基于食品安全視角下生物保鮮技術在果蔬保鮮中的應用進展

◎ 薛思玥

（南京農(nóng)業(yè)大學，江蘇 南京 210095）

我國不僅是世界上最大的果蔬生產(chǎn)國，也是世界上最大的果蔬加工和輸出國，果蔬在農(nóng)產(chǎn)品的出口貿(mào)易中占比大約占到了1/4[1]。然而，果蔬產(chǎn)品的易腐敗性成為制約其發(fā)展的一大瓶頸，據(jù)統(tǒng)計，每年我國果蔬采后腐敗率高達20%～30%[2]。保鮮技術對果蔬業(yè)發(fā)展至關重要。

目前，常見的保鮮技術有化學保鮮、物理保鮮和生物保鮮等?；瘜W保鮮作為傳統(tǒng)保鮮技術，通過采用添加化學試劑的方法來達到防腐效果，但近年來由化學保鮮導致的食品安全問題頻發(fā)[3]。物理保鮮是采用低溫、氣調、冷殺菌、熱處理和超高壓等物理手段對食品進行處理[4]，存在一定的技術難度。因此，生物保鮮因其綠色天然、無毒無味等諸多優(yōu)勢逐漸成為國內外研究熱點。

1 基于食品安全視角下生物保鮮技術在果蔬保鮮中的應用優(yōu)勢

1.1 生物保鮮技術概述

生物保鮮技術利用天然提取物質對食品進行保鮮，是基于生物角度進行研究的一類保鮮技術。生物保鮮技術根據(jù)來源及性質可以分為動物源保鮮劑、植物源保鮮劑、微生物源保鮮劑和酶類保鮮劑[5]。其主要的作用機理有以下4個方面[6]。①在食品的表面形成一層保護膜，使食品與空氣隔離，避免接觸。②延緩氧化作用。③抑制酶活性。④生物保鮮劑本身具有良好的抑菌作用，從而達到保鮮防腐的效果。

1.2 應用優(yōu)勢

1.2.1 安全無毒副作用

化學保鮮劑利用化學試劑經(jīng)過一定比例配制而成[3]，其中含有的化學物質存在一定毒副作用，需要按照國家標準嚴格控制保鮮劑的添加量。例如亞硝酸鹽有致癌風險，攝入0.3～0.5 g亞硝酸鹽會引起中毒,攝入3 g致死[7]。物理保鮮中低溫處理和熱處理方法會導致食品品質受到破壞，輻照會造成食品DNA改變，存在安全隱患，而生物保鮮技術相對安全性更高。

1.2.2 可降解

一些化學保鮮劑易殘留在食品組織中，無法清洗干凈，從而形成富集效應，存在安全問題。生物保鮮采用的生物保鮮劑比化學保鮮劑成分更安全，不存在殘留有害物質的隱患，且具有降解性，例如生物抑菌劑（殼聚糖，精油等）和可降解高分子材料(如淀粉及其衍生物、殼聚糖、纖維素、蛋白質等)結合制成的保鮮膜降解性能良好[8]。

2 生物保鮮技術應用進展

2.1 動物源保鮮劑保鮮研究進展

動物源保鮮劑的發(fā)展前景較為廣闊，對果蔬具有良好的保鮮效果。現(xiàn)有的動物源保鮮劑主要有殼聚糖、蜂膠和抗菌肽等，這幾種動物源保鮮劑都具有天然安全無毒的特點。

2.1.1 殼聚糖

殼聚糖（Chitosan）為天然多糖甲殼素脫除部分乙酰基的產(chǎn)物，大多數(shù)情況下，脫乙酰度達到50%的甲殼素可以被稱為殼聚糖[9]。殼聚糖具有生物降解性、生物相容性、無毒性、抑菌性等特性，能干擾細胞正常的生理活動或是將自身攜帶的正電荷（NH3+）

吸附到帶負電荷的細胞壁上,并形成一層高分子膜的同時改變細胞膜選擇透過性，從而達到保鮮效果[10-11],是延緩果蔬氧化、提高果蔬貨架期的良好生物保鮮劑。其目前在蘋果、梨、桃、楊梅、甜瓜、番茄、青椒和西蘭花等諸多果蔬應用研究中都被證實具有顯著的保鮮效果[12]。張松陽等[13]研究殼聚糖對草菇的貯藏保鮮效果中發(fā)現(xiàn)，1.0%殼聚糖浸漬涂膜0.5 min處理可以較好地保持草菇的營養(yǎng)品質，提高草菇貯藏期的品質。此外，基于協(xié)同作用機理的復合生物保鮮技術成為近年來的研究熱點，例如殼聚糖-酸類復合涂膜、殼聚糖-植物香辛料提取物復合涂膜、殼聚糖-植物精油復合涂膜、殼聚糖-動物類天然防腐劑復合涂膜和殼聚糖-微生物類天然防腐劑的復合涂膜等[14]。MARIA等[15]研究殼聚糖和精油復合涂膜對鮮切西蘭花貯藏過程中微生物的影響，結果表明二者均可顯著減少中溫及冷養(yǎng)菌的數(shù)量，同時精油提高了殼聚糖的抗菌活性。盡管很多殼聚糖復合膜尚處于研究階段，應用中還存在著成膜性需要加強、成膜技術需改良等問題，但殼聚糖在保鮮上應用前景廣闊。

2.1.2 蜂膠

蜂膠是工蜂采集植物分泌的樹脂等物質，混入自身上腭腺分泌物而形成的蜂產(chǎn)品，成分包括酯類、脂肪烴、脂肪酸、高級醇、醚類、生物堿、有機酸、酚酸和黃酮等幾十類甚至數(shù)百種物質[16]。其中，多酚、萜類、甾類和氨基酸等成分具有抑菌和抗氧化的功能，所以蜂膠可以被用于食品的保鮮中[16-17]。朱明濤等[18]以蜂膠和1-MCP+蜂膠復合對水蜜桃作不同處理，觀察其對水蜜桃貯藏保鮮的影響，研究發(fā)現(xiàn)蜂膠涂在果實表面能隔離氧氣，降低果實呼吸強度，減少水分流失和殺菌。另外，1-MCP+蜂膠復合對水蜜桃處理有減少乙烯釋放和丙二醛的產(chǎn)生、減輕腐爛病、降低果實失水率、延緩果實可溶性固形物和維生素C的降解和保持SOD酶的活性等功能。目前的研究對象已經(jīng)從單一的蜂膠浸出液，轉到了蜂膠與其他物質的復合物上面，且有效證明了蜂膠與其他化學或生物保鮮劑復合使用對果蔬的保鮮具有更好的效果。

2.1.3 抗菌肽

抗菌肽（Antimicrobial Peptide）是廣泛存在于各類生物體內的一種小肽[19]，來源廣泛。動物來源的抗菌肽由多種生物細胞經(jīng)誘導產(chǎn)生，大部分抗菌肽為陽離子堿性抗菌肽，極易吸附到帶負電的細菌細胞膜上，致使細菌滅亡，或是與核酸、蛋白質等大分子物質相結合，從而影響細菌的正常代謝，導致細菌死亡[20]?？咕挠幸种萍毦驼婢a(chǎn)生、抗氧化和清除自由基的作用，廣譜性強，安全高效[21]。茍仕金等[22]成功申請了用蠅蛆抗菌肽作為食品保鮮劑的專利，且在果蔬的保鮮方面生產(chǎn)出了轉基因蠅蛆為原材料的抗菌肽保鮮劑。顧晨濤[23]在鯽魚魚鱗抗菌肽的制備、純化及其果蔬保鮮應用研究中，證明了與陽性對照組對比，濃度為0.20%的鯽魚魚鱗抗菌肽與0.05%山梨酸鉀防腐劑具備同等的抑菌水平，對防腐抑菌有很好的效果。

2.2 植物源保鮮劑保鮮研究進展

植物源性生物保鮮劑的種類很多，大部分都是次級衍生物，次級衍生物本質是酚類及其取代氧的衍生物，能夠抑制腐敗菌和致病菌等的滋生[24]。目前，植物源保鮮劑在果蔬中的研究主要集中在香辛料、植物精油、天然酚類等中。

2.2.1 香辛料

香辛料屬于天然植物性制品，帶有芳香或辛香氣味，具有很強的抗氧化能力。從20世紀初對香辛料進行研究之后，人們發(fā)現(xiàn)了諸多種類的香辛料，例如丁香、迷迭香、花椒、茴香、姜、辣椒和桂皮等材料，都能夠顯著抑制食品氧化以及細菌的產(chǎn)生[25]。目前對香辛料的研究也越來越集中在利用香辛料抑菌抗氧化的特性改善食品的貯藏性能方面[26]。呂明珠[27]研究了肉桂、八角及大蒜提取物對紅提葡萄的保鮮效果，結果表明，3種香辛料均降低了紅提葡萄的爛果率和失重率，其中大蒜的保鮮效果優(yōu)于其余兩種香辛料。

2.2.2 植物精油

植物精油，也稱揮發(fā)油，是萃取植物中的芳香物質，純天然安全可靠。其主要成分大致可以分為4類，包括萜類化合物、芳香族化合物、脂肪族化合物以及含氮含硫化合物。其中酚類，萜稀類和醛酮類化合物起主要的抗菌抑菌效果[28]。植物精油可以通過破壞霉菌的細胞形態(tài)結構從而導致霉菌滅亡，或是通過抑制分生孢子的產(chǎn)生從而抑制果蔬上霉菌繁殖。目前用于果蔬保鮮的方法主要有精油浸漬法、精油熏蒸處理、精油保鮮紙、精油微膠囊包埋法等[29]。潘小軍等[30]在研究13種精油對柑橘保鮮效果的影響中，測定了精油對柑橘主要致腐菌意大利青霉和指狀青霉的抑制作用，得出精油能顯著減少柑橘的腐爛面積，且抑菌效果最好的是牛至精油。黃嬋嬋等[31]在7種精油對采后火龍果常溫貯藏的保鮮效果的研究中，發(fā)現(xiàn)火龍果在7種精油中保持了最高的果實品質。不同的精油對不同種類的果蔬所產(chǎn)生的抑菌效果不同，再利用精油處理果蔬時，要進一步研究其最佳方法和最適濃度，以期得到更好的應用效果。

2.2.3 天然酚類保鮮劑

天然酚類物質具有抗氧化，以及抑制微生物的生長繁殖和有害細菌分泌毒素的能力，對食品有良好的保鮮效果[32]。目前對于天然酚類保鮮劑的研究主要集中于茶多酚和1-甲基環(huán)丙烯復合處理對果蔬保鮮品質的影響。茶多酚來源于茶葉，黃烷酮類占到茶多酚總量的60%～80%，能夠增強自由基清除活動、保護色素和維生素[33]。茶多酚在一定的濃度范圍內，能夠顯著降低冬棗、香菇、青椒、紅富士蘋果、油梨和圣女果的呼吸強度。李振等[34]從1-mcp+茶多酚（TP）對蕨菜保鮮的研究中得出，蕨菜的失重率、硬度、粗纖維含量、MDA含量以及PPO活性經(jīng)過1-MCP+TP處理后都顯著低于對照組和單一處理組。代雨菲等[35]從1-mcp+TP復合保鮮對黃心獼猴桃的貯藏品質影響的研究中得出，復合處理能夠有效保持獼猴桃的品質，延長獼猴桃的保質期。

2.3 微生物源保鮮劑保鮮研究進展

微生物源保鮮劑主要是利用微生物的生長代謝中產(chǎn)生的有機酸、細菌素、抗生素等多種抑菌物質，抑制果蔬采摘后其他有害菌種的生長繁殖，其中細菌素被證明可抑制其他菌種生長繁殖[36]。目前對于微生物源保鮮劑的研究主要集中在對肉類的保鮮，近年來也逐漸應用到對蔬果的保鮮中，最主要的種類是乳酸鏈球菌素、鈉他霉素和曲酸3種[36]。車建美等[37]研究微生物保鮮劑對不同鮮切水果的保鮮效果，生產(chǎn)出了保鮮劑“果粒鮮”，證明“果粒鮮”可以抑制臺灣大青棗、西瓜、草莓和龍眼果實表面霉菌的生長，保持水果的感官品質。

2.4 酶類保鮮劑保鮮研究進展

酶類保鮮劑可以通過降低和去除食品中的氧來延長食品的貯存期，且生物酶物質能使食品表面的一些微生物失去生物活性，本身具備良好的抑菌作用，可以達到防腐保鮮的目的[38]。

2.4.1 溶菌酶

溶菌酶（lysozyme）具有天然、高效、無毒、來源廣泛、成本低且用量少等諸多優(yōu)點，在食品保鮮領域中商品化程度較高，且在2010年12月31日被衛(wèi)生部批準可以做為食品防腐劑使用[39]。溶菌酶可以導致菌類細胞裂解從而達到抑菌效果[40]，T4溶菌酶具有兩親性質的C端可以直接干擾細胞的膜活性,進而抑制微生物生長[41]。溶菌酶對果蔬保鮮的影響也很多。邱朝坤等[42]研究了溶菌酶和乳酸鏈球菌素對草莓的保鮮效果，研究表明，0.01%溶菌酶與0.10%Nisin復配保鮮液能顯著提高草莓的貯藏期。李長亮等[43]針對西蘭花采后黃化和霉變的問題，采用了1-甲基環(huán)丙烯（1-Methyl-Cyclopropene，1-MCP）、溶菌酶，以及1-MCP+溶菌酶復合進行處理。結果表明，各處理均能提高西蘭花的感官品質和總酚含量，抑制葉綠素和維生素C的降解，提高SOD和CAT的活性，其中1-MCP+溶菌酶聯(lián)合處理對西蘭花的保鮮效果最佳。

2.4.2 葡萄糖氧化酶

葡萄糖氧化酶（Glucos Oxidase，GOD）廣泛存在于動植物及微生物體內，主要生產(chǎn)菌株是青霉和黑曲霉[44]。GOD在果蔬保鮮方面的機制主要體現(xiàn)在以下幾個方面。①脫氧，GOD有較好的抗氧化作用，能夠保護果蔬中的還原性物質，防止食品變質。②防止美拉德反應，例如可以應用在土豆加工過程中。③具有過氧化氫作用，GOD催化葡萄糖反應產(chǎn)生的過氧化氫能夠殺菌，同時也能夠抑制好氧菌的生長[45]。LING等[46]將葡萄糖氧化酶固定在PVA/CS/茶提取物電紡納米纖維膜中，這種新型食品包裝材料可以抑制微生物的生長繁殖，達到對食品進行保鮮的目的。沈王慶等[47]在研究葡萄糖氧化酶和檸檬汁對甘蔗汁保鮮的影響中，發(fā)現(xiàn)葡萄糖氧化酶和檸檬汁結合，對甘蔗汁有顯著保鮮效果，在葡萄糖氧化酶量為0.060 mg、酶解溫度為30 ℃、酶解時間為10 min和檸檬汁的量為1 mL的最優(yōu)組合條件下，甘蔗汁能有效保存12 d。

3 結語

生物保鮮技術具有安全無毒副作用、可降解、保鮮效果好等優(yōu)勢，解決了化學保鮮劑超標或易產(chǎn)生毒副作用的危害，其天然性、安全性和環(huán)保性更符合對果蔬加工和貯藏中對品質的要求。我國現(xiàn)有研究在生物保鮮劑的品類上不斷縱深，從單一的生物保鮮劑逐漸延伸到了對復合生物保鮮劑的研究，研究種類和方向越來越多樣化，在果蔬中的應用具有長遠發(fā)展的趨勢。

生物保鮮技術也存在一些不足之處。①研究中多為粗提取物，對于實際應用中的純化等還需要進一步研究。②不同的生物保鮮劑之間的相互作用的研究不夠全面。③生物保鮮劑價格比較貴，如Nisin約300元/kg，殼聚糖約100元/kg。隨著生物保鮮劑的純化技術不斷成熟，各個生物保鮮劑相互協(xié)同作用機制逐步明確，加之生物保鮮劑量產(chǎn)成本下降，生物保鮮技術將在果蔬保鮮領域得到更廣泛的應用。