防腐剂

防止腐败变质的添加剂

防腐剂

防腐剂（Preservatives）是一种化学物质，用于延长食品、药品、化妆品等物品的保质期，抑制微生物的生长和繁殖，防止腐败和变质。[3]防腐剂通过不同的机理，如抑制微生物的代谢、破坏细胞结构和改变环境条件，抑制了微生物的生长，从而延缓了产品的腐败或变质过程。[4][5][6]最早使用的天然防腐剂是盐和酸果汁，法国化学家路易斯·尚贝尔（Louis Pasteur）于19世纪初发现了硫酸铜对于抑制霉菌生长的效果，这被视为现代防腐剂的开端。[7][8]根据防腐剂的来源，可以将其分为化学防腐剂、天然防腐剂以及复合型防腐剂三种类型。[0][1][2]常见的化学防腐剂有苯甲酸及其盐类、山梨酸及其盐类、亚硝酸盐类、过氧化氢等；天然防腐剂有蜂蜜、乳酸菌、酵母菌；复合型防腐剂有苯甲酸钠和苯乙酸钠复合型防腐剂、壬二酸锰和硼酸复合型防腐剂等。[9][1][10]

防腐剂（Preservatives）是一种化学物质，用于延长食品、药品、化妆品等物品的保质期，抑制微生物的生长和繁殖，防止腐败和变质。[4]防腐剂通过不同的机理，如抑制微生物的代谢、破坏细胞结构和改变环境条件，抑制了微生物的生长，从而延缓了产品的腐败或变质过程。[5][6][7]

最早使用的天然防腐剂是盐和酸果汁，法国化学家路易斯·尚贝尔（Louis Pasteur）于19世纪初发现了硫酸铜对于抑制霉菌生长的效果，这被视为现代防腐剂的开端。[8][9]根据防腐剂的来源，可以将其分为化学防腐剂、天然防腐剂以及复合型防腐剂三种类型。[1][2][3]常见的化学防腐剂有苯甲酸及其盐类、山梨酸及其盐类、亚硝酸盐类、过氧化氢等；天然防腐剂有蜂蜜、乳酸菌、酵母菌；复合型防腐剂有苯甲酸钠和苯乙酸钠复合型防腐剂、壬二酸锰和硼酸复合型防腐剂等。[10][2][11]

防腐剂广泛地应用于食品、医药、化妆品等多个领域，对维护产品的品质和安全具有重要的作用。在食品行业，防腐剂被应用于果蔬制品、肉制品、饮料、糖果、面包等各类食品中，以延长保质期并保持其品质。[12]在医药行业，防腐剂用于注射液、眼药水、口服药物等制剂中，保证药品的无菌性和稳定性。[4]在化妆品行业，防腐剂被添加到各类护肤品、化妆品和个人护理产品中，以防止微生物污染。[13]防腐剂的使用需要在合理范围内，并遵循相关的法规和标准，中国、欧盟、美国等国家对于食品中防腐剂的添加量都制定了一系列的法规准则。[14][15][16]

有机防腐剂

有机防腐剂是一类用于抑制微生物生长和延缓产品腐败的化学物质，常见的有机防腐剂有苯甲酸及其盐类、山梨酸及其盐类、对羟基苯甲酸酯、辣椒素、二苯甲酮等，它们具有工艺简单、成本低廉等优势[2][17]。例如山梨酸及其钾盐是一种常见的有机防腐剂，结构式如下图所示，其具有抗菌作用、安全性高且稳定性好。[18]广泛应用于果汁、水果罐头、腌制食品、肉制品、乳制品、面包、糕点、调味酱等各类食品中；护肤品、化妆水、洗发水等化妆品中；外用药膏、眼药水等药品中。[19][20][21]

山梨酸及其钾盐的结构式
山梨酸及其钾盐的结构式

无机防腐剂

无机防腐剂是指以无机化合物为主要成分的防腐剂，常见的无机防腐剂包括亚硝酸盐类、过氧化氢等。[18]例如，亚硝酸钠是一种广泛应用于食品加工的无机防腐剂，它可以抑制细菌、霉菌等微生物的生长，延长食品的保质期。此外，亚硝酸盐还可用于肉制品的着色和香味调味。[22]

植物类

植物类天然防腐剂是从植物中提取的具有抗菌、抗真菌和抗氧化等特性的物质，常用于食品和化妆品等领域。[23]众多的研究者尝试从不同植物中提取到一些抑菌物质, 并将之应用到化妆品的防腐过程。例如, 植物中的薰衣草油、丁香油等提取液, 一些中草药如蛇舌草、白芍、决明子和薄荷等, 其中都有一些具有防腐效果的活性成分。[10]

动物类

动物类天然防腐剂通常是从动物来源的物质中提取，常见的动物类天然防腐剂有蜂胶、鱼胶原蛋白和乳清蛋白等。[24][25]例如，蜂胶是蜜蜂用来修补蜂巢的树脂性物质，具有较强的抗菌和抗氧化能力。它常被用于保健品、口腔护理产品和化妆品中作为天然防腐剂。[26]

微生物类

微生物类天然防腐剂是指从微生物中提取的物质，常见的微生物类天然防腐剂有乳酸菌、酵母菌、乳酸杆菌及枯草芽孢杆菌等。[27][28]例如，乳酸菌是一类常见的益生菌，能够产生乳酸，并具有抗菌和抗真菌作用。它们常被用于食品加工中，如酸奶、发酵食品等，以延长其保质期。[29]

复合型防腐剂

复合型防腐剂是由几种有协同效应的防腐剂按一定比例配制而成的，其增效和协同作用可以克服单一防腐剂在防腐效力上的局限性，扩大抑菌效力和范围。[30]复合型防腐剂在保证安全环保的同时，不干扰产品中其他营养成分功效的发挥，且具备可以增加抗菌范围、预防菌群抗药性等优点。[10]常见的复合型防腐剂有苯甲酸钠和苯乙酸钠复合型防腐剂、壬二酸锰和硼酸复合型防腐剂、纳米氧化锌和茶多酚复合型防腐剂及硝酸盐和丙二醇复合型防腐剂等。[11][31][32]复合型防腐剂在食品和化妆品领域应用较多。例如，苯甲酸钠和苯乙酸钠复合型防腐剂常被用于化妆品、个人护理产品和药品中，具有较好的抑菌效果和稳定性。纳米氧化锌和茶多酚复合型防腐剂常被用于食品和饮料中，具有较好的抗菌、抗氧化效果和保鲜性。[11][31]

抑制微生物的代谢

抑制微生物的代谢是一种常见的防腐机理，通过干扰微生物的正常生物化学反应和代谢活动，从而达到抑制微生物生长和繁殖的目的。[33]在食品、药品、个人护理产品等领域，这种防腐机理被广泛应用。一种常见的抑制微生物代谢的方法是使用化学防腐剂，其通过不同的机制干扰微生物的代谢过程。例如，山梨酸钾能与微生物酶系统中的巯基结合，破坏许多重要酶系的作用，达到抑制食品中微生物繁殖及防腐的目的。[5]研究表明，苯甲酸能够抑制微生物脱氢酶的活性，从而影响其能量代谢过程，导致微生物的生长和繁殖受到抑制。[34]

破坏细胞结构

破坏细胞结构是一种常见的防腐机理，通过影响微生物的细胞膜或细胞壁，从而导致细胞内外环境失衡，破坏细胞结构，最终导致微生物死亡或生长受到抑制。[35]这一机理通常由一些特定的防腐剂或抗菌剂实现，它们可以渗透微生物细胞膜或细胞壁，干扰其正常结构和功能，从而达到抑制微生物生长和繁殖的目的。例如，乙酰氧基苯酚作为一种常见的药物成分，可以通过破坏微生物细胞膜的完整性来实现防腐效果。研究发现，乙酰氧基苯酚能够与细菌的细胞膜结合，引起细胞膜的破裂和溶解，从而导致细菌死亡。[6]

改变环境条件

此外，改变环境条件也是一种常见的防腐机制。例如，食品加工过程中经常使用的盐具有防腐作用。盐能够通过调节食品的渗透压，使微生物失去细胞内的水分，导致细胞脱水而死亡。[8]此外，盐还可以降低食品的水活性，使微生物无法生长和繁殖。[7]

食品体系的PH

食品体系的pH值对防腐剂的影响是非常重要的，在食品溶液体系中，一些防腐剂在PH较低时会解离出较多的H+，这将增强其防腐效果。[18]因此，在选择和使用防腐剂时，需要根据食品的pH值来确定适合的防腐剂。[36]

食品体系的水分活度

食品体系的水分活度对微生物的生长和繁殖有着直接的影响，防腐剂通常是通过抑制微生物的生长来保持食品的新鲜和安全。在低水分活度条件下，防腐剂的抑菌效果可能会更加明显。因此，在选择和使用防腐剂时，需要考虑到食品中的水分活度，以确保防腐剂能够充分溶解并发挥作用。[18]

防腐剂的加入时间

防腐剂的加入时间可能会影响其对微生物的杀菌效果。如果防腐剂在食品制造过程的早期就被加入，那么它可以更早地开始发挥作用，从而有效地抑制微生物的生长和繁殖。而如果防腐剂在制造过程的后期才被加入，那么微生物可能已经有了一定的生长，此时防腐剂的杀菌效果可能会受到一定程度的影响。[18]

食品中的原料和成分的影响

食品中的其他成分（如添加剂、调味料等）可能与防腐剂发生相互作用，从而影响其稳定性和抑菌效果。一些成分可能会降低防腐剂的活性，而另一些成分可能会增强其作用。因此，在选择防腐剂时需要考虑到食品中的其他成分，并进行适当的配比和测试。[18]

其他影响因素

在防腐剂的使用中，防腐剂的体系中的溶解和分散是否均匀，也会影响到防腐效果；一些防腐剂可以通过抑制氧化反应来延长食品的保质期，因此在含有较高氧气接触的食品中，选择具有抗氧化作用的防腐剂是很重要的。[18]

食品防腐剂

食品防腐剂是指可以抑制微生物的生长和繁殖，防止食品腐败变质，保持商品的新鲜度和品质的化学物质。规定使用的食品防腐剂有苯甲酸、苯甲酸钠、山梨酸、山梨酸钾、丙酸钙等25种，这些防腐剂可以延长食品保质期和防止食品腐败变质。[37]由于对生物保鲜在安全性和有效性方面的要求不断提高，食品工业现在正在从化学防腐剂转向天然防腐剂。[38]例如，纳他霉素作为一种天然防腐剂没有气味和颜色，其来源于一种称为 Streptomyces natalensis 的微生物，食品工业将纳他霉素用于奶酪、香肠、酸奶、果汁和葡萄酒等食品的防腐中。[39]

医药防腐剂

药用防腐剂是指用于药品、医疗器械和保健品等医药领域，能防止或抑制病原微生物生长发育的化学药品, 其中在滴眼剂和注射剂中使用的称抑菌剂。[40]常用的药用防腐剂有羟苯烷基酯zhǐ类、苯甲酸与苯甲酸钠、山梨酸、苯扎溴铵、醋酸氯已定和邻苯基苯酚等，它们可以防止药品在储存和使用过程中受到微生物的污染和腐败，从而延长药品的有效期限，确保药品的安全性和稳定性。[41]然而，使用药用防腐剂也需要注意剂量和安全性，以免对人体造成不良影响。[42]

化妆品防腐剂

化妆品防腐剂是一种用于防止化妆品产品受到微生物污染和腐败的化学物质。由于化妆品通常含有水分和多种营养成分，容易成为微生物生长的温床，因此防腐剂在化妆品中起着非常重要的作用。化妆品防腐剂的作用是抑制、杀灭或阻止微生物的生长，从而保持化妆品的质量和安全性。化妆品中可添加的防腐剂主要分为传统化妆品防腐剂、天然化妆品防腐剂和无添加防腐剂三大类。

传统化妆品防腐剂多为化学合成品是市场上化妆品防腐剂应用的主流，主要包括苯甲酸及其衍生物、醇类、有机酸及其盐类和甲醇释放体等，其抑菌作用强但具有一定的毒性和刺激性；而天然化妆品防腐剂主要分为植物源防腐剂和微生物源防腐剂，其虽然具有低毒、温和的特点，但提取工艺较复杂，产量低；无添加防腐剂是利用化妆品中功能性原料具有的防腐作用来抑制微生物繁殖，可以减少或者避免使用传统防腐剂所带来的潜在安全风险。[10]在选择化妆品时，消费者应该留意产品中的防腐剂成分，尤其是对于有过敏史的人群，应该选择不含或者含量较低的防腐剂的化妆品。同时，正确存放和使用化妆品也是保持其质量和安全性的重要因素。[43]

中国

2015年由中国国家卫生健康委员会发布实施的《 食品安全国家标准 食品添加剂使用标准》（GB2760-2014），规定了食品中各类添加剂的使用范围、使用条件和限量要求。其中包括防腐剂的使用标准，明确了允许使用的防腐剂种类、最大使用浓度以及适用的食品类别等内容。以下是一些常见食品中防腐剂的添加标准：食品中常用的亚硫酸氢钠的最大使用限量，不同食品类别的最大使用限量为2 g/kg至100 g/kg不等；食品中常用的山梨酸的最大使用限量，不同食品类别的最大使用限量为0.5 g/kg至30 g/kg不等；食品中常用的丙二醇酯的最大使用限量，不同食品类别的最大使用限量为3 g/kg至30 g/kg不等；食品中常用的苯甲酸，不同食品类别的最大使用限量为0.5 g/kg至3 g/kg不等。[14]

欧盟

欧盟对食品中防腐剂的使用进行了广泛的监管，并制定了一系列相关法律法规。例如，欧盟允许使用的防腐剂种类和最大使用量都有明确的规定，并要求标注在食品上。此外，欧盟还针对特定食品制定了更为严格的规定，如婴幼儿配方食品中的防腐剂使用受到更严格的限制。[15]

美国

美国食品药品监督管理局（FDA）也对食品中的防腐剂使用进行监管。FDA允许使用的防腐剂种类和使用浓度也有明确规定，并要求标注在食品上。同时，FDA还制定了一系列关于防腐剂使用的指南，以帮助食品制造商遵守相关法规。[16]

发现历史

防腐剂的发现历史可以追溯到古代文明时期，人们在食品和药品保存方面面临着巨大的挑战。早期，人们对于防腐的需求主要集中在食品领域。在古埃及时期，人们已开始使用盐和酸果汁作为天然的防腐剂来保存食物。[8]在古希腊和罗马时期，人们使用蜂蜜和醋等天然物质来保鲜食品。[44]

随着科学的进步，人们开始寻找更有效的防腐剂。19世纪初，法国化学家路易斯·尚贝尔（Louis Pasteur）发现了硫酸铜对于抑制霉菌生长的效果，这被视为现代防腐剂的开端。[9]在随后的几十年里，人们陆续发现了硫酸亚铁、硫酸锌等化学物质的防腐作用。[9]

20世纪初，人们对于食品和药品的安全性和卫生要求提出了更高的标准。1928年，亚历山大·弗莱明（Alexander Fleming）发现了青霉素，这是第一个广泛应用于抗菌防腐领域的药物。[45]随后，人们又陆续发现了其他抗生素，如链霉素、四环素等，这些化合物具有广谱的抗菌作用，成为新一代的防腐剂。[45]

然而，随着时间的推移，人们开始关注防腐剂本身可能带来的潜在风险。某些化学防腐剂被怀疑与健康问题有关，如苯甲酸钠被认为可能与某些药物相互作用。[46]这引起了对于更安全、更环保的防腐剂的需求。因此，天然防腐剂成为研究的热点。例如，一些天然植物提取物，如茶树精油、葡萄柚籽提取物等，被发现具有较强的抗菌和抗氧化活性，成为替代化学防腐剂的候选物。[47]

物理性质

防腐剂的物理性质涉及其外观、溶解性、熔点等特征，不同种类的防腐剂有着不同的物理形态。例如，亚硫酸盐类防腐剂（如亚硫酸氢钠）：亚硫酸盐是无色结晶性固体，可溶于水，具有刺激性味道。[48]硝酸盐类防腐剂（如硝酸钠）：硝酸盐是无色结晶性固体，能够溶解于水，呈现酸性。[48]苯甲酸盐类防腐剂（如苯甲酸钠）：苯甲酸盐是白色结晶性固体，可溶于水。[49]对羟基苯甲酸酯类防腐剂（如对羟基苯甲酸甲酯）：对羟基苯甲酸酯是无色或微黄色液体，在水中不易溶解。它们具有一定的挥发性和渗透性，能够穿透微生物细胞壁，抑制其繁殖。[50]

防腐剂的化学性质与其在产品中的功能密切相关。它们可以通过改变环境的化学特性来抑制微生物的生长。例如，亚硫酸盐类防腐剂（如亚硫酸氢钠）在水中呈现酸性，并能释放出亚硫酸根离子，从而抑制微生物的繁殖。[48]硝酸盐类防腐剂（如硝酸钠）也具有酸性特性，并能释放出亚硝酸根离子，从而抑制微生物的生长。[48]对羟基苯甲酸酯类防腐剂（如对羟基苯甲酸甲酯）可以通过抑制微生物的酶活性来阻止其生长。[50]

合成过程

常见的防腐剂包括化学防腐剂、天然防腐剂和复合型防腐剂，下面是对它们的合成过程进行介绍。[10][2][11]

化学防腐剂通常是通过化学合成的方式得到的，具体的合成过程因不同的化学物质而异。以苯甲酸防腐剂为例，采用高锰酸钾氧化法制备苯甲酸是将苯甲醛与高锰酸钾反应，通过不断加入高锰酸钾溶液使溶液颜色逐渐变为浅黄色，然后进行中和、减压蒸馏和提取纯化等步骤得到苯甲酸。[51]

高锰酸钾氧化法合成苯甲酸的反应式
高锰酸钾氧化法合成苯甲酸的反应式

天然防腐剂通常来源于植物、动物或微生物等天然物质，提取过程可以包括以下步骤：首先根据所需的天然防腐剂，选择相应的植物、动物或微生物作为原料；然后进行提取，常见的提取方法包括水提取、溶剂提取、超声波提取等，具体方法根据原料的性质和目标成分的特点而定；最后通过蒸馏、浓缩、结晶等工艺步骤，将目标成分从提取液中分离纯化。[52]

天然防腐剂纳他霉素生产流程图
天然防腐剂纳他霉素生产流程图

复合型防腐剂是将多种防腐剂组合在一起，以提高防腐效果或扩大适用范围。其制备过程可以分为以下步骤：首先根据需求选择多种不同类型的防腐剂，如化学防腐剂和天然防腐剂；接着根据各种防腐剂的特点和相容性，进行配比优化，确保各种成分的协同作用和稳定性；最后将各种防腐剂按照一定的配比加入到适当的基质中，并进行充分的混合和加工，以确保均匀分布。[53]

毒性

防腐剂的毒性主要取决于其化学成分、使用浓度和暴露方式等因素。防腐剂在一定浓度下可以抑制微生物的生长，但过高的浓度或长期的接触可能对人体健康造成潜在风险。例如，苯甲酸盐类防腐剂（如苯甲酸钠）通常被认为是相对安全的食品防腐剂，其毒性较低。然而，在极高浓度下或个别敏感人群中，可能引发过敏反应。[43]根据欧洲食品安全局（EFSA）的评估，苯甲酸及其盐类在规定的使用浓度下是安全的。[54]

对羟基苯甲酸酯类防腐剂（如对羟基苯甲酸甲酯）常用于化妆品和个人护理产品中。研究表明，对羟基苯甲酸酯类防腐剂可能对内分泌系统产生一定的影响，特别是在高浓度和长期暴露下。[50]然而，欧洲科学食品安全局（EFSA）认为，在规定的使用浓度下，对羟基苯甲酸酯类防腐剂不会对人体健康产生重大危害。[55]过量或长期摄入某些防腐剂可能对人体健康产生不利影响。例如亚硫酸盐类防腐剂（如亚硫酸氢钠）广泛应用在食品加工和酿造过程中。然而，对于有哮喘或亚硫酸盐过敏症的人来说，亚硫酸盐可能引发过敏反应。[56][57]

此外，某些防腐剂在特定条件下可能会产生有害物质，如硝酸盐与氨基酸结合形成亚硝胺，被认为对人体有潜在致癌性风险。[58]

安全事宜

防腐剂的安全性备受关注，在不同的应用领域，防腐剂的使用和安全事宜存在着一些差异。[14][59][60]

在食品领域，防腐剂作为一种重要的保鲜剂，能够有效地延长食品的保质期。但是，防腐剂的过量使用可能会对人体健康造成潜在风险。例如，苯甲酸等某些防腐剂被认为是致癌物质，其过量摄入可能会导致肝脏、肾脏等器官的损伤。[61]因此，在食品领域中，防腐剂的使用应该遵循国家相关的法规和标准，控制其使用量和使用频率，以确保食品的安全性和健康性。[14]

在药品领域，防腐剂的使用是为了保证药品的稳定性和安全性。然而，某些防腐剂可能会影响药物的功效和安全性。例如，苯甲酸钠被认为可能会与某些药物相互作用，从而影响其疗效和毒副作用。[62]因此，在药品领域中，防腐剂的选择和使用应该遵循药品相关的法规和标准，确保安全性和疗效性。[59]

在化妆品领域，由于化妆品大多含有水分，容易滋生细菌和霉菌，因此防腐剂的使用是必不可少的。然而，某些防腐剂可能会引起皮肤过敏等不良反应。[20]因此，在化妆品领域中，防腐剂的选择和使用应该遵循国家相关的标准和指南，对于已知的过敏原应该尽量避免使用。[60]

防腐剂在不同的应用领域中存在着一些安全事宜。正确使用防腐剂，控制使用量和使用频率，遵循相关的法规和标准，是确保产品安全性和健康性的关键。[14][15][16]

参考资料 62

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