天然防腐剂在肉制品中的保鲜和抑菌效果及其应用研究进展

黄伟英 陈海光* 刘巧瑜 关玉凤 王小玉

1.仲恺农业工程学院轻工食品学院 广东广州 510225 2.广东省岭南特色食品科学与技术重点实验室 广东广州 510225 3.农业农村部岭南特色食品绿色加工与智能制造重点实验室 广东广州 510225 4.现代农业工程创新研究院 广东广州 510225 5.拱北海关技术中心 广东珠海 519015

食物腐败变质是细菌分解食物中营养物质的过程，如蛋白质、碳水化合物和脂类等，因此食物腐败变质会直接影响食品质量和消费者身体健康。然而防腐剂广泛用于食品的加工工艺，以保持食品的质量并延长其保质期[1]。肉制品在生产、包装、贮藏、运输和销售过程中易被微生物的污染，从而导致其腐败变质。因此，选择合适、安全、高效的防腐剂是肉制品生产的重要环节[2]。随着人们日常生活和健康水平提升，“绿色”和“天然”的概念已经深入人心，化学防腐剂又称人工防腐剂，若使用不当极易导致食物中毒或者致癌等，而天然防腐剂则由于具有自然健康、安全无毒、使用范围广等优点，因此天然防腐剂有很好的发展前景。根据天然防腐剂的来源不同，可以分为三大类，分别是：

植物源天然防腐剂、动物源天然防腐剂、微生物源天然防腐剂。

国内外对植物源食品天然防腐剂的研究异常活跃，究其原因是自然界的天然植物中存在许多具有抗菌作用的生理活性物质。最近许多研究人员报道，许多植物的提取物如银杏叶提取物，肉桂提取物,丁香提取物，迷迭香提取物，红曲提取物，甘椒提取物，辣椒提取物有很强的杀菌作用，可作为天然防腐剂。

1.1 香辛料提取物抑菌机制及其在肉制品的应用

根据目前对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，含量不尽相同，抗菌物质的作用机制一般为：破坏细胞壁；
影响蛋白质的形成；
增加细胞膜的通透性；
抑制一些酶的活性[3]。抗菌成分主要包括洋葱、辣椒素等酚类，以及亚硫酸二烃基、不饱和醛等物质[4]。

研究表明，肉桂提取物抗菌范围广，抑菌作用强，能有效抑制黑曲霉、大肠杆菌、酿酒酵母等。李凯[5](2021)研究发现山梨酸钾与肉桂提取物复配可增强肉鸡的抗菌活性。张根生[6](2017)等研究表明花椒粉具有抑制菌落总数增加，促进乳酸菌生长的功效，然而对葡萄球菌、微球菌和酵母菌起到先促进后抑制的作用。王丹苗[7](2014)等研究表明石榴皮提炼物有显著的抗菌效果，对肠道球菌和金黄色葡萄球菌的最低抗菌剂量分别为0.50、0.25mg/mL。

1.2 中草药提取物抑菌机制及其在肉制品的应用

中草药来源丰富多样，并且中草药抗菌的作用机理很多，通常包括了以下三种途径。

(1)控制菌丝发育和芽孢的产生。刘莹[8](2009)等研究分析了厚朴乙酸丙烯浸提法液对人参深色斑细菌、紫草白霉细菌、五味子根腐病细菌等抑制作用后，认为其抑菌作用主要是抑制了菌丝的发育、抑制芽孢产生。

(2)干扰病原菌的细胞组织，危害细菌膜的透过性和蛋白质结构。Nakamura[9](2004)等认为丁香罗勒精油是通过增加细胞壁的厚度，并同时损害其内部结构来起到抑菌作用。

(3)直接影响病原菌的代谢并控制其吸氧功能。Bhupinder PS Khambay[10](2003)等认为从蒲包草属植株中提炼的萘醌类化合物BTG505可抑制病原菌线粒体细胞色素C氧化还原酶。目前，中草药在肉制品抗菌领域的应用也已获得了成果，胥忠生[11](2010)等试验了杜仲叶提取物对猪肉产品中的抗菌作用，结果显示杜仲叶提取物有较高的抗菌活性。黄连、丁香、五倍子、石榴皮等20种中草药对牛羊肉表面的细菌有抑制能力，研究发现丁香和五倍子两种中草药对牛羊肉表面细菌的抑菌能力较佳，且安全、无毒、无副作用、实用价值高。Maryam Shahrezaee[13](2018)等将芦荟胶粉用于加工鸡块的保质期，研究表明它对鸡快中的沙门氏菌和大肠杆菌都有一定抑制作用。Zhang[14](2017)等实验结果表明，玫瑰提取物中的玫瑰多酚通过增加了乳酸菌的繁殖速度和丰富度，可以控制腐败细菌的繁殖，从而改善了发酵香肠的稳定性。目前，这种中药材的抑菌作用并没有获得广泛应用，但作为中药材的国家一大珍宝，今后必将获得更加充分的利用。

1.3 茶多酚抑菌机制及其在肉制品的应用

很多细菌附着于肉类的表层，这些细菌不但会促使肉类的腐败变质，而且会影响人类身体健康。早在一百多年前，茶多酚的抗菌活性就已被证明了，它对细胞生长的抑制作用成分主要是由于儿茶素，它降低了细胞渗透压，影响了细胞形态，并破坏细胞膜，从而引起了细菌生长成分渗漏，起到抑菌剂的功效[15，16]。Yi Shumin[17，18](2010,2014)等分析了茶多酚对铜绿假单胞菌和黏质沙雷氏菌的作用，证明茶多酚能够增强腐败菌细胞膜的透过性。陈星卉[19](2017)分析表明ECG(表儿茶素没食子酸酯)的杀菌原理主要是改善了微生物细胞膜的透过性，但损坏了细胞膜的整体性，从而使得小分子污染物更易于透过细胞膜。Kim[20](2014)等研究发现，EGCG(表没食子儿茶素没食子酸酯)能够通过直接作用于细菌细胞壁上的蛋白质，通过控制信号转导通道、细胞转录作用、调节线粒体功能，以及抑制病菌自噬等多种有益的生理学功能。同时茶多酚还能够和周围环境中的蛋白质紧密结合，干扰病菌机体对蛋白质的使用[21]。

茶多酚广泛用于肉制品的保鲜，其用途为将不同含量的茶多酚，或者茶多酚和其他抑菌剂混用，从而延长肉制品的货架期。朱雪蕊[22](2017)等研究了溶菌酶、茶多酚、聚赖氨酸等对低温红肠贮存期限的影响，研究表明将0.1%溶菌酶+1.0%茶多酚+0.03%聚赖氨酸先复配，然后添加到红肠中，贮藏期可达到90d以上。李娜[23](2018)等采用正交实验方法研究了鸡丁的保鲜技术方案，并发现将0.05% Nisin、4.00%乳酸钠、0.02%茶多酚、0.01%纳他霉素混合，配制成混合溶液，喷淋在鸡丁表面上，鸡丁的货架期可延长15d。孙军涛[24](2019)等将茶多酚、葡萄籽提取物、番茄红素和生育酚等制备成复配防腐剂加入到香肠中，将其复配防腐剂与亚硝酸盐相比，复配防腐剂有效性显著高于亚硝酸盐，而且与对照组相比，显著改善了香肠的品质。由此可见茶多酚作为天然防腐剂将广泛用于肉及肉制品中。

自然界动物中存在许多生理活性物质，具有抗菌作用，从动物体内提取出来的抗菌物质被称为动物源天然防腐剂，具有抗菌性强，安全无毒，水溶性好，热稳定性好，作用范围广等。常用的主要包括：壳聚糖、蜂胶、鱼精蛋白等。

2.1 壳聚糖抑菌机制及其在肉制品的应用

壳聚糖是由氨基葡萄糖和N-乙酰氨基葡萄糖通过β-1,4-糖苷键连接起来的长链大分子材料或多聚体，有优异的抗菌作用[25]，其抑菌机理分3种[26，27]：第一，小分子壳聚糖通过改善对细菌的渗透性，进而渗入革兰氏阴性菌细胞中，并吸附于带负电性的细菌胞浆，从而产生细胞絮凝反应，影响细菌正常的生物活力，进而杀灭细菌，从而达到抑菌作用[28]；
第二，较大分子物质的壳聚糖直接吸附于革兰氏阳性菌细胞表层，因而产生大分子物质层，以阻挡营养物质的传移；
第三，当壳聚糖达到高浓度时，也会诱导几丁质蛋白酶，即激发或过度表达某些细菌本身的几丁质蛋白酶活力，致使其降解微生物的自身细胞壁几丁质，细胞壁遭到破坏，细菌被杀灭，从而达到抑菌作用[29]。

家禽类肉制品也是目前世界上消费量最高的肉食之一，主要包括鸡、片皮鸭、鹅肉类肉制品。近些年来，有关技术人员通过壳聚糖的抗菌功能对肉类的长期保鲜问题开展了较深入的探索。如Kanatt[30](2013)等首先探讨了壳聚糖涂料对冷冻鸡肉类产品保质期的作用，实验结果显示，虽然在贮存过程中对照样本的细菌繁殖加快，且脂质被氧化和其他感官参数改变，但通过涂抹壳聚糖的样品理化特性和微生物指标却基本维持不变，同时还对金黄色葡萄球菌、蜡样芽孢球菌、假单胞菌和大肠杆菌等有显著的作用。Bazargani-Gilani[31](2015)等在传统冷冻鸡保鲜方法基础上，用含有野蔷薇精油的壳聚糖涂膜与石榴液结合，对冷冻鸡进行浸渍后包装，试验结果显示，当冷冻鸡贮存至20d时，与对照组样本比较，总活菌数、假单胞菌、乳酸菌、肠杆菌等含量均显著降低，同时鸡肉的脂质和蛋白质的氧化程度也减少。刘娜[32](2017)等研究表明，用壳聚糖和马尾藻酸钠制成复合保鲜膜，可有效帮助腌腊肉制品的保鲜，从而延长保质期。杨洵[33](2020)等研究发现脂肪二酯(DG)和壳聚糖(CTS)都具备控制大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的功能，在抗菌功能层面，联合使用均优于单独添加，将脂肪二酯和壳聚糖混合后，按照10%的比例加入到牛肉糜中，就能够有效控制pH值、细菌增殖速度以及脂质氧化的功能，延长牛肉糜的保鲜期。

2.2 蜂胶抑菌机制及其在肉制品的应用

蜂胶是由蜜蜂在植物树上的花蕾和树干中收集的树脂，再加上蜜蜂分泌物和蜂蜡所制作而成。在《中国药典》中广泛用于治疗各种疾病[34，35]。蜂胶起到抗氧化和抗菌效果的主要成份则为芳香酸、酯型和类黄酮。蜂胶对于预防食物中功能性成份的氧化褐变，有着相当积极功效[36]。蜂胶对革兰氏阳性菌的抑菌能力明显大于革兰氏阴性菌，并对沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、肠道球菌、链球虫、枯草芽孢杆菌等有优良的抵抗力[37，38]。蜂胶提高了细菌细胞壁和细胞膜之间的渗透性，使细菌内物质外流，并破坏细菌中正常新陈代谢的物质，从而达到了抑菌作用[39]。此外，蜂胶还是一个优秀的成膜剂，能够喷洒于蔬菜表层生成膜，防止细菌的侵袭，具有杀菌剂的功效[40]。

徐世明[41](2011)等对西式火腿进行了蜂胶抗菌试验，通过16S r RNA基因序列对胀袋西式火腿中优势腐败菌进行分离鉴定，得出菌种有枯草芽孢杆菌、短小芽孢杆菌和生孢梭状芽孢杆菌，研究发现枯草芽孢杆菌最低抑菌含量0.1g/100mL，短小芽孢杆菌最低抑菌含量0.2g/100mL，生孢梭状芽孢杆菌最低抑菌含量0.3g/100mL，菌株混合液最低抑菌含量0.2g/100mL。张正强[42](2009)研究了蜂胶乙醇和超临界流体提取物对4℃真空包装冷藏牛肉上的5种典型肉类污染的混合微生物的抗菌作用试验。结果表明，抑菌效果随着蜂胶提取液含量的增加而上升，并且这2种蜂胶提取物对革兰氏阳性菌有良好的抑菌功效。

2.3 鱼精蛋白抑菌机制及其在肉制品的应用

鱼精蛋白是在成熟精巢中的含高精氨酸的强碱性蛋白质，鱼精蛋白在中性和碱性介质中显示出很强的抑菌能力，并有较高的热稳定性[43]，同时抑菌范围较广，对芽孢杆菌、乳酸菌、霉菌和革兰氏阳性菌均具有较强的抑制作用[44]。王南舟[45](2000)等研究发现，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从而使细胞死亡。

王陆玲[46](2007)等研究发现，1%山梨酸钾与1%鱼精蛋白混合后对香肠中的腐败微生物抑制作用最佳。在鱼糕制品方面，何小维[47](2005)等研究了鱼精蛋白延长鱼糜制品的保质期实验，当鱼精蛋白的添加量分别为1%和0.4%时，鱼糜制品在12℃下有效保存期分别为8d和2d。相对于其他天然防腐剂而言，鱼精蛋白价格比较昂贵，应用在肉制品方面较少，目前主要研究鱼精蛋白的制备及将其制成纳米胶囊等方面。

微生物天然防腐剂的来源很广,细菌、防线菌、酵母菌、霉菌在生长繁殖过程中都能产生抑菌物质,但全国食品添加剂标准化技术委员会批准使用的微生物防腐剂只有乳酸链球菌素和纳他霉素,它们分别被50多个国家批准使用。

3.1 乳酸链球菌素抑菌机制及其在肉制品的应用

乳酸链球菌素是在乳酸菌发酵液中生成的多肽类菌素，易溶于酸性溶液、不易被细菌分解，且完全无毒[48]。乳酸链球菌素对革兰氏阳性菌作用较佳，主要作用是引起细胞损伤，细胞内容物大量渗出，更严重会导致细菌溶解。然而对孢子最大的影响就是在萌发初期损伤了细胞膜，在孢子扩张阶段时就抑制萌发过程[49]。除此之外，当乳酸链球菌素经过肠道时，肠道内的蛋白质水解酶将其水解，它的活性迅速下降，所以不会改变肠道中正常菌群的存活。研究表明，乳酸链球菌素对青霉素和链霉素等其他抗生素并不会产生交叉耐药性，也不能诱导微生物对上述抗生素的产生耐药性[50]。

在食物中加入乳酸链球菌素并不会对食物的外观产生不良影响[51，52]，因此广泛用于肉类加工。刘欣[53](2019)等以桶子鸡为样本，结果表明通过使用不同的含量乳酸链球菌素处理桶子鸡，抑制微生物的生长繁殖和挥发性盐基氮的增加，从而延长桶子鸡的货架期。当常温储存时，含量为0.03%的乳酸链球菌素的防腐效果最佳，此时桶子鸡可贮藏8d。王吰[54](2009)等研究发现乳酸链球菌素在0.03～0.06g/L的质量浓度内，能够起到加强冷鲜肉货架时间的作用。将猪肉浸渍在质量浓度为0.05g/L的乳酸链球菌保鲜液中，其保鲜效果最好，能够延长保质期6d，相当于质量浓度为0.05g/L山梨酸钾溶液的保鲜作用。

3.2 溶菌酶抑菌机制及其在肉制品的应用

溶菌酶是由一个或多个氨基酸构成的碱性球蛋白，属糖苷水解酶，可以降解多种有害微生物的细菌壁，广泛分布在动物、植物和微生物，特别是在生鸡蛋清中[55]。溶菌酶也因为具有阳离子和疏水性的特点，所以能够透过脂质单层，提高其表面张力，产生孔洞，从而改变细胞膜的透明度并破坏磷脂分子结构，最终达到抑菌的作用[56]。

Gill[57](2000)将溶菌酶、乳酸链球菌素和EDTA使用在火腿和腊肠上，并深入研究了其对病原菌生长的作用。研究表明，当溶菌酶与乳酸链球菌素的配比为1∶3时，可显著抑制热杀索丝菌、肠膜明串珠菌等细菌的生长。尹秀莲[58](2016)等分别采用了溶菌酶、壳聚糖和生姜液用作冷鲜鸡的防腐剂，可看出溶菌酶对冷鲜鸡的防腐效果最佳。溶菌酶不但专一性较好，还对某些细菌有抑菌作用，并且作为安全高效的防腐剂已普遍应用于奶制品、肉类、水产品等食物中。据朱雪蕊[59](2017)研究发现将0.10%的溶菌酶、1.0%的茶多酚、0.03%的聚赖氨酸复配后添加到红肠中，可延长红肠贮藏期达90d以上。

3.3 纳他霉素抑菌机制及其在肉制品的应用

纳他霉素是多烯烃类的抗菌的物质，可以直接与甾醇类物质作用，且亲和力极高，因此对真菌生长有强烈的抑制作用。而纳他霉素抗菌原理是因为它能和细胞膜上的甾醇物质反应，引起细胞膜褶皱或破裂，进而导致细胞内容物的泄漏和细胞死亡[60]。刘红梅[61](2012)研究表明，大多数霉菌在纳他霉素含量为0.5～6.0mg/kg下能被有效抑制；
少数霉菌在纳他霉素为10～25mg/kg下才能被有效抑制；
大多数酵母在纳他霉素含量为1.0～5.0mg/kg下被有效抑制。对某些微生物如细菌来说，由于它的细胞壁和细胞膜缺乏甾醇物质，所以纳他霉素对大多数的霉菌和酵母菌均有抑制作用，但是对细菌、病毒等其他微生物没有抑制作用。

纳他霉素通常采用浸渍或涂抹方式方法对肉类产品进行保鲜防腐，从而延长产品的保质期[62]。李春保[63](2011)等研究发现，浸泡在不同质量浓度纳他霉素溶液中的鸡肉，保存8d后，鸡肉的TBA值远低于对照组，表明了纳他霉素抑菌效果良好。杜艳[64](2005)等研究表明，与对照组比较，选用0.02%纳他霉素、0.01%乳酸链球菌素、1%乳酸、3%食用明胶复配制成涂膜液，涂抹在低盐金华火腿的表面上，其菌落总数和霉菌总数远低于对照组，得出复配液的杀菌效果显著。

3.4 ε-聚赖氨酸抑菌机制及其在肉制品的应用

ε-聚赖氨酸(ε-PL)具广谱抑菌作用。研究表明，ε-PL对细菌、酵母菌属、霉菌等均有显著的抑菌作用[65]。ε-聚赖氨酸通过以下3种途径进行抑菌。

(1)破坏细胞膜完整性。王梓源[66](2020)等研究发现ε-PL攻击细菌细胞膜，引起菌体胞内物质大量渗出，导致菌体细胞死亡。

(2)破坏蛋白质合成系统，使细菌不能合成蛋白质和酶，因缺乏相关酶和蛋白质，使细菌生长受到抑制，从而降低细菌存活率。

(3)诱导细胞内活性氧化(ROS)的细胞凋亡。胡思嘉[67](2022)等研究得到ε-PL会促使酵母细胞中ROS的堆积以及DNA片段化，最终引发菌体死亡。目前广泛接受的是毛毡毯模型研究，即膜攻击理论，并且这种对细胞膜的作用是物理行为[68]。ε-PL结合细胞膜中的磷脂头基，引起负曲率折叠的形成，损伤细胞膜，进而引发细胞死亡。

孟岳成[69](2021)等研究发现TPP/ε-PL复合处理的猪肉香肠，可以抑制大肠杆菌、金黄色葡萄球菌的生长。游庆红[70](2017)等研究发现将0.20%茶多酚、0.07%Nisin，0.04%ε-PL制成复配溶液后，涂抹在冷鲜鸡肉，减缓TVB-N、pH和CFU升高，贮藏时间可延长至12d。徐梅[71](2016)等研究表明，在盐焗鸡中加入ε-PL后，菌落数量明显低于空白组，说明ε-PL可抑制肉类中微生物的生长繁殖。张盼[72](2020)等研究表明，将4mg/mL的ε-聚赖氨酸添加到壳聚糖-普鲁兰多糖可食性复合抗菌保鲜膜，其具有显著的抑菌作用。将抗菌保鲜膜用于牛肉贮藏及保鲜，可以有效的延缓其腐败速率，维持牛肉良好的品质，并延长货架期。该可食性的新型复合抗菌保鲜膜健康且可降解，因此有着广阔的发展前景。

从目前研究来看，天然防腐剂主要是破坏菌体的细胞壁或细胞膜，抑制细胞的新陈代谢从而导致细胞死亡。另外，与单一天然防腐剂相比较，复配防腐剂的抑菌效果较佳，甚至可将几种保鲜技术相结合运用，抑制微生物的增殖，改善肉类品质和防腐保鲜。与传统化学防腐剂比较，天然防腐剂虽然在自然、安全、卫生、无副作用等几个方面都有着强大的优势，但是将天然防腐剂进行商业化应用却有许多困难，主要问题就是制造成本偏高。这是因为天然抗菌成分获取量很少，需要大量的原材料来提取和人力资源的投资。随着科技不断进步，以及人们对食品健康的关注，天然食品防腐剂必将会取代化学合成防腐剂；
同时结合现有的防腐与保鲜技术协同应用，研究出更加高效的天然防腐剂，并应用到大规模的生产中，让消费者安心，放心享受美味肉品。