Konserveringsmiddel er et vigtigt fødevaretilsætningsstof, der kan forhindre mad i at rådne og forringes, sikre fødevarekvalitet og forlænge fødevarernes holdbarhed. Med forbedringen af levestandarden er forbrugerne mere og mere på jagt efter nærende, tilsætningsstoffri, grøn, sikker og lang holdbarhed mad, på grund af mikrobiel aktivitet og oxidation og andre roller, mad er let at korruption og forringelse; og hvis man ved et uheld spiser udløbet eller forringet mad, kan det også forårsage madforgiftning, så opbevaring af mad har brug for en effektiv konserveringsmetode. Ud over traditionelle konserveringsmetoder som køling, frysning, saltning og tørring kan konserverende tilsætningsstoffer også forlænge fødevarernes holdbarhed.

Naturlige konserveringsmidler er mere udbredte i fødevarer end kemisk fremstillede konserveringsmidler, fordi de stammer fra naturlige ressourcer og har sikre, grønne og effektive konserveringsegenskaber, og derfor er betydningen af naturlige konserveringsmidler stigende. Der er blevet forsket i anvendelsen af naturlige konserveringsmidler i fødevarer, og nye naturlige konserveringsmidler er ved at blive udforsket.

Denne artikel fokuserer på tre typer naturlige konserveringsmidler: plantekonserveringsmidler, dyrekonserveringsmidler og mikrobielle konserveringsmidler samt deres respektive funktioner og anvendelser i fødevarer.

Forskningsstatus for naturlige fødevarekonserveringsmidler

Naturlige konserveringsmidler er en klasse af funktionelle stoffer med antimikrobielle og antiseptiske virkninger, der er isoleret og udvundet af planter, dyr og mikroorganismer eller deres metabolitter, og som er mere sikre end kemiske konserveringsmidler.

I fødevareindustrien tilsættes der ofte konserveringsmidler for at reducere tab, forbedre kvaliteten og forlænge holdbarheden. I øjeblikket er almindeligt anvendte konserveringsmidler hovedsageligt naturlige konserveringsmidler og kemiske konserveringsmidler, kemiske konserveringsmidler omfatter hovedsageligt sorbater, nitritter og benzoater osv. Selv om disse konserveringsmidler har været i brug i mange år, er folks bekymring for sikkerheden ved disse konserveringsmidler aldrig blevet mindre, og de fleste af de kemiske konserveringsmidler udgør stadig en potentiel risiko for menneskers sundhed.

Mamur et al. fandt, at natriumsorbat var genotoksisk for humane perifere blodlymfocytter; forskerne fandt også, at når disse konserveringsmidler bruges sammen, kan de have negative virkninger på menneskers sundhed. Binstok et al. rapporterede, at den kombinerede brug af sorbat og nitrit i kødprodukter bør minimeres på grund af risikoen for dannelse af mutagene forbindelser.

Brugen af kemiske konserveringsmidler til konservering af fødevarer kan medføre visse farer for menneskers sundhed og miljøet, mens naturlige konserveringsmidler har den fordel, at de har et lavt indhold af toksiner, er lugtfri, sikre og meget effektive, hvilket ikke kun er uskadeligt for mennesker, men også har en vis næringsværdi; derfor er brugen af naturlige konserveringsmidler mere sikker for mennesker og miljø. Derfor har naturlige fødevarekonserveringsmidler fået stor opmærksomhed i fødevareindustrien og kræver yderligere forskning og omfattende udvikling.

Kilder og anvendelser af naturlige konserveringsmidler

Naturlige fødevarekonserveringsmidler har fordelene ved stærke antimikrobielle egenskaber, høj sikkerhed og god termisk stabilitet osv. I henhold til deres kilder kan de kategoriseres i plantekonserveringsmidler, dyrekonserveringsmidler og mikrobielle konserveringsmidler. På grund af de forskellige kilder til forskellige naturlige konserveringsmidler er deres sammensætninger og strukturelle egenskaber forskellige, og deres anvendelser i fødevarer er også forskellige. I det følgende introduceres henholdsvis disse tre slags naturlige konserveringsmidler til fødevarer.

1. Plantekonserveringsmidler

Plantekonserveringsmidler stammer for det meste fra planteekstrakter, som f.eks. visse naturlige urter og krydderier og æteriske olier. På grund af deres unikke smag og antibakterielle og antiseptiske virkninger har planteekstrakter og æteriske olier længe været brugt som konserveringsmidler i fødevarer, smagsstoffer og medicinske præparater.

1) Planteekstrakter
Planteekstrakter udvindes normalt fra rødder, stængler, blade, blomster, frugter, bark og andre dele af planter. Nogle ekstrakter har stærke smagsstoffer, som kan give sensorisk ubehag ved høje koncentrationer, så brugen af deres koncentrationer bør begrænses. Kvalitative og kvantitative ændringer i indholdet af biologisk aktive fytokemikalier i planteekstrakter fører til ændringer i deres effektivitet, og disse fytokemikalier påvirker også fødevarernes mikrobielle indhold, tekstur og smag. På grund af deres specifikke fytokemiske sammensætning har planteekstrakter en vis antimikrobiel aktivitet, og dem, der er fremstillet af urter, krydderier, grøntsager og frugter, har antimikrobielle virkninger mod bakterier, gær og skimmelsvampe. Undersøgelser har vist, at planteekstrakter er meget effektive til at kontrollere væksten af fødevarebårne patogene bakterier.

Planteekstrakter er rige på naturlige antioxidanter, som spiller en vigtig rolle i fødevarer. Antioxidanter er tilsætningsstoffer, der kan forsinke eller forhindre harskning af fødevarer på grund af oxidation og kan forlænge fødevarernes holdbarhed. De fleste plantebaserede antioxidanter har en beskyttende virkning, der ligner den, som butylhydroxyanisol (BHA) og butylhydroxytoluen (BHT) har, og en lang række grøntsager og frugter kan betragtes som vigtige kilder til naturlige antioxidanter, der bruges til at berige og stabilisere fødevarer. Forskere har undersøgt antioxidanteffekterne af planteekstrakter i fødevarer og fundet ud af, at tomat- og hvidløgsekstrakter forsinkede lipidoxidation i frossen fisk og marinerede ansjoser.

2) Æteriske olier

Æteriske olier (EO'er) er aromatiske og flygtige væsker fra naturlige urter og krydderier, der indeholder høje niveauer af sekundære metabolitter, som har evnen til at forsinke eller hæmme væksten af bakterier, gær og skimmelsvampe. Æteriske olier har i århundreder været brugt i fødevare-, medicinal-, parfume- og kosmetikindustrien som en del af krydderier eller urter.

I fødevareindustrien bruges æteriske olier hovedsageligt som smagsgivere. Den kemiske sammensætning af æteriske planteolier er ikke kun relateret til det miljø, som planten vokser i, men også til mange andre faktorer som f.eks. plantearten, den årstid, hvor plantematerialet indsamles, den del af planten, hvor det indsamles, og endda metoden til udvinding af den æteriske olie. Den stærkeste antimikrobielle aktivitet i æteriske planteolier opstår under eller efter blomstringen. Nogle af de antimikrobielle forbindelser i æteriske olier er naturligt forekommende i planten, mens andre produceres af planten, når den udsættes for mikrobielle angreb, eller når den selv skades. Da de fleste æteriske olier har en moden udvindingsproces, en stærk antimikrobiel effekt, er ugiftige og harmløse, skiller de sig ud som et naturligt antimikrobielt middel til konservering af fødevarer.

2. animalske konserveringsmidler

Animalske konserveringsmidler er biologisk aktive stoffer med antiseptiske virkninger, der er kunstigt udvundet fra visse dyr eller deres metabolitter, som hovedsageligt kategoriseres efter deres funktioner: antimikrobielle enzymer, antimikrobielle peptider og antioxidante peptider.

1) Antimikrobielle enzymer
Enzymer kan udøve antibakteriel aktivitet gennem mange forskellige mekanismer. For eksempel katalyserer lysozym og andre antimikrobielle enzymer hovedsageligt spaltningen af celleoverfladepolymerer eller cellevægge, hvilket inducerer bakteriel nedbrydning og dermed har antimikrobiel aktivitet; Lactoperoxidase (LPO) og andre peroxidasesystemer katalyserer oxidation for at spille en antimikrobiel rolle, og LPO har en hæmmende effekt på væksten af både Gram-positive bakterier og negative bakterier.

Lysozym bruges i vid udstrækning til konservering af kød, kødprodukter, fisk og deres produkter, mælk og mejeriprodukter samt frugt og grøntsager for at forhindre madfordærv og frugtmodning. Lysozym viser antimikrobiel aktivitet mod en række bakterier og svampe, især mod grampositive bakterier, og den kombinerede brug af lysozym og andre konserveringsmidler kan forbedre dets antimikrobielle aktivitet, og det blev konstateret, at lysozym og streptokokmælkesyre har en synergistisk effekt på grampositive bakterier.

Lactoperoxidase er et vigtigt naturligt antimikrobielt middel med bakteriedræbende eller bakteriostatiske egenskaber i fødevareemballage. Mohamed et al[19] tilsatte lactoperoxidasesystem (LPOS) direkte til chitosanmembraner i forskellige koncentrationer og fandt, at antallet af fordærvelsesbaciller, fluorescerende baciller og kryofile og neutrofile bakterier blev reduceret betydeligt i LPOS-gruppen i løbet af opbevaringsperioden sammenlignet med kontrolgruppen.

2) Antimikrobielle peptider og antioxidante peptider
Antimikrobielle peptider (AMPS) er oligopeptider bestående af 20-60 aminosyrerester med bredspektret antimikrobiel aktivitet mod bakterier, svampe, protozoer og nogle vira, og de kan isoleres fra andre organismer som planter, insekter, krebsdyr og marine organismer.

Antimikrobielle peptider fra dyr stammer hovedsageligt fra pattedyr, padder, fisk osv. Nogle potentielle antimikrobielle stoffer fra dyr er lactoferrin, fiskeprotein og chitosan. Lactoferrin har jernbindingsevne og polykationisk natur og har således antibakteriel aktivitet, som hovedsageligt findes i mælk og andre dyresekretioner; Ichthyoglobin er et kationisk antimikrobielt peptid, som hovedsageligt består af polyarginin i molekylet samt et par andre aminosyrer i en bestemt struktur eller form for at binde sig til den bakterielle cellevæg, hæmme dannelsen af cellevæggen og dermed hæmme cellens metabolisme og få cellen til at dø.

Ichthyosperm findes for det meste i sædcellerne hos fisk, fugle og pattedyr og bruges nu hovedsageligt i fødevarer som mælk og brød, som har antibakteriel aktivitet mod bakterier og skimmelsvampe, især stærkere for Gram-positive bakterier; chitosan findes for det meste i eksoskeletterne hos krebsdyr og leddyr og har antimikrobiel aktivitet mod bakterier, svampe og vira.

Antioxidantaktiviteten af peptider afhænger hovedsageligt af bindingsegenskaberne af metalioner og frie radikaler, og antioxidantpeptider omfatter hovedsageligt proteiner og deres hydrolysater, peptider og aminosyrer. Proteiners antioxidantaktivitet er forårsaget af aminosyrerne i deres struktur og de aktive peptider, der opnås ved enzymatisk hydrolyse.Centenaro et al. tilsatte de enzymatiske hydrolyseprodukter fra fisk og kylling til hakket oksekød og fandt, at de enzymatiske hydrolyseprodukter havde antioxidanteffekter og var i stand til at forhindre lipidoxidation af oksekød, og hæmningshastighederne for lipidoxidation var henholdsvis 93% og 80%.Den antioxidante aktivitet af proteiner og deres metabolitter afhænger hovedsageligt af bindingsegenskaberne for metalioner og frie radikaler.

3. Konserveringsmidler af mikroorganismer og deres metabolitter

Mange forbindelser, der produceres af bakterier, kan forhindre væksten af fordærvelsesbakterier eller patogene mikroorganismer i fødevarer. Mikroorganismer af fødevarekvalitet kan danne et stort antal stoffer, der hæmmer væksten af andre mikroorganismer, og dermed opnå en naturlig balance i det mikrobielle økosystem.

Mælkesyrebakterier (LAB) blandt mikroorganismer har evnen til at hæmme væksten af mikroorganismer og anses for at være bedre kandidater. I produktionen af fermenterede fødevarer bruges mælkesyrebakterier til at forbedre fødevarernes smag, duft og konsistens samt til at forhindre væksten af patogene mikroorganismer, og LAB er uskadelige, når de indtages.De antimikrobielle bestanddele i LAB er hovedsageligt bakteriociner, organiske syrer, hydrogenperoxid, kuldioxid og diacetyl; blandt dem er bakteriociner, som er naturlige konserveringsmidler eller biokonserveringsmidler, der syntetiseres af LAB og andre stammer, effektive mod Staphylococcus aureus, Listeria monocytogenes, Listeria monocytogenes og Clostridium botulinum. Listeria monocytogenes, Clostridium botulinum og andre fødevarebårne patogener med gode bakteriedræbende eller bakteriostatiske effekter, og har også god antimikrobiel aktivitet mod Gram-positive bakterier, og bakteriociner har stærkere antimikrobiel aktivitet ved lavere pH-værdier.

Derudover kan bakteriociner bruges i kombination med andre antimikrobielle forbindelser for at forbedre inaktiveringen af bakterier. Bakteriociner kan bruges i bioaktiv emballage, og i de senere år har forskere arbejdet med at tilsætte bakteriociner til fødevareemballagefilm for at kontrollere væksten af fødevarepatogener. Antimikrobielle emballagefilm bruges til at forhindre vækst af mikroorganismer på fødevareoverfladen ved at bringe emballagematerialet i kontakt med fødevareoverfladen.

Konklusion

Fødevarer er en vigtig kilde til næringsstoffer og energi til menneskelig indtagelse fra omverdenen, og dens sikkerhed og hygiejne er særlig vigtig, og konserveringsmidler kan opnå effekten af at forhindre madspild og forlænge fødevarernes holdbarhed, og derfor har fødevarekonserveringsmidler en ekstremt vigtig rolle i konservering og opbevaring af fødevarer. Sammenlignet med kemisk syntetiserede konserveringsmidler med bivirkninger, kræftfremkaldende og andre mangler er naturlige konserveringsmidler ikke kun ikke-giftige og harmløse, kan forlænge fødevarernes holdbarhed, men også befordrende for menneskers sundhed; der er ingen tvivl om, at der ud over de eksisterende naturlige urter, dyr eller mikrobielle tilsætningsstoffer er flere nye naturlige fødevarekonserveringsmidler, der endnu ikke er opdaget.

Derfor er forskning og udvikling af sikre, pålidelige, billige og effektive naturlige konserveringsmidler en vigtig forskningsretning for udviklingen af fødevarevidenskab i Kina og en vigtig foranstaltning til at forbedre fødevareindustriens effektivitet og sikkerhed.