冬瓜蜡在作为防腐剂和抗微生物剂中的用途的制作方法

本发明涉及一种新型防腐剂和抗微生物剂。具体地，本发明涉及一种来源于冬瓜的提取物，其可用作存食品，化妆品，药品和其他类似产品的防腐剂，也可以在农业和卫生产品中作为抗微生物剂使用。

背景技术：

冬瓜(benincasahispida)也叫做东瓜、枕瓜、白冬瓜，水芝、地芝、白瓜、濮瓜或大冬瓜等。由于其果实巨大，因此冬瓜为滕蔓生长，成熟后可作为蔬菜食用。

它是冬瓜属的唯一成员。果实在未成熟时披满茸毛。未成熟的冬瓜有厚厚的白色果肉，吃时味道发甜。当成熟时，果实失去其茸毛并形成一种蜡状层，因此其英文名字为waxgourd，该蜡质层能够使冬瓜具有一个长的保质期。冬瓜蜡含有微小棒束并且主要由三萜类化合物(tt，～50％)和三萜类化合物乙酸盐(tta，～18％)。冬瓜可能增长至80厘米长。虽然被称为“瓜”，但其整个植株部分并没有甜味。原产于南亚和东南亚，冬瓜被广泛地在亚洲种植。

防腐剂

防腐剂是添加到产品，如食品，农作物，制药，生物样品，木材等，以防止分解由微生物生长或不希望的化学变化的天然或合成的化学品。

食品保鲜是一种用以保留食物可食性和营养价值的处理方法。主要的努力方向是阻止或大大减缓腐败，防止食源性疾病(例如，通过腌制，冷却，烹饪)。然而，一些方法通过利用有益的细菌，酵母或真菌来增加特殊的功能以及保存食物(如奶酪，葡萄酒)。但是保持或产生营养价值，口感和味道在保存食物价值是极其重要，而这与文化背景相关，如一个食物的特性适合与一种文化背景中的人但却不一定能够满足处于另外一种文化背景下的人。保存通常涉及防止细菌，真菌和其它微生物的生长，以及延迟脂肪氧化所引起的酸败。它还包括抑制食品制备过程中发生的自然老化和变色的过程，如苹果中的酶促褐变反应会导致苹果被切开时发生褐变。一些保存方法需要在食物被处理后进行密封，以防止微生物的再污染。其他，如干燥，能够使食物存放较长时间而没有任何特殊遏制。

食品保鲜的常用方法包括干燥，喷雾干燥，冷冻干燥，冷冻，真空包装，装罐食品照射，添加防腐剂或惰性气体如二氧化碳。其他方法，不仅有利于保存食物，而且还能够提供香味，包括腌制，烟熏，保存于糖浆或酒精中，糖结晶和养护。

食品添加剂中的防腐剂可单独使用或与食品保鲜的其它方法结合使用。防腐剂可以是抗微生物的防腐剂，其抑制细菌和真菌，或是抗氧化剂，如氧吸收剂，其抑制食品成分的氧化。常见的抗微生物防腐剂包括丙酸钙，硝酸钠，亚硝酸钠，亚硫酸盐(二氧化硫，亚硫酸氢钠，氢钾，亚硫酸等)和edta二钠。常见的抗氧化剂包括bht(丁基化羟基甲苯)和bha(丁基化羟基苯甲醚)。其它防腐剂包括甲醛(通常在溶液中)，戊二醛(杀死昆虫)，乙醇和甲基氯。人工食品添加剂(包括防腐剂)的益处以及安全性是学术界和监管食品科学和毒理的人们之间辩论的主题。

抗氧化剂在食品范围广泛被使用，包括但不限于，肉类，家禽，脂肪，油，人造黄油，鱼，海鲜和焙烤食品，用以抑制脂肪和油或它们的氧化产物的降解。目前市场上占主导地位的是合成防腐剂如bht和bha。这些正开始由天然防腐剂如迷迭香，茶提取物，生育酚和抗坏血酸盐代替。然而，天然防腐剂的高昂价格限制了它们在食品中的广泛使用，也导致了合成防腐剂的继续使用。

抗菌剂也在食品工业中作为防腐剂使用，以延长产品的保质期，提高产品的安全性，保持产品质量，降低加工成本，提高在全球范围内的，在复杂供应链中分销产品的能力。由于消费者对使用合成添加剂的关注，合成抗菌剂的市场正在下降，并即将被天然抗菌剂所替代。

天然物质，如盐，糖，醋和硅藻土也被用作为传统的防腐剂使用。另一组防腐剂靶向于当水果和蔬菜收货后仍然具有代谢活性的酶。例如，来自柠檬或其它柑橘汁的柠檬酸和抗坏血酸能抑制使切开的苹果和土豆表面褐化的酚酶(phenolase)的活性。

酸败是脂肪，油和其他脂质通过水解或氧化或两者共同作用导致的分解。水解将脂肪酸链从甘油酯的甘油骨架中分离出来。然后，这些游离脂肪酸可以经历进一步的自动氧化。氧化主要通过自由基介导过程产生不饱和脂肪。这些化学过程可以在腐臭的食物和油中产生高反应性的分子，这些分子能够产生难闻和有毒的气味和味道。这些化学过程也可能会破坏食物的营养成分。在某些情况下，酸败和维生素的破坏，发生非常迅速。

当脂肪物质暴露于空气中，其不饱和成分被转换成氢过氧化物，这些氢过氧化物会分解成挥发性醛，酯，醇，酮和烃，其中一些具有令人不快的气味。黄油通过前述过程和水解作用变得腐臭，其释放出挥发性的以及有臭味的酸，特别是丁酸。饱和脂肪酸，例如牛脂，是耐氧化的，在常温下很少发生腐臭。

加速脂肪氧化的因素包括微量金属(铁，锌等)，盐，光，水，细菌和霉菌。可以通过使用的香料，如鼠尾草和迷迭香，并将脂肪和油储存在很少接触到氧气或自由基的，凉爽，避光的地方以防止脂肪氧化，因为热和光加速脂肪与氧的反应速度。

抗氧化剂通常被加入到含脂肪的食物，以延缓由于氧化导致的酸败。天然抗氧化剂包括黄酮类，多酚类，抗坏血酸(维生素c)和生育酚(维生素e)。合成的抗氧化剂包括bha，bht，丙基3,4,5-三羟基苯(也称为酸丙酯)和乙氧喹。天然抗氧化剂的效果往往是短暂的，所以，当需要更长的保质期时优选使用合成抗氧化剂。水溶性的抗氧化剂的效力在防止脂肪内直接氧化时受到限制，但是在拦截食品的含水部分中的自由基中，具有很大的价值。

天然抗氧化剂

已被证明会引起呼吸或其他健康问题的一些现代合成防腐剂都成为有争议的。一些研究指出合成防腐剂和人工着色剂加剧了受影响者的add&adhd的症状。几个主要的研究表明当人工添加利，包括防腐剂被从学校的食品计划的中去除时，大部分的非add学生群体的学习成绩提高，纪律问题下降。在食品或药物中添加可致过敏的防腐剂可导致易感人群放入过敏性休克，如不在数分钟内紧急治疗往往是致命的。

因此，使用天然抗氧化剂已成为当今的趋势。植物含有植物化学物质，其中许多已知具有抗氧化性能。多酚是一组植物化学物质的统称，包括在大范围的植物中天然存在的类黄酮，花青素和酚酸。大多数是有色，赋予果实中发现的颜色以及植物其他部分的颜色。其生物活性主要是作为抗氧化剂，这有助于保护植物免受组织损伤和微生物的侵袭。

关于植物酚类物质的文献对于与不同的植物种类有关的各种多酚已经进行了广泛的研究。许多这样的多酚的摄取的生理作用也已在临床中进行了检验，发现它们不仅显示出抗氧化活性，而且还表现出抗炎和血管舒张的特性。

经常食用的食物，如咖啡，茶，可可(巧克力)，红葡萄酒，浆果(蓝莓，黑莓，草莓)和水果(山竹，诺丽，石榴，巴西莓，葡萄)目前正在展示和销售他们的高抗氧化剂水平和促进健康的特性。

在一般情况下，植物和植物产品具有比动物食品高得多的抗氧化剂含量。某些香料，浆果，水果，坚果，含有巧克力的产品，蔬菜和谷类是膳食抗氧化剂的良好来源。此外，咖啡，绿茶和红茶，红葡萄酒和各种浆果和果汁的饮料也是抗氧化剂的良好来源。

来源与上述的抗氧剂糖浆和粉末作为食品的组分和添加剂已在食品领域被广泛使用。高多酚抗氧糖浆和粉末(如澳大利亚南部通过tarac技术从葡萄中提取的vinlife和来自美国加利福尼亚州的多酚化合物)，已被用于如巧克力(可可农场，澳大利亚墨尔本)，可可饮料，茶和冰淇淋(温迪vinlife冰淇淋，澳大利亚)等产品。但是，这些食品成分，通常被用于增加食品的抗氧化剂的含量，以提供对健康的有益的影响，而不是作为食品防腐剂。

抗微生物剂

能够杀死或抑制微生物的制剂可以被分类为消毒剂，抗菌剂或抗菌素。抗菌素是由一种微生物产生的能够杀死(杀菌)或抑制(抑菌)其他微生物的分子。抗腐剂和消毒剂是商业上制备的化学品，它们之间的区别在于，抗菌剂可以在至少一个短的时间内暴露于粘膜表面，消毒剂不能，因为它们可能会带来伤害。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供了一种来源于冬瓜的化合物，其具有防腐和抗微生物的性能。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术手段：

根据本发明的第一个方面，提供了冬瓜蜡在制备防腐剂和抗微生物剂中的用途。

其中，优选的，是将有效防腐量的冬瓜蜡添加到食品，化妆品或药品中。

根据本发明的另一个方面，提供了一种人造冬瓜蜡粉，其是由以下重量百分比的各成分通过喷雾干燥后制得：30-55％的三萜烯醇、10％-20％的三萜烯醇醋酸酯以及35-60％的蜡。

其中，优选的，所述的三萜烯醇为betulin或其结构类似物，betulin的化学结构式如式i所示，所述的三萜烯醇醋酸酯为α-乙酸香树脂醇酯(alpha-amyrinacetate)或其结构类似物，α-乙酸香树脂醇酯的化学结构式如式ii所示:

其中，优选的，所述的蜡为蜂蜡。

进一步的，本发明还提出了所述的人造冬瓜蜡粉在制备防腐剂和抗微生物剂中的用途。

其中，优选的，是将有效防腐量的人造冬瓜蜡粉添加到食品，化妆品或药品中。

在本发明的该方面中使用的化合物同时具有抗氧化剂和抗微生物的特性。在先前技术中，需要使用不同的防腐剂以获得不同的特性。

术语“有效防腐量”是指一定量，这是最小化的或基本上能够抑制脂肪和油(抗氧化性能)的酸败和/或最小化或基本能够抑制微生物生长(抗微生物)的量。具体的使用量将取决于特定的组合物和所需的保质期。优选的，按占总组合物的重量百分比计，所使用的量将是0.0001-5％，更优选地为0.01-2.5％。

本发明的防腐剂可以通过混合，输液，注射液，混合，分散，精炼，乳化，浸渍，喷雾，团聚和掺入揉捏的方法，直接和不经进一步修饰而添加到食品，化妆品或药品(肠内和肠胃外产品)中。

如本文中所使用的“食品”一词包括任何可食用的产品，例如包括但不限于糖果，补充剂，零食(甜味和咸味)，可可及食品，香料，饮料含咖啡(包括速溶饮料，预混合)，营养品，膳食补充剂和剂型，包括用于动物健康和营养的补充剂，乳制品，如：牛奶，酸奶，冰淇淋，烘焙产品和食品调味料和动物饲料。本发明的防腐剂可以添加入食品中，包括但不限于：

·乳制品，如奶酪，黄油，牛奶和其他乳制品饮料，果酱和乳制品混合物，冰淇淋和酸奶；

·基于脂肪的产品，如人造奶油，果酱，蛋黄酱，起酥油，烹饪和煎炸油及敷料；

·谷类为主的产品-包括谷物(如面包和面食)，这些产品是通过煮熟，烤或以其他方式处理；

·糕饼-例如巧克力，糖果，口香糖，甜点，非乳制配料，果汁冰糕，糖衣和其它馅料；

·运动营养产品，包括粉末，预混合，果汁，能量棒，等渗饮料和胶质，淀粉基或果胶果冻；

·饮料-热或冷(咖啡，茶，可可，谷类，菊苣和其他植物提取物基饮料)，酒精性或非酒精饮料，包括可乐等饮料，果汁饮料，营养补充剂，即时预混合和餐更换饮料；和

·其他产品展示-包括蛋和蛋制品，加工食品，如汤，事先准备好的生面团。

附图说明

图1为使用显微镜(electron)观察到的冬瓜蜡的超微结构；

其中，a：5000倍放大；b：7000倍放大；c：20000倍放大；

图2为冬瓜蜡(wmw)对柠檬以及柑橘类水果的防腐作用。

其中，图2a表示采用新鲜的柠檬进行实验的结果：1-新鲜柠檬，2-放置15至20天的柠檬，3-放置15至20天的wmw包裹的柠檬；

图2b表示采用部分腐烂的柠檬进行实验的结果：1-部分腐烂的柠檬；2-部分腐烂的柠檬放置15至20天后；3-wmw包裹的部分腐烂的柠檬放置15至20天后；

图2c表示采用部分腐烂的柑橘进行实验的结果：1-部分腐烂的橙子；2-部分腐烂的橙子放置15至20天后；3-wmw包裹的部分腐烂的橙子放置15至20天后；

图2d表示采用新鲜的橙子进行实验的结果：1-新鲜橙子，2-放置15至20天的橙子，3-放置15至20天的wmw包裹的橙子。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

实施例1：冬瓜蜡粉的准备和分析：

利用特制的可移动式自动清洁器从成熟的冬瓜上收集10至25千克(kg)的天然冬瓜蜡白色粉末(wintermelonwax，wmw)，蜡粉经过筛分以除去不希望的污染物和碎屑。然后，用蒸馏水和95％乙醇萃取。萃取液通过高效液相色谱法进行分析，采用文献(highperformanceliquidchromatographyoftriterpenols,gerardj.niemannandwimj.baasjournalofchromatographicscience16(6):260-262·june1978)方法进行确认。三萜类化合物还通过薄层色谱(tlc)以及与咔唑的颜色反应来进行分析，结果确认通过气相色谱以及质谱(gc-ms)的保留时间以及片段来进行，结果表明冬瓜蜡含有大量的三萜类化合物(30-55％)以及三萜缩醛(大约10％-20％)，还含有少量的脂肪烃，通过显微镜扫描观察了该冬瓜蜡的纳米结构，结果发现其主要的超微结构中大部分由微小棒束组成(图1)。

我们已经通过实验测试了包括冬瓜蜡在内的一些常见的水果的涂层是否具有保护果实免受真菌腐烂的作用。一个实验是用wmw包裹柠檬，实验在15至27℃，湿度范围为30％至90％的通风良好的房间中进行，结果表明该涂层会防止常见的腐烂真菌greenmoldisewistype3对柠檬的腐烂作用。相较于无涂层样品，甚至部分腐烂的柠檬也可以通过wmw涂层获得保护，结果如图2a-b所示。

类似的结果已经从橙子的相同实验中获得。上述wmw对橙子的保护作用的结果，也正为抗真菌的保护，结果如图2c-d所示。

常见溶剂：对8种常用溶剂进行了研究。它们是：丙酮(a)，乙醇(b)，环己烷(c)，二甲基亚砜(d)，二氯甲烷(e)，氯仿(f)，矿物油(g)和蒸馏水(h)。结果表明，蒸馏水(h)根本不溶解wmw。二甲基亚砜(d)，氯仿(f)和矿物油(g)容易溶解wmw，并且wmw在这三个溶剂中的溶解度是非常高的。另一方面，丙酮(a)，环己烷(c)和二氯甲烷(e)仅部分地溶解wmw，并且wmw的溶解度在这些溶剂中是低的。这些结果在wmw的纯化中，以及对于研究和wmw的应用中都是非常有用的。

实施例2人造冬瓜蜡粉的制备

在上述研究的基础上，我们制备了“人造的冬瓜蜡粉”，命名为“瓜果鲜”，重量百分比计算，其由40％的betulin(其化学结构式如式i所示)，15％的α-乙酸香树脂醇酯(alpha-amyrinacetate，其化学结构式如式ii所示)，以及45％的蜂蜡通过喷雾干燥后制得，其具有与天然冬瓜蜡相似的超微结构。

将所合成的冬瓜蜡粉喷涂在蜡层被去除的裸露的瓜体上，对比了该人造冬瓜蜡粉与天然冬瓜蜡的防腐能力。实验结果表明人造冬瓜蜡粉与天然冬瓜蜡同样具有防防止瓜体腐烂的功效。

实施例3人造冬瓜蜡粉的微生物学分析

用大肠杆菌和金黄色葡萄球菌检测人造冬瓜蜡粉的抗细菌活性。人造冬瓜蜡粉对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌能力测试按照文献(crampanalogueshavingpotentantibioticactivityagainstbacterial,fungal,andtumorcellswithouthemolyticactivity,，shinsy,kangsw,leedg,eomsh,songwk,kimji.,biochembiophysrescommun,2000sep7；275(3)904-909.)方法进行。大肠杆菌和金黄色葡萄球菌与不同浓度的人造冬瓜蜡粉在37℃培养20h，测定其最低抑菌浓度(mic)，结果表明，人造冬瓜蜡粉对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的最低抑菌浓度(mic)分别为6.4μm和14μm。

用烟曲霉测定人造冬瓜蜡粉的抗真菌活性，烟曲霉与不同浓度的人造冬瓜蜡粉在37℃培养20h，测定其最低抑菌浓度(mic)，结果表明，人造冬瓜蜡粉对烟曲霉的最低抑菌浓度(mic)分别为32μm。

以上结果表明本发明的人造冬瓜蜡粉具有很强的抗细菌以及真菌的活性。

实施例4人造冬瓜蜡粉对水果以及谷物的防腐作用

将本发明的人造冬瓜蜡粉用于以下水果以及谷物的防腐，含有完整天然冬瓜蜡粉的冬瓜作为阳性对照1(+)，用0.1％双氧水进行冲洗的样品作为阳性对照2(+)，表面蜡粉被完全去除的裸露的冬瓜作为阴性对照(-)：

1、柑橘类植物，例如橙子，橘子，柠檬，青柠以及葡萄柚；

2、可食用的水果，例如苹果，梨，瓜，桃子及其他；

3、谷物，例如小麦，水稻，玉米及其他；

4、豆类以及其他农作物

结果表明，使用本发明的人造冬瓜蜡粉能够提供较长的保护期限。

应该指出，mwm的防腐性质主要取决于环境因素，如温度，湿度和通风。实验观察中获得的数据在15℃至27℃，湿度范围为30％至90％的通风良好的房间中获得。然而，通过wmw的使用能够使上面所列出的水果和作物的储存时间提高4到20倍，不同的水果和作物之间的差异很大。

实施例5人造冬瓜蜡粉的安全性试验

本发明的人造冬瓜蜡粉通过大量的毒性试验和测试对其安全性进行了分析，结果表明本发明的人造冬瓜蜡粉在使用上是安全的。人红血细胞的溶血测定为阴性，和ames试验示出了本发明的无致癌活性。

实施例6：人造冬瓜蜡粉在糖尿病伤口治疗中的应用

通过j.j.mendeset.al.(jmendes*,claraileandro,dolorespbonaparte,andandreialpinto,comparativemedicine,vol62,no.1,february2012,pages37–48)描述的糖尿病性伤口感染的大鼠模型研究了冬瓜蜡(wmw)的抗微生物活性。使用蜂蜡粉末作为阴性对照。

实验结果表明，在糖尿病伤口区域在施用wmw9～10天口，伤口面积减少20～30％，而使用蜂蜡粉末的阴性对照组，伤口面积减少5％以下，该结果说明了wmw对糖尿病伤口治疗的有效性。