由于化學合成食品添加劑在食品中的大量應用,再加上毒理學和化學分析等檢測技術的發展,相繼發現不少食品添加劑對人體有害。例如,能生成致癌物質亞硝胺酸鹽和硝酸鹽,能導致過敏反應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題在全世界范圍內掀起了一股“食品安全化”浪潮,從而導致了許多合成食品添加劑被禁止使用。開發森林植物資源,制備“優質、安全、無污染”的新型食品添加劑,也已成為食品添加劑工業的一個熱點。
1 從森林植物中提取天然食品添加劑的現狀
1.1 從森林植物中提取食品添加劑的優點
從森林植物中提取食品添加劑具有以下優點:1資源豐富、種類繁多、資源綜合利用價值高。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無污染,安全性高,市場潛力巨大,符合綠色食品的發展趨勢;3成分復雜,功能多。經研究發現,從甘草中可提取黃酮類化合物、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。上海奧利實業有限公司等生產的甘草流浸膏,可作天然食用香料、甜味劑、調味劑和表面活性劑。
1.2 我國天然食品添加劑森林植物資源的開發現狀
據統計,我國近年來已開發出的天然植物食用色素有梔子藍、可可殼棕、葉綠素銅鈉鹽等10多個品種。正在研究和開發的有五味子紅色素、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行了系統的研究。由于我國有著悠久的中醫文化傳統,在對覺食藥兩用藥成分進行全面分析的基礎上,研究開發出“多功能”天然食品添加劑,已成為我國食品添加劑研究和開發的重點。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。
我國云南、廣西、浙江等省區在開發天然植物資源方面取得了可喜的成績,涌現了一大批天然食品添加劑生產企業。廣西師范大學在植物提取物方面,已形成兩大類十多個產品,保健品原料類有銀杏葉黃桐、葛根素、枳實、貫葉連翹、白疾藜、積雪草、絞股蘭等提取物;天然食品添加劑類有羅漢果甜甙、木瓜酶、桅子黃色素、甜茶、綠茶提取物等,產品遠銷歐美日及港澳臺地區;天然植物制品近兩年銷售額達5500萬元,利稅1725萬元。
2 我國天然食品添加劑森林植物資源的開發利用
2.1 天然食品添加劑森林植物資源的分布據統計,國產芳香植物達823種,隸屬95科335屬,其中食用香料植物占有相當重要的部分。據調查,我國共有113種植物色素資源,在云南的西雙版納、武陵山區、秦巴山區及東北的長白山區為天然食用色素植物資源較為集中的地區。在長白山地區蘊藏有近20種天然食用色素資源,其中儲量大的有北五味子4.5萬t、山葡萄3.5萬t、藍錠果1.8萬t、龍葵5萬t,四川省天然食用色素資源共35類96種,大多數均有開發價值。桂林羅漢果占有全國以及世界羅漢果產量的90%以上。我國地域遼闊,野生食品資源豐富,而且絕少污染,開發前景十分廣闊。1可開發的色素資源尤為豐富,如內蒙古、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我國西部山林是天然食用菌和中草藥生長的理想環境,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豐富,而且品質優良,是開發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發天然食品添加劑,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物質,從杜仲葉和元寶楓葉中提取抗氧化物質,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 樹皮或根莖,如從厚樸皮中提取抗氧化物,桂皮、當歸根可作天然食用香辛料等;
5 全株(草),主要為草本類植物。
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果。如從制柿餅時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。這類副產物或下腳料的綜合利用可大大降低生產成本,具有合成色素無可比擬的優點。對森林植物資源進行綜合加工制備天色食品添加劑的實例還有很多。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SOD活性,對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、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化劑苦杏仁甙,葉中可提取黃酮類物質。
3 從森林植物中提取天然食品添加劑的新技術
3.1 超臨界二氧化碳萃取技術近年來,超臨界流體萃取(SFE)技術已廣泛應用于實驗室和工業領域,改變了傳統蒸餾法和溶劑提取法的時間長、溶劑消耗多的缺點。在食品工業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)、化學惰性、無毒、廉價易得等優點,越來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,得到相對純度為95.45%的茶多酚和相對純度為86.54%的咖啡因。高彥祥等報導了采用超臨界二氧化碳萃取茴香油的初步研究結果,中試設備在提取壓力30MPa、溫度40℃,通過兩個串聯分級分離器,可獲得含油產品和含脂產品。
3.2 反滲透和超濾技術反滲透和超濾技術一般在常溫下操作,不需要加熱,被分離的物質能保持原來的性質,能保持食品原有的色、香、味、營養和口感,也能保持生物物質的活性,還能起到除菌的作用。其選擇性強,操作過程簡單,適用范圍廣。
采用PSA(聚硯酰胺)超濾膜提取菠蘿蛋白棧,當壓力在0.250-0.3MPa、體積濃縮5倍時,酶活濃縮可達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%,酶粉得率比傳統方法高47%,透過液可生產菠蘿汁飲料等。采用三醋酸纖維反滲透膜對茶葉提取物進行過濾和濃縮,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定性。
3.3 微膠囊化技術
利用微膠囊化技術,可以相當程度地克服植物性天然食品添加劑抗光抗熱性差、pH值應用范圍小、水溶性差等缺點。現在國內外市場上已有微膠囊化生理活性物質(如DHA、EPA、AA、γ-亞麻酸、β-胡蘿卜素)、天然色素(如類胡蘿卜素、姜黃色素)、香料和風味劑(如薄荷、檸檬、茴香油、花椒油)、酸味劑(如檸檬酸、蘋果酸等產品。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轉速要快、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
隨著人們安全意識的增強,對天然食品添加劑中主要成分的組成、結構、性質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,必須采用先進的提純和鑒定技術,確定出其中的主要成分及其功能。ShimizuM等用秋茶加工成Bancha茶,該茶對由Strptozotocin6誘致的高血糖大白鼠具有最強的降血糖作用;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,經測定,其成分為阿拉伯樹糖、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
由于色素和香精等都是植物的次生代謝產物,含量很低,提取困難;而且使用的原料受品種和環境影響,產品品質不穩,波動很大。因此,我們可以用植株特定部位的組織或細胞為原料,采用植物組培合成技術生產次生代謝產物,或制備固定化植物細胞反應器,也可篩選出優良的高產植株。這對合理開發野生植物資源,培育新的高產天然產品添加劑植物資源,具有重大意義。鄭穗平等利用玫瑰茄細胞懸浮培養技術生產花色苷,細胞培養7d后,細胞中花色苷開始增加,至第15d時達到最大值595mg/L,單位干細胞色純潔含量為28.5mg/g,是原植株花苷含量的2.5倍。朱新貴等先將液態培養的細胞在培養結束后過濾得濕細胞,接著固態培養細胞,然后進行色素抽提;再用紙層析法(流動相為BHW)分離黃酮,經測定玫瑰茄細胞色素中總黃酮含量為15.3～21.50mg/g。此外,還有用藏紅花細胞培養生產藏花素、藏花酸,用紫草根組織培養提取紫草紅色素,用葡萄細胞懸浮培養生產花色素苷等報道。
4 從森林植物中提取天然食品添加劑的發展方向
隨著人們安全保健意識的增強,對食品添加劑也提出了“天然、營養、多功能”的要求。我們應該合理規劃布局,加強科研、生產和應用的結合;應充分發揮我國的資源優勢,依靠科技進步,以天然資源為依托,開發“安全、營養、高效、多功能、質優價廉”的天然食品添加劑。第一,在原有基礎上積極開拓新的森林植物資源,綜合加工,尋找新的開發途徑。第二,采用先進的提取、提純技術,如超臨界二氧化碳萃取法、反滲透膜和超濾膜技術等,將原本廢棄的資源加以綜合利用,提高產品的純度和質量。第三,采用現代生物技術,如細胞培養、組培合成和酶工程技術等,精簡優化產品的生產過程。第四,研究解決天然食品添加劑抗光抗熱性差、pH值應用范圍小和水溶性差的弱點,擴大其應用范圍,如微膠囊技術。