由于化学合成食品添加剂在食品中的大量应用,再加上毒理学和化学分析等检测技术的发展,相继发现不少食品添加剂对人体有害。例如,能生成致癌物质亚硝胺酸盐和硝酸盐,能导致过敏反应甚至致死的亚硫酸盐,怀疑有致毒、致癌作用的苯甲酸钠、BHA、BHF、糖精、甜蜜素等。食品添加剂的安全问题在全世界范围内掀起了一股“食品安全化”浪潮,从而导致了许多合成食品添加剂被禁止使用。开发森林植物资源,制备“优质、安全、无污染”的新型食品添加剂,也已成为食品添加剂工业的一个热点。
1 从森林植物中提取天然食品添加剂的现状
1.1 从森林植物中提取食品添加剂的优点
从森林植物中提取食品添加剂具有以下优点:1资源丰富、种类繁多、资源综合利用价值高。例如从茶叶中可提取茶多酚、茶多糖和茶叶色素,从枸杞子中提取枸杞多糖、枸杞精油和枸杞红色素;2无污染,安全性高,市场潜力巨大,符合绿色食品的发展趋势;3成分复杂,功能多。经研究发现,从甘草中可提取黄酮类化合物、甘草香豆酮(Licocoumarone)、甘草光果烯、光果利定、甘草查尔酮A和B、2′,4′,4-三羟基查尔酮(异甘草素)等具有抗氧化、抗菌和清除自由基作用的活性成分,以及作为天然食用甜味剂的甘草甜素。上海奥利实业有限公司等生产的甘草流浸膏,可作天然食用香料、甜味剂、调味剂和表面活性剂。
1.2 我国天然食品添加剂森林植物资源的开发现状
据统计,我国近年来已开发出的天然植物食用色素有栀子蓝、可可壳棕、叶绿素铜钠盐等10多个品种。正在研究和开发的有五味子红色素、火棘色素、落葵红色素、黑加仑色素、柿皮色素、龙葵色素、茶色素、美人蕉花色素、枸杞子红色素、板栗壳棕色素、牵牛花色素、映山红色素、鸡冠花红色素、山楂红色素等。另外,对从天然植物中提取防腐剂、香精香料、增稠剂、抗氧化剂、甜味剂和保健功能因子等也进行了系统的研究。由于我国有着悠久的中医文化传统,在对觉食药两用药成分进行全面分析的基础上,研究开发出“多功能”天然食品添加剂,已成为我国食品添加剂研究和开发的重点。食药两用中药除可制作保健和抗菌剂外,还可制备其它食品添加剂。例如,小茴香、薄荷、芝麻、藿香和丁香等还可制备食用香料,从决明子中提取食用胶,从乌梅、桑椹、青果、红花中提取食用色素,从迷迭香中提取食用香料和抗氧化剂等。
我国云南、广西、浙江等省区在开发天然植物资源方面取得了可喜的成绩,涌现了一大批天然食品添加剂生产企业。广西师范大学在植物提取物方面,已形成两大类十多个产品,保健品原料类有银杏叶黄桐、葛根素、枳实、贯叶连翘、白疾藜、积雪草、绞股兰等提取物;天然食品添加剂类有罗汉果甜甙、木瓜酶、桅子黄色素、甜茶、绿茶提取物等,产品远销欧美日及港澳台地区;天然植物制品近两年销售额达5500万元,利税1725万元。
2 我国天然食品添加剂森林植物资源的开发利用
2.1 天然食品添加剂森林植物资源的分布据统计,国产芳香植物达823种,隶属95科335属,其中食用香料植物占有相当重要的部分。据调查,我国共有113种植物色素资源,在云南的西双版纳、武陵山区、秦巴山区及东北的长白山区为天然食用色素植物资源较为集中的地区。在长白山地区蕴藏有近20种天然食用色素资源,其中储量大的有北五味子4.5万t、山葡萄3.5万t、蓝锭果1.8万t、龙葵5万t,四川省天然食用色素资源共35类96种,大多数均有开发价值。桂林罗汉果占有全国以及世界罗汉果产量的90%以上。我国地域辽阔,野生食品资源丰富,而且绝少污染,开发前景十分广阔。1可开发的色素资源尤为丰富,如内蒙古、新疆等地的越橘浆果,就是红色素原料;2香精、香料资源丰富,可以作为香料资源的芳香植物不胜枚举,如山苍子、柏木、红松、五味子、花椒、生姜、金银花、紫苏、刺槐等;3我国西部山林是天然食用菌和中草药生长的理想环境,如草菇、平菇、香菇、木耳、猴头菌、银耳、茯苓、松茸、竹荪、狼肚等食用菌和枸杞等中草药资源相当丰富,而且品质优良,是开发功能性食品添加剂的可靠资源;4天然甜味剂资源有罗汉果、甘草、甜叶菊等,都是低热量甜味剂,可以制成适合于糖尿病和肥胖病人的食品或饮料。
2.2 从森林植物中提取天然食品添加剂的途径开发天然食品添加剂,可以利用植物的不同器官或组织。
1 花,主要用于提取天然食用色素,如菊花、鸡冠花、山兰、番红花、藏红花、密蒙花、落葵花等,也有部分用于制备天然食用香料,如玫瑰花油、春黄菊花油、栀子花油、金盏花油等;
2 果实或种子,有些可提取天然食用色素,如沙棘、板栗壳、忍冬果、地念果、黑加仑子、枸杞、悬钩子、罗望子、山楂等,有的可制备天然食用香料,如山苍子、芫荽籽、迷迭香、八角茴香、苦杏仁、花椒、岩蔷薇、杜松子等,有的可制备抗氧化剂,如杨梅、诃子和多香果提取物等;
3 叶子,如从山楂、银杏叶中提取黄酮类物质,从杜仲叶和元宝枫叶中提取抗氧化物质,从紫叶变色木叶、山兰叶中提取红色素,从林檎叶、竹中吉提取抑菌成分等;
4 树皮或根茎,如从厚朴皮中提取抗氧化物,桂皮、当归根可作天然食用香辛料等;
5 全株(草),主要为草本类植物。
2.3 森林植物资源的综合利用目前,不少天然食品添加剂是综合利用的结果。如从制柿饼时削下的黄色柿子皮提取柿黄素,从浆果榨汁后的渣中提取浆果色素,桑椹榨汁后的果渣中提取桑椹红色素,从板栗壳中提取板栗色素,从榨取苦杏仁油后的苦可仁渣中提取苦杏仁甙等等。这类副产物或下脚料的综合利用可大大降低生产成本,具有合成色素无可比拟的优点。对森林植物资源进行综合加工制备天色食品添加剂的实例还有很多。例如,将竹叶粉碎可制行天然色素竹叶粉,或从中提取叶绿互;竹叶提取物具有类SOD活性,对清除自由基有一定作用:竹叶提取液含有很多的抗菌成分,对食品感染菌有抑制作用,可用作天然防腐抗菌剂。再如,从罗望子种子中提取出多功能天然品质改良剂罗望子种子多糖和罗望子色素。从茶叶中可分别提取出保健功能因子茶多酚、茶多糖和茶叶色素。从栀子中可提取出栀子蓝、黄、红、绿等色素。从山杏仁中可提取出天然香味料苦杏仁油和功能强化剂苦杏仁甙,叶中可提取黄酮类物质。
3 从森林植物中提取天然食品添加剂的新技术
3.1 超临界二氧化碳萃取技术近年来,超临界流体萃取(SFE)技术已广泛应用于实验室和工业领域,改变了传统蒸馏法和溶剂提取法的时间长、溶剂消耗多的缺点。在食品工业中使用最多的超临界流体为CO2,它具有低的临界温度(31.1℃)和压力(73.8MPa)、化学惰性、无毒、廉价易得等优点,越来越多地用于植物天然食品添加剂的提取。李军等采用超临界流体从茶叶中萃取茶多酚,每升CO2所萃取的茶多酚和咖啡因分别为0.3066mg和0.4778mg,将萃取物分离后,得到相对纯度为95.45%的茶多酚和相对纯度为86.54%的咖啡因。高彦祥等报导了采用超临界二氧化碳萃取茴香油的初步研究结果,中试设备在提取压力30MPa、温度40℃,通过两个串联分级分离器,可获得含油产品和含脂产品。
3.2 反渗透和超滤技术反渗透和超滤技术一般在常温下操作,不需要加热,被分离的物质能保持原来的性质,能保持食品原有的色、香、味、营养和口感,也能保持生物物质的活性,还能起到除菌的作用。其选择性强,操作过程简单,适用范围广。
采用PSA(聚砚酰胺)超滤膜提取菠萝蛋白栈,当压力在0.250-0.3MPa、体积浓缩5倍时,酶活浓缩可达4倍,浓缩液栈截留率为95%,酶回收率为79.8%,酶粉活性总回收率为65.7%,酶粉得率比传统方法高47%,透过液可生产菠萝汁饮料等。采用三醋酸纤维反渗透膜对茶叶提取物进行过滤和浓缩,茶多酚的平均截留率约为87%,比蒸馏法的得率高18%。再如Thomas报道用超滤膜提取葡萄皮色素和甜菜红色素,叶杭菊介绍用反渗透膜提纯栀子红色素能提高色素稳定性。
3.3 微胶囊化技术
利用微胶囊化技术,可以相当程度地克服植物性天然食品添加剂抗光抗热性差、pH值应用范围小、水溶性差等缺点。现在国内外市场上已有微胶囊化生理活性物质(如DHA、EPA、AA、γ-亚麻酸、β-胡萝卜素)、天然色素(如类胡萝卜素、姜黄色素)、香料和风味剂(如薄荷、柠檬、茴香油、花椒油)、酸味剂(如柠檬酸、苹果酸等产品。刘建辉等使用海藻酸钠作囊材,用凝聚法将花椒油微胶囊化,其微胶囊化条件为,海藻酸钠的浓度为1.5%-20%,海藻酸钠:油叫:1,2,花椒油在囊材中分散时转速要快、温度45℃左右,固化温度控制在10℃～15℃,固化剂采用0.25M的CaCl2(aq)。
3.4 色谱分离技术
随着人们安全意识的增强,对天然食品添加剂中主要成分的组成、结构、性质及毒理性等方面提出了很高的要求。因此,在利用森林植物资源制备天然食品添加剂时,必须采用先进的提纯和鉴定技术,确定出其中的主要成分及其功能。ShimizuM等用秋茶加工成Bancha茶,该茶对由Strptozotocin6诱致的高血糖大白鼠具有最强的降血糖作用;从该茶分离出的茶多糖再用ToyopearHW50F和二乙基胺基乙基纤维素柱纯化后,经测定,其成分为阿拉伯树糖、D-核糖、D-葡萄糖,组成比为5.1∶4.7∶1.7,分子量约为4×104。
3.5 植物组培合成技术
由于色素和香精等都是植物的次生代谢产物,含量很低,提取困难;而且使用的原料受品种和环境影响,产品品质不稳,波动很大。因此,我们可以用植株特定部位的组织或细胞为原料,采用植物组培合成技术生产次生代谢产物,或制备固定化植物细胞反应器,也可筛选出优良的高产植株。这对合理开发野生植物资源,培育新的高产天然产品添加剂植物资源,具有重大意义。郑穗平等利用玫瑰茄细胞悬浮培养技术生产花色苷,细胞培养7d后,细胞中花色苷开始增加,至第15d时达到最大值595mg/L,单位干细胞色纯洁含量为28.5mg/g,是原植株花苷含量的2.5倍。朱新贵等先将液态培养的细胞在培养结束后过滤得湿细胞,接着固态培养细胞,然后进行色素抽提;再用纸层析法(流动相为BHW)分离黄酮,经测定玫瑰茄细胞色素中总黄酮含量为15.3～21.50mg/g。此外,还有用藏红花细胞培养生产藏花素、藏花酸,用紫草根组织培养提取紫草红色素,用葡萄细胞悬浮培养生产花色素苷等报道。
4 从森林植物中提取天然食品添加剂的发展方向
随着人们安全保健意识的增强,对食品添加剂也提出了“天然、营养、多功能”的要求。我们应该合理规划布局,加强科研、生产和应用的结合;应充分发挥我国的资源优势,依靠科技进步,以天然资源为依托,开发“安全、营养、高效、多功能、质优价廉”的天然食品添加剂。第一,在原有基础上积极开拓新的森林植物资源,综合加工,寻找新的开发途径。第二,采用先进的提取、提纯技术,如超临界二氧化碳萃取法、反渗透膜和超滤膜技术等,将原本废弃的资源加以综合利用,提高产品的纯度和质量。第三,采用现代生物技术,如细胞培养、组培合成和酶工程技术等,精简优化产品的生产过程。第四,研究解决天然食品添加剂抗光抗热性差、pH值应用范围小和水溶性差的弱点,扩大其应用范围,如微胶囊技术。