鮮切果蔬天然抗菌劑的研究進展

陳 晨，胡文忠，姜愛麗，劉程惠，何煜波

（大連民族學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院，生物化學(xué)工程國家民委-教育部重點實驗室，遼寧省食源性病原微生物快速檢測與控制工程技術(shù)研究中心，遼寧大連116600）

鮮切果蔬（fresh-cut fruits and vegetables）是新鮮果蔬原料經(jīng)過挑選、清洗、去皮、切分、消毒、包裝等生產(chǎn)工藝形成的速食果蔬制品，也稱最少加工果蔬（minimally proceed fruits and vegetables）[1]。近年來，鮮切果蔬因其品質(zhì)新鮮、營養(yǎng)衛(wèi)生和食用方便等優(yōu)點而得到了較快發(fā)展。由于鮮切果蔬的加工操作（如去皮、切割及切片等）會使果蔬的組織結(jié)構(gòu)破壞、營養(yǎng)成分外流，極有利于微生物生長繁殖。微生物污染可使鮮切產(chǎn)品品質(zhì)降低、貨架期縮短，影響產(chǎn)品的經(jīng)濟價值，也會產(chǎn)生食源性疾病而危害公共健康。據(jù)統(tǒng)計，自1990年以來，美國至少發(fā)生了713起果蔬微生物性食品安全事件，其中有25%為鮮切果蔬產(chǎn)品，平均每爆發(fā)一起果蔬微生物性食品安全事件會致使48人感病[2]。因此，微生物控制是鮮切果蔬質(zhì)量安全控制中的關(guān)鍵問題。目前在鮮切果蔬微生物控制中化學(xué)合成類殺菌劑應(yīng)用居多，雖然合成抗菌劑價格低廉、殺菌迅速，但很多合成抗菌劑都存在一定的安全問題。天然生物抗菌劑是從自然界中提取、純化獲得的一類抗菌物質(zhì)，具有綠色、安全、健康等優(yōu)點，是近年來研究開發(fā)的重點。這些天然抗菌物質(zhì)可以采用浸蘸、熏蒸、噴灑或與保鮮紙及涂膜劑等載體結(jié)合的方式應(yīng)用于鮮切果蔬的微生物控制中，有些還可以作為可食用涂膜材料對鮮切果蔬進行涂膜處理來控制微生物污染[3]。本文綜述了植物、動物和微生物源的天然抗菌劑在鮮切果蔬微生物控制中的應(yīng)用，以期為鮮切果蔬的防腐保質(zhì)提供參考。

1 植物源天然抗菌劑

1.1 精油

精油（essential oil）是植物體內(nèi)可隨水蒸汽蒸餾、且具有一定香味的揮發(fā)性油狀液體的總稱。精油由分子量相對較小的簡單化合物組成，按化學(xué)結(jié)構(gòu)可分為脂肪族、芳香族和菇類3大類化合物以及它們的含氧衍生物，此外還包括含氮和含硫化合物。由于精油種類繁多，所以存在多種抗菌機制，例如通過降解細(xì)胞壁、破壞細(xì)胞質(zhì)膜和膜蛋白、使細(xì)胞內(nèi)容物外泄、細(xì)胞質(zhì)凝固等來起到抗菌的作用[4]。

精油在應(yīng)用于鮮切果蔬微生物控制時的抗菌效果受精油的種類、濃度、pH和微生物種類等因素影響。Karag?zlü等[5]研究報道鮮切萵苣和馬齒筧分別采用不同濃度（0.01、0.032和0.08mL/L）的薄荷精油和羅勒精油浸泡處理后，沙門氏菌和大腸桿菌的數(shù)量明顯降低，精油濃度越高抗菌效果越好，且薄荷精油的抗菌效果要優(yōu)于羅勒精油，這主要與兩種精油的抗菌成分不同有關(guān)。Raybaudi-Massilia等[6]在可食用膜中加入精油用于鮮切蘋果的保鮮、儲藏期間，大腸桿菌O157∶H7數(shù)量降低的程度要高于沙門氏菌，采用同樣條件處理過的鮮切香瓜微生物總量降低程度要小于鮮切蘋果，這是由于香瓜的pH高于蘋果，而蘋果自身較低的pH環(huán)境不利于微生物的生長繁殖[7]，后續(xù)的研究還表明，增加精油的添加量有助于抗菌效果的提高，但會影響鮮切果蔬的風(fēng)味，因此在實踐應(yīng)用中要將精油添加量控制在合理范圍內(nèi)。精油除了自身的抑菌作用外，精油成分之間也存在協(xié)同抗菌作用。例如de Azeredo等[8]研究發(fā)現(xiàn)茴香精油和迷迭香精油聯(lián)合處理鮮切卷心萵苣、甜菜和芝麻菜會產(chǎn)生協(xié)同的抗菌效果，精油成分分析表明兩種精油的主要成分是香芹酚和麝香草草酚，一般來說具有較強抗菌性的精油均含有大量香芹酚和（或）麝香草草酚，因此茴香精油和迷迭香精油的協(xié)同抗菌作用可能與這兩種主要成分有關(guān)。

1.2 醛類物質(zhì)

香草醛（Vanillin）是香子蘭花莢中的典型香味物質(zhì)，俗稱香蘭素。由于香草醛具有濃郁的奶香氣息，香氣和諧、持久、平滑連續(xù)，因此被廣泛應(yīng)用在各種需要增加奶香氣息的食品中[9]，除此之外香草醛還具有抗菌能力，香草醛對大腸桿菌、乳桿菌和單細(xì)胞增生李斯特菌的抑制活性主要是通過破壞細(xì)菌細(xì)胞膜的完整性，打破細(xì)菌內(nèi)部pH內(nèi)平衡以及抑制新陳代謝活性[10]。研究表明采用香草醛處理鮮切木瓜能夠有效降低微生物總量，使貨架期延長8d[11]。鮮切芒果采用0.12%（w/v）的香草醛處理后，能夠有效抑制好氧細(xì)菌、酵母菌和霉菌的生長，使貨架期延長至14d[12]。香草醛加入到可食用膜中也可以很好發(fā)揮其抑菌作用。例如Rojas-Graü等[13]采用香草醛復(fù)合海藻酸鈉膜處理鮮切富士蘋果，結(jié)果顯示香草醛的加入能夠使接種的單細(xì)胞增生李斯特菌降低3個對數(shù)值，在冷藏條件下儲藏21d使嗜冷菌和真菌的數(shù)量下降到103CUF/g，而未加香草醛的樣品在相同條件下儲藏10d嗜冷菌和真菌的數(shù)量就達到了103CUF/g。

檸檬醛是從楓茅油、山蒼子油等揮發(fā)油中提取的具有濃郁檸檬香味的抗菌成分，在沙拉的氣調(diào)包裝袋內(nèi)加入檸檬醛能夠使腸道菌總量下降2.13個對數(shù)值，酵母菌和霉菌下降約2個對數(shù)值[14]。研究表明許多果蔬的芳香成分（例如己醛、（E）-2-己醛、反式-2-己醛和乙酸乙酯）也能夠有效控制鮮切果蔬的致病和致腐微生物。Lanciotti等[15]報道，150μL/L己醛、150μL/L乙酸乙酯和20μL/L（E）-2-己醛能夠使鮮切蘋果上接種的大腸桿菌的延滯期從5h延長至35h，使腸炎沙門氏菌的延滯期從10h延長至44h。

1.3 酯類物質(zhì)

茉莉酸甲酯（methyl jasmonate，MJ）是與抗性密切相關(guān)的植物生長物質(zhì)，它作為內(nèi)源信號分子參與植物在機械傷害、病蟲害等條件下的抗逆反應(yīng)[16]，也可以有效抑制微生物的生長繁殖，MJ在2008年美國FDA認(rèn)為MJ是安全的（Generally Recognized as Safe，GRAS）。Wang等[17]研究報道鮮切獼猴桃使用11.2和22.4μL/L的MJ蒸汽處理能夠使附著的霉菌生長受到抑制，在10℃的條件下儲藏3周仍能保持良好的品質(zhì)。鮮切菠蘿采用15μL/L的MJ乳化溶液處理后在7℃條件下儲藏12d，微生物總量降低3個對數(shù)值。MJ在水相中更易于透過細(xì)胞膜而進入菌體內(nèi)部發(fā)揮抗菌作用，因此在相同濃度條件下，MJ乳化溶液處理抗菌效果要優(yōu)于MJ蒸汽處理[18]。Ayala-Zavala等[19]采用22.4μL/L的MJ蒸汽處理鮮切西紅柿，在5℃儲藏15d的過程中能夠抑制微生物的繁殖，當(dāng)MJ（22.4μL/L）與乙醇（300μL/L）聯(lián)合使用時抗菌效果會顯著提高，明顯優(yōu)于二者單獨使用。

1.4 中草藥及香辛料提取物

我國的中草藥以及一些香辛植物中許多都含有抗菌成分，例如百里香、迷迭香、薄荷、黃連、五加皮等中草藥和九里香、肉桂、蕓香草、紫蘇等香辛植物的提取物都具有較好的抗菌效果。例如錢坤等[20]采用復(fù)配香辛料醇提液處理鮮切萵筍，儲藏8d后與對照組相比，微生物總數(shù)明顯降低，且產(chǎn)品保持了良好的品質(zhì)。鮮切蘋果采用麝香、迷迭香提取物處理后，能夠使接種的大腸桿菌O157∶H7分別降低1.42和1.33個對數(shù)值[21]。

肉桂（Cinnamon）為樟科植物肉桂的干燥枝皮或干皮，又名桂皮、大桂等，是我國衛(wèi)生部公布的藥食兼用植物材料，既是一種食用香料，也是一味名貴中藥，肉桂中的揮發(fā)油（稱肉桂油或桂皮油）對細(xì)菌、霉菌和酵母均有很強的抑制作用，對霉菌的抗菌作用高于酵母菌和細(xì)菌；在pH偏酸或偏堿時肉桂油的抗菌效果增強[22]。研究表明，5.0g/L的肉桂油能夠抑制香蕉果醬中所有真菌的菌絲體的生長[23]。鮮切蓮藕采用檸檬酸和抗壞血酸混合液處理后氣調(diào)包裝儲存，在4℃條件下16d后微生物總量為5.1×103cfu/g，如果在氣調(diào)包裝前再采用肉桂油熏蒸，會使微生物總量下降到1.4×103cfu/g[24]。肉桂油也可以與可食用膜復(fù)配來抑制鮮切果蔬的微生物生長，例如Raybaudi-Massilia等[7]報道鮮切甜瓜在含0.7%肉桂油復(fù)合海藻酸鹽薄膜涂膜處理后，使貨架期從原來的平均3.6d延長至21d。

2 動物來源的天然抗菌劑

食品中常用的動物源天然抗菌劑主要有一些酶制劑和多糖類物質(zhì)。乳過氧化物酶是存在于牛奶中的一種血紅素蛋白，它能催化硫氰酸鹽和碘化物產(chǎn)生氧化反應(yīng)，氧化產(chǎn)物具有廣譜的抗菌性。溶菌酶是牛乳和雞蛋中的一種蛋白質(zhì)，能水解細(xì)菌細(xì)胞壁上鏈接N-乙酰基胞壁酸和N-乙酰氨基葡萄糖的β-1，4糖苷鍵，尤其對革蘭氏陽性菌有效。美國FDA認(rèn)為乳過氧化物酶和溶菌酶均是安全的，這兩種天然抗菌劑在果蔬采后保鮮以及鮮榨果汁中均有較好的應(yīng)用[25-27]，但在鮮切果蔬的微生物控制中還未見報道。

目前在鮮切果蔬微生物控制中，動物源天然抗菌劑使用較多的是殼聚糖。殼聚糖是節(jié)肢動物外殼幾丁質(zhì)的多糖類降解產(chǎn)物，具有廣泛的抗菌作用。不同分子量的殼聚糖對不同細(xì)菌的抗菌機制不同，主要涉及破壞微生物細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)、引起鉀離子和ATP滲漏、擾亂微生物正常生理代謝等。美國、英國、日本、韓國和意大利等國已將殼聚糖作為食品添加劑和補充劑進行商品化生產(chǎn)應(yīng)用[28]。因殼聚糖分子內(nèi)含有的羥基和氨基具有良好的成膜性，所以殼聚糖常以可食用膜的形式對鮮切果蔬涂膜保鮮，控制微生物污染。Hesham等[29]用5、10和20g/L的殼聚糖涂膜處理鮮切蘑菇，結(jié)果顯示殼聚糖保鮮處理能有效延長其貨架期，提高產(chǎn)品質(zhì)量，且殼聚糖濃度越高抗菌效果越好。Moreira等[30]研究表明鮮切綠花椰菜采用殼聚糖涂膜處理后，在儲藏期間能夠有效抑制內(nèi)源微生物的生長繁殖，也能夠使接種的大腸桿菌O157∶H7的數(shù)量降低，并且也會使鮮切綠花椰菜的感官品質(zhì)有所提高。殼聚糖涂膜與其他天然抗菌物質(zhì)復(fù)配使用能顯著增加殼聚糖的抗菌效果，例如在殼聚糖膜中加入香草醛處理鮮切菠蘿后，抗菌效果明顯高于單獨的殼聚糖處理，但會使其營養(yǎng)物質(zhì)含量降低，10℃儲藏8d后的VC的含量僅為初始量的10%[31]。Alvarez等[32]研究表明，鮮切花椰菜采用殼聚糖與精油制成的復(fù)合保鮮涂膜液處理后，能夠有效抑制微生物生長繁殖，并且對鮮切花椰菜的感官品質(zhì)不會產(chǎn)生影響。

當(dāng)前國內(nèi)生產(chǎn)的殼聚糖水溶性普遍差，多數(shù)要以酸為溶劑，既破壞鮮切果蔬風(fēng)味，又在很大程度上影響其應(yīng)用效果。因此，在保持或提高殼聚糖抗菌、成膜等優(yōu)良特性的基礎(chǔ)上通過對非水溶性殼聚糖進行化學(xué)修飾或改性，并選擇適宜的天然抗氧化劑、金屬鹽等增效成分與其復(fù)配，開發(fā)保鮮效果顯著、天然而又安全的果蔬復(fù)合保鮮劑將具有巨大的市場開發(fā)潛力。

3 微生物來源的天然抗菌劑

目前從微生物中得到的天然抗菌劑主要有細(xì)菌素類的乳酸鏈球菌素、防線菌類的納他霉素、霉菌類的米曲霉發(fā)酵產(chǎn)生的曲酸以及某些酵母菌、真菌、食用菌和聚賴氨酸等[33]，在鮮切果蔬微生物控制中最常用的是乳酸鏈球菌素。

乳酸鏈球菌素（Nisin）又稱乳酸鏈球菌肽，是由某些乳酸乳球菌（Lactococcus lactis）產(chǎn)生的一種細(xì)長型兩親性陽離子多肽，分子中含有34個氨基酸。Nisin的抑菌機制主要有兩方面，一方面Nisin與脂II分子結(jié)合形成Nisin-脂II孔洞復(fù)合物，以此在細(xì)胞膜上穿孔，造成細(xì)胞內(nèi)小分子如氨基酸、ATP和離子的泄露，導(dǎo)致細(xì)胞的死亡；另一方面由于脂II分子是細(xì)菌細(xì)胞壁生物合成的重要中間體，所以Nisin與脂II分子的結(jié)合也會干擾細(xì)胞壁的正常合成，從而抑制細(xì)胞的生長[34]。

Nisin對革蘭氏陽性菌抑制作用明顯，但是不能抑制革蘭氏陰性菌、酵母菌和霉菌的生長[35]，因此Nisin常與其他抗菌物質(zhì)或金屬螯合劑EDTA等聯(lián)合使用來控制鮮切果蔬微生物生長，從而擴大抗菌范圍并增強其抗菌效果。鮮切甘藍(lán)、花椰菜和綠豆芽經(jīng)過Nisin、乳酸鈉、山梨酸鉀和植酸聯(lián)合處理后，單細(xì)胞增生李斯特菌的數(shù)量要明顯低于Nisin的單獨處理[35]。Ukuku等[36]報道，Nisin（10μg/mL）與EDTA（0.02mol/L）聯(lián)合清洗香瓜5min能有效抑制霉菌、酵母菌和假單胞菌的生長，且抑制效果要優(yōu)于200μg/mL的氯氣處理，鮮切后再用Nisin-EDTA溶液清洗1min，能夠有效降低鮮切香瓜的微生物污染，延長貨架期。此外，Nisin分別與EDTA、山梨酸鉀和乳酸鈉聯(lián)合清洗香瓜還能夠有效清除沙門氏菌，且能夠降低沙門氏菌轉(zhuǎn)移到鮮切產(chǎn)品的數(shù)量[37]。王娟等[38]采用Nisin、那他霉素、薄荷油、氯化鈣、香蘭素、殼聚糖制成復(fù)合保鮮涂膜液，聯(lián)合紫外線輻照處理鮮切木瓜，結(jié)果表明復(fù)配涂膜及紫外線處理能有效抑制霉菌、酵母菌和細(xì)菌的增長，可較好地保持鮮切木瓜的品質(zhì)，使貨架期達到6d以上。

由于Nisin被食用后在消化道中很快被蛋白酶水解消化，因而不會改變腸道內(nèi)的正常菌群，不會引起抗藥性問題，亦不會與其他抗生素出現(xiàn)交叉抗性，是國際公認(rèn)的一種安全、無毒副作用的天然抗菌劑。但目前Nisin的市場價格較高且抗菌譜較窄，在實際應(yīng)用中，還需與其他抗菌劑聯(lián)合使用，才能更有效地抑制微生物生長，在一定程度上限制了Nisin在的實踐中的應(yīng)用。因此在今后的研究中，應(yīng)通過基因工程和蛋白質(zhì)定向改造等技術(shù)構(gòu)建出高產(chǎn)、抗菌性能強、抗菌譜更廣的菌株來生產(chǎn)制備天然抗菌劑。

4 展望

我國是果蔬生產(chǎn)大國，水果蔬菜資源豐富，發(fā)展鮮切果蔬產(chǎn)業(yè)可以提高果蔬的加工利用率，增加農(nóng)產(chǎn)品附加值，提高農(nóng)業(yè)綜合效益。由于鮮切果蔬是即食產(chǎn)品，在進行殺菌處理時常會出現(xiàn)抗菌劑殘留的問題，人體食用后會存在潛在的安全隱患，因此亟待研究開發(fā)廣譜、高效、無毒的天然抗菌劑。我國對天然抗菌劑在鮮切果蔬微生物控制方面的應(yīng)用研究起步較晚，對天然抗菌劑的提取工藝、抗菌機理與應(yīng)用技術(shù)研究不夠深入，從而限制了其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用和推廣，因此有必要對天然抗菌劑中有效成分進行分離鑒定，對其抗菌機理、構(gòu)效關(guān)系、化學(xué)仿生合成及安全性評價等進行細(xì)致深入的研究，為天然抗菌劑在鮮切果蔬保鮮上的實踐應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

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