浅析防腐剂中的化学原理

陈卓

摘要：当下，食品安全获得了各国社会的广泛关注，作为现代食品行业发展中重要的一部分，食品添加剂的合理使用，对食品安全至关重要，防腐剂是一类重要的食品添加剂。本论文以几种常用的食品防腐剂为例，通过探讨其结构、性状、作用机理及化学制作方法等，来分析防腐剂中存在的化学原理，进而加深我们对化学这门课程相关知识的理解，同时也让我们意识到化学知识在生活中的广泛应用，从而提升学习的热情。

关键词：防腐剂；化学制作方法；化学原理

一、防腐剂的作用机理

1、防腐剂

指加入到食品中能够防止或延缓食品腐败的食品添加剂。

因此，防腐剂应具备的条件主要有四个：（1）性质稳定，在一定时期内有效，即在使用中或分解后无毒；（2）在低浓度下，仍有抑菌作用；（3）本身无刺激性或异味；（4）价格合理，使用方便。

2、作用機理

食品的营养丰富，极易受到微生物污染而腐败变质，在一定情况搭配防腐剂来将其保藏，能有效防止食品腐败。防腐剂抗微生物的主要作用是通过抑制细菌、霉菌及酵母菌的新陈代谢和其生长来实现的，具体作用机理可归纳为以下几点：

（1）通过作用在微生物的蛋白质上，使得其产生部分的变性，进而对微生物正常的生长或繁殖达到干扰的效果。

（2）通过微生物中酶系活性的抑制，影响正常的代谢；

（3）通过作用在微生物的细胞膜上，进而影响其渗透性，来对微生物的生理平衡产生破坏；

（4）通过对微生物细胞原生质中所存在的某些遗传机的改变，达到防止腐败作用。

二、常用的食品防腐剂

1、苯甲酸及其钠盐

1.1 结构

苯甲酸，俗称安息香酸，分子式为C7H6O2，相对分子量为122.124；

苯甲酸钠，俗称安息香酸钠，分子式为C7H5O2Na，相对分子量为144.11。

二者化学结构如下图：

1.2 性状

苯甲酸的性状为：

（1）苯甲酸为白色有萤光的鳞片结晶或针状结晶，或单斜棱晶，纯度高时无臭味，不纯时捎带一点杏仁味；

（2）在热空气中微挥发，于100℃升华，能与水气同时挥发；

（3）化学性稳定，有吸湿性，常温下难溶于水，0.34g/100ml（25℃）；

（4）溶于沸水4.55g/100ml（90℃），也溶于乙醇、氯仿、乙醚、丙酮、二氧化硫和挥发性、非挥发性油中，微溶于乙烷；

（5）相对密度为1.2659，沸点为249.2℃，熔点为122.4℃。

苯甲酸钠的性状为：

白色颗粒或晶体粉末，无臭或微带安息香气味，味微甜；在空气中稳定，易溶于水，53.0g/100ml（25℃）；溶于乙醇1.4g/100ml（25℃）；其水溶液的pH值为8。

1.3 抑菌作用

苯甲酸及其钠盐的防腐效果相同。在酸性条件下，有抑菌作用，但对产酸菌作用较弱，当pH值在5.5以上时，对很多霉菌和酵母的作用较弱。其抑菌作用的最适合pH值为2.5～4.0，一般以低于pH值4.5～5为宜，此时，它对一般微生物完全抑制的最低浓度为0.05%～0.1%。

1.4 抑菌机理

苯甲酸及其钠盐需要在酸性条件下，通过为解离的分子起抑菌作用，故称之为酸型防腐剂，同时，其能作用于生物细胞内呼吸酶系，来抑制其活性，达到抑菌效果。

1.5 代谢

苯甲酸进行代谢后，不会积蓄在人体当中，它的代谢过程主要是大部分通过与甘氨酸的化合作用形成马尿酸，而剩下的一小部分则和葡萄糖醛化后从人体排出。其具体的化学反应过程如下图：

苯甲酸甘氨酸马尿酸

剩余部分：

1.6 化学制法

苯甲酸的化学制法主要有三种：（1）由甲苯直接液相氧化制得；（2）以邻苯二甲酸为原材料，通过氧化铅、氧化锌等的催化作用，实现其脱羧目的来制作出苯甲酸；（3）以甲苯为原料，通过氯化作用，进而产生三氯甲基苯，再结合石灰乳和铁粉，进行水解作用制作而成。

2、山梨酸及其钾盐

2.1结构

山梨酸，又2，4—乙二烯酸、2—丙烯基丙烯酸，亦称花楸酸，分子式为C6H8O2，相对分子量为112.13，是一种不饱和脂肪酸。

山梨酸钾分子式为C6H7KO2，相对分子量为150.22。

2.2 性状

山梨酸：无色针状的结晶亦或者是白色结晶状的粉末，在空气中暴露时间久了很容易被氧化，难溶于水，溶于乙醇、乙醚等有机溶剂。

山梨酸钾：为白色鳞片状结晶或结晶状粉末，无臭或微臭，极易溶于水，也易溶于高浓度蔗糖和食盐溶液。

2.3 抑菌作用

（1）山梨酸对霉菌、酵母等菌类能起到很好的抑制效果；

（2）山梨山属酸性防腐剂，其防腐效果随pH值的升高而降低；

（3）山梨酸及山梨酸钾宜在pH值5～6以下的范围内使用。

2.4 抑菌机理

山梨酸是一种不饱和单羧基脂肪酸，其结构与微生物喜嗜的葡萄糖这种物质大致相同，它主要是通过自身双键与微生物酶系的作用，来达到使其活性丧失，进而影响代谢的效果。山梨酸在人体内可以被很快派出去，对人体无害，是毒性最轻的一种防腐剂之一。

2.5 代谢

研究表明，山梨酸在人和动物体内与其他脂肪酸一样进行新陈代谢，释放热量为27.58kJ/g，越50%的热量被利用。根据14C山梨酸标记化合物证明，山梨酸不由尿液中排出，约有85%与其他脂肪一样进行β氧化而降解，以CO2的形式排出，约有13%的山梨酸用于合成新的脂肪酸而存留在动物的器官、肌肉中。