大米生物保鮮劑的研究進(jìn)展

陳冰潔，喬勇進(jìn)，吳書(shū)俊，王春芳，王 曉

（1.上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品保鮮加工研究中心，上海 201403；2上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物所，上海 201403）

稻谷是我國(guó)第一大糧食作物，播種面積最大、產(chǎn)量最多，在糧食生產(chǎn)和消費(fèi)中處于主導(dǎo)地位。根據(jù)國(guó)家糧食局統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2018年稻谷產(chǎn)量約為2.08×1011kg，占全球產(chǎn)量的40%。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)每年稻谷在貯藏過(guò)程中由于蟲(chóng)害及霉變引起的損失大概在7%～8%，如果按照7%計(jì)算，2018年因蟲(chóng)害霉變導(dǎo)致的稻米損失約到1.45×107t，直接經(jīng)濟(jì)損失為2 898億元，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和資源浪費(fèi)。稻米貯藏方式很多，然而實(shí)際工業(yè)化使用較多的是低溫貯藏、氣調(diào)貯藏、真空包裝，但這些都存在成本較高、儀器復(fù)雜等缺點(diǎn)[1]。大米保鮮劑是最常用、最便宜、最便捷的保鮮方法，但化學(xué)保鮮劑存在危害人體生命健康的風(fēng)險(xiǎn)，所以隨著公眾對(duì)食品安全意識(shí)的增強(qiáng)，安全無(wú)毒、天然高效的生物保鮮劑已逐漸代替?zhèn)鹘y(tǒng)的化學(xué)保鮮劑。

大米生物保鮮是近年來(lái)興起的新型保鮮方法，綜合應(yīng)用物理、化學(xué)、微生物學(xué)等多個(gè)學(xué)科技術(shù)，通過(guò)殺死諸如青霉、黃曲霉和綠霉等霉菌及米象、谷蠢和玉米象等害蟲(chóng)，從而達(dá)到延緩稻米衰敗的目的，解決了大米生蟲(chóng)霉變、發(fā)黃褐變、變酸變味等問(wèn)題[2]。概述了大米生物保鮮技術(shù)的研究和發(fā)展?fàn)顩r，并進(jìn)一步展望大米生物保鮮的發(fā)展方向，以期為大米生物保鮮研究和應(yīng)用提供參考。

1 生物保鮮劑的來(lái)源及應(yīng)用

生物保鮮是利用一些天然來(lái)源的具有抗菌或者抗氧化作用的綠色提取物，根據(jù)來(lái)源可將提取物分為植物源（茶多酚、大蒜提取物、葡萄籽萃取物、植物精油等）、動(dòng)物源（殼聚糖、溶菌酶等） 和微生物源（乳酸鏈球菌肽、聚賴(lài)氨酸、乳酸菌等） 三大類(lèi)。針對(duì)不同農(nóng)產(chǎn)品特性，一般是單獨(dú)或與其他的保鮮方法結(jié)合使用應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品保鮮中。生物源保鮮劑憑借其獨(dú)特的生物活性，在醫(yī)藥、食品、添加劑、化妝品等方面廣泛應(yīng)用。

2 殺蟲(chóng)抑菌作用

關(guān)于植物提取物殺蟲(chóng)抑菌研究已有很多報(bào)道[3]，同時(shí)動(dòng)物源和微生物源也有相關(guān)報(bào)道。植物主要來(lái)自植物的根、莖、葉、花、果實(shí)和種子，對(duì)糧食害蟲(chóng)米象、谷蠢、玉米象等具有殺卵、驅(qū)避和殺蟲(chóng)等作用，對(duì)糧食霉菌中的灰綠曲霉、黃綠青霉、黃曲霉等具有抑制作用[4]。

肖洪美等人[5]研究表明，香茅草精油對(duì)玉米象和赤擬谷盜都有很強(qiáng)驅(qū)避性，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)蒼耳、楓楊、苦楝3種植物精油也對(duì)玉米象成蟲(chóng)都具有較強(qiáng)驅(qū)避性[6]。Li Xihong等人[7]研究發(fā)現(xiàn)，涂有辣椒素的PE保鮮膜抑制細(xì)菌和真菌的生長(zhǎng)的效果與涂有合成殺蟲(chóng)劑（胺菊酯、滅百可）的PE保鮮膜接近。陳偉暢[8]研究表明，生姜醇或水提取物能較好地抑制灰綠曲霉、黃綠青霉、黃曲霉的生長(zhǎng)，同時(shí)生姜水提取物抑制大米陳化霉變效果與傳統(tǒng)化學(xué)防霉劑雙乙酸鈉相當(dāng)。張旭等人[9]采用檸檬、艾葉、肉桂、丁香、香茅和芥末6種植物提取精油對(duì)高水分含量（17%）大米進(jìn)行防霉保鮮得出不同植物精油均有一定防霉作用，但5 μL/kg（米）芥末精油效果最好，能明顯防止大米發(fā)霉。Paste N等人[10]報(bào)道，牛至精油（含有54%康香草酚和5%香芹酚）和百里香精油（含有41%康香草酚和4%香芹酚） 可抑制黃曲霉和黑曲霉生長(zhǎng)。López María D 等人[11]發(fā)現(xiàn)，香菜中含有的香芹酮可有效對(duì)抗米曲霉。Sung-Woong Kim等人[12]在測(cè)試的8種物種中，牛膝草、馬郁蘭和百里香精油在空氣質(zhì)量濃度為25 mg/L時(shí)對(duì)米曲霉表現(xiàn)出強(qiáng)烈的毒性，其中受試化合物（水楊梅，芳樟醇，α-松油醇和萜品四醇）在3.9 mg/L的空氣質(zhì)量濃度下對(duì)米曲霉表現(xiàn)出100%的熏蒸毒性。蠟狀芽孢桿菌易引起的食物中毒，因此蒸煮米飯中蠟狀芽孢桿菌的生長(zhǎng)抑制已成為食品工業(yè)的重要任務(wù)。Hata Tomomi等人[13]研究顯示，由糞腸球菌N1-33產(chǎn)生的細(xì)菌素在蒸米中對(duì)蠟狀芽孢桿菌有抑制的功效。Cui Haiying等人[14]通過(guò)薄膜分散法，將大豆卵磷脂與膽固醇一起用于制備咖喱植物EO（天然抗菌劑）的脂質(zhì)體，以改善EO的化學(xué)穩(wěn)定性和活性時(shí)間，得到的這種脂質(zhì)體對(duì)水稻中的蠟狀芽孢桿菌表現(xiàn)出有效的抗微生物活性。

3 生物保鮮劑應(yīng)用形式

3.1 涂膜保鮮

涂抹保鮮是利用安全無(wú)毒的生物材料的成膜性及抗菌性生產(chǎn)大米保鮮劑，通過(guò)噴涂方法使其在大米表面形成保護(hù)膜，達(dá)到隔絕外部環(huán)境的效果，從而抑制大米表面微生物生長(zhǎng)和蟲(chóng)卵的繁殖。

日本林原生物化學(xué)研究所用酶作用于淀粉制取的具有保鮮防腐功能的海藻糖保鮮劑，經(jīng)證實(shí)用于營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高的胚芽米和高質(zhì)免淘米效果較好[15]。聞清平等人[16]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，在pH值8.17，溫度82℃，大豆分離蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)6.0%的條件下制成的保鮮膜，可有效降低大米的酸度值及硬度，延緩大米陳化進(jìn)程。羅小虎等人[17]用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%微生物源曲酸噴灑大米，能在大米貯藏中起到較好的抗氧化作用；用含量為0.03%茶多酚、1.0%魔芋精粉、0.5%抗壞血酸組合成保鮮劑保鮮大米，效果較好，且影響保鮮效果的主次順序是茶多酚、魔芋精粉、L-抗壞血酸。Laohakunjit N等人[18]用添加山梨糖醇、香蘭葉提取物的大米淀粉對(duì)3種非香稻涂膜保鮮，貯藏6個(gè)月發(fā)現(xiàn)，非香稻經(jīng)涂膜存在著香稻品種的典型風(fēng)味物質(zhì)2-乙?；?1-吡咯啉（2-AP），且高于香稻PTT1，而未涂膜非香稻中則不存在。齊森等人[19]選用海藻酸鈉、雙乙酸鈉、L-抗血酸鈉、殼聚糖制成4種不同配比的保鮮劑對(duì)大米進(jìn)行涂膜處理，在最優(yōu)配比下大米高濕環(huán)境（溫度38℃、濕度75%）可貯藏60 d以上，普通環(huán)境可貯藏達(dá)6個(gè)月以上。曹冬梅等人[20]把0.5%雙乙酸鈉和0.5%L-抗壞血酸混合物添加到0.6%魔芋精粉中研制出的保鮮劑作用于大米，發(fā)現(xiàn)延緩陳化、抑制微生物生長(zhǎng)作用效果顯著。盛宏達(dá)[21]研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)大米含水量在15.5%～16.0%時(shí)，研制出的“雙乙酸鈉+維C+海藻糖”保鮮劑防霉保鮮效果較好，甚至優(yōu)于已獲國(guó)家專(zhuān)利的市售保鮮劑。Rachtanapun Chitsiri等人[22]研究發(fā)現(xiàn)，煮熟米飯?zhí)砑郁滛~(yú)或螃蟹聚合物殼聚糖溶液，在37℃條件下貯藏1 d，能延緩蠟樣芽孢桿菌和總有氧菌數(shù)的生長(zhǎng)，提高米飯的含水量，且殼聚糖對(duì)貯藏期間米飯的白度和硬度沒(méi)有影響（p＞0.05）。

3.2 精油熏蒸保鮮

精油熏蒸的原理是保鮮劑在一定條件下以氣體的形式充滿(mǎn)貯藏空間，殺死或者抑制果實(shí)表面的菌類(lèi)物質(zhì)，殘留率低、安全系數(shù)較高。

劉曉麗等人[23]研究發(fā)現(xiàn)，肉桂精油對(duì)供試霉菌抑菌效果優(yōu)于雙乙酸鈉，且氣態(tài)優(yōu)于固相，在溫度30℃，相對(duì)濕度83%條件下，貯藏空間精油質(zhì)量濃度在150 mg/L以上時(shí)大米沒(méi)有發(fā)生表觀(guān)霉變現(xiàn)象，精油質(zhì)量濃度在175 mg/L以上時(shí)可完全抑制霉菌孢子的生長(zhǎng)。Sumethee Songsamoe等人[24]表明，當(dāng)白蘭花的精油質(zhì)量濃度大于300 μL/L時(shí)可抑制孢子萌發(fā)和黃花菌絲體的生長(zhǎng)，且精油處理的糙米與無(wú)精油處理的對(duì)照（4周）進(jìn)行比較，保質(zhì)期延長(zhǎng)了4倍（16周），硬度減少了1/3。

3.3 精油微囊化保鮮

精油微囊化的原理是利用天然或合成的高分子材料包裹易揮發(fā)性的精油制成微型膠囊，從而達(dá)到保護(hù)、控制釋放速率的目的[25]。

唐雅珂[26]發(fā)現(xiàn)，在加速大米陳化的存放條件下，微膠囊化肉桂-山蒼子復(fù)合精油處理能有效抑制大米霉菌的生長(zhǎng)繁殖，減緩脂肪酸值、大米加熱吸水率與米飯膨脹率的上升速度，減緩pH值下降的速度。劉香軍[27]采用丁香精油微膠囊作為大米添加劑，于30℃下儲(chǔ)存6個(gè)月后，對(duì)照組大米脂肪酸值、總酸度是添加保鮮劑的1.9、2.3倍，加保鮮劑大米霉菌總數(shù)和霉菌總數(shù)兩者均低于對(duì)照組3倍之多。因此，該保鮮劑對(duì)大米脂肪酸氧化和微生物調(diào)控作用效果最明顯。高玉敏等人[28]采用山雞椒精油膠囊處理大米，置于溫度30℃，相對(duì)濕度90%的環(huán)境下貯藏60 d，發(fā)現(xiàn)對(duì)照組處理的大米脂肪酸值、酸度值、霉菌總數(shù)均高于試驗(yàn)組。鄧靖等人[29]采用大蒜精油與肉桂精油復(fù)合精油微膠囊保鮮劑處理大米表明，加保鮮劑大米脂肪酸值的變化速度明顯低于對(duì)照組，預(yù)測(cè)保鮮劑處理的大米在室溫（25℃）的貨架壽命為415 d，而對(duì)照組大米貨架壽命僅為122 d。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著生活水平的提高及研究技術(shù)的發(fā)展，大米保鮮受到越來(lái)越多消費(fèi)者的關(guān)注，安全無(wú)毒、便捷的大米生物保鮮技術(shù)也成為了研究重點(diǎn)。盡管生物保鮮技術(shù)研究日臻成熟，但高效的大米生物保鮮技術(shù)存在明顯不足，因此開(kāi)發(fā)無(wú)毒、高效、低成本和實(shí)用的生物源保鮮劑成為研究熱點(diǎn)。