大多数食品可通过热加工、冷冻、干燥、发酵或冷藏方法保藏。具有抗微生物性能的化学防腐剂在下列情况下才被使用：①当不能采用热处理方法加工产品时；②作为其他保藏方法的一个补充以减轻其他处理方法的强度，同时使产品的质构、感官或其他方面的质量得到提高。
亚硝酸和硝酸的钠盐和钾盐常被加入腌肉用的混合物中，用来产生和保持色泽、抑制微生物和产生特殊的风味，其有效组分显然是亚硝酸盐而非硝酸盐。亚硝酸盐在肉中形成NO，后者与血红素类化合物作用生成亚硝酰肌红蛋白，这种色素产生了腌肉的浅红色。亚硝酸盐（150～200mg/kg）可抑制罐装碎肉和腌肉中的梭状芽孢杆菌。在pH5.0～5.5时，亚硝酸盐比其在较高pH时能更有效地抑制梭状芽孢杆菌。
腌肉中的亚硝酸盐参与生成了含量虽低但可能已达到有毒水平的亚硝胺。硝酸盐天然存在于很多食品中，如菠菜等蔬菜。在大量施肥的土壤中生长的植物组织内硝酸盐大量积累，用此类植物组织制备婴儿食品则更加受人关注。在肠道中，硝酸盐还原成亚硝酸盐，继之被吸收，并由于高铁血红蛋白的生成而导致青紫症。
GB2760—2014规定亚硝酸钠在各类肉制品中最大使用量为0.5g/kg，残留量≤30mg/kg。
长期以来，二氧化硫（SO2）及其衍生物作为普通的防腐剂用于食品中。将它们加入食品是为了抑制非酶褐变、抑制酶催化反应、抑制和控制微生物及将它们作为一种抗氧化剂和还原剂使用。一般情况下，SO2及其衍生物被代谢成硫酸盐后从尿中排出，而不会产生明显的病理结果。然而，最近发现一些敏感的气喘病患者对SO2及其衍生物具有激烈的反应，因此它们在食品中的使用受到了控制并提出了严格的标签约束。尽管如此，这些防腐剂仍然在当今的食品中起着关键作用。
作为一种抗微生物剂，SO2在酸性介质中最为有效，此种效果可能是亚硫酸盐的非离解形式能穿透细胞壁所造成的。在高pH时，已注意到
离子是有效的抗细菌剂，但不能抑制酵母。SO2同时起着生物杀伤剂和生物稳定剂的作用，它对细菌比对霉菌和酵母更具有活性，而且，对革兰阴性菌比对革兰阳性菌更有效。
亚硫酸盐离子的亲核性是SO2作为一种食品防腐剂在微生物和化学应用中产生作用的重要原因。硫（Ⅳ）氧合形式与核酸的相互作用导致生物杀伤和生物稳定效应，其抑制微生物机制包括亚硫酸氢盐与细胞中乙醛的反应，以及酶中必需二硫键的还原和亚硫酸氢盐加成化合物的形成，后者干扰了涉及烟酰胺二核苷酸的呼吸作用。
在SO2抑制非酶褐变中，最重要的一个反应涉及硫（Ⅳ）氧合阴离子（亚硫酸氢盐）与参与褐变的还原糖和其他化合物的羰基之间的反应，这些可逆的亚硫酸氢盐加成化合物通过结合羰基而阻滞了褐变过程。另外，此反应也能除去类黑精结构中的羰基发色团，对色素产生漂白效果。
SO2也抑制了某些酶催化反应，尤其是酶促褐变，这些反应对食品保藏尤其重要。采用喷洒或浸渍亚硫酸盐或焦磷酸盐（含柠檬酸或不含柠檬酸）能有效地控制去皮和片状的马铃薯、胡萝卜和苹果的酶促褐变。
乙酸以醋的形式（4%乙酸）来保藏食品可追溯至古代。除了醋和纯乙酸以外，食品中还使用乙酸钠、乙酸钾、乙酸钙和二乙酸钠。在面包和其他焙烤食品中使用这些盐（0.1%～0.4%）可防止发黏和霉菌的生长，但对酵母却无影响。醋和乙酸还被用于腌肉和腌鱼制品。当有可发酵的碳水化合物存在，至少添加3.6%乙酸才能防止乳酸杆菌和酵母的生长。乙酸还用在调味番茄酱、蛋黄酱和酸菜中，在这些食品中，它既抑制微生物又产生风味。乙酸的抗微生物活性随pH下降而增加，这种性质与其他脂肪酸类似。
中链和长链的单羧基脂肪族脂肪酸具有抗微生物活性，特别是抗真菌活性，其中α-不饱和脂肪酸类尤为有效。山梨酸（CH3—CH=CH—CH=CH—COOH）及其钠、钾盐被广泛地使用于各种食品以抑制霉菌和酵母的生长，如干酪、焙烤食品、果汁、葡萄酒和腌制食品。在食品工业中使用的山梨酸制品一般为工业合成，含有大量的反式脂肪酸异构体。
山梨酸对防止霉菌的生长特别有效，在其允许使用浓度（最高达重量的0.3%）范围内，对风味几乎无影响。山梨酸可以直接加入食品、涂布于食品表面或并入包装材料中。山梨酸抗菌性随pH下降而增加，这说明它的非离解形式比它的离解形式更具活性。当pH高至6.5，山梨酸仍然有效，该pH远高于丙酸和苯甲酸的有效pH范围。
山梨酸的抗菌作用是因为霉菌不能代谢其脂肪链中的α-不饱和双键系统，山梨酸的二烯结构干扰细胞的脱氢酶，而脂肪酸氧化的第一步常是脱氢。山梨酸十分稳定，但它在食品中易发生抗菌功能丧失，包括由青霉菌霉变引起的脱羧产生1，3-戊二烯、葡萄酒中乳酸菌腐败引发的羧基还原及随后重排而形成乙氧基化二烯烃，这些失活后的物质产生异味。
若将山梨酸和SO2结合使用，发生反应会同时耗尽山梨酸和硫（IV）氧合阴离子。在有氧条件及光照条件下，
基形成，这些自由基磺化烯烃键同时促进山梨酸氧化。在无氧条件下，食品中的山梨酸和SO2结合导致亚硫酸盐离子
和山梨酸中二烯之间的缓慢亲核反应，产生5-磺基-3-己烯酸。
当山梨酸被用于某些食品如小麦面团时，山梨酸和蛋白质之间发生了反应，而这些蛋白质含有相当数量的氧化或还原硫醇基（胱氨酸中的R—S—S—R和半胱氨酸中的R—SH）。硫醇基离解成硫醇盐离子，后者是具有活性的亲核剂，主要发生1，6-加成至山梨酸的共轭二烯反应，并将蛋白质结合，在较高的pH（＞5）和高温（如面包焙烤）时，易发生该反应。在强酸性条件下（pH＜1），反应是可逆的，但在较高pH条件下，反应使得山梨酸防腐作用消失。(www.xing528.com)
丙酸（CH3—CH2—COOH）本身及其钠盐和钙盐对霉菌和某些细菌具有抗微生物活性。在瑞士硬干酪中天然存在着丙酸，其浓度高达1%（以重量计），它由薛氏丙酸杆菌（Propionibacterium shermanii）产生。丙酸在焙烤食品中得到广泛应用，这是因为它不仅有效地抑制霉菌，还能抑制粘性面包微生物马铃薯芽孢杆菌。通常，丙酸的使用量低于0.3%（以重量计）。正如其他羧酸型的抗微生物剂那样，丙酸的未离解形式具有抑菌活性，在大多数应用中，它的有效范围可扩大至pH5.0。丙酸对霉菌和某些细菌的毒性与这些微生物不能代谢三个碳原子的骨架有关。在哺乳动物中，丙酸的代谢则与其他脂肪族脂肪酸类似，按照目前的使用量，尚未发现任何有毒效应。
苯甲酸（C6H5COOH）是食品中广泛使用的抗微生物剂，它也天然存在于蔓越橘、洋李、肉桂和丁香中。未离解的苯甲酸具有抗微生物活性，在pH2.5～4.0时，其抗微生物活性最强，因此，特别适用于诸如果汁、碳酸饮料、酸菜和泡菜这样的酸味食品中。苯甲酸盐在高于pH5.2～5.5时抗微生物活性很低。由于苯甲酸钠比苯甲酸更易溶于水，所以，食品中常采用苯甲酸钠。一旦将其加入产品后，一部分苯甲酸盐就转变成具有抗微生物活性的质子化形式，它对酵母和细菌最有效，抗霉菌的活性最差。苯甲酸常与山梨酸或对羟基苯甲酸酯一起使用，常见的使用量为0.05%～0.1%（以重量计）。
苯甲酸抗微生物活性的方式至今还没有明确的定论。但是，质子化苯甲酸的亲脂性被认为有助于使整个分子进入细胞膜和内环境。研究表明，根据微生物的类型不同，它可以多种模式参与显示活性，其中包括中断质子动力和抑制关键代谢酶。当使用少量苯甲酸时，尚未发现它对人体造成危害。苯甲酸与甘氨酸结合成马尿酸后，很容易从体内排出，这个去毒步骤可有效防止苯甲酸在人体中的积累。
当食品中加入琥珀酸、乙二酸、富马酸、乳酸、苹果酸、酒石酸、柠檬酸和磷酸等酸化剂时，可降低其酸度，当pH≤5.0～5.5时，食品中的微生物将得到抑制或失活，从而达到长期保藏食品的目的，其中磷酸是唯一一种用于食品的无机酸，且占食品用酸的比例高达25%，主要用于软饮料和发酵粉中。
大部分用于食品的抗微生物剂在使用浓度时，对微生物显示抑制作用而不是致死作用，然而环氧乙烷和环氧丙烷（图11-1）则是例外。这两个化学杀菌剂可用于低水分食品及无菌包装材料的杀菌。为了与微生物密切接触，环氧化合物常以气态使用，物料经过足够时间的处理后，大部分残留的未反应环氧化物可经冲洗和抽空除去。
图11-1 环氧乙烷和环氧丙烷
环氧化合物是活泼的环醚类化合物，它们能杀死各种形式的微生物，包括孢子，甚至病毒，但人们对它们的作用机制了解很少。有人认为环氧乙烷的杀菌作用可能是由于微生物的必需代谢中间产物羟乙基（—CH2—CH2—OH）发生烷基化而引起的，其作用部位可能是代谢系统中的任何不稳定氢。环氧化合物还能与水反应生成相应的乙二醇类化合物（图11-2），然而乙二醇类化合物毒性相当低，因此不能说明其抑菌效果。
环氧化合物与无机氯化合物反应可能生成较有毒性的氯乙醇（图11-2），这一点受到人们的关切。在使用环氧化合物时，要考虑的另一个因素是它们可能对维生素（包括核黄素、烟酸和吡哆醇）产生不利影响。
图11-2 环氧乙烷分别与水和氯离子反应
抗生素是一大类由各种微生物天然产生的抗微生物剂。它们具有选择性的抗微生物活性，在医药上，它们对化学疗法意义重大。由于抗生素在动物活体内能有效地控制致病菌，从而使人们对其用于食品保藏的潜在可能进行了广泛研究。
由乳链球菌产生的乳链球菌素（Nisin）是一种多肽类抗生素，在美国它已被批准可用于高水分加工干酪产品以防止梭状芽孢杆菌可能的增生。这种多肽抗生素对革兰阳性微生物具有活性，特别是能防止孢子的增生。在有些国家，人们用它来防止乳品的败坏，如将其用于干酪和炼乳中。乳链球菌素对革兰阴性微生物无效，而梭状芽孢杆菌属的某些菌株对它有抵抗性。它对人体基本上无毒性，也不与医用抗生素产生交叉抗药性，并能在肠道中无害降解。
纳他霉素又名海松素（CAS Reg.NO.768-93-8），是一种多烯大环内酯类抗霉菌剂（图11-3），美国已批准将其用于成熟干酪以抑制霉菌的生长。当这种防霉剂用于暴露于空气霉菌容易增殖的食品表面时，具有良好的抗霉菌效果。纳他霉素的作用机理人们普遍认为是由于纳他霉素结合到了真菌胞膜的脂分子上从而改变了膜的渗透性、最终导致细胞代谢过程破坏。当应用于成熟干酪这类发酵食品时，纳他霉素尤为有效，因为它能选择性地抑制霉菌，而让细菌得到正常的生长和代谢。
图11-3 纳他霉素
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