Консервант - это важная пищевая добавка, которая может предотвратить гниение и порчу продуктов, обеспечить их качество и продлить срок хранения. С повышением уровня жизни, потребители все больше и больше в погоне за питательными, без добавок, зеленый, безопасный и длительный срок хранения продуктов питания, из-за деятельности микроорганизмов и окисления и другие роли, продукты питания легко коррупции и порчи; и если случайно съесть просроченные или испорченные продукты могут также вызвать пищевое отравление, поэтому хранение продуктов питания нуждается в эффективных методов консервирования. В дополнение к традиционным методам консервации, таким как охлаждение, замораживание, засолка и сушка, консервирующие добавки также могут продлить срок хранения продуктов.

Натуральные консерванты используются в пищевых продуктах более широко, чем химически синтезированные консерванты, поскольку они получены из природных ресурсов и обладают безопасными, экологичными и эффективными консервирующими свойствами, поэтому значение натуральных консервантов возрастает. Проводятся исследования по применению натуральных консервантов в пищевых продуктах и изучаются новые природные консерванты.

В данной статье рассматриваются три типа натуральных консервантов: растительные, животные и микробные, а также их соответствующие функции и применение в пищевой промышленности.

Состояние исследований натуральных пищевых консервантов

Натуральные консерванты - это класс функциональных веществ с антимикробным и антисептическим действием, выделенных и экстрагированных из растений, животных и микроорганизмов или их метаболитов, которые являются более безопасными, чем химические консерванты.

В пищевой промышленности консерванты часто добавляют для снижения потерь, улучшения качества и увеличения срока хранения. В настоящее время широко используются в основном натуральные консерванты и химические консерванты, химические консерванты в основном включают сорбаты, нитриты, бензоаты и т.д. Хотя эти консерванты используются уже много лет, но обеспокоенность людей по поводу безопасности этих консервантов никогда не уменьшалась, и большинство химических консервантов по-прежнему представляют потенциальную опасность для здоровья человека.

Мамур и др. обнаружили, что сорбат натрия является генотоксичным для лимфоцитов периферической крови человека; исследователи также установили, что при совместном использовании этих консервантов они могут оказывать негативное влияние на здоровье человека. Бинсток и др. сообщили, что совместное использование сорбата и нитрита в мясных продуктах должно быть сведено к минимуму из-за риска образования мутагенных соединений.

Использование химических консервантов при консервировании продуктов питания может нанести определенный вред здоровью человека и окружающей среде, в то время как природные консерванты обладают такими преимуществами, как низкое содержание токсинов, отсутствие запаха, безопасность и высокая эффективность, которые не только безвредны для человека, но и обладают определенной питательной ценностью, поэтому использование природных консервантов более безопасно для человека и окружающей среды. Поэтому натуральные пищевые консерванты привлекают большое внимание в пищевой промышленности и требуют дальнейших исследований и всестороннего развития.

Источники и применение натуральных консервантов

Натуральные пищевые консерванты обладают такими преимуществами, как сильные антимикробные свойства, высокая безопасность, хорошая термическая стабильность и т.д. По источникам происхождения их можно разделить на растительные консерванты, животные консерванты и микробные консерванты. Из-за разных источников происхождения различных натуральных консервантов, их состав и структурные характеристики отличаются, и их применение в продуктах питания также различно. Ниже будут представлены эти три вида натуральных консервантов, соответственно.

1. Растительные консерванты

Растительные консерванты в основном получают из растительных экстрактов, таких как некоторые натуральные травы и специи, а также эфирные масла. Благодаря своему уникальному аромату, антибактериальному и антисептическому действию, растительные экстракты и эфирные масла издавна используются в качестве пищевых консервантов, ароматизаторов и медицинских препаратов.

1) Растительные экстракты
Растительные экстракты обычно получают из корней, стеблей, листьев, цветов, плодов, коры и других частей растений. Некоторые экстракты обладают сильным ароматом, который при высоких концентрациях может вызывать сенсорный дискомфорт, поэтому использование их концентраций должно быть ограничено. Качественные и количественные изменения содержания биологически активных фитохимических веществ в растительных экстрактах приводят к изменению их эффективности, и эти фитохимические вещества также влияют на содержание микроорганизмов, текстуру и вкус пищи. Благодаря специфическому фитохимическому составу растительные экстракты обладают определенной антимикробной активностью, а полученные из трав, специй, овощей и фруктов - антимикробным действием против бактерий, дрожжей и плесени. Исследования показали, что растительные экстракты очень эффективны в борьбе с ростом патогенных бактерий, переносимых с пищей.

Растительные экстракты богаты природными антиоксидантами, которые играют важную роль в питании. Антиоксиданты - это добавки, которые могут задерживать или предотвращать прогоркание продуктов вследствие окисления и продлевать срок их хранения. Большинство антиоксидантов растительного происхождения проявляют защитные свойства, сходные с бутилированным гидроксианизолом (BHA) и бутилированным гидрокситолуолом (BHT), поэтому широкий спектр овощей и фруктов можно рассматривать как важные источники природных антиоксидантов, используемых для обогащения и стабилизации пищевых продуктов. Исследователи изучили антиоксидантное действие растительных экстрактов в продуктах питания и обнаружили, что экстракты томатов и чеснока замедляют окисление липидов в замороженной рыбе и маринованных анчоусах.

2) Эфирные масла

Эфирные масла (ЭМ) - это ароматические и летучие жидкости, получаемые из натуральных трав и специй, которые содержат высокий уровень вторичных метаболитов, обладающих способностью замедлять или подавлять рост бактерий, дрожжей и плесени. Эфирные масла уже много веков используются в пищевой, медицинской, парфюмерной и косметической промышленности в составе специй и трав.

В пищевой промышленности эфирные масла используются в основном в качестве ароматизаторов. Химический состав эфирных масел растений зависит не только от среды, в которой произрастает растение, но и от многих других факторов, таких как вид растения, сезон сбора растительного материала, часть растения, на которой он собран, и даже от метода извлечения эфирного масла. Самая сильная антимикробная активность в эфирных маслах трав проявляется во время или после цветения. Некоторые из противомикробных соединений в эфирных маслах содержатся в растении в естественном виде, другие вырабатываются растением, когда оно подвергается атаке микроорганизмов или когда ему самому наносится вред. Поскольку большинство эфирных масел имеют зрелый процесс экстракции, сильное противомикробное действие, нетоксичны и безвредны, они выделяются как натуральное противомикробное средство при консервировании продуктов питания.

2.Консерванты для животных

Консерванты животного происхождения - это биологические активные вещества с антисептическим действием, искусственно выделенные из определенных животных или их метаболитов, которые в основном делятся по своим функциям: антимикробные ферменты, антимикробные пептиды и антиоксидантные пептиды.

1) Антимикробные ферменты
Ферменты могут проявлять антибактериальную активность через множество различных механизмов. Например, лизоцим и другие антимикробные ферменты в основном катализируют расщепление полимеров клеточной поверхности или клеточных стенок, вызывая разложение бактерий, и таким образом обладают антимикробной активностью; лактопероксидаза (LPO) и другие пероксидазные системы катализируют окисление, играя антимикробную роль, а LPO оказывает ингибирующее действие на рост как грамположительных, так и отрицательных бактерий.

Лизоцим широко используется при консервировании мяса, мясных продуктов, рыбы и продуктов из нее, молока и молочных продуктов, а также фруктов и овощей для предотвращения порчи продуктов и увядания плодов. Лизоцим проявляет антимикробную активность против определенного спектра бактерий и грибков, особенно против грамположительных бактерий, а совместное использование лизоцима и других консервантов может усилить его антимикробную активность, и было обнаружено, что лизоцим и стрептококковая молочная кислота оказывают синергетическое действие на грамположительные бактерии.

Лактопероксидаза - важный природный антимикробный агент, обладающий бактерицидными или бактериостатическими свойствами при упаковке пищевых продуктов. Mohamed et al[19] добавили систему лактопероксидазы (LPOS) непосредственно к хитозановым мембранам в различных концентрациях и обнаружили, что количество испорченных бацилл, флуоресцирующих бацилл, криофильных и нейтрофильных бактерий значительно снизилось в группе LPOS в течение периода хранения по сравнению с контрольной группой.

2) Антимикробные пептиды и антиоксидантные пептиды
Антимикробные пептиды (AMPS) - это олигопептиды, состоящие из 20-60 аминокислотных остатков и обладающие широким спектром антимикробной активности против бактерий, грибов, простейших и некоторых вирусов, а также могут быть выделены из других организмов, таких как растения, насекомые, ракообразные и морские организмы.

Антимикробные пептиды животного происхождения в основном получают из млекопитающих, земноводных, рыб и т.д. Некоторые потенциальные антимикробные препараты животного происхождения - это лактоферрин, рыбный белок и хитозан. Лактоферрин обладает железосвязывающей способностью и поликатионной природой, и, таким образом, обладает антибактериальной активностью, который в основном содержится в молоке и других секретах животных; ихтиоглобин - это катионный антимикробный пептид, который в основном состоит из полиаргинина в молекуле, а также нескольких других аминокислот в определенной структуре или форме для связывания с клеточной стенкой бактерий, ингибируя образование клеточной стенки, и, таким образом, подавляя метаболизм клетки и вызывая ее гибель.

Ихтиосперм содержится в сперматозоидах рыб, птиц и млекопитающих и в настоящее время используется в основном в таких продуктах питания, как молоко и хлеб. Он обладает антибактериальной активностью против бактерий и плесени, особенно сильной в отношении грамположительных бактерий; хитозан содержится в экзоскелетах ракообразных и членистоногих и обладает антимикробной активностью против бактерий, грибов и вирусов.

Антиоксидантная активность пептидов в основном зависит от свойств связывания ионов металлов и свободных радикалов, а к антиоксидантным пептидам в основном относятся белки и их гидролизаты, пептиды и аминокислоты. Антиоксидантная активность белков обусловлена наличием в их структуре аминокислот и активных пептидов, полученных в результате ферментативного гидролиза.Centenaro et al. добавили продукты ферментативного гидролиза рыбы и курицы в говяжий фарш и обнаружили, что продукты ферментативного гидролиза обладают антиоксидантным действием и способны предотвратить окисление липидов говядины, а скорость ингибирования окисления липидов составила 93% и 80%, соответственно.Антиоксидантная активность белков и их метаболитов в основном зависит от свойств связывания ионов металлов и свободных радикалов.

3. Консерванты из микроорганизмов и их метаболитов

Многие соединения, вырабатываемые бактериями, могут предотвращать рост бактерий-порчунов или патогенных микроорганизмов в продуктах питания. Пищевые микроорганизмы могут образовывать большое количество веществ, подавляющих рост других микроорганизмов, благодаря чему достигается естественный баланс в микробной экосистеме.

Молочнокислые бактерии (МКБ) среди микроорганизмов обладают способностью подавлять рост микроорганизмов и считаются лучшими кандидатами. При производстве ферментированных продуктов молочнокислые бактерии используются для улучшения вкуса, аромата и текстуры продуктов, а также для предотвращения роста патогенных микроорганизмов, при этом LAB безвредны при употреблении.Антимикробные компоненты LAB представлены в основном бактериоцинами, органическими кислотами, перекисью водорода, диоксидом углерода и диацетилом; среди них бактериоцины, которые являются природными консервантами или биоконсервантами, синтезируемыми LAB и другими штаммами, эффективны против Staphylococcus aureus, Listeria monocytogenes, Listeria monocytogenes и Clostridium botulinum. Listeria monocytogenes, Clostridium botulinum и других пищевых патогенов с хорошим бактерицидным или бактериостатическим эффектом, а также обладает хорошей антимикробной активностью против грамположительных бактерий, причем бактериоцины обладают более сильной антимикробной активностью при более низких значениях pH.

Кроме того, бактериоцины могут использоваться в сочетании с другими антимикробными соединениями для усиления инактивации бактерий. Бактериоцины могут использоваться в биоактивной упаковке, и в последние годы исследователи работают над добавлением бактериоцинов в пищевые упаковочные пленки для контроля роста пищевых патогенов. Антимикробные упаковочные пленки используются для предотвращения роста микроорганизмов на поверхности пищи путем приведения упаковочного материала в контакт с поверхностью пищи.

Заключение

Пища является важным источником питательных веществ и энергии для человека, поступающих из внешнего мира, поэтому ее безопасность и гигиена особенно важны, а консерванты позволяют достичь эффекта предотвращения порчи продуктов и продления срока их хранения, поэтому пищевые консерванты играют чрезвычайно важную роль в сохранении и хранении продуктов питания. По сравнению с химически синтезированными консервантами с побочными эффектами, канцерогенными и другими недостатками, натуральные консерванты не только нетоксичны и безвредны, могут продлить срок хранения продуктов, но и благоприятны для здоровья человека; нет сомнений, что в дополнение к существующим натуральным травам, животным или микробным компонентам добавок, есть больше новых натуральных пищевых консервантов, которые еще предстоит открыть.

Поэтому исследование и разработка безопасных, надежных, недорогих и эффективных натуральных консервантов является одним из основных направлений развития пищевой науки в Китае, а также важной мерой по повышению эффективности и безопасности пищевой промышленности.