现如今，我们在超市选购食品时，越来越习惯翻看包装背面的配料表。长长的一串化学名词，往往会让人心里打鼓。随着健康意识的日益提升，越来越多的人倾向于购买配料表干净、没有过多人工添加剂的“清洁标签（Clean label）”食品。
然而，现实却面临着一个两难的困境：一方面，我们希望食物保持天然、少加工；另一方面，我们又需要食物在货架和家里的冰箱中存放得足够久。如果没有有效的防腐手段，食物中自然存在的致病菌（如沙门氏菌、大肠杆菌、李斯特菌）和腐败微生物就会迅速繁殖。据统计，仅由微生物引起的腐败就占了全球食物浪费的30%到40%。
为了在“天然健康”和“持久保鲜”之间找到完美的平衡，科学家和食品工业界将目光转向了一种全新的解决方案——生物保鲜技术。我们不妨来看看图[1]，这张图统计了1995年至2024年间全球关于生物保护培养物的研究论文发表数量。从图中可以清晰地发现，相关文献的数量经历了从初期的缓慢探索，到近十年来爆发式增长的过程。这一急剧上升的趋势直观地反映出，科学界和食品工业界对利用生物保鲜技术替代传统化学防腐剂的兴趣正日益浓厚。
传统的食品保鲜方法要么是控制环境（如冷藏、冷冻、真空包装），要么是使用物理手段杀菌（如高温巴氏杀菌），或者直接添加化学防腐剂。但是，高温往往会破坏食物的口感和营养，而部分化学防腐剂又常常让消费者对食品安全产生顾虑。
相比之下，生物保鲜是一种更温和、更符合自然规律的策略。既然食物的腐败是由有害微生物引起的，我们就可以引入特定的“天然有益菌”（即生物保护培养物）来抑制它们。这些被精心挑选出来的有益菌，主要功能不是像普通发酵菌那样去改变食物的口味或质地，而是专门驻留在食物中，防范致病菌和腐败菌的污染。它们本身以及在生长过程中产生的天然抑菌物质，正逐渐成为食品工业延长保质期的理想选择。
在众多用于生物保鲜的微生物中，乳酸菌（LAB）是最核心的微生物类群。它们不仅在人类的发酵食品加工中历史悠久，还具备强大的广谱抗菌能力。乳酸菌主要通过以下三种方式来消灭有害微生物：
乳酸菌在生长过程中会分解食物中的碳水化合物，产生乳酸、醋酸等有机酸，从而降低环境的酸碱度（pH值）。以图[2]这张展示有机酸穿透致病菌细胞膜的机制图为例，我们可以看到，在低pH值的外部环境下，未解离的有机酸分子由于呈亲脂性，能够轻松穿透致病菌的细胞膜。当这些有机酸进入致病菌内部后，会迅速解离并释放出大量的氢离子（H+），导致致病菌内部的pH值骤降。为了维持内部的酸碱平衡，致病菌不得不拼命消耗大量的能量（ATP）来把多余的氢离子排出体外，最终耗尽能量而发生细胞损伤。同时，留在细胞内的酸根阴离子也会产生毒性，破坏致病菌的关键酶和代谢反应。
在有氧气的环境下，乳酸菌能够利用自身的酶类系统产生过氧化氢（即日常生活中常见的双氧水的主要成分）。过氧化氢可以引发致病菌的严重氧化损伤，破坏它们的细胞膜透性，甚至直接损伤致病菌的DNA分子，从而达到杀菌的效果。
细菌素是一种由细菌在核糖体上合成的天然抗菌肽或蛋白质。它们拥有一套精密的自我保护机制，对产生菌自身完全无害，却能精准打击特定的致病菌和腐败菌（例如导致严重食物中毒的李斯特菌和金黄色葡萄球菌），主要方式是在致病菌的细胞膜上形成孔洞或者降解其细胞壁。由于细菌素本质上是蛋白质，它们在进入人体消化道后很容易被我们的消化酶分解，因此被认为对人体非常安全。目前，有一种名为“乳酸链球菌素（Nisin）”的细菌素已经被欧洲和美国等地的监管机构广泛批准用作天然食品添加剂。
除了大家耳熟能详的乳酸菌，科学家们还在大自然中寻找到了更多能够用于食品保鲜的微生物。它们虽然不一定产生有机酸，但也各自掌握着独特的抑菌机制。
枯草芽孢杆菌是一种在自然界中广泛存在的微生物。近年来，它在鲜切水果和蔬菜的保鲜中展现出显著效果。一方面，它能够分泌出脂肽类物质，直接破坏致病菌和霉菌的细胞膜，使其失去活性；另一方面，枯草芽孢杆菌非常擅长在接触食物的加工设备表面快速形成一层微观的生物膜。这层致密的生物膜能优先抢占致病菌生存所需的空间和营养，从源头上让有害微生物无法定植和生长。
特定的酵母菌和霉菌也是食品保鲜的得力助手，特别是在肉类和奶酪制品中发挥着重要作用。比如常存在于腌制肉类中的汉逊德巴利酵母，不仅能迅速消耗掉表面的氧气和营养，还能产生少量的挥发性脂肪酸和乙醇。这些物质能在食物表面营造出一个不利于有害细菌生存的微环境，从而有效抑制腐败的发生。
既然有了这些天然的保鲜手段，食品科学家们需要解决的下一个问题就是：如何将它们融入到我们日常购买的食物中？不同的食品类型有着截然不同的加工条件，因此需要量身定制的添加方案。
为了找到最有效的添加方式，科研人员进行了大量的尝试和创新。如图[3]所示，这张图记录了过去十年间食品科学界对各种生物保鲜添加策略的研究论文发表数量。从图中可以清晰地看到，代表“无细胞上清液”的曲线一路攀升，发文量遥遥领先，并在近几年呈现出爆发式的增长趋势；紧随其后的是提取纯化的细菌素；同时，将生物保鲜剂融入可食用涂层的策略也保持着稳步上升趋势，正受到越来越高的关注。
具体来说，目前食品工业界主要采用以下几种添加方式：
伴随着人们对健康饮食的追求，以及对食品安全的空前关注，生物保鲜剂的市场正迎来蓬勃发展。目前，有着深厚乳制品发酵传统的欧洲，在这场推崇无人工添加剂的变革中处于领先地位。
然而，从实验室走向每家每户的餐桌，生物保鲜技术依然面临着一些现实挑战。首先，不同的食物成分极其复杂，一种在奶酪中表现出色的抑菌成分，应用到果汁里可能就会完全失效，这要求研发人员必须针对具体食品进行大量且繁琐的测试。其次，目前的法规和标签标准在全球范围内还不够完善。当这些天然提取的微生物成分被加入食品时，如何在包装上通俗、准确地向消费者进行标示，仍是各方在持续探讨的难题。
在这场关乎大众饮食健康的科学探索中，人类已经迈出了坚实的一步。但未来，这些天然生物体及其衍生出的抑菌物质，究竟能否在更广泛的食品类目中完全取代化学防腐剂？在追求“绝对天然”与维持“长效保鲜”之间，食品工业最终的平衡点又将落向何处？这些留给行业和监管机构的开放性问题，正等待着新一代的研究去解答。
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