防腐劑的主要作用是通過殺細菌或使其失去生長繁殖能力來保證物料在使用過程中不產生腐敗變質。防腐劑可使微生物中的蛋白質變性，消滅細胞的活性而使細胞亡;防腐劑也可使微生物的細胞遺傳基因發生變異或干擾細胞內部酶的活性使其難以繁殖生長，從而對微生物起到作用。
防腐劑的抑菌作用往往與其濃度和作用時間有關，同一防腐劑，濃度高或作用時間長可以殺滅細菌，濃度低或作用時間短則只能起到作用。另外，同一防腐劑對不同微生物的作用也不同，對某種微生物可起到殺滅作用的防腐劑對另一種微生物可能只有作用。
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