Konservierungsmittel sind wichtige Lebensmittelzusatzstoffe, die verhindern können, dass Lebensmittel verrotten und verderben, die Lebensmittelqualität gewährleisten und die Haltbarkeit von Lebensmitteln verlängern. Mit der Verbesserung des Lebensstandards sind die Verbraucher mehr und mehr auf der Suche nach nahrhaften, zusatzstofffreien, grünen, sicheren und lange haltbaren Lebensmitteln. Aufgrund der mikrobiellen Aktivität und Oxidation und anderer Faktoren sind Lebensmittel leicht zu verderben und zu verderben; und wenn versehentlich abgelaufene oder verdorbene Lebensmittel gegessen werden, können sie auch zu Lebensmittelvergiftungen führen, so dass die Lagerung von Lebensmitteln eine wirksame Konservierungsmethode erfordert. Zusätzlich zu den traditionellen Konservierungsmethoden wie Kühlen, Einfrieren, Salzen und Trocknen können konservierende Zusatzstoffe die Haltbarkeit von Lebensmitteln verlängern.

Natürliche Konservierungsmittel werden in Lebensmitteln häufiger verwendet als chemisch-synthetische Konservierungsmittel, da sie aus natürlichen Ressourcen gewonnen werden und sichere, umweltfreundliche und effiziente Konservierungseigenschaften haben. Die Anwendung natürlicher Konservierungsmittel in Lebensmitteln wurde erforscht und neue natürliche Konservierungsmittel werden erkundet.

In diesem Beitrag geht es um drei Arten von natürlichen Konservierungsmitteln: pflanzliche, tierische und mikrobielle Konservierungsmittel sowie ihre jeweiligen Funktionen und Anwendungen in Lebensmitteln.

Forschungsstand zu natürlichen Lebensmittelkonservierungsstoffen

Natürliche Konservierungsmittel sind eine Klasse funktioneller Stoffe mit antimikrobieller und antiseptischer Wirkung, die aus Pflanzen, Tieren und Mikroorganismen oder deren Stoffwechselprodukten isoliert und extrahiert werden und sicherer sind als chemische Konservierungsmittel.

In der Lebensmittelindustrie werden häufig Konservierungsmittel zugesetzt, um Verluste zu verringern, die Qualität zu verbessern und die Haltbarkeit zu verlängern. Derzeit werden hauptsächlich natürliche und chemische Konservierungsmittel verwendet. Zu den chemischen Konservierungsmitteln gehören vor allem Sorbate, Nitrite und Benzoate usw. Obwohl diese Konservierungsmittel schon seit vielen Jahren verwendet werden, hat sich die Besorgnis der Menschen über die Sicherheit dieser Konservierungsmittel nie verringert, und die meisten chemischen Konservierungsmittel stellen immer noch eine potenzielle Gefahr für die menschliche Gesundheit dar.

Mamur et al. fanden heraus, dass Natriumsorbat für menschliche periphere Blutlymphozyten genotoxisch ist; die Forscher fanden auch heraus, dass diese Konservierungsstoffe bei gemeinsamer Verwendung negative Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit haben können. Binstok et al. berichteten, dass die kombinierte Verwendung von Sorbat und Nitrit in Fleischerzeugnissen aufgrund des Risikos der Bildung mutagener Verbindungen minimiert werden sollte.

Die Verwendung chemischer Konservierungsmittel bei der Konservierung von Lebensmitteln kann gewisse Gefahren für die menschliche Gesundheit und die Umwelt mit sich bringen, während natürliche Konservierungsmittel den Vorteil haben, dass sie wenig Giftstoffe enthalten, geruchlos, sicher und hochwirksam sind und nicht nur für den Menschen unschädlich sind, sondern auch einen gewissen Nährwert haben; daher ist die Verwendung natürlicher Konservierungsmittel sicherer für Mensch und Umwelt. Daher haben natürliche Konservierungsstoffe in der Lebensmittelindustrie große Beachtung gefunden und bedürfen weiterer Forschung und umfassender Entwicklung.

Quellen und Anwendungen von natürlichen Konservierungsstoffen

Natürliche Lebensmittelkonservierungsmittel haben die Vorteile starker antimikrobieller Eigenschaften, hoher Sicherheit und guter thermischer Stabilität usw. Je nach ihrer Herkunft können sie in pflanzliche, tierische und mikrobielle Konservierungsstoffe eingeteilt werden. Aufgrund der unterschiedlichen Quellen der verschiedenen natürlichen Konservierungsstoffe sind ihre Zusammensetzung und ihre strukturellen Merkmale verschieden, und auch ihre Anwendungen in Lebensmitteln sind unterschiedlich. Im Folgenden werden diese drei Arten von natürlichen Konservierungsstoffen für Lebensmittel vorgestellt.

1. Pflanzliche Konservierungsmittel

Pflanzliche Konservierungsmittel werden meist aus Pflanzenextrakten gewonnen, z. B. aus bestimmten natürlichen Kräutern und Gewürzen sowie ätherischen Ölen. Wegen ihres einzigartigen Geschmacks und ihrer antibakteriellen und antiseptischen Wirkung werden Pflanzenextrakte und ätherische Öle seit langem als Lebensmittelkonservierungsmittel, Aromastoffe und medizinische Präparate verwendet.

1) Pflanzenextrakte
Pflanzenextrakte werden in der Regel aus den Wurzeln, Stängeln, Blättern, Blüten, Früchten, Rinden und anderen Teilen von Pflanzen gewonnen. Einige Extrakte haben einen starken Geschmack, der in hohen Konzentrationen zu sensorischen Beschwerden führen kann, so dass die Verwendung ihrer Konzentrationen begrenzt werden sollte. Qualitative und quantitative Veränderungen des Gehalts an biologisch aktiven sekundären Pflanzenstoffen in Pflanzenextrakten führen zu Veränderungen in ihrer Wirksamkeit, und diese sekundären Pflanzenstoffe beeinflussen auch den mikrobiellen Gehalt, die Textur und den Geschmack von Lebensmitteln. Aufgrund ihrer spezifischen phytochemischen Zusammensetzung haben Pflanzenextrakte eine gewisse antimikrobielle Aktivität, und die aus Kräutern, Gewürzen, Gemüse und Früchten gewonnenen Extrakte haben eine antimikrobielle Wirkung gegen Bakterien, Hefen und Schimmelpilze. Studien haben gezeigt, dass Pflanzenextrakte das Wachstum von lebensmittelbedingten pathogenen Bakterien sehr wirksam kontrollieren.

Pflanzenextrakte sind reich an natürlichen Antioxidantien, die in Lebensmitteln eine wichtige Rolle spielen. Antioxidantien sind Zusatzstoffe, die das oxidationsbedingte Ranzigwerden von Lebensmitteln verzögern oder verhindern und die Haltbarkeit von Lebensmitteln verlängern können. Die meisten pflanzlichen Antioxidantien haben eine ähnliche Schutzwirkung wie butyliertes Hydroxyanisol (BHA) und butyliertes Hydroxytoluol (BHT), und eine Vielzahl von Gemüse und Früchten kann als wichtige Quelle für natürliche Antioxidantien zur Anreicherung und Stabilisierung von Lebensmitteln angesehen werden. Forscher haben die antioxidative Wirkung von Pflanzenextrakten in Lebensmitteln untersucht und festgestellt, dass Tomaten- und Knoblauchextrakte die Lipidoxidation bei gefrorenem Fisch und marinierten Sardellen verzögern.

2) Ätherische Öle

Ätherische Öle (EO) sind aromatische und flüchtige Flüssigkeiten, die aus natürlichen Kräutern und Gewürzen gewonnen werden und einen hohen Anteil an sekundären Stoffwechselprodukten enthalten, die das Wachstum von Bakterien, Hefen und Schimmelpilzen hemmen oder verzögern können. Ätherische Öle werden schon seit Jahrhunderten in der Lebensmittel-, Medizin-, Parfüm- und Kosmetikindustrie als Bestandteil von Gewürzen oder Kräutern verwendet.

In der Lebensmittelindustrie werden ätherische Öle hauptsächlich als Aromastoffe verwendet. Die chemische Zusammensetzung der ätherischen Öle von Pflanzen hängt nicht nur von der Umgebung ab, in der die Pflanze wächst, sondern auch von vielen anderen Faktoren wie der Pflanzenart, der Jahreszeit, in der das Pflanzenmaterial gesammelt wird, dem Teil der Pflanze, an dem es gesammelt wird, und sogar von der Methode der Extraktion des ätherischen Öls. Die stärkste antimikrobielle Aktivität in ätherischen Ölen aus Pflanzen tritt während oder nach der Blüte auf. Einige der antimikrobiellen Verbindungen in ätherischen Ölen kommen natürlich in der Pflanze vor, während andere von der Pflanze selbst produziert werden, wenn sie mikrobiellen Angriffen ausgesetzt ist oder wenn sie selbst geschädigt wird. Da die meisten ätherischen Öle einen ausgereiften Extraktionsprozess haben, stark antimikrobiell wirken, ungiftig und unschädlich sind, zeichnen sie sich als natürliche antimikrobielle Mittel für die Lebensmittelkonservierung aus.

2. tierische Konservierungsstoffe

Tierische Konservierungsmittel sind biologische Wirkstoffe mit antiseptischer Wirkung, die künstlich aus bestimmten Tieren oder ihren Stoffwechselprodukten gewonnen werden und die hauptsächlich nach ihren Funktionen unterschieden werden: antimikrobielle Enzyme, antimikrobielle Peptide und antioxidative Peptide.

1) Antimikrobielle Enzyme
Enzyme können über viele verschiedene Mechanismen antibakterielle Wirkung entfalten. So katalysieren Lysozym und andere antimikrobielle Enzyme hauptsächlich die Spaltung von Zelloberflächenpolymeren oder Zellwänden, wodurch sie die Zersetzung von Bakterien einleiten und somit eine antimikrobielle Wirkung entfalten; Lactoperoxidase (LPO) und andere Peroxidasesysteme katalysieren die Oxidation, um eine antimikrobielle Rolle zu spielen, und LPO hat eine hemmende Wirkung auf das Wachstum sowohl grampositiver als auch negativer Bakterien.

Lysozym wird häufig zur Konservierung von Fleisch, Fleischerzeugnissen, Fisch und Fischprodukten, Milch und Milcherzeugnissen sowie Obst und Gemüse verwendet, um den Verderb von Lebensmitteln und die Alterung von Früchten zu verhindern. Lysozym zeigt antimikrobielle Aktivität gegen eine Reihe von Bakterien und Pilzen, insbesondere gegen grampositive Bakterien. Die kombinierte Verwendung von Lysozym und anderen Konservierungsmitteln kann die antimikrobielle Aktivität verstärken, und es wurde festgestellt, dass Lysozym und Streptokokkenmilchsäure eine synergistische Wirkung auf grampositive Bakterien haben.

Mohamed et al.[19] fügten das Lactoperoxidase-System (LPOS) in verschiedenen Konzentrationen direkt zu Chitosanmembranen hinzu und stellten fest, dass die Anzahl der verderblichen Bazillen, fluoreszierenden Bazillen sowie kryophilen und neutrophilen Bakterien in der LPOS-Gruppe während der Lagerzeit im Vergleich zur Kontrollgruppe deutlich reduziert war.

2) Antimikrobielle Peptide und antioxidative Peptide
Antimikrobielle Peptide (AMPS) sind Oligopeptide, die aus 20-60 Aminosäureresten bestehen und ein breites Spektrum an antimikrobieller Aktivität gegen Bakterien, Pilze, Protozoen und einige Viren aufweisen und aus anderen Organismen wie Pflanzen, Insekten, Krebstieren und Meeresorganismen isoliert werden können.

Antimikrobielle Peptide tierischen Ursprungs werden hauptsächlich von Säugetieren, Amphibien, Fischen usw. gewonnen. Einige potenzielle antimikrobielle Arzneimittel tierischen Ursprungs sind Lactoferrin, Fischprotein und Chitosan. Ichthyoglobin ist ein kationisches antimikrobielles Peptid, das hauptsächlich aus Polyarginin im Molekül sowie einigen anderen Aminosäuren in einer bestimmten Struktur oder Form besteht, um sich mit der bakteriellen Zellwand zu verbinden, die Bildung der Zellwand zu hemmen und so den Stoffwechsel der Zelle zu hemmen und die Zelle absterben zu lassen.

Ichthyosperm kommt hauptsächlich in den Samenzellen von Fischen, Vögeln und Säugetieren vor und wird heute vor allem in Lebensmitteln wie Milch und Brot verwendet. Es hat eine antibakterielle Wirkung gegen Bakterien und Schimmelpilze, besonders stark bei grampositiven Bakterien; Chitosan kommt vor allem in den Exoskeletten von Krebstieren und Arthropoden vor und hat eine antimikrobielle Wirkung gegen Bakterien, Pilze und Viren.

Die antioxidative Wirkung von Peptiden hängt hauptsächlich von den Bindungseigenschaften von Metallionen und freien Radikalen ab, und zu den antioxidativen Peptiden gehören vor allem Proteine und ihre Hydrolysate, Peptide und Aminosäuren. Die antioxidative Aktivität von Proteinen wird durch die Aminosäuren in ihrer Struktur und die aktiven Peptide, die durch enzymatische Hydrolyse gewonnen werden, hervorgerufen.Centenaro et al. Centenaro et al. fügten die enzymatischen Hydrolyseprodukte von Fisch und Huhn zu Rinderhackfleisch hinzu und stellten fest, dass die enzymatischen Hydrolyseprodukte eine antioxidative Wirkung hatten und in der Lage waren, die Lipidoxidation von Rindfleisch zu verhindern, wobei die Hemmungsraten der Lipidoxidation 93% bzw. 80% betrugen.Die antioxidative Aktivität von Proteinen und ihren Metaboliten hängt hauptsächlich von den Bindungseigenschaften von Metallionen und freien Radikalen ab.

3. Konservierungsstoffe aus Mikroorganismen und deren Metaboliten

Viele von Bakterien produzierte Verbindungen können das Wachstum von Verderbnisbakterien oder pathogenen Mikroorganismen in Lebensmitteln verhindern. Mikroorganismen in Lebensmittelqualität können eine Vielzahl von Substanzen bilden, die das Wachstum anderer Mikroorganismen hemmen und so ein natürliches Gleichgewicht im mikrobiellen Ökosystem herstellen.

Unter den Mikroorganismen haben Milchsäurebakterien (LAB) die Fähigkeit, das Wachstum von Mikroorganismen zu hemmen, und gelten als die besseren Kandidaten. Bei der Herstellung von fermentierten Lebensmitteln werden Milchsäurebakterien verwendet, um den Geschmack, das Aroma und die Textur von Lebensmitteln zu verbessern und das Wachstum von pathogenen Mikroorganismen zu verhindern, und LAB sind beim Verzehr harmlos.Bei den antimikrobiellen Bestandteilen von LAB handelt es sich hauptsächlich um Bacteriocine, organische Säuren, Wasserstoffperoxid, Kohlendioxid und Diacetyl. Bacteriocine sind natürliche Konservierungsmittel oder Biokonservierungsmittel, die von LAB und anderen Stämmen synthetisiert werden und gegen Staphylococcus aureus, Listeria monocytogenes, Listeria monocytogenes und Clostridium botulinum wirksam sind. Listeria monocytogenes, Clostridium botulinum und andere lebensmittelbedingte Krankheitserreger mit guter bakterizider oder bakteriostatischer Wirkung und hat auch eine gute antimikrobielle Aktivität gegen grampositive Bakterien, und Bacteriocine haben eine stärkere antimikrobielle Aktivität bei niedrigeren pH-Werten.

Darüber hinaus können Bacteriocine in Kombination mit anderen antimikrobiellen Verbindungen verwendet werden, um die Inaktivierung von Bakterien zu verstärken. Bakteriozine können in bioaktiven Verpackungen verwendet werden, und in den letzten Jahren haben Forscher daran gearbeitet, Lebensmittelverpackungsfolien Bakteriozine beizufügen, um das Wachstum von Lebensmittelpathogenen zu kontrollieren.Antimikrobielle Verpackungsfolien werden verwendet, um das Wachstum von Mikroorganismen auf der Lebensmitteloberfläche zu verhindern, indem das Verpackungsmaterial mit der Lebensmitteloberfläche in Kontakt gebracht wird.

Schlussfolgerung

Lebensmittel sind eine wichtige Quelle von Nährstoffen und Energie für die menschliche Aufnahme von der Außenwelt, und ihre Sicherheit und Hygiene sind besonders wichtig, und Konservierungsstoffe können den Verderb von Lebensmitteln verhindern und ihre Haltbarkeit verlängern, so dass Lebensmittelkonservierungsstoffe eine äußerst wichtige Rolle bei der Konservierung und Lagerung von Lebensmitteln spielen. Im Vergleich zu chemisch-synthetischen Konservierungsstoffen mit Nebenwirkungen, krebserregenden und anderen Mängeln sind natürliche Konservierungsstoffe nicht nur ungiftig und unschädlich, sie können die Haltbarkeit von Lebensmitteln verlängern, sondern sind auch der menschlichen Gesundheit förderlich; es besteht kein Zweifel daran, dass neben den bestehenden natürlichen Kräutern, Tieren oder mikrobiellen Zusatzstoffen noch weitere neue natürliche Konservierungsstoffe entdeckt werden müssen.

Daher ist die Erforschung und Entwicklung sicherer, zuverlässiger, kostengünstiger und effizienter natürlicher Konservierungsstoffe eine wichtige Forschungsrichtung für die Entwicklung der Lebensmittelwissenschaft in China und eine wichtige Maßnahme zur Verbesserung der Effizienz und Sicherheit der Lebensmittelindustrie.