葡萄采后生物保鮮技術研究進展

滕 林，王澤彬，集 賢，張 雯，張業(yè)尼，朱志強,4,*，劉 明

（1.國家農(nóng)產(chǎn)品保鮮工程技術研究中心（天津），農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品貯藏保鮮重點實驗室，天津300384；2.天津農(nóng)學院食品科學與生物工程學院，天津300384；3.新疆農(nóng)業(yè)科學院園藝作物研究所，新疆 烏魯木齊830000；4.中國農(nóng)業(yè)大學工學院，北京100083；5.天津多吉果酒工程技術有限公司，天津300384）

葡萄（Vitis viniferaL）是栽培歷史悠久的藤本植物，其果實富含多種維生素、礦物質(zhì)元素。葡萄品種繁多，我國現(xiàn)有700多種，占全世界葡萄品種的14%[1]。2017年我國葡萄種植面積達7.033×105hm2，其中鮮食葡萄種植面積占83%[2]。由于葡萄自身不耐貯藏的特性和采后產(chǎn)地預冷設備、運輸冷鏈系統(tǒng)的不足，葡萄果實在貯運過程中極易發(fā)生果梗干枯褐變、漿果軟化以及由灰霉菌造成的病理性腐爛等現(xiàn)象，極大地降低了葡萄的商品品質(zhì)，無法滿足消費者對新鮮果實的需求。雖然近年來隨著設施栽培技術的推廣應用我國鮮食葡萄采收期拓寬了許多，我國每年5—10月份均有新鮮葡萄采收上市，但秋季8—9月仍然是集中上市的主要季節(jié)。除鮮果直接上市外，貯藏庫冷藏的果實對滿足市場需求的增加尤其是春節(jié)和元旦雙節(jié)市場起到了很好的補充作用。

目前，我國普遍使用“冷藏+化學保鮮劑+保鮮膜”的方式來對葡萄進行較長期貯藏，開展了以焦亞硫酸鹽類為主的化學保鮮劑的開發(fā)與應用[3-5]。但是，由于化學保鮮劑存在使用不當易出現(xiàn)傷害、殘留等弊端，飽受消費者的詬病，隨著消費者食品安全意識的提高，研發(fā)新型、綠色、無公害的保鮮技術越來越受到重視[6]，其中基于天然物質(zhì)提取物的生物保鮮劑就是一個重要方面，如殼聚糖類已在食品和園藝產(chǎn)品得到了開發(fā)和應用[3]。因此，開發(fā)應用更加方便、經(jīng)濟節(jié)約、環(huán)境友好的生物保鮮技術將是今后葡萄保鮮研究的一個重要方向。

生物保鮮技術是通過采用從動植物或微生物中提取或由生物技術獲得的保鮮劑作用于果蔬，來達到保鮮目的的技術措施[6]，具有綠色、安全、高效的特點。將具有天然抑菌活性的物質(zhì)配制成溶液，通過浸泡、噴淋、涂膜等方式應用于葡萄保鮮中，可以有效防止葡萄品質(zhì)劣變[8]。生物保鮮劑用于葡萄，其保鮮機理可概括為以下幾點：①含有抑菌活性物質(zhì)，可以抑制或殺死病原菌；②抑制酶的活性，防止葡萄果梗、穗軸發(fā)生褐變；③形成保護膜覆蓋于葡萄表皮，減少氣體交換，降低呼吸作用，防止微生物的入侵以及水分的蒸騰，維持原有的外觀形態(tài)；④誘導葡萄產(chǎn)生抵御能力，防止脂肪氧化酸敗，清除自由基[9-11]。

1 植物源保鮮劑在葡萄保鮮中的應用

1.1 植物提取物

植物提取物是使用從草本植物中所提煉出來的芳香物質(zhì)，常溫下呈油狀，成分復雜，包含酚類、萜稀類和醛酮類等主要抑菌物質(zhì)，具有廣譜抑菌性[12]，通過自身揮發(fā)使包裝內(nèi)形成了良好的微環(huán)境，可以起到防腐保鮮的作用。其作用機理包含以下幾點[13-14]：①破壞細胞壁，誘導細胞膜產(chǎn)生損傷，影響細胞器的正常生理功能；②抑制DNA合成，影響微生物的繁殖；③紊亂微生物線粒體的功能，使其能量代謝異常；④減少和抑制真菌分生孢子的數(shù)量，抑制細菌細胞分裂。研究顯示，花椒精油可有效抑制紅地球葡萄致病青霉菌、黑根霉和黑曲霉的生長；1.0%的肉桂精油噴灑處理可以有效降低紅地球葡萄（相對溫度（RH）90%、2℃下貯藏）的腐爛率及呼吸強度，維持水分、可滴定酸（TA）、硬度等指標處于較高水平，延長紅地球葡萄的貯藏期[16]；濃度為20 μL/L的神香草精油熏蒸紅地球葡萄，室溫下貯藏20 d，果粒無精油傷害，腐爛指數(shù)12.5%，失重率3.8%，可溶性固形物含量高，防腐保鮮效果最好[17]；濃度為0.50%的檸檬草精油熏蒸處理巨峰葡萄后在室溫25℃下貯藏效果最佳，可以降低其爛果率和失重率，減緩硬度、TA和可溶性固形物（TSS）含量的下降，口感和風味保持良好[18]。與蒸餾水浸泡處理相比，桉葉精油（8.5 mL/L）與肉桂酸精油（7.5 mL/L）乳液按體積比1∶2混合后浸泡夏黑葡萄，（1±0.5）℃貯藏60 d時，TSS、TA、VC含量和感官評分分別提高26.8%、29.8%、72.5%和33.2%，且具有良好的防腐、防脫粒作用，復合處理后各成分可以發(fā)揮協(xié)同作用，加強了抑菌保鮮效果[19]。

1.2 植物多糖

植物多糖是由成百上千的單糖分子通過糖苷鍵連接而成的一類化合物[20]。天然植物多糖作為重要的生物大分子物質(zhì)廣泛存在于植物體內(nèi)，其中常見的植物多糖有淀粉、纖維素、果膠等[21]。植物多糖通過成膜控制氣體的交換來抑制果蔬采后呼吸強度，并防止外界微生物的侵染，有效延緩果蔬衰老[22]。海藻酸鈉是海藻中提取的多糖物質(zhì)，具有獨特的膠體性質(zhì)和抑菌特性[23]。齊馨等[24]研究發(fā)現(xiàn)：經(jīng)0.3%海藻酸鈉涂膜結(jié)合臭氧處理后紅地球葡萄果實的失重率和腐爛率顯著降低，呼吸強度被抑制，硬度和總酚含量下降減緩，過氧化物酶（POD）、超氧物歧化酶（SOD）、幾丁質(zhì)酶（CHI）和β-1,3-葡聚糖酶（GLU）活性提高，膜脂的過氧化程度減輕，增強了葡萄果實對真菌病害的抵抗能力。Aloui等[25]篩選出2%海藻酸鈉結(jié)合1%葡萄柚籽提取物的涂膜配方，涂膜處理意大利葡萄，其果實抗氧化活性和抗真菌效果最好，可有效控制水分和硬度損失，減輕失重程度，保持硬度，降低腐爛率。

單一的多糖，如羥丙基甲基纖維素、羧甲基纖維素等，成膜性能好但阻濕性差，通常復合其他材料使用，能達到較好的保鮮效果[26-27]。Pastor等[28]使用含有蜂膠的羥丙基甲基纖維素（0.5%～1.5%）浸泡玫瑰香葡萄，發(fā)現(xiàn)該涂膜可防止玫瑰香葡萄在冷藏期間的失重和褐變，并控制其耗氧量的增加，提高了葡萄的亮度及微生物安全性。Ren等[29]研究表明：用3%羧甲基纖維素、2%海藻酸鹽和1.5×109CFU/mL的啤酒酵母混合涂膜處理巨峰葡萄，可降低葡萄的失重率、丙二醛（MDA）含量以及VC的損失，維持SOD、POD和過氧化氫酶（CAT）活性在較高水平上。Fakhouri等[30]在玉米淀粉中加入增塑劑明膠制成了具有低透氧性的淀粉涂膜，提高了該膜的力學強度、水溶性、水蒸氣滲透性和膜厚以及透明度，降低了克瑞森葡萄的失重率，維持葡萄較好的感官品質(zhì)，延長了貨架期。

1.3 酚類物質(zhì)

植物多酚是植物體內(nèi)的次生代謝物，主要包括酚酸、黃酮類和單寧，存在于植物的皮、根、葉以及果實中[31]。多酚具有超強的抗氧化性，可有效清除活性氧自由基，抑制膜脂過氧化反應[32]。曹婷等[33]研究表明：1.5%茶多酚和2%殼聚糖的復配劑能延緩美人指葡萄的腐爛變質(zhì)及可溶性糖、VC和TA的下降。李磊等[34]發(fā)現(xiàn)：采用加入普魯蘭多糖和CaCl2的丁香酚改性保鮮劑處理過的巨峰葡萄（貯藏溫度15℃），其呼吸強度、TSS、還原糖、VC以及MDA含量均要優(yōu)于無丁香酚處理的對照組，有效延緩了葡萄衰老，保鮮效果明顯。張曉虎等[35]使用復合保鮮劑（2%連翹多酚、1%氯化鈣、0.15%植酸、2%檸檬酸和1%殼聚糖）處理巨峰葡萄可以抑制腐爛，降低失重率，延緩果實硬度下降。

1.4 中草藥

我國中草藥資源豐富，利用中草藥保鮮果蔬已成為近年來研究的熱點。中草藥中一些成分能夠抑制葡萄表面微生物的活動，降低與代謝有關酶的活性，從而延緩果實生理活動，起到保鮮的作用[36]。呂明珠等[37]用大蒜、八角和肉桂提取物處理紅地球葡萄發(fā)現(xiàn)，濃度為1.0%的3種提取物保鮮液均能很好地降低紅地球葡萄的爛果率，以1.0%大蒜提取物保鮮液對紅地球葡萄的保鮮效果最佳，可抑制呼吸強度，保持果粒硬度，降低失重率，有效延長貯藏時間，保持其風味及品質(zhì)。栗麗萍等[38]以黃連、大黃、丁香、甘草、肉桂的提取液為涂膜劑分別對巨峰葡萄涂膜處理，均可減少果實的失重率和腐爛率，TSS和TA含量維持較高水平，延緩果實衰老和品質(zhì)劣變。

2 動物源保鮮劑在葡萄保鮮中的應用

2.1 殼聚糖

殼聚糖、甲殼素及其脫乙?；苌铮饕羌讱ゎ悇游?、魚類和海產(chǎn)品加工和處理的副產(chǎn)品[39]，是一種無毒的生物可降解材料，具有抗氧化性和抗真菌活性[40-41]。殼聚糖能在葡萄表面形成一層半透膜，可調(diào)節(jié)氣體，減少蒸騰作用并保持果實的品質(zhì)，是一種理想的保鮮涂膜層[42]。當殼聚糖被用作采前或采后處理果蔬時，能增強果蔬對真菌疾病的抗性[43]。在低溫（2℃±1℃，RH 80%～85%）的環(huán)境下，1%殼聚糖涂膜可以有效降低紅寶石無核葡萄在貯藏期內(nèi)的水分散失速度，減少TA和VC的損失，并抑制MDA的積累[44]，2%殼聚糖涂膜處理夏黑葡萄，能夠較好地保持果粒硬度，明顯降低葡萄掉粒率和腐爛率，減少葡萄果實營養(yǎng)物質(zhì)的消耗，維持抗氧化能力[45]。此外，殼聚糖與其他保鮮劑相結(jié)合，可以發(fā)揮協(xié)同作用，達到更好的保鮮效果（如表1），用于葡萄保鮮方面有較好的應用前景。

表1 殼聚糖復合其他保鮮劑在葡萄上的部分應用研究Table 1 Application of chitosan combined with other preservatives in table grape

2.2 蜂膠

蜂膠是一種膠狀物質(zhì)，它由蜜蜂從植物的葉芽或樹干上采集來的樹脂混以其腺體分泌物加工而成[54]。一般來說，天然蜂膠由30%蠟、樹脂和50%植物油、精油和10%芳香油、5%花粉和其他物質(zhì)組成[55]。但蜂膠的化學成分受蜜蜂采集樹脂的地理區(qū)域、季節(jié)、植物等影響，有著很大的差異[56]。蜂膠具有防腐、抑菌、抗氧化等特性，起抗氧化作用的主要成分是酚類和黃酮等[57]。蜂膠用于葡萄保鮮有較好的應用前景。田學軍等[58]用自制蜂膠保鮮美國黑提葡萄，在2℃貯藏條件下，1%蜂膠保鮮劑可以使葡萄在50 d內(nèi)不發(fā)生霉變，并有較好的商品價值。

3 微生物源保鮮劑在葡萄保鮮中的應用

3.1 微生物菌體

利用微生物菌體保鮮，其原理是以菌抑菌，通過微生物拮抗作用抑制果蔬表面病原真菌，達到保鮮的目的[59]。現(xiàn)階段，關于酵母菌的研究較為深入，在果蔬保鮮中應用效果較好的為酵母菌拮抗菌。酵母菌抗逆性強，不受殺蟲劑的影響。用釀酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）等作為生物防治劑均可有效抑制采后葡萄果實的發(fā)病[60]。索娜等[61]分析了草莓果實上篩選的孢漢遜酵母（Hanseniaspora uvarum）菌株對巨峰葡萄果實抗性有誘導作用。拮抗酵母菌處理可以較好地維持果實的感官品質(zhì)，引起果實發(fā)生應激反應，誘導寄主產(chǎn)生抗性。李強等[62]認為：濃度為1×108CFU/mL的釀酒酵母（Y-912）對夏黑葡萄采后黑曲霉病的抑制效果最佳，可有效分別減少黑曲霉的發(fā)生。羅倫隱球酵母[63]、異常威克漢姆酵母菌（Wickerhamomyces anomalus）[64]、淺白隱球酵母Ca63（Cryptococcus albidus63）和Ca64（Cryptococcus albidus64）[65]均能通過競爭抑制葡萄灰霉病菌菌絲的生長和孢子的萌發(fā)來有效抑制葡萄灰霉病菌的生長，抑菌效果隨酵母菌使用濃度的增加而增強。拮抗菌洋蔥霍爾德氏菌（Burkholderia contaminansB-1）處理玫瑰香葡萄，可有效降低玫瑰香葡萄采后腐爛率，提高葡萄果實苯丙氨酸解氨酶（PAL）、POD及SOD的活性，延緩CAT活性峰值出現(xiàn)的時間[66]。

3.2 菌體次生代謝產(chǎn)物

微生物能夠產(chǎn)生多種次級代謝產(chǎn)物，包括乳酸鏈球菌素、納他霉素、生物堿、細菌素等，具有抑菌、抗氧化等功能，可用于果蔬采后保鮮處理[9,11]，作為葡萄采后綠色保鮮劑潛在資源具有明顯優(yōu)勢。鏈霉菌產(chǎn)生的納他霉素具有高效、廣譜的特性，在采收前后處理漿果都可以有效抑制霉菌。李志文等[67]用0.5 g/L納他霉素抑菌液進行采前浸果處理，有效抑制了玫瑰香和巨峰葡萄果實表面灰霉菌數(shù)量的增加，降低了貯藏期間的葡萄果實霉爛率、脫粒率及果梗褐變指數(shù)，抑制了乙烯生成速率，可誘導果實中幾丁質(zhì)酶和β-1,3葡聚糖酶活性提高來增強果實對灰霉病的抗性。周文麗等[68]使用0.20%納他霉素與等量油酸鈉混合處理巨峰葡萄，葡萄表面灰霉菌抑制率達75.51%，處理后葡萄果實硬度下降減緩，呼吸強度減弱，果梗電導率增加被抑制，葡萄果實中與抗病性相關的酶活性顯著增加。適宜濃度的納他霉素（0.5 g/L）結(jié)合檸檬酸處理（1.0 g/L）對抑制葡萄采后灰霉菌活性起到增效作用，對灰霉菌的菌絲生長和孢子萌發(fā)的半數(shù)抑制質(zhì)量濃度（EC50）值分別達到435.2、491.8 mg/L，顯著抑制了果實損傷接種表面的病斑增長[69]。納他霉素與普魯蘭糖復合涂膜處理能抑制戶太八號葡萄在貯藏期采后灰霉病的發(fā)生，0.03%納他霉素與1%普魯蘭糖混合防病效果最為明顯（常溫7 d腐爛率僅為5.1%），可延緩果實水分、VC含量和可溶性固形物的降低，減弱其呼吸強度[70]。

4 生物酶類保鮮劑在葡萄保鮮中的應用

生物酶作為一種催化劑在果蔬保鮮中具有特殊的作用，可以通過自身的催化作用，消除果蔬在貯藏過程中從外界所受到的不良因素，從而達到保鮮的目的[3]。酶制劑安全、便于控制，使用的條件溫和，但對于底物有很強的專一性，應用前景廣闊。溶菌酶又稱為細胞壁質(zhì)酶，是無毒無害的蛋白質(zhì)。溶菌酶可以選擇性地使微生物細胞壁溶解，使其失去活性，達到延長保鮮期的目的，且不破壞其營養(yǎng)成分。胡曉亮等[71-72]發(fā)現(xiàn)：0.1%溶菌酶處理馬陸葡萄可保持果實外觀品質(zhì)和形態(tài)，降低了貯藏期間果實水分散失和營養(yǎng)物質(zhì)的代謝消耗，果實質(zhì)地、風味口感保持良好，貨架期得到延長，與1%海藻酸鈉復合使用效果更明顯。

5 展望

隨著生產(chǎn)者安全控制要求和消費者對食品安全意識的提高，人們開始注意到果蔬表面化學殘留物對身體健康的影響，追求和選擇食用綠色、安全、無公害的新鮮果蔬成為了人們的美好愿望。生物保鮮技術具有安全、高效、無污染的特點，在替代化學類保鮮劑方面具有其獨特的優(yōu)勢，也成為果蔬保鮮領域的研究熱點。在鮮食葡萄采后防腐保鮮方面，生物類保鮮劑由于其來源不同，對葡萄果實的保鮮機制或效果差異較大，包含了通過抑制、抑殺、破壞、競爭作用對葡萄果實的病原真菌生產(chǎn)起到良好的抑制作用，通過誘導提高果實代謝和自身酶活性來增加果實抗氧化作用，通過改變果實表面涂層結(jié)構(gòu)形成新的特定微環(huán)境條件抑制果實呼吸作用、延緩代謝過程對果實起到保鮮作用，最終維持葡萄果實品質(zhì)。因此，各類生物保鮮劑的開發(fā)利用，具有作為鮮食葡萄采后處理的安全高效保鮮技術的良好前景。另外，將生物技術與其他如溫濕度管理、氣調(diào)環(huán)境調(diào)控等技術相結(jié)合，通過協(xié)同作用將該技術應用在鮮食葡萄采后物流保鮮方面。

近年來，雖然生物保鮮技術在鮮食葡萄采后防腐保鮮方面開展了大量的研究，取得了不少的成果，但在生產(chǎn)實際應用還存在著一些問題，如部分生物提取物的成分相對復雜，提取開發(fā)困難，對其起關鍵作用的物質(zhì)及其對葡萄果實作用機理的研究還不夠透徹。與其他果品相比，葡萄果實粒小、串形且?guī)в泄退胼S，而生物類保鮮劑多數(shù)采用表面涂膜的處理方式，生產(chǎn)實踐中處理成本過高，限制了其應用范圍；此外，在生產(chǎn)中，還需要增加必要的機械設備來實現(xiàn)生產(chǎn)應用，提高生產(chǎn)投入。

因此，擴大生物保鮮技術在鮮食葡萄采后生產(chǎn)應用，仍需要進行大量的研究和生產(chǎn)實踐，才能使該技術成果在實踐生產(chǎn)廣泛應用。