天然抗菌劑在食品抑菌保鮮中的研究進(jìn)展

趙冬雪，楊曉溪，郎玉苗

河北省公共衛(wèi)生安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院（保定 071002）

食品中含有豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，為微生物生長(zhǎng)繁殖提供便利條件，微生物的大量滋生和繁殖容易造成食品腐爛變質(zhì)，人們食用腐敗變質(zhì)的食品會(huì)產(chǎn)生食物中毒等安全問(wèn)題[1]?？咕鷦┑某霈F(xiàn)能有效緩解食品的腐敗變質(zhì)，為增加食品的貨架壽命、改善食品的品質(zhì)做出很大貢獻(xiàn)[2]。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步及生活水平的提高，消費(fèi)者對(duì)于食品的安全、綠色提出更高的要求，綠色安全的天然抗菌劑擁有更廣闊的發(fā)展?jié)撃?，逐漸成為研究的熱點(diǎn)。天然抗菌劑主要是指從某些動(dòng)物、植物和微生物體內(nèi)提取出的具有抗菌活性的物質(zhì)[3]。天然抗菌劑是最早被人們熟知和利用的抗菌劑，但由于提取工藝水平要求高、提取成本高、提取物穩(wěn)定性差，且耐熱性較差等問(wèn)題，應(yīng)用受到較大限制[4]。近年來(lái)，隨著技術(shù)的提升，有關(guān)天然抗菌劑的提取方法的研究、改善性能的研究逐漸增多，天然抗菌劑具備無(wú)毒、綠色、抑菌效果好、廣譜抗菌等特性[5]，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的要求，具有廣泛應(yīng)用的潛力和良好的發(fā)展前景[6]。因此，綜述天然抗菌劑的分類(lèi)、抑菌機(jī)理及其在食品抑菌保鮮中的相關(guān)研究成果，以期為天然抗菌劑的進(jìn)一步開(kāi)發(fā)與研究提供參考。

1 天然抗菌劑的分類(lèi)

天然抗菌物質(zhì)按其來(lái)源分類(lèi)可分為動(dòng)物類(lèi)、植物類(lèi)和微生物類(lèi)三大類(lèi)[7]。

1.1 動(dòng)物類(lèi)天然抗菌劑

動(dòng)物類(lèi)天然抗菌劑主要包括高分子糖類(lèi)、天然肽類(lèi)和氨基酸類(lèi)[8]。

1.1.1 高分子糖類(lèi)

最常用的為殼聚糖，是一種生物可降解、相容性較好的高分子天然多聚糖類(lèi)[9]。殼聚糖的脫乙酰度、分子質(zhì)量、濃度、溶液體系的pH和溶劑等能夠影響抑菌能力。殼聚糖有較好的抑菌活性，對(duì)真菌、革蘭陰性菌、革蘭陽(yáng)性菌表現(xiàn)不同的活性[10]。

1.1.2 天然肽類(lèi)

抗菌肽是生物體內(nèi)產(chǎn)生的一種小分子多肽物，參與人體第一道免疫防線(xiàn)，能夠預(yù)防細(xì)菌、真菌、病毒、寄生蟲(chóng)等病原體對(duì)生物體的侵害[11]。蘇艷麗等[12]研究硬骨魚(yú)類(lèi)TFPI-1衍生的抗菌肽TC26的抑菌效果，結(jié)果表明，TC26對(duì)革蘭陽(yáng)性菌黃體微球菌、金黃色葡萄球菌和革蘭陰性菌創(chuàng)傷弧菌均有明顯的抑制作用。

1.1.3 氨基酸類(lèi)

氨基酸類(lèi)抗菌劑抗菌效果良好，安全性較高且對(duì)環(huán)境污染小，主要有自由氨基酸、氨基酸金屬鹽配合物、N-酰基氨基酸鹽（或酯）類(lèi)、氨基酸類(lèi)衍生物等。氨基酸類(lèi)抗菌劑在食品、化妝品等領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用[13]。如氨基酸α-羧基衍生物的增溶性、乳化性和起泡性較好，廣泛應(yīng)用于護(hù)發(fā)類(lèi)和護(hù)膚類(lèi)產(chǎn)品中，含半胱氨酸酯的燙發(fā)劑冷燙精與傳統(tǒng)染燙劑相比能更快地被吸收利用[14]。

1.2 植物類(lèi)抗菌劑

植物類(lèi)抗菌劑是市場(chǎng)中應(yīng)用最多的一類(lèi)天然抗菌劑[15]，主要包括果蔬類(lèi)[16]、中草藥類(lèi)[17]和香辛料類(lèi)[18]。

1.2.1 果蔬類(lèi)來(lái)源

許多水果中含有酚類(lèi)、黃酮類(lèi)等物質(zhì)，具有抑菌特性。周曉敏等[19]提取珍珠番石榴、雞心柿和番荔枝中的多酚類(lèi)物質(zhì)，并對(duì)其體外抗菌活性進(jìn)行研究，試驗(yàn)證明提取出的多酚均具有較高的抗菌活性，其中含量最高的要數(shù)兒茶素和沒(méi)食子酸。

1.2.2 中草藥類(lèi)來(lái)源

許多中草藥被用來(lái)殺菌消毒，已經(jīng)明確殺菌功效且較常用的中草藥類(lèi)殺菌物質(zhì)有近百余種[20]。李建志等[21]研究甘草、丹參、蒲公英、馬齒莧、半邊蓮等8種中草藥對(duì)表皮葡萄球菌、大腸埃希菌等13種菌株的抗菌活性，結(jié)果表明甘草、丹參等8種中草藥對(duì)13種菌株均存在不同程度的抗菌性。唐金鳳等[22]研究常見(jiàn)51種中草藥的乙醇提取物的抗菌活性，有8種藥物醇提物顯示出對(duì)標(biāo)準(zhǔn)金黃色葡萄球菌、標(biāo)準(zhǔn)大腸埃希菌、標(biāo)準(zhǔn)銅綠假單胞菌、標(biāo)準(zhǔn)白色念珠菌均有不同程度的抑制活性。

1.2.3 香辛料類(lèi)來(lái)源

香辛料是從植物的花、葉、莖、根、果實(shí)或全草等中提煉出來(lái)一類(lèi)具有芳香和辛香等典型風(fēng)味的天然植物性制品，常用來(lái)做調(diào)味品[23]。試驗(yàn)證明丁香、生姜、大蒜、肉桂等許多香料能抗致病菌、腐敗菌和真菌等，近年來(lái)香辛料主要被用作藥物抑菌和食品防腐劑。

1.3 微生物源天然抗菌劑

微生物源天然抗菌劑主要包括細(xì)菌類(lèi)、真菌類(lèi)以及微生物產(chǎn)生的可以抑制其他微生物的抗菌素[24]。

1.3.1 細(xì)菌類(lèi)來(lái)源

有些細(xì)菌本身對(duì)其他菌類(lèi)有抑制作用，但是對(duì)人類(lèi)無(wú)傷害，所以可被用于制作成抗菌劑抑制某些致病菌的生長(zhǎng)。曹雪梅等[25]從連云港海域分離得到一株GM-1-1菌株，檢測(cè)出其對(duì)多種病原真菌均有抑制作用。

1.3.2 真菌類(lèi)來(lái)源

真菌種類(lèi)豐富，但是僅有小部分真菌被用作藥物抗菌，仍有大量的真菌活性未被發(fā)現(xiàn)利用。羅國(guó)聰?shù)萚26]將從海鞘中純化出14株真菌做初步鑒定，將其分屬于青霉屬、曲霉屬、枝孢屬和麥軸梗霉屬4個(gè)屬，經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)對(duì)海鞘共附生真菌存在良好抑菌能力，可作為研究新型抗菌活性物質(zhì)的潛在資源。

1.3.3 微生物類(lèi)抗菌素來(lái)源

微生物類(lèi)抗菌素被廣泛應(yīng)用于養(yǎng)殖業(yè)。微生物類(lèi)抗菌素在預(yù)防、治療疾病，防止健康動(dòng)物被傳染，提高動(dòng)物生長(zhǎng)速度中起到重要作用[27]。隨著抗菌素使用頻率劑量的加大，抗菌素濫用現(xiàn)象頻出，對(duì)動(dòng)物的生長(zhǎng)繁殖造威脅，進(jìn)而影響到動(dòng)物類(lèi)制品的安全性。

2 天然抗菌劑的抗菌機(jī)理

開(kāi)展研究和投入使用的天然抗菌劑種類(lèi)豐富[28]，總結(jié)其抗菌機(jī)理大致分為3種作用機(jī)制。

2.1 破壞細(xì)胞膜體系和細(xì)胞壁

天然抗菌劑通過(guò)破壞微生物細(xì)胞壁的完整性和細(xì)胞膜的通透性與流動(dòng)性，導(dǎo)致?tīng)I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和代謝產(chǎn)物無(wú)法正常穿過(guò)細(xì)胞膜，從而使微生物失去營(yíng)養(yǎng)而停滯生長(zhǎng)[29]。王琳等[30]研究發(fā)現(xiàn)用斑蝥素衍生物處理油菜菌核病菌能夠損害其細(xì)胞膜，改變細(xì)胞膜通透性，細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)出現(xiàn)外滲，導(dǎo)致電導(dǎo)率增加，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)MDA含量會(huì)增加，從而加劇膜脂過(guò)氧化程度，這也進(jìn)一步驗(yàn)證斑蝥素衍生物對(duì)細(xì)胞膜的破壞。銀杏黃酮能夠使細(xì)胞膜裂解，通過(guò)改變青霉菌細(xì)胞膜通透性與菌絲體的膜脂氧化程度，導(dǎo)致菌絲體電導(dǎo)率上升，最終實(shí)現(xiàn)殺菌作用[31]。

2.2 影響代謝作用與生理活動(dòng)

許多研究表明植物多酚可抑制ATP的合成從而降低細(xì)菌的能量代謝活性，使細(xì)菌正常的生長(zhǎng)繁殖受阻[32]。有研究指出，丁子香酚和肉桂醛對(duì)革蘭陽(yáng)性菌和革蘭陰性菌均有抑菌活性，其抑制能量產(chǎn)生的可能機(jī)制是抑制葡萄糖攝取或葡萄糖利用及對(duì)膜通透性的影響[33]。唐琴[34]發(fā)現(xiàn)黃酮類(lèi)化合物可與羥基喜樹(shù)堿兩者協(xié)同作用于靶點(diǎn)Topo Ⅰ，并且黃酮類(lèi)化合物能夠明顯增強(qiáng)羥基喜樹(shù)堿抑癌作用。

2.3 抑制蛋白質(zhì)和遺傳物質(zhì)合成

天然抗菌劑能夠阻礙細(xì)菌的遷移和粘附，擾亂細(xì)菌的代謝和蛋白質(zhì)合成過(guò)程，從而抑制常見(jiàn)的食源性細(xì)菌大腸桿菌、沙門(mén)菌、銅綠假單胞菌、金黃色葡萄球菌等正常生長(zhǎng)[35]。ROSANGELA DI PASQUA等[36]研究發(fā)現(xiàn)百里酚在改變細(xì)胞代謝的不同途徑中起著重要作用，同時(shí)麝香草酚能擾亂檸檬酸鹽的代謝途徑，以及阻礙參與ATP合成的多種酶的活動(dòng)。FRIEDMAN MENDEL[37]發(fā)現(xiàn)肉桂醛可誘導(dǎo)細(xì)菌產(chǎn)生氧化應(yīng)激，阻礙其DNA復(fù)制，影響大腸桿菌基因功能正常表達(dá)，同時(shí)與膜蛋白、核苷酸等成分發(fā)生化學(xué)相互作用，從而影響細(xì)菌的正常代謝。

3 天然抗菌劑在食品抑菌保鮮中的研究

食品與人們生活息息相關(guān)，食品安全一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)，消費(fèi)者對(duì)于食品抑菌保鮮的要求越來(lái)越高。國(guó)內(nèi)外有較多關(guān)于天然抗菌劑的研究，包括天然抗菌劑的提取、純化及在食品保鮮中的應(yīng)用研究[38]。

3.1 果蔬類(lèi)

柑橘的生長(zhǎng)過(guò)程容易受到霉菌的感染，YALAN WU等[39]研究發(fā)現(xiàn)僅用0.50 mL/L的肉桂醛蠟酯溶液噴灑在接種過(guò)白地霉菌的柑橘上，可使柑橘感染霉菌變質(zhì)的幾率降低50%。盧美歡等[40]研究埃吉類(lèi)芽孢桿菌SWL-W8對(duì)白菜軟腐病菌的抑制作用，菌株SWL-W8在土壤中能較好的定殖，菌液濃度106 CFU/mL時(shí)對(duì)白菜軟腐病達(dá)到最大預(yù)防效果79.7%，治療作用為64.4%，且能促進(jìn)白菜種子萌發(fā)和生長(zhǎng)，具有很好的開(kāi)發(fā)前景。

3.2 水產(chǎn)品類(lèi)

邵穎[41]研究殼聚糖-丁香酚乳液抗菌劑的制備并以帶魚(yú)為研究對(duì)象，進(jìn)行殼聚糖-丁香酚納米制劑的保鮮效果研究，殼聚糖-丁香酚納米制劑具有明顯的抑菌效果（p＜0.05），能夠在一定程度上延緩脂質(zhì)氧化和蛋白質(zhì)降解；涂膜4 ℃保鮮過(guò)程中，質(zhì)構(gòu)（硬度、膠黏性、咀嚼性）呈現(xiàn)不斷下降的趨勢(shì)，殼聚糖-丁香酚納米制劑能夠延緩質(zhì)構(gòu)的變化。馬子禎等[42]研究發(fā)現(xiàn)天然防腐劑聚賴(lài)氨酸和檸檬酸對(duì)受試腐敗菌株的最小抑菌質(zhì)量濃度分別為0.25和2 mg/mL，山蒼子精油與聚賴(lài)氨酸聯(lián)合抑菌時(shí)具有協(xié)同效應(yīng)，能有效擴(kuò)大精油抑菌范圍并減少其使用量，有望應(yīng)用于冷藏水產(chǎn)品的綠色保鮮。

3.3 奶、蛋類(lèi)

有研究發(fā)現(xiàn)，在鮮奶中加入0.05 g/kg乳酸鏈球菌素，可使鮮奶的保質(zhì)期延長(zhǎng)1倍；添加0.1 g/kg乳酸鏈球菌素的巴氏消毒奶，在4 ℃下貯存，保質(zhì)期延長(zhǎng)為7 d；在添加0.014 g/kg乳酸鏈球菌素的冰淇淋樣品中，乳酸鏈球菌素對(duì)李斯特菌有顯著的抑制作用[43]。KE YANG等[44]研究發(fā)現(xiàn)殼聚糖和丁香酸的復(fù)合膜對(duì)測(cè)試細(xì)菌具有顯著的抗菌作用，該復(fù)合膜用于鵪鶉蛋涂層的防腐，發(fā)現(xiàn)含有0.25%和0.5%丁香酚的殼聚糖-丁香酚涂層具有良好的防腐效果。

3.4 肉類(lèi)

譚雯文[45]將茴香砂仁中提取的精油復(fù)配為天然抑菌保鮮劑，研究其對(duì)4種肉類(lèi)常見(jiàn)菌種的抑制作用和對(duì)日常生活中常見(jiàn)幾種肉類(lèi)的抑菌保鮮效果，并與幾種市售保鮮劑進(jìn)行效果對(duì)比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)配制的天然抑菌保鮮劑對(duì)肉類(lèi)的保鮮性能良好，試驗(yàn)效果較佳。洪軍等[46]對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)連翹和葡萄皮醇提取物對(duì)于食源性致病菌抑菌效果較好，將其應(yīng)用于冷藏雞脯肉的保鮮，連翹提取物可使雞脯肉保鮮延長(zhǎng)4 d，葡萄皮醇提取物可延長(zhǎng)2～4 d。

4 結(jié)語(yǔ)與展望

天然抗菌物質(zhì)種類(lèi)繁多，因其具有低毒、綠色、高效等作用，受到廣泛青睞。同時(shí)，中國(guó)天然抑菌物質(zhì)資源豐富，天然抗菌劑在食品抑菌、保鮮方面有著廣闊的應(yīng)用前景。但是，天然抗菌物質(zhì)本身存在不穩(wěn)定、可利用活性物質(zhì)提取不充分等問(wèn)題，開(kāi)發(fā)利用仍不完善，且單一抗菌劑作用受限，可能達(dá)不到預(yù)期的效果。為更好地利用天然抗菌劑實(shí)現(xiàn)減少食品腐敗變質(zhì)，延長(zhǎng)食品的貨架壽命，改善食品的品質(zhì)，有必要進(jìn)一步開(kāi)展研究?？蓮母嗟奶烊晃镔|(zhì)中開(kāi)發(fā)新的天然抗菌成分，進(jìn)一步優(yōu)化天然抗菌物質(zhì)的提取和純化方法；可以利用納米技術(shù)將納米材料與天然抗菌成分復(fù)合成為新型復(fù)合型抗菌劑，不僅能夠提高天然抗菌劑的穩(wěn)定性而且可以增強(qiáng)其抗菌效果；天然抗菌劑的抑菌機(jī)理有待深入研究。后續(xù)應(yīng)持續(xù)關(guān)注食品的抑菌保鮮問(wèn)題，重視天然抗菌劑的高效提取及應(yīng)用，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)多功能的復(fù)合材料，提高天然抗菌劑的穩(wěn)定性和高效性，以期研制出更多天然綠色、無(wú)毒、無(wú)害、高效價(jià)廉的復(fù)合型抗菌劑。