色加工與智能制造重點實驗室 廣東廣州 510225 4.現代農業工程創新研究院 廣東廣州 510225 5.拱北海關技術中心 廣東珠海 519015

食物腐敗變質是細菌分解食物中營養物質的過程，如蛋白質、碳水化合物和脂類等，因此食物腐敗變質會直接影響食品質量和消費者身體健康。然而防腐劑廣泛用于食品的加工工藝，以保持食品的質量并延長其保質期[1]。肉制品在生產、包裝、貯藏、運輸和銷售過程中易被微生物的污染，從而導致其腐敗變質。因此，選擇合適、安全、高效的防腐劑是肉制品生產的重要環節[2]。隨著人們日常生活和健康水平提升，“綠色”和“天然”的概念已經深入人心，化學防腐劑又稱人工防腐劑，若使用不當極易導致食物中毒或者致癌等，而天然防腐劑則由于具有自然健康、安全無毒、使用范圍廣等優點，因此天然防腐劑有很好的發展前景。根據天然防腐劑的來源不同，可以分為三大類，分別是：

植物源天然防腐劑、動物源天然防腐劑、微生物源天然防腐劑。

1 植物源食品天然防腐劑

國內外對植物源食品天然防腐劑的研究異?；钴S，究其原因是自然界的天然植物中存在許多具有抗菌作用的生理活性物質。最近許多研究人員報道，許多植物的提取物如銀杏葉提取物，肉桂提取物,丁香提取物，迷迭香提取物，紅曲提取物，甘椒提取物，辣椒提取物有很強的殺菌作用，可作為天然防腐劑。

1.1 香辛料提取物抑菌機制及其在肉制品的應用

根據目前對食用香料提取物抗菌特性的研究，不同的香料提取物的抗菌成分，含量不盡相同，抗菌物質的作用機制一般為：破壞細胞壁；影響蛋白質的形成；增加細胞膜的通透性；抑制一些酶的活性[3]?？咕煞种饕ㄑ笫[、辣椒素等酚類，以及亞硫酸二烴基、不飽和醛等物質[4]。

研究表明，肉桂提取物抗菌范圍廣，抑菌作用強，能有效抑制黑曲霉、大腸桿菌、釀酒酵母等。李凱[5](2021)研究發現山梨酸鉀與肉桂提取物復配可增強肉雞的抗菌活性。張根生[6](2017)等研究表明花椒粉具有抑制菌落總數增加，促進乳酸菌生長的功效，然而對葡萄球菌、微球菌和酵母菌起到先促進后抑制的作用。王丹苗[7](2014)等研究表明石榴皮提煉物有顯著的抗菌效果，對腸道球菌和金黃色葡萄球菌的最低抗菌劑量分別為0.50、0.25mg/mL。

1.2 中草藥提取物抑菌機制及其在肉制品的應用

中草藥來源豐富多樣，并且中草藥抗菌的作用機理很多，通常包括了以下三種途徑。

(1)控制菌絲發育和芽孢的產生。劉瑩[8](2009)等研究分析了厚樸乙酸丙烯浸提法液對人參深色斑細菌、紫草白霉細菌、五味子根腐病細菌等抑制作用后，認為其抑菌作用主要是抑制了菌絲的發育、抑制芽孢產生。

(2)干擾病原菌的細胞組織，危害細菌膜的透過性和蛋白質結構。Nakamura[9](2004)等認為丁香羅勒精油是通過增加細胞壁的厚度，并同時損害其內部結構來起到抑菌作用。

(3)直接影響病原菌的代謝并控制其吸氧功能。Bhupinder PS Khambay[10](2003)等認為從蒲包草屬植株中提煉的萘醌類化合物BTG505可抑制病原菌線粒體細胞色素C氧化還原酶。目前，中草藥在肉制品抗菌領域的應用也已獲得了成果，胥忠生[11](2010)等試驗了杜仲葉提取物對豬肉產品中的抗菌作用，結果顯示杜仲葉提取物有較高的抗菌活性。黃連、丁香、五倍子、石榴皮等20種中草藥對牛羊肉表面的細菌有抑制能力，研究發現丁香和五倍子兩種中草藥對牛羊肉表面細菌的抑菌能力較佳，且安全、無毒、無副作用、實用價值高。Maryam Shahrezaee[13](2018)等將蘆薈膠粉用于加工雞塊的保質期，研究表明它對雞快中的沙門氏菌和大腸桿菌都有一定抑制作用。Zhang[14](2017)等實驗結果表明，玫瑰提取物中的玫瑰多酚通過增加了乳酸菌的繁殖速度和豐富度，可以控制腐敗細菌的繁殖，從而改善了發酵香腸的穩定性。目前，這種中藥材的抑菌作用并沒有獲得廣泛應用，但作為中藥材的國家一大珍寶，今后必將獲得更加充分的利用。

1.3 茶多酚抑菌機制及其在肉制品的應用

很多細菌附著于肉類的表層，這些細菌不但會促使肉類的腐敗變質，而且會影響人類身體健康。早在一百多年前，茶多酚的抗菌活性就已被證明了，它對細胞生長的抑制作用成分主要是由于兒茶素，它降低了細胞滲透壓，影響了細胞形態，并破壞細胞膜，從而引起了細菌生長成分滲漏，起到抑菌劑的功效[15，16]。Yi Shumin[17，18](2010,2014)等分析了茶多酚對銅綠假單胞菌和黏質沙雷氏菌的作用，證明茶多酚能夠增強腐敗菌細胞膜的透過性。陳星卉[19](2017)分析表明ECG(表兒茶素沒食子酸酯)的殺菌原理主要是改善了微生物細胞膜的透過性，但損壞了細胞膜的整體性，從而使得小分子污染物更易于透過細胞膜。Kim[20](2014)等研究發現，EGCG(表沒食子兒茶素沒食子酸酯)能夠通過直接作用于細菌細胞壁上的蛋白質，通過控制信號轉導通道、細胞轉錄作用、調節線粒體功能，以及抑制病菌自噬等多種有益的生理學功能。同時茶多酚還能夠和周圍環境中的蛋白質緊密結合，干擾病菌機體對蛋白質的使用[21]。

茶多酚廣泛用于肉制品的保鮮，其用途為將不同含量的茶多酚，或者茶多酚和其他抑菌劑混用，從而延長肉制品的貨架期。朱雪蕊[22](2017)等研究了溶菌酶、茶多酚、聚賴氨酸等對低溫紅腸貯存期限的影響，研究表明將0.1%溶菌酶+1.0%茶多酚+0.03%聚賴氨酸先復配，然后添加到紅腸中，貯藏期可達到90d以上。李娜[23](2018)等采用正交實驗方法研究了雞丁的保鮮技術方案，并發現將0.05% Nisin、4.00%乳酸鈉、0.02%茶多酚、0.01%納他霉素混合，配制成混合溶液，噴淋在雞丁表面上，雞丁的貨架期可延長15d。孫軍濤[24](2019)等將茶多酚、葡萄籽提取物、番茄紅素和生育酚等制備成復配防腐劑加入到香腸中，將其復配防腐劑與亞硝酸鹽相比，復配防腐劑有效性顯著高于亞硝酸鹽，而且與對照組相比，顯著改善了香腸的品質。由此可見茶多酚作為天然防腐劑將廣泛用于肉及肉制品中。

2 動物源食品天然防腐劑

自然界動物中存在許多生理活性物質，具有抗菌作用，從動物體內提取出來的抗菌物質被稱為動物源天然防腐劑，具有抗菌性強，安全無毒，水溶性好，熱穩定性好，作用范圍廣等。常用的主要包括：殼聚糖、蜂膠、魚精蛋白等。

2.1 殼聚糖抑菌機制及其在肉制品的應用

殼聚糖是由氨基葡萄糖和N-乙酰氨基葡萄糖通過β-1,4-糖苷鍵連接起來的長鏈大分子材料或多聚體，有優異的抗菌作用[25]，其抑菌機理分3種[26，27]：第一，小分子殼聚糖通過改善對細菌的滲透性，進而滲入革蘭氏陰性菌細胞中，并吸附于帶負電性的細菌胞漿，從而產生細胞絮凝反應，影響細菌正常的生物活力，進而殺滅細菌，從而達到抑菌作用[28]；第二，較大分子物質的殼聚糖直接吸附于革蘭氏陽性菌細胞表層，因而產生大分子物質層，以阻擋營養物質的傳移；第三，當殼聚糖達到高濃度時，也會誘導幾丁質蛋白酶，即激發或過度表達某些細菌本身的幾丁質蛋白酶活力，致使其降解微生物的自身細胞壁幾丁質，細胞壁遭到破壞，細菌被殺滅，從而達到抑菌作用[29]。

家禽類肉制品也是目前世界上消費量最高的肉食之一，主要包括雞、片皮鴨、鵝肉類肉制品。近些年來，有關技術人員通過殼聚糖的抗菌功能對肉類的長期保鮮問題開展了較深入的探索。如Kanatt[30](2013)等首先探討了殼聚糖涂料對冷凍雞肉類產品保質期的作用，實驗結果顯示，雖然在貯存過程中對照樣本的細菌繁殖加快，且脂質被氧化和其他感官參數改變，但通過涂抹殼聚糖的樣品理化特性和微生物指標卻基本維持不變，同時還對金黃色葡萄球菌、蠟樣芽孢球菌、假單胞菌和大腸桿菌等有顯著的作用。Bazargani-Gilani[31](2015)等在傳統冷凍雞保鮮方法基礎上，用含有野薔薇精油的殼聚糖涂膜與石榴液結合，對冷凍雞進行浸漬后包裝，試驗結果顯示，當冷凍雞貯存至20d時，與對照組樣本比較，總活菌數、假單胞菌、乳酸菌、腸桿菌等含量均顯著降低，同時雞肉的脂質和蛋白質的氧化程度也減少。劉娜[32](2017)等研究表明，用殼聚糖和馬尾藻酸鈉制成復合保鮮膜，可有效幫助腌臘肉制品的保鮮，從而延長保質期。楊洵[33](2020)等研究發現脂肪二酯(DG)和殼聚糖(CTS)都具備控制大腸桿菌和金黃色葡萄球菌的功能，在抗菌功能層面，聯合使用均優于單獨添加，將脂肪二酯和殼聚糖混合后，按照10%的比例加入到牛肉糜中，就能夠有效控制pH值、細菌增殖速度以及脂質氧化的功能，延長牛肉糜的保鮮期。

2.2 蜂膠抑菌機制及其在肉制品的應用

蜂膠是由蜜蜂在植物樹上的花蕾和樹干中收集的樹脂，再加上蜜蜂分泌物和蜂蠟所制作而成。在《中國藥典》中廣泛用于治療各種疾病[34，35]。蜂膠起到抗氧化和抗菌效果的主要成份則為芳香酸、酯型和類黃酮。蜂膠對于預防食物中功能性成份的氧化褐變，有著相當積極功效[36]。蜂膠對革蘭氏陽性菌的抑菌能力明顯大于革蘭氏陰性菌，并對沙門氏菌、金黃色葡萄球菌、腸道球菌、鏈球蟲、枯草芽孢桿菌等有優良的抵抗力[37，38]。蜂膠提高了細菌細胞壁和細胞膜之間的滲透性，使細菌內物質外流，并破壞細菌中正常新陳代謝的物質，從而達到了抑菌作用[39]。此外，蜂膠還是一個優秀的成膜劑，能夠噴灑于蔬菜表層生成膜，防止細菌的侵襲，具有殺菌劑的功效[40]。

徐世明[41](2011)等對西式火腿進行了蜂膠抗菌試驗，通過16S r RNA基因序列對脹袋西式火腿中優勢腐敗菌進行分離鑒定，得出菌種有枯草芽孢桿菌、短小芽孢桿菌和生孢梭狀芽孢桿菌，研究發現枯草芽孢桿菌最低抑菌含量0.1g/100mL，短小芽孢桿菌最低抑菌含量0.2g/100mL，生孢梭狀芽孢桿菌最低抑菌含量0.3g/100mL，菌株混合液最低抑菌含量0.2g/100mL。張正強[42](2009)研究了蜂膠乙醇和超臨界流體提取物對4℃真空包裝冷藏牛肉上的5種典型肉類污染的混合微生物的抗菌作用試驗。結果表明，抑菌效果隨著蜂膠提取液含量的增加而上升，并且這2種蜂膠提取物對革蘭氏陽性菌有良好的抑菌功效。

2.3 魚精蛋白抑菌機制及其在肉制品的應用

魚精蛋白是在成熟精巢中的含高精氨酸的強堿性蛋白質，魚精蛋白在中性和堿性介質中顯示出很強的抑菌能力，并有較高的熱穩定性[43]，同時抑菌范圍較廣，對芽孢桿菌、乳酸菌、霉菌和革蘭氏陽性菌均具有較強的抑制作用[44]。王南舟[45](2000)等研究發現，魚精蛋白可與細胞膜中某些涉及營養運輸或生物合成系統的蛋白質作用，使這些蛋白質的功能受損，進而抑制細胞的新陳代謝從而使細胞死亡。

王陸玲[46](2007)等研究發現，1%山梨酸鉀與1%魚精蛋白混合后對香腸中的腐敗微生物抑制作用最佳。在魚糕制品方面，何小維[47](2005)等研究了魚精蛋白延長魚糜制品的保質期實驗，當魚精蛋白的添加量分別為1%和0.4%時，魚糜制品在12℃下有效保存期分別為8d和2d。相對于其他天然防腐劑而言，魚精蛋白價格比較昂貴，應用在肉制品方面較少，目前主要研究魚精蛋白的制備及將其制成納米膠囊等方面。

3 微生物源食品天然防腐劑

微生物天然防腐劑的來源很廣,細菌、防線菌、酵母菌、霉菌在生長繁殖過程中都能產生抑菌物質,但全國食品添加劑標準化技術委員會批準使用的微生物防腐劑只有乳酸鏈球菌素和納他霉素,它們分別被50多個國家批準使用。

3.1 乳酸鏈球菌素抑菌機制及其在肉制品的應用

乳酸鏈球菌素是在乳酸菌發酵液中生成的多肽類菌素，易溶于酸性溶液、不易被細菌分解，且完全無毒[48]。乳酸鏈球菌素對革蘭氏陽性菌作用較佳，主要作用是引起細胞損傷，細胞內容物大量滲出，更嚴重會導致細菌溶解。然而對孢子最大的影響就是在萌發初期損傷了細胞膜，在孢子擴張階段時就抑制萌發過程[49]。除此之外，當乳酸鏈球菌素經過腸道時，腸道內的蛋白質水解酶將其水解，它的活性迅速下降，所以不會改變腸道中正常菌群的存活。研究表明，乳酸鏈球菌素對青霉素和鏈霉素等其他抗生素并不會產生交叉耐藥性，也不能誘導微生物對上述抗生素的產生耐藥性[50]。

在食物中加入乳酸鏈球菌素并不會對食物的外觀產生不良影響[51，52]，因此廣泛用于肉類加工。劉欣[53](2019)等以桶子雞為樣本，結果表明通過使用不同的含量乳酸鏈球菌素處理桶子雞，抑制微生物的生長繁殖和揮發性鹽基氮的增加，從而延長桶子雞的貨架期。當常溫儲存時，含量為0.03%的乳酸鏈球菌素的防腐效果最佳，此時桶子雞可貯藏8d。王吰[54](2009)等研究發現乳酸鏈球菌素在0.03～0.06g/L的質量濃度內，能夠起到加強冷鮮肉貨架時間的作用。將豬肉浸漬在質量濃度為0.05g/L的乳酸鏈球菌保鮮液中，其保鮮效果最好，能夠延長保質期6d，相當于質量濃度為0.05g/L山梨酸鉀溶液的保鮮作用。

3.2 溶菌酶抑菌機制及其在肉制品的應用

溶菌酶是由一個或多個氨基酸構成的堿性球蛋白，屬糖苷水解酶，可以降解多種有害微生物的細菌壁，廣泛分布在動物、植物和微生物，特別是在生雞蛋清中[55]。溶菌酶也因為具有陽離子和疏水性的特點，所以能夠透過脂質單層，提高其表面張力，產生孔洞，從而改變細胞膜的透明度并破壞磷脂分子結構，最終達到抑菌的作用[56]。

Gill[57](2000)將溶菌酶、乳酸鏈球菌素和EDTA使用在火腿和臘腸上，并深入研究了其對病原菌生長的作用。研究表明，當溶菌酶與乳酸鏈球菌素的配比為1∶3時，可顯著抑制熱殺索絲菌、腸膜明串珠菌等細菌的生長。尹秀蓮[58](2016)等分別采用了溶菌酶、殼聚糖和生姜液用作冷鮮雞的防腐劑，可看出溶菌酶對冷鮮雞的防腐效果最佳。溶菌酶不但專一性較好，還對某些細菌有抑菌作用，并且作為安全高效的防腐劑已普遍應用于奶制品、肉類、水產品等食物中。據朱雪蕊[59](2017)研究發現將0.10%的溶菌酶、1.0%的茶多酚、0.03%的聚賴氨酸復配后添加到紅腸中，可延長紅腸貯藏期達90d以上。

3.3 納他霉素抑菌機制及其在肉制品的應用

納他霉素是多烯烴類的抗菌的物質，可以直接與甾醇類物質作用，且親和力極高，因此對真菌生長有強烈的抑制作用。而納他霉素抗菌原理是因為它能和細胞膜上的甾醇物質反應，引起細胞膜褶皺或破裂，進而導致細胞內容物的泄漏和細胞死亡[60]。劉紅梅[61](2012)研究表明，大多數霉菌在納他霉素含量為0.5～6.0mg/kg下能被有效抑制；少數霉菌在納他霉素為10～25mg/kg下才能被有效抑制；大多數酵母在納他霉素含量為1.0～5.0mg/kg下被有效抑制。對某些微生物如細菌來說，由于它的細胞壁和細胞膜缺乏甾醇物質，所以納他霉素對大多數的霉菌和酵母菌均有抑制作用，但是對細菌、病毒等其他微生物沒有抑制作用。

納他霉素通常采用浸漬或涂抹方式方法對肉類產品進行保鮮防腐，從而延長產品的保質期[62]。李春保[63](2011)等研究發現，浸泡在不同質量濃度納他霉素溶液中的雞肉，保存8d后，雞肉的TBA值遠低于對照組，表明了納他霉素抑菌效果良好。杜艷[64](2005)等研究表明，與對照組比較，選用0.02%納他霉素、0.01%乳酸鏈球菌素、1%乳酸、3%食用明膠復配制成涂膜液，涂抹在低鹽金華火腿的表面上，其菌落總數和霉菌總數遠低于對照組，得出復配液的殺菌效果顯著。

3.4 ε-聚賴氨酸抑菌機制及其在肉制品的應用

ε-聚賴氨酸(ε-PL)具廣譜抑菌作用。研究表明，ε-PL對細菌、酵母菌屬、霉菌等均有顯著的抑菌作用[65]。ε-聚賴氨酸通過以下3種途徑進行抑菌。

(1)破壞細胞膜完整性。王梓源[66](2020)等研究發現ε-PL攻擊細菌細胞膜，引起菌體胞內物質大量滲出，導致菌體細胞死亡。

(2)破壞蛋白質合成系統，使細菌不能合成蛋白質和酶，因缺乏相關酶和蛋白質，使細菌生長受到抑制，從而降低細菌存活率。

(3)誘導細胞內活性氧化(ROS)的細胞凋亡。胡思嘉[67](2022)等研究得到ε-PL會促使酵母細胞中ROS的堆積以及DNA片段化，最終引發菌體死亡。目前廣泛接受的是毛氈毯模型研究，即膜攻擊理論，并且這種對細胞膜的作用是物理行為[68]。ε-PL結合細胞膜中的磷脂頭基，引起負曲率折疊的形成，損傷細胞膜，進而引發細胞死亡。

孟岳成[69](2021)等研究發現TPP/ε-PL復合處理的豬肉香腸，可以抑制大腸桿菌、金黃色葡萄球菌的生長。游慶紅[70](2017)等研究發現將0.20%茶多酚、0.07%Nisin，0.04%ε-PL制成復配溶液后，涂抹在冷鮮雞肉，減緩TVB-N、pH和CFU升高，貯藏時間可延長至12d。徐梅[71](2016)等研究表明，在鹽焗雞中加入ε-PL后，菌落數量明顯低于空白組，說明ε-PL可抑制肉類中微生物的生長繁殖。張盼[72](2020)等研究表明，將4mg/mL的ε-聚賴氨酸添加到殼聚糖-普魯蘭多糖可食性復合抗菌保鮮膜，其具有顯著的抑菌作用。將抗菌保鮮膜用于牛肉貯藏及保鮮，可以有效的延緩其腐敗速率，維持牛肉良好的品質，并延長貨架期。該可食性的新型復合抗菌保鮮膜健康且可降解，因此有著廣闊的發展前景。

4 總結與展望

從目前研究來看，天然防腐劑主要是破壞菌體的細胞壁或細胞膜，抑制細胞的新陳代謝從而導致細胞死亡。另外，與單一天然防腐劑相比較，復配防腐劑的抑菌效果較佳，甚至可將幾種保鮮技術相結合運用，抑制微生物的增殖，改善肉類品質和防腐保鮮。與傳統化學防腐劑比較，天然防腐劑雖然在自然、安全、衛生、無副作用等幾個方面都有著強大的優勢，但是將天然防腐劑進行商業化應用卻有許多困難，主要問題就是制造成本偏高。這是因為天然抗菌成分獲取量很少，需要大量的原材料來提取和人力資源的投資。隨著科技不斷進步，以及人們對食品健康的關注，天然食品防腐劑必將會取代化學合成防腐劑；同時結合現有的防腐與保鮮技術協同應用，研究出更加高效的天然防腐劑，并應用到大規模的生產中，讓消費者安心，放心享受美味肉品。