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食品添加剂研究现状及发展趋势

摘 要： 近年来食品添加剂的研究主要集中在新型安全的天然食品添加剂研究、食品添加剂制备中的新技术研究和食品添加剂的检测分析技术研究三个方面。本文概述了我国食品添加剂的现状、发展趋势及该领域的研究热点问题。

关键词：食品添加剂；天然产物；生物技术；检测分析

近些年我国食品工业发展迅速，年均增长率超过20%，为同期 GDP 增长率的 2 倍。食品工业的发展与食品添加剂密切相关，食品添加剂是食品工业创新发展的重要基础之一。食品添加剂为食品产业的创新发展和食品质量安全水平的提高起到了巨大推动作用，主要表现在: ①食品添加剂推动了新产品开发，促进了新产品的不断涌现;②食品添加剂改革了传统食品加工工艺，促进了食品产业升级换代; ③食品添加剂在不断取得科技进步的同时推动了整个食品工业的科技创新;④食品添加剂是食品质量与安全的重要保障，为食品安全起到了保驾护航的作用。食品添加剂的种类、数量、质量与安全水平直接体现食品工业的发展水平，已成为反映人民生活质量及国家发展水平的重要标志。近年来我国食品添加剂发展迅猛，但行业整体仍呈现大而不强态势，产品的低端化、同质化问题突出。因此，要提高国内食品添加剂行业的核心竞争力，亟待加强相关基础科学问题的研究。本文主要针对食品添加剂行业的现状和发展趋势进行讨论，以期把握好食品添加剂研究的发展方向。

1 食品添加剂行业的现状

食品添加剂指为改善食品品质和色、香、味以及为防腐、保鲜和加工工艺的需要而加入食品中的人工合成或者天然物质。食品添加剂的使用对食品产业的发展起着重要的作用，它可以改善风味、调节营养成分、防止食品变质，从而提高质量，使加工食品丰富多彩，满足消费者的各种需求。食品添加剂的使用虽然历史悠久，但形成工业的时间并不长，食品添加剂工业的产生是食品加工业发展到一定阶段的必然产物。食品工业在各国的经济领域都占有极其重要的地位，我国食品工业从 1996 年开始跃居国民经济各部门之首，成为第一大产业[1]。食品工业的需求带动了食品添加剂工业的发展，我国的食品添加剂行业从此开始进入快速发展的阶段。经过近二十年的发展，我国食品添加剂行业目前主要体现以下几个方面的特点。

1.1 国内食品添加剂持续增长，在国际上的影响日益增强 2

食品添加剂种类繁多，国际上使用的种类达到16 000余种，直接使用的约4 000种，常用的约1 000多种，我国目前食品添加剂的种类达 2 000种左右[2]。我国食品添加剂在近十年发展尤其迅猛，2004 年产量达到 348 万 t，比 2000 年增长80% 以上; 2010 年增加到710万t左右，产品销售额约 720 亿元，出口创汇约 32 亿美元[3]。

我国一些食品添加剂产品的产量位居世界前茅。柠檬酸是我国传统出口产品之一，出口量占世界第一。我国柠檬酸生产主要采用薯干料发酵，成本低，在国际市场竞争中具有明显优势。我国还是木糖及木糖醇的生产与出口大国，出口量占世界贸易量的 80% 以上。乙基麦芽酚是食品香料中用量最大的品种之一，我国生产的乙基麦芽酚也已占据了大部分的国际市场。我国谷氨酸钠、赖氨酸、山梨醇、维生素 C、维生素 E 和黄原胶等产品的产量在国际上也占有绝对的优势[4]。

1.2 食品添加剂企业整体实力不强

目前我国食品添加剂万吨以上产量品种只有十几个，企业普遍规模不大，实力薄弱，抗风险能力差，在竞争激烈的国际市场中生存困难。以香精香料工业为例，我国现有的

600 余家生产企业中 90%以上属于小型企业，年销售额在亿元以上的企业仅有十余家。国际上的一些大型香料公司纷纷进入国内市场，对国内香精香料企业造成很大的冲击。

1.3 高技术含量的产品品种少

我国食品添加剂工业技术水平总体较低，与发达国家还存在较大的差距。很多企业生产技术落后，造成很大的环保压力，阻碍了企业的可持续发展。一些用量少、档次高的产品仍依赖进口。例如在酶制剂中，国外蛋白酶品种占总量的近40% ，而我国仅为 12% 左右; 国外的凝乳酶、果胶酶和葡萄糖异构酶所占比例都较高，而国内生产品种很少，不足总品种的 1%。

2 食品添加剂研究热点问题

食品添加剂相关的基础研究工作是食品添加剂工业蓬勃发展的巨大源动力。为满足目前食品工业及食品添加剂工业发展的需要，有关食品添加剂的研究成为食品科学领域非常活跃的研究方向之一。近些年有关食品添加剂的研究热点主要集中在以下几个方面。

2.1 新型安全的天然食品添加剂研究

在各类食品添加剂中，化学合成的食品添加剂占有相当大的市场份额，如食用色素中化学合成品占到 40% 以上。尽管天然的比化学合成的更安全这一观点并没有科学依据，但3

广大的消费群体普遍认为天然的就是最好的，因此各类天然的“更安全”的食品添加剂的研究成为食品添加剂研究领域的一大热点。

2.1.1 甜味剂 天然甜味剂通常具有安全性高、味觉良好、稳定性高和水溶性好的优点，有益于高血糖症人群的健康，同时还具有其他一些保健功能，因此其市场需求以每年约 8% 的速率增长。天然甜味剂的研究受到普遍关注。天然甜味剂甘草甙的甜度是蔗糖的

250 倍，与少许的蔗糖、柠檬酸钠配合使用，可减少蔗糖的用量，有效避免蔗糖浓度过高产生的甜腻感，而且具有增香的功能。甘草甙主要来源于甘草。甘草用作草药具有非常久远的历史，对甘草的化学成分已经进行了广泛深入的研究，包括许多三萜烯皂角苷和类黄酮类化合物，其中齐墩果烷型( oleanane-type) 的三萜烯皂角苷甘草甙是最主要的成分，可用作天然的甜味剂，而且具有消炎、保肝等保健功效。甘草甙用于食品中除了赋予甜味外，还可以缓和咸味和提升食物香味，而且热稳定性好，因此甘草甙和甘草的提取物作为食品添加剂广泛用于各种食品中。研究表明甘草提取物经过酶法修饰后可改善甜味和溶解性。目前通过植物细胞培养生产甘草甙仍很困难，甘草甙主要从野生的或种植的甘草植物中提取。由于过度的开发利用，野生的甘草植物濒临灭绝。人工培育的甘草甙含量较高的甘草品种已有相关文献报道。促进甘草甙生物合成的酶的 cDNA 序列已经测定，在不远的将来有可能会实现利用代谢工程产生制备甘草甙的植物或微生物。

2.1.2 抗氧化剂 食品中脂质氧化问题是食品工业关注的主要问题之一。脂质氧化不仅产生难闻的酸败气味，使食品营养价值降低，而且还会带来安全隐患。在食品中加入抗氧化剂成为保障脂质食品质量和延长保质期的有效手段，而天然的食品抗氧化剂因为其安全性受到了更多的青睐。研究表明，许多的草本植物和天然调味料中都含有具有抗氧化作用的活性成分，是非常好的天然抗氧 化 剂 的 来 源，如 迷 迭 香、鼠 尾 草、牛 至( oregano) 、百里香、姜、夏香草、黑胡椒、辣椒、丁香、马郁兰、罗勒、薄荷和留兰香等。一些天然抗氧化剂的效果还明显优于人工合成的抗氧化剂2，6-二叔丁基对甲苯酚( BHT) 和丁基羟基茴香醚( BHA) ，如迷迭香提取物、鼠尾草提取物、甘草提取物、茶多酚、鞣花酸和向日葵籽提取物，目前迷迭香和鼠尾草提取物占据了天然抗氧剂市场的主导地位。由于食品工业对于天然抗氧化剂的市场需求巨大，新型高效安全的天然抗氧化剂的研究仍在不停的探索中。

2.1.3 防腐剂 天然食品防腐剂的研究一直处于非常活跃的状态。抑菌素是真核体生物核糖体杨新泉，等: 食品添加剂研究现状及发展趋势307合成的释放在细胞外的具有杀菌作用的小分子肽或蛋白质，通常由 30～60 个氨基酸组成，是一类非常有效的生物防腐剂。抑菌素作为食品防腐剂在食品中的应用方式大致可分为三类: 用产生抑菌素的细菌接种; 直接加入纯化的抑菌素物质; 用产生抑菌素的细菌的发酵产品作为添加物。近几年又出现了将4

抑菌素链接在包装材料的高分子中进行防腐的新技术。由于化学防腐剂的使用受到严格的限制，这些天然的生物防腐剂将成为食品防腐剂领域持续的研究热点。

许多植物的提取物也可以用作天然的食品防腐剂，目前发现有 1 000 多种植物含有具有抗菌活性的化合物。植物源的防腐剂成分主要包括皂甙、类黄酮、硫代亚磺酸酯和硫代葡萄糖甙等。尽管植物提取物作为天然食品防腐剂历史非常悠久，但由于天然提取物成分通常复杂，这些植物源的天然食品防腐剂的有效成分的分离鉴定、作用机制、抗菌活性的研究仍需大量深入的工作。

2.2 食品添加剂制备中的新技术研究

2.2.1 利用生物技术制备食品添加剂 由于世界能源危机和可持续发展的要求，生物技术因其能耗低、环境污染小的特点，在燃料、药物、精细化学品等的生产中得到了广泛的应用，而其在食品添加剂生产中的应用除了可持续发展的优势外，更因为其产品的天然性受到格外的欢迎。因此有关利用生物技术替代一些食品添加剂传统生产方法的研究文献报道非常多。

类胡萝卜素是非常重要的食品添加剂之一，作为色素、营养强化剂和抗氧化剂广泛应用于食品工业中。天然的类胡萝卜素可通过植物提取，与之相比生物技术没有对原料供应的季节依赖性，而且原料更为廉价。早在 2001 年，Buzzini就报道了以玉米为原料利用

Rhodotorula glutinis和Debaryomyces castellii 的共培养体系来生产类胡萝卜素，其中

Debaryomyces castellii 用来水解介质中的多糖，然后 Rhodotorula glutinis 用游离的单糖来产生类胡萝卜素。还有文献报道了利用对乳糖无效的 Rhodutorula rubra 酵母和 Lactobacillus

casei ssp． Casei 组成的共培养体系来制备类胡萝卜素，以乳清滤液为碳源，体系中

Lactobacillus casei ssp．Casei 用于水解乳糖。文献报道的通过生物技术制备色素的方法包括植物细胞和组织的培养、微生物发酵和基因控制等。植物细胞和组织的培养是一种获得天然色素的有效方法，如制备类胡萝卜素、花青素和甜菜素。但是在目前的技术中植物细胞产生的色素被储存在细胞中而不排泄出来，很难实现连续的工业化生产，因此通过植物细胞培养生产色素还没有实现大规模的工业化应用。

对天然食用香料化合物的需求近些年持续增长，由于其天然存在的含量很低，从天然水果、植物等中提取成本很高，生物技术成为生产天然食用香料非常有应用前景的方法之一。植物中天然存在的类胡萝卜素在酶催化作用下裂解通常会形成特征的香味化合物，因此类胡萝卜素可以作为生物转化制备食用香料的前体物质[5]。利用生物技术制备桃子香味的 γ-癸内酯也有很多的文献报道，以蓖麻油酸为原料，在 Sporidiobolus salmonicolor 和

Yarrowia lipolytica 两种酵母的作用下发生部分 β-氧化作用，可得到 γ-癸内酯。γ-癸内酯在5

桃子和大多数水果中以 R 构型存在，而在芒果中主要为 S 构型。虽然目前通过生物技术生产天然香料的文献报道很多，但是通常产率很低，没有实用价值。生产天然香料的低成本实用可行的生物技术方法还亟待进一步的研究。

在食品工业中需大量应用乙酸，全世界通过生物技术方法生产的年产量约为 19 万 t。在目前用于工业生产的生物转化技术中，乙酸的浓度可达到 20%，时空转化率可达到 100

g/( L·h),产率可达到 94%。尽管生产乙酸的生物技术已经相当成熟，但更为高效简便的生物转化方法也一直在探索之中。1996 年，Kondo 等报道了利用Zymomonas mobilis 和

Acetobacter sp． 共培养体系以葡萄糖为原料生产乙酸，产率高达 95． 5%。葡萄糖发酵成乙醇后，在同一生物反应器中几乎同时被 Acetobacter sp． 氧化成乙酸。该方法与工业应用的生物转化方法产率相近，而且具有在一个生物反应器中同时完成乙醇的形成和氧化的优点。Talabardon 等报道了以乳酸为原料，利用Clostridium thermolacticum 和 Moorella

thermoautotrophica 共培养体系来生产乙酸，产 率 可 达96% 。Collet 等报道了由

Clostridium thermolacticum、Moorella thermoautotrophica 和 Methanothermobacter

thermoautotrophicus 组成的共培养体系生产乙酸，与单一的 C． thermolacticum 培养体系相比反应速率可增加三倍。体系中 Moorella thermoautotrophica 将不需要的乳酸转化为乙酸，而 Methanobacter thermoautotrophicus 可降低体系中氢气的分压，这两个过程被认为是反应速率增加的主要原因。

氨基酸作为风味增强剂、营养强化剂广泛用于食品工业中，天然存在的二十种氨基酸在市场上都有销售，谷氨酸、赖氨酸和蛋氨酸三种氨基酸占据了大部分的市场份额，其中谷氨酸和赖氨酸都是通过发酵方式生产。氨基酸的制备是生物技术工业化应用最为典型的代表之一。尽管如此，生物技术在氨基酸制备中的应用仍有许多科学问题有待解决。谷氨酸单钠盐是最早实现生物技术生产的氨基酸，但是 C． glutamicum 菌形成谷氨酸单钠盐的准确机理仍然不十分清楚。尽管所有氨基酸都可以通过发酵产生，但是与传统的化学合成方法相比发酵法生产一些氨基酸的成本仍然较高，低成本、高效的发酵方法仍有待于进一步的研究与探索。

抑菌肽是一类非常有效的天然食品防腐剂，其最为典型的代表乳链菌肽( nisin) 在英国用于食品防腐已有 50 多年的历史。乳链菌肽以牛奶为基质通过微生物菌 Lactococcus lactis

发酵来生产，加入 Saccharomyces cerevisiae 或 Kluyveromycesmarxianus 组成共培养体系可提高产量[6]。

通过植物离体细胞培养制备天然的抗氧化剂也有许多文献报道，得到的抗氧化活性较高的产物包括多酚类、类异戊二烯、维生素 E 和甜菜甙等。尽管通过这类生物反应器合成