天然保鮮劑在采后漿果保鮮中應(yīng)用的研究進(jìn)展

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(1.大連民族大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,遼寧大連 116600； 2.生物技術(shù)與資源利用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,遼寧大連 116600)

漿果是由子房或聯(lián)合其他花器發(fā)育成的柔軟多汁的肉質(zhì)果,通常形小皮薄,可能有很多種子,如葡萄、藍(lán)莓、番茄、獼猴桃、龍眼與荔枝等。其果皮薄,果肉水分含量高,采后即失去果樹(shù)的養(yǎng)分供應(yīng),若未經(jīng)保鮮處理,短期內(nèi)會(huì)迅速衰老變質(zhì)。同時(shí),漿果在采摘和貯運(yùn)過(guò)程中,易受機(jī)械損傷與微生物侵染,導(dǎo)致腐敗變質(zhì),造成經(jīng)濟(jì)損失。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示,我國(guó)果蔬流通腐損率高達(dá)20%～30%,每年損失1000多億元[1]。其中,植物病原真菌引起的采后腐爛是導(dǎo)致漿果類產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)損失的重要因素之一[2]。漿果中最常見(jiàn)的病原真菌有黑曲霉(Aspergillusniger)、灰霉(Botryiscinerea)、刺盤孢(Colletotrichumacutatum)等,通常會(huì)引起黑曲霉病、灰霉病、炭疽病等諸多侵染性病害。此外,漿果采后還易遭受冷害等生理性病害。因此,在貯藏過(guò)程中如何選擇適宜的保鮮技術(shù),延緩漿果采后的自身“衰老”與防止微生物侵染就成為一個(gè)重要問(wèn)題。

目前漿果類保鮮方法主要有低溫貯藏、氣調(diào)包裝、化學(xué)保鮮劑保鮮、天然保鮮劑保鮮等。低溫貯藏保鮮簡(jiǎn)單有效,但是設(shè)備造價(jià)高;氣調(diào)包裝模型復(fù)雜;而化學(xué)保鮮劑會(huì)有有害殘留,易造成二次污染。近年來(lái)新興的天然保鮮劑來(lái)源廣泛,價(jià)格低廉,安全綠色,在各保鮮方法中優(yōu)勢(shì)明顯,已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。本文通過(guò)對(duì)天然保鮮劑在漿果類產(chǎn)品貯藏保鮮中的研究現(xiàn)狀進(jìn)行分類綜述,并對(duì)其防腐保鮮機(jī)理及應(yīng)用實(shí)例予以論述,以期為天然保鮮劑在漿果保鮮的研發(fā)和應(yīng)用提供理論參考。

1 天然保鮮劑對(duì)漿果保鮮的作用機(jī)理

天然保鮮劑作用機(jī)理可大致歸納為幾個(gè)方面:一是損傷病原菌的細(xì)胞器,如改變病原菌細(xì)胞膜流動(dòng)性和透過(guò)性,或是直接使其溶破,細(xì)胞質(zhì)流出,從而使其死亡;二是阻礙遺傳物質(zhì)的翻譯表達(dá),抑制病原菌繁殖;三是影響病原菌中各種酶的活性,擾亂其正常的生理活動(dòng);四是與病原菌競(jìng)爭(zhēng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和空間,限制其生長(zhǎng)繁殖[3-6]。

2 天然保鮮劑在漿果保鮮中的應(yīng)用

2.1 動(dòng)物源

動(dòng)物源天然保鮮劑是從動(dòng)物體內(nèi)提取的天然抗菌活性成分,具有安全無(wú)毒、抗菌性強(qiáng)、抑菌譜廣、水溶性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[7]。常見(jiàn)的動(dòng)物源保鮮劑有殼聚糖、魚精蛋白、抗菌肽、溶菌酶、蜂膠等，用于漿果保鮮的主要是殼聚糖和蜂膠。

2.1.1 殼聚糖 殼聚糖來(lái)源于甲殼類動(dòng)物的外骨骼,是甲殼素脫乙酰化得到天然無(wú)毒的生物聚合物,可生物降解、具有生物相容性[8],是生物界中唯一大量存在的天然堿性多糖。殼聚糖對(duì)植物病原菌具有抗性,加之其成膜性和激發(fā)植物防御機(jī)制的能力,適用于果蔬的涂膜保鮮[9]。相關(guān)研究顯示,殼聚糖可能是通過(guò)對(duì)菌體表面帶負(fù)電荷殘基的干擾作用影響細(xì)胞膜的通透性,導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)電解質(zhì)和蛋白質(zhì)成分的泄漏,從而影響病原菌生長(zhǎng)和存活[4]。近年來(lái),已有部分國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者將殼聚糖用于漿果保鮮中。

其中,Carlos等[10]從小克銀漢線蟲(Cunninghamellaelegans)中提取殼聚糖用于美洲葡萄(VitislabruscaL.)的涂膜保鮮,發(fā)現(xiàn)殼聚糖對(duì)采后葡萄的病原菌有抑制作用,能分別使葡萄灰霉與擴(kuò)展青霉的抑制率從65.2%、68.6%升至94.6%、96.7%,能使葡萄的亮度增加,同時(shí)還可降低低溫或是室溫貯藏葡萄的失重率。Adel與 Mohamed[11]也證實(shí)了用1%～2%的殼聚糖溶液處理采后葡萄(El-Bayadi),經(jīng)30 d冷藏后,處理組樣品的過(guò)氧化物酶(Peroxidase)活性較初始值升高,均高于對(duì)照組,且濃度越大活性越高;殼聚糖處理組樣品抗氧化能力增強(qiáng),能有效減緩其腐敗,保持較好硬度與感官品質(zhì),能使貨架期延長(zhǎng)2 d。Liu[12]研究發(fā)現(xiàn)殼聚糖處理能有效抑制番茄果實(shí)的青霉和灰霉生長(zhǎng),使其抗氧化物含量增加,抗氧化相關(guān)酶活性升高。此外,殼聚糖用于櫻桃番茄[13]、草莓[14]均取得較好的保鮮效果。

2.1.2 蜂膠 蜂膠是蜜蜂將采集的樹(shù)脂混入其分泌物加工而成的一種具有芳香氣味的天然化合物,其成分有酯類、糖類、二萜酸和五環(huán)三萜類化合物等。一方面,蜂膠對(duì)各種細(xì)菌、真菌、病菌和病原蟲都有抑制和殺滅作用;另一方面,蜂膠良好的成膜性可阻止果蔬內(nèi)外氣體交換、抑制呼吸、降低新陳代謝、減少表面水分蒸發(fā),進(jìn)而減少營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消耗和品質(zhì)下降[15]。

Pastor等[16]使用含有蜂膠提取物的羥丙基甲基纖維素(hydroxypropyl methylcellulose)溶液對(duì)葡萄涂膜處理,得出處理葡萄的微生物安全性更佳,且不會(huì)對(duì)光澤、氣味、硬度與風(fēng)味等理化特性產(chǎn)生影響。在室溫條件下,用2%蜂膠乙醇提取物對(duì)草莓涂膜,可顯著降低草莓果實(shí)的呼吸強(qiáng)度、失重率與腐爛率,有效保持其硬度,維持產(chǎn)品的原有品質(zhì),延緩果實(shí)的成熟衰老[17]。

2.2 植物源

植物源天然保鮮劑安全、健康,符合綠色生活的理念。植物源天然保鮮劑種類繁多,如多糖類、多酚類、萜類、甙類和苯丙素類等,并且來(lái)源廣泛，在采后漿果保鮮中應(yīng)用較多的有植物精油、異硫氰酸烯丙酯、蘆薈凝膠、茶多酚等。

2.2.1 植物精油 精油是從植物的花、葉、莖、根或果實(shí)中提煉萃取的揮發(fā)性芳香物質(zhì)。精油主要活性成分為肉桂醛、檸檬醛、丁香酚、檸檬烯與麝香草酚等,是經(jīng)美國(guó)FDA認(rèn)證的一般公認(rèn)安全食品添加劑[18]。很多精油具有殺蟲、抗菌、抗氧化和抗癌作用,可用于食品行業(yè)[19]。精油揮發(fā)的次生代謝產(chǎn)物可增強(qiáng)植物對(duì)病原微生物的防御能力,還可直接作用于植物病原菌[20]。精油對(duì)微生物的作用方式主要有兩種,一是對(duì)細(xì)胞壁和細(xì)胞膜造成不可逆損傷,導(dǎo)致蛋白質(zhì)和DNA、RNA的滲漏[3];二是抑制菌絲生長(zhǎng)、孢子萌發(fā)和芽管伸長(zhǎng)[5]。

何靖柳等[21]通過(guò)體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),肉桂精油能有效抑制從 “紅陽(yáng)”獼猴桃中分離出的尖孢炭疽菌(Colletorichumacutatum)與葡萄座腔菌(Botryosphaeriaparva)的生長(zhǎng),使“紅陽(yáng)”獼猴桃果實(shí)的呼吸速率降低、呼吸消耗減少,果實(shí)硬度下降,腐爛與失重均得到有效抑制。呂明珠等[22]發(fā)現(xiàn)肉桂精油保鮮液可有效抑制紅提葡萄表面致病菌的生長(zhǎng),在63 d貯藏期內(nèi),處理組的爛果率均低于對(duì)照組;同時(shí)還能維持紅提葡萄的含水量,降低質(zhì)量損失和呼吸強(qiáng)度,從而提高葡萄品質(zhì)。丁香精油可有效抑制櫻桃番茄上根霉、灰霉的生長(zhǎng),降低果實(shí)的腐爛率,達(dá)到良好的防腐保鮮效果[23]。

2.2.2 異硫氰酸烯丙酯(allyl isothiocyanate,AITC) 異硫氰酸烯丙酯廣泛存在于山葵、葉芥菜、辣根等植物中[24],殺菌作用強(qiáng)且廣譜,并食用安全。研究發(fā)現(xiàn)低濃度的AITC即可顯著抑制食源性微生物的生長(zhǎng),且真菌比細(xì)菌對(duì)AITC更為敏感[25]。用AITC熏蒸 “Tecla” 和 “Monterey”草莓,使采后草莓灰霉病發(fā)病率降低45%以上[26],且處理組和對(duì)照組果實(shí)的總酚含量、抗氧化能力無(wú)顯著性差異,從而表明AITC處理對(duì)果實(shí)的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)無(wú)不良影響。AITC處理能降低接種鏈格孢、青霉和毛霉造成的桑葚腐爛率,還可以顯著抑制桑葚的呼吸作用,保持果實(shí)硬度,延緩果實(shí)品質(zhì)下降[27]。Chen等[28]也進(jìn)一步證實(shí),AITC可以減緩采后桑葚果實(shí)的代謝速率,提高果實(shí)品質(zhì),延長(zhǎng)貯藏時(shí)間。

2.2.3 蘆薈凝膠 蘆薈凝膠是從蘆薈(Aloevera)葉中提取的具有生物活性和抗菌活性的凝膠，其具有復(fù)雜的化學(xué)成分,主要是多糖和可溶性糖類,其次是蛋白質(zhì),蛋白質(zhì)中很多是酶,其成分還有氨基酸、維生素和蒽醌[29]。同樣,蘆薈凝膠可作為可食性涂膜用于果蔬保鮮,但是目前的研究還相對(duì)較少。王靜等[30]用0.05%～0.5%的蘆薈提取液處理 “豐香”草莓,發(fā)現(xiàn)處理組草莓的腐爛率與失重率有所降低,營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)下降速率減緩;此外,低濃度蘆薈提取液的處理效果更好。也有研究表明,蘆薈凝膠對(duì)葡萄[31]的采后主要病原菌有抑制作用。

2.2.4 茶多酚 茶多酚組成復(fù)雜、分子量及結(jié)構(gòu)差異很大,是多酚類及其衍生物的混合物,主要由兒茶素、黃酮醇、花色素、酚酸與縮酚酸等組成。茶多酚是從茶葉中提取的全天然抗氧化物質(zhì),具有抗氧化能力強(qiáng)、抗癌、抗炎、抗輻射,無(wú)毒副作用、無(wú)異味等特點(diǎn)。茶多酚可通過(guò)破壞細(xì)胞膜、抑制酶的作用、影響蛋白質(zhì)表達(dá)、與微生物必需的金屬離子絡(luò)合等方式抑制微生物的生長(zhǎng)繁殖[6]，將其溶液噴灑在果蔬表面,有抑菌保鮮的作用。

李軍[32]用茶多酚處理葡萄,40 d室溫貯藏后發(fā)現(xiàn),葡萄處理組果實(shí)果皮狀態(tài)較好,仍有光澤,果實(shí)硬度基本正常;而對(duì)照組果皮失去光澤,出現(xiàn)嚴(yán)重的褶皺,果實(shí)變軟塌縮。對(duì)比處理與對(duì)照組VC含量可知茶多酚能明顯抑制葡萄貯藏過(guò)程中的VC氧化。

2.3 微生物源

微生物拮抗保鮮簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)即以菌治菌,是通過(guò)拮抗或競(jìng)爭(zhēng)作用抑制有害微生物。除拮抗菌體本身之外,有些微生物能產(chǎn)生細(xì)菌素、有機(jī)酸等有抗菌活性的代謝產(chǎn)物[33],抑制或殺滅有害微生物,減少微生物的腐敗;而有些微生物能分泌具有成膜性的多糖物質(zhì),在果蔬表面形成微氣調(diào)環(huán)境,降低果蔬呼吸作用和水分蒸發(fā),進(jìn)而達(dá)到減緩衰老和保鮮的效果[34]。

2.3.1 乳酸鏈球菌素(Nisin) 乳酸鏈球菌素是乳酸乳球菌乳酸亞種(Lactococcuslactis subsp. Lactis)合成分泌的細(xì)菌素[35],是一種安全的微生物防腐劑。其主要通過(guò)損傷細(xì)胞壁、改變細(xì)胞通透性、改變核酸分子結(jié)構(gòu)、抑制酶的作用、抑制代謝過(guò)程、抑制核酸合成等過(guò)程抑制、殺死靶細(xì)胞[36]。

在冰溫貯藏條件下,吳汶飛等[37]測(cè)定了Nisin和溶菌酶兩種生物保鮮劑不同濃度及組合對(duì)鮮切荔枝果肉影響,結(jié)果得出,0. 05%-Nisin與溶菌酶浸漬預(yù)處理可顯著降低貯藏期間菌落總數(shù)、霉菌和酵母的增加幅度,Nisin對(duì)細(xì)菌的抑制效果優(yōu)于溶菌酶,而溶菌酶對(duì)霉菌和酵母菌的抑制效果優(yōu)于Nisin,且對(duì)果肉有一定的護(hù)色作用。兩種保鮮劑復(fù)配處理優(yōu)于單獨(dú)處理。

2.3.2 拮抗酵母 近年來(lái),針對(duì)水果采后病害控制,以酵母為基礎(chǔ)的生物防治產(chǎn)品發(fā)展迅速[38]。酵母菌適合用于微生物拮抗,主要有以下原因:培養(yǎng)基廉價(jià),生長(zhǎng)迅速,容易大量生產(chǎn);對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)要求簡(jiǎn)單,對(duì)極端環(huán)境條件的耐受性強(qiáng);不產(chǎn)生致敏孢子或毒素,食用安全。此外,酵母是唯一適應(yīng)水果微環(huán)境(高糖、高滲透壓和低pH)的微生物拮抗菌。通常認(rèn)為酵母主要通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)到的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和空間抑制病原體,因?yàn)樗鼈兡芨行У厥褂觅Y源。

將梅奇酵母(Metschnikowiafructicola)用于處理采后草莓,可顯著降低草莓果實(shí)腐爛率,高濃度處理組的效果較好。相比之下,梅奇酵母的處理效果好于水處理和化學(xué)劑處理。由于生物防治劑可在草莓表面繁殖,抵抗致腐微生物的侵染和擴(kuò)張,這也是其可在草莓貯存期取得較好防腐保鮮效果的主因[39]。

Tang等[40]研究發(fā)現(xiàn),拮抗酵母Candidadiversa與harpin蛋白質(zhì)單獨(dú)使用均可顯著降低人工接種時(shí)獼猴桃的灰霉(B.cinerea)與青霉(P.expansum)感染,還可降低自然感染率,兩者結(jié)合效果更優(yōu)。同時(shí),Candidadiversa和harpin單獨(dú)或組合處理也會(huì)誘導(dǎo)獼猴桃防御反應(yīng)酶的活性升高,如多酚氧化酶、過(guò)氧化物酶和超氧化物歧化酶。因此,Candidadiversa和harpin用于控制獼猴桃采后腐爛極具潛力。

2.4 復(fù)配保鮮劑

由上可知,不同來(lái)源的保鮮劑單獨(dú)使用時(shí)均有一定的保鮮效果,然而也存在一些問(wèn)題。如單一成分的保鮮劑易使病原菌產(chǎn)生抗性,或是某一種保鮮劑的抗菌譜窄,效果有限;又如精油,氣味濃郁,濃度太低抑菌效果不好,濃度過(guò)高又可能對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)生危害。因此,許多研究嘗試復(fù)配保鮮。

Jorge[41]等用殼聚糖-蘆薈(Aloevera)涂層處理采后藍(lán)莓(Vacciniumcorymbosum),5 ℃貯藏。結(jié)果發(fā)現(xiàn),未涂層藍(lán)莓2 d后出現(xiàn)霉菌污染,而涂層藍(lán)莓9 d后出現(xiàn)霉菌污染;15 d后涂層和未涂層藍(lán)莓的質(zhì)量損失分別為3.7%和6.2%;25 d后涂層藍(lán)莓的微生物生長(zhǎng)和失重率較未涂層分別降低了50%和42%。整體來(lái)說(shuō),復(fù)合涂層使藍(lán)莓貨架期延長(zhǎng)了5 d。殼聚糖和大蒜素復(fù)合涂膜處理可有效抑制葡萄的呼吸強(qiáng)度,控制失重率和腐爛率,且提高果實(shí)耐壓力,延長(zhǎng)貨架期[42]。Kumari等[43]還研究了殼聚糖和水楊酸結(jié)合處理荔枝果實(shí)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)處理組樣品的采后病害侵染率得到降低,延緩了荔枝的腐爛,保持果實(shí)品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)成分。2.0%茶多酚與1.5%殼聚糖復(fù)合涂膜處理草莓,能明顯降低草莓的失重率、腐爛指數(shù)、呼吸強(qiáng)度,保持較好的感官品質(zhì)[44]。用不同濃度溶菌酶、殼聚糖和氯化鈣復(fù)配保鮮液對(duì)草莓進(jìn)行保鮮處理,能有效延長(zhǎng)草莓的貨架期,較好的保持其感官品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[45]。

Aloevera蘆薈凝膠結(jié)合抗壞血酸涂膜處理草莓,與對(duì)照果實(shí)相比,處理可以延緩失重、硬度下降,維持維生素C、花青素等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量以及抗氧化能力,延長(zhǎng)草莓果實(shí)貨架期,并且涂膜降低了好氧嗜溫菌、酵母和霉菌數(shù)[46]。

3 展望

目前天然保鮮劑已有多種專利產(chǎn)品,并在實(shí)踐中得到應(yīng)用,但仍存在諸多問(wèn)題。例如,一些天然化合物,如精油等具有較大活性,往往會(huì)對(duì)果蔬產(chǎn)生負(fù)面影響的味道和氣味,甚至可能導(dǎo)致藥害,可以尋找適當(dāng)?shù)奈絼?以減弱或去除精油的氣味。此外,雖然某些天然保鮮劑的體外研究具有很好的效果,但是應(yīng)用于果蔬可能影響其生理代謝,而不能達(dá)到預(yù)期效果,可能需要一個(gè)合適的載體或介質(zhì)來(lái)解決。與動(dòng)物源和植物源相保鮮劑相比,微生物源保鮮劑具有生長(zhǎng)周期短、易培養(yǎng)、不受季節(jié)限制、易貯運(yùn)等諸多優(yōu)點(diǎn);但同時(shí),微生物及其代謝產(chǎn)物易隨周圍環(huán)境的變化而變化,因此,其穩(wěn)定性和純度便會(huì)受到影響。將不同保鮮方法或不同來(lái)源的保鮮劑復(fù)配通常能取得更優(yōu)的效果,而復(fù)配對(duì)產(chǎn)品的影響具有復(fù)雜性和風(fēng)險(xiǎn)性,因而其研究應(yīng)用難度也更大。為解決上述問(wèn)題,一方面,需要提高天然保鮮劑的純度,減少雜質(zhì)成分對(duì)產(chǎn)品及對(duì)協(xié)同保鮮劑的影響;另一方面,對(duì)拮抗菌等生命活體,提高其抗性及耐受性,以適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境。

天然保鮮劑因其優(yōu)異特點(diǎn)已被廣泛接受并為國(guó)內(nèi)外研究者看好。雖然天然保鮮劑的機(jī)理、研究、應(yīng)用還不夠成熟,但是隨著安全、健康、環(huán)保的理念深入人心,天然保鮮劑前景光明。這激勵(lì)著人們積極探索,破解難題,而這不僅需要相關(guān)研究者的通力合作,也需要來(lái)自企業(yè)的聯(lián)合合作、社會(huì)上的支持。

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