由于化學(xué)合成食品添加劑在食品中的大量應(yīng)用,再加上毒理學(xué)和化學(xué)分析等檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展,相繼發(fā)現(xiàn)不少食品添加劑對(duì)人體有害。例如,能生成致癌物質(zhì)亞硝胺酸鹽和硝酸鹽,能導(dǎo)致過(guò)敏反應(yīng)甚至致死的亞硫酸鹽,懷疑有致毒、致癌作用的苯甲酸鈉、BHA、BHF、糖精、甜蜜素等。食品添加劑的安全問(wèn)題在全世界范圍內(nèi)掀起了一股“食品安全化”浪潮,從而導(dǎo)致了許多合成食品添加劑被禁止使用。開(kāi)發(fā)森林植物資源,制備“優(yōu)質(zhì)、安全、無(wú)污染”的新型食品添加劑,也已成為食品添加劑工業(yè)的一個(gè)熱點(diǎn)。
1 從森林植物中提取天然食品添加劑的現(xiàn)狀
1.1 從森林植物中提取食品添加劑的優(yōu)點(diǎn)
從森林植物中提取食品添加劑具有以下優(yōu)點(diǎn):1資源豐富、種類(lèi)繁多、資源綜合利用價(jià)值高。例如從茶葉中可提取茶多酚、茶多糖和茶葉色素,從枸杞子中提取枸杞多糖、枸杞精油和枸杞紅色素;2無(wú)污染,安全性高,市場(chǎng)潛力巨大,符合綠色食品的發(fā)展趨勢(shì);3成分復(fù)雜,功能多。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),從甘草中可提取黃酮類(lèi)化合物、甘草香豆酮(Licocoumarone)、甘草光果烯、光果利定、甘草查爾酮A和B、2′,4′,4-三羥基查爾酮(異甘草素)等具有抗氧化、抗菌和清除自由基作用的活性成分,以及作為天然食用甜味劑的甘草甜素。上海奧利實(shí)業(yè)有限公司等生產(chǎn)的甘草流浸膏,可作天然食用香料、甜味劑、調(diào)味劑和表面活性劑。
1.2 我國(guó)天然食品添加劑森林植物資源的開(kāi)發(fā)現(xiàn)狀
據(jù)統(tǒng)計(jì),我國(guó)近年來(lái)已開(kāi)發(fā)出的天然植物食用色素有梔子藍(lán)、可可殼棕、葉綠素銅鈉鹽等10多個(gè)品種。正在研究和開(kāi)發(fā)的有五味子紅色素、火棘色素、落葵紅色素、黑加侖色素、柿皮色素、龍葵色素、茶色素、美人蕉花色素、枸杞子紅色素、板栗殼棕色素、牽�；ㄉ�、映山紅色素、雞冠花紅色素、山楂紅色素等。另外,對(duì)從天然植物中提取防腐劑、香精香料、增稠劑、抗氧化劑、甜味劑和保健功能因子等也進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。由于我國(guó)有著悠久的中醫(yī)文化傳統(tǒng),在對(duì)覺(jué)食藥兩用藥成分進(jìn)行全面分析的基礎(chǔ)上,研究開(kāi)發(fā)出“多功能”天然食品添加劑,已成為我國(guó)食品添加劑研究和開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)。食藥兩用中藥除可制作保健和抗菌劑外,還可制備其它食品添加劑。例如,小茴香、薄荷、芝麻、藿香和丁香等還可制備食用香料,從決明子中提取食用膠,從烏梅、桑椹、青果、紅花中提取食用色素,從迷迭香中提取食用香料和抗氧化劑等。
我國(guó)云南、廣西、浙江等省區(qū)在開(kāi)發(fā)天然植物資源方面取得了可喜的成績(jī),涌現(xiàn)了一大批天然食品添加劑生產(chǎn)企業(yè)。廣西師范大學(xué)在植物提取物方面,已形成兩大類(lèi)十多個(gè)產(chǎn)品,保健品原料類(lèi)有銀杏葉黃桐、葛根素、枳實(shí)、貫葉連翹、白疾藜、積雪草、絞股蘭等提取物;天然食品添加劑類(lèi)有羅漢果甜甙、木瓜酶、桅子黃色素、甜茶、綠茶提取物等,產(chǎn)品遠(yuǎn)銷(xiāo)歐美日及港澳臺(tái)地區(qū);天然植物制品近兩年銷(xiāo)售額達(dá)5500萬(wàn)元,利稅1725萬(wàn)元。
2 我國(guó)天然食品添加劑森林植物資源的開(kāi)發(fā)利用
2.1 天然食品添加劑森林植物資源的分布據(jù)統(tǒng)計(jì),國(guó)產(chǎn)芳香植物達(dá)823種,隸屬95科335屬,其中食用香料植物占有相當(dāng)重要的部分。據(jù)調(diào)查,我國(guó)共有113種植物色素資源,在云南的西雙版納、武陵山區(qū)、秦巴山區(qū)及東北的長(zhǎng)白山區(qū)為天然食用色素植物資源較為集中的地區(qū)。在長(zhǎng)白山地區(qū)蘊(yùn)藏有近20種天然食用色素資源,其中儲(chǔ)量大的有北五味子4.5萬(wàn)t、山葡萄3.5萬(wàn)t、藍(lán)錠果1.8萬(wàn)t、龍葵5萬(wàn)t,四川省天然食用色素資源共35類(lèi)96種,大多數(shù)均有開(kāi)發(fā)價(jià)值。桂林羅漢果占有全國(guó)以及世界羅漢果產(chǎn)量的90%以上。我國(guó)地域遼闊,野生食品資源豐富,而且絕少污染,開(kāi)發(fā)前景十分廣闊。1可開(kāi)發(fā)的色素資源尤為豐富,如內(nèi)蒙古、新疆等地的越橘漿果,就是紅色素原料;2香精、香料資源豐富,可以作為香料資源的芳香植物不勝枚舉,如山蒼子、柏木、紅松、五味子、花椒、生姜、金銀花、紫蘇、刺槐等;3我國(guó)西部山林是天然食用菌和中草藥生長(zhǎng)的理想環(huán)境,如草菇、平菇、香菇、木耳、猴頭菌、銀耳、茯苓、松茸、竹蓀、狼肚等食用菌和枸杞等中草藥資源相當(dāng)豐富,而且品質(zhì)優(yōu)良,是開(kāi)發(fā)功能性食品添加劑的可靠資源;4天然甜味劑資源有羅漢果、甘草、甜葉菊等,都是低熱量甜味劑,可以制成適合于糖尿病和肥胖病人的食品或飲料。
2.2 從森林植物中提取天然食品添加劑的途徑開(kāi)發(fā)天然食品添加劑,可以利用植物的不同器官或組織。
1 花,主要用于提取天然食用色素,如菊花、雞冠花、山蘭、番紅花、藏紅花、密蒙花、落葵花等,也有部分用于制備天然食用香料,如玫瑰花油、春黃菊花油、梔子花油、金盞花油等;
2 果實(shí)或種子,有些可提取天然食用色素,如沙棘、板栗殼、忍冬果、地念果、黑加侖子、枸杞、懸鉤子、羅望子、山楂等,有的可制備天然食用香料,如山蒼子、芫荽籽、迷迭香、八角茴香、苦杏仁、花椒、巖薔薇、杜松子等,有的可制備抗氧化劑,如楊梅、訶子和多香果提取物等;
3 葉子,如從山楂、銀杏葉中提取黃酮類(lèi)物質(zhì),從杜仲葉和元寶楓葉中提取抗氧化物質(zhì),從紫葉變色木葉、山蘭葉中提取紅色素,從林檎葉、竹中吉提取抑菌成分等;
4 樹(shù)皮或根莖,如從厚樸皮中提取抗氧化物,桂皮、當(dāng)歸根可作天然食用香辛料等;
5 全株(草),主要為草本類(lèi)植物。
2.3 森林植物資源的綜合利用目前,不少天然食品添加劑是綜合利用的結(jié)果。如從制柿餅時(shí)削下的黃色柿子皮提取柿黃素,從漿果榨汁后的渣中提取漿果色素,桑椹榨汁后的果渣中提取桑椹紅色素,從板栗殼中提取板栗色素,從榨取苦杏仁油后的苦可仁渣中提取苦杏仁甙等等。這類(lèi)副產(chǎn)物或下腳料的綜合利用可大大降低生產(chǎn)成本,具有合成色素?zé)o可比擬的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)森林植物資源進(jìn)行綜合加工制備天色食品添加劑的實(shí)例還有很多。例如,將竹葉粉碎可制行天然色素竹葉粉,或從中提取葉綠互;竹葉提取物具有類(lèi)SOD活性,對(duì)清除自由基有一定作用:竹葉提取液含有很多的抗菌成分,對(duì)食品感染菌有抑制作用,可用作天然防腐抗菌劑。再如,從羅望子種子中提取出多功能天然品質(zhì)改良劑羅望子種子多糖和羅望子色素。從茶葉中可分別提取出保健功能因子茶多酚、茶多糖和茶葉色素。從梔子中可提取出梔子藍(lán)、黃、紅、綠等色素。從山杏仁中可提取出天然香味料苦杏仁油和功能強(qiáng)化劑苦杏仁甙,葉中可提取黃酮類(lèi)物質(zhì)。
3 從森林植物中提取天然食品添加劑的新技術(shù)
3.1 超臨界二氧化碳萃取技術(shù)近年來(lái),超臨界流體萃取(SFE)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室和工業(yè)領(lǐng)域,改變了傳統(tǒng)蒸餾法和溶劑提取法的時(shí)間長(zhǎng)、溶劑消耗多的缺點(diǎn)。在食品工業(yè)中使用最多的超臨界流體為CO2,它具有低的臨界溫度(31.1℃)和壓力(73.8MPa)、化學(xué)惰性、無(wú)毒、廉價(jià)易得等優(yōu)點(diǎn),越來(lái)越多地用于植物天然食品添加劑的提取。李軍等采用超臨界流體從茶葉中萃取茶多酚,每升CO2所萃取的茶多酚和咖啡因分別為0.3066mg和0.4778mg,將萃取物分離后,得到相對(duì)純度為95.45%的茶多酚和相對(duì)純度為86.54%的咖啡因。高彥祥等報(bào)導(dǎo)了采用超臨界二氧化碳萃取茴香油的初步研究結(jié)果,中試設(shè)備在提取壓力30MPa、溫度40℃,通過(guò)兩個(gè)串聯(lián)分級(jí)分離器,可獲得含油產(chǎn)品和含脂產(chǎn)品。
3.2 反滲透和超濾技術(shù)反滲透和超濾技術(shù)一般在常溫下操作,不需要加熱,被分離的物質(zhì)能保持原來(lái)的性質(zhì),能保持食品原有的色、香、味、營(yíng)養(yǎng)和口感,也能保持生物物質(zhì)的活性,還能起到除菌的作用。其選擇性強(qiáng),操作過(guò)程簡(jiǎn)單,適用范圍廣。
采用PSA(聚硯酰胺)超濾膜提取菠蘿蛋白棧,當(dāng)壓力在0.250-0.3MPa、體積濃縮5倍時(shí),酶活濃縮可達(dá)4倍,濃縮液棧截留率為95%,酶回收率為79.8%,酶粉活性總回收率為65.7%,酶粉得率比傳統(tǒng)方法高47%,透過(guò)液可生產(chǎn)菠蘿汁飲料等。采用三醋酸纖維反滲透膜對(duì)茶葉提取物進(jìn)行過(guò)濾和濃縮,茶多酚的平均截留率約為87%,比蒸餾法的得率高18%。再如Thomas報(bào)道用超濾膜提取葡萄皮色素和甜菜紅色素,葉杭菊介紹用反滲透膜提純梔子紅色素能提高色素穩(wěn)定性。
3.3 微膠囊化技術(shù)
利用微膠囊化技術(shù),可以相當(dāng)程度地克服植物性天然食品添加劑抗光抗熱性差、pH值應(yīng)用范圍小、水溶性差等缺點(diǎn)�，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上已有微膠囊化生理活性物質(zhì)(如DHA、EPA、AA、γ-亞麻酸、β-胡蘿卜素)、天然色素(如類(lèi)胡蘿卜素、姜黃色素)、香料和風(fēng)味劑(如薄荷、檸檬、茴香油、花椒油)、酸味劑(如檸檬酸、蘋(píng)果酸等產(chǎn)品。劉建輝等使用海藻酸鈉作囊材,用凝聚法將花椒油微膠囊化,其微膠囊化條件為,海藻酸鈉的濃度為1.5%-20%,海藻酸鈉:油叫:1,2,花椒油在囊材中分散時(shí)轉(zhuǎn)速要快、溫度45℃左右,固化溫度控制在10℃～15℃,固化劑采用0.25M的CaCl2(aq)。
3.4 色譜分離技術(shù)
隨著人們安全意識(shí)的增強(qiáng),對(duì)天然食品添加劑中主要成分的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及毒理性等方面提出了很高的要求。因此,在利用森林植物資源制備天然食品添加劑時(shí),必須采用先進(jìn)的提純和鑒定技術(shù),確定出其中的主要成分及其功能。ShimizuM等用秋茶加工成Bancha茶,該茶對(duì)由Strptozotocin6誘致的高血糖大白鼠具有最強(qiáng)的降血糖作用;從該茶分離出的茶多糖再用ToyopearHW50F和二乙基胺基乙基纖維素柱純化后,經(jīng)測(cè)定,其成分為阿拉伯樹(shù)糖、D-核糖、D-葡萄糖,組成比為5.1∶4.7∶1.7,分子量約為4×104。
3.5 植物組培合成技術(shù)
由于色素和香精等都是植物的次生代謝產(chǎn)物,含量很低,提取困難;而且使用的原料受品種和環(huán)境影響,產(chǎn)品品質(zhì)不穩(wěn),波動(dòng)很大。因此,我們可以用植株特定部位的組織或細(xì)胞為原料,采用植物組培合成技術(shù)生產(chǎn)次生代謝產(chǎn)物,或制備固定化植物細(xì)胞反應(yīng)器,也可篩選出優(yōu)良的高產(chǎn)植株。這對(duì)合理開(kāi)發(fā)野生植物資源,培育新的高產(chǎn)天然產(chǎn)品添加劑植物資源,具有重大意義。鄭穗平等利用玫瑰茄細(xì)胞懸浮培養(yǎng)技術(shù)生產(chǎn)花色苷,細(xì)胞培養(yǎng)7d后,細(xì)胞中花色苷開(kāi)始增加,至第15d時(shí)達(dá)到最大值595mg/L,單位干細(xì)胞色純潔含量為28.5mg/g,是原植株花苷含量的2.5倍。朱新貴等先將液態(tài)培養(yǎng)的細(xì)胞在培養(yǎng)結(jié)束后過(guò)濾得濕細(xì)胞,接著固態(tài)培養(yǎng)細(xì)胞,然后進(jìn)行色素抽提;再用紙層析法(流動(dòng)相為BHW)分離黃酮,經(jīng)測(cè)定玫瑰茄細(xì)胞色素中總黃酮含量為15.3～21.50mg/g。此外,還有用藏紅花細(xì)胞培養(yǎng)生產(chǎn)藏花素、藏花酸,用紫草根組織培養(yǎng)提取紫草紅色素,用葡萄細(xì)胞懸浮培養(yǎng)生產(chǎn)花色素苷等報(bào)道。
4 從森林植物中提取天然食品添加劑的發(fā)展方向
隨著人們安全保健意識(shí)的增強(qiáng),對(duì)食品添加劑也提出了“天然、營(yíng)養(yǎng)、多功能”的要求。我們應(yīng)該合理規(guī)劃布局,加強(qiáng)科研、生產(chǎn)和應(yīng)用的結(jié)合;應(yīng)充分發(fā)揮我國(guó)的資源優(yōu)勢(shì),依靠科技進(jìn)步,以天然資源為依托,開(kāi)發(fā)“安全、營(yíng)養(yǎng)、高效、多功能、質(zhì)優(yōu)價(jià)廉”的天然食品添加劑。第一,在原有基礎(chǔ)上積極開(kāi)拓新的森林植物資源,綜合加工,尋找新的開(kāi)發(fā)途徑。第二,采用先進(jìn)的提取、提純技術(shù),如超臨界二氧化碳萃取法、反滲透膜和超濾膜技術(shù)等,將原本廢棄的資源加以綜合利用,提高產(chǎn)品的純度和質(zhì)量。第三,采用現(xiàn)代生物技術(shù),如細(xì)胞培養(yǎng)、組培合成和酶工程技術(shù)等,精簡(jiǎn)優(yōu)化產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程。第四,研究解決天然食品添加劑抗光抗熱性差、pH值應(yīng)用范圍小和水溶性差的弱點(diǎn),擴(kuò)大其應(yīng)用范圍,如微膠囊技術(shù)。