微生物在果蔬防腐保鮮上的應(yīng)用研究進(jìn)展

吳艾頻，王世寬

（四川輕化工大學(xué)生物工程學(xué)院，四川宜賓 644000）

0 引言

果蔬是人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚氖称?，含有豐富的營養(yǎng)成分，包括維生素、纖維素、有機酸、碳水化合物、無機鹽及果膠等，是人體攝取這些營養(yǎng)成分的重要來源。2018 年我國水果產(chǎn)量達(dá)到2.56 億t，蔬菜產(chǎn)量達(dá)到7.035 億t[1]，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。由于果蔬采后保鮮、運輸貯藏等原因，導(dǎo)致采后損耗率達(dá)到20%～30%，經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)800 億元[2]，嚴(yán)重?fù)p害了農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)利益。因此，有效延長果蔬采后的貯藏保鮮期，減少果蔬腐爛現(xiàn)象的發(fā)生，能提高經(jīng)濟(jì)效益。目前，我國多采用化學(xué)低溫保鮮，但化學(xué)防腐劑會對人體和環(huán)境造成危害，所以研究安全無害的果蔬保鮮方法成為熱點。

微生物保鮮技術(shù)是微生物菌體或其代謝產(chǎn)物與果蔬致腐微生物進(jìn)行拮抗、競爭而達(dá)到保鮮效果，具有生產(chǎn)工藝簡單、天然無害等優(yōu)點[3]。按照成分性質(zhì)的差異，將微生物類保鮮劑可分為兩大類：微生物菌體和菌體代謝產(chǎn)物。對微生物在果蔬防腐保鮮上的應(yīng)用研究進(jìn)展和微生物抑菌機制進(jìn)行了綜述，以期為微生物在果蔬防腐保鮮上的應(yīng)用提供參考。

1 微生物保鮮技術(shù)

1.1 微生物菌體保鮮

微生物菌體通過拮抗、競爭作用抑制或殺滅果蔬致病菌的方式對果蔬進(jìn)行防腐保鮮[4]。目前，主要是拮抗酵母、拮抗細(xì)菌和木霉菌等應(yīng)用于果蔬防腐保鮮。

1.1.1 酵母菌

酵母菌具有抑菌效果好、不產(chǎn)生毒素、對大多數(shù)化學(xué)殺菌劑耐受，且使用酵母菌保鮮一般不會影響果蔬品質(zhì)，不會對果蔬產(chǎn)生不良影響等優(yōu)點，因此成為微生物對果蔬保鮮的主要菌種[5-6]。目前，水果采后保鮮應(yīng)用的拮抗酵母主要有隱球酵母屬、假絲酵母屬、畢赤酵母屬等[7]。將綠熟、轉(zhuǎn)色和紅熟3個階段的櫻桃番茄果實浸泡于1×108CFU/mL 羅倫隱球酵母細(xì)胞懸浮液10 min，在恒溫恒濕貯藏室（25 ℃，RH 95%） 誘導(dǎo)48 h 繼續(xù)貯藏20 d，研究發(fā)現(xiàn)羅倫隱球酵母能夠提高果實的品質(zhì)，尤其是對色度有正面影響[8]。為了保證達(dá)到或接近原種菌株的活力，將季也蒙畢赤酵母Y35-1 菌株制備成液體和凍干粉菌劑浸泡處理枇杷20 d，結(jié)果枇杷腐爛率分別為2.25%和3.60%，遠(yuǎn)低于對照組20.0%的腐爛率；并且均對枇杷的失重率、硬度、可溶性固形物、維C含量等生理生化指標(biāo)均起到了一定的維持作用，對枇杷采后保鮮均有良好的效果[9]。

雖然有很多研究報道證明酵母菌對果蔬采后保鮮具有作用，但其效果比化學(xué)防腐劑低。為此，研究發(fā)現(xiàn)通過與熱處理、殼聚糖等復(fù)合保鮮，可以提高拮抗酵母的保鮮效果[4]，如將1×108CFU/mL 的羅倫隱球酵母菌懸液結(jié)合熱空氣處理草莓，結(jié)果表明酵母菌懸液結(jié)合38 ℃熱空氣處理24 h 的方法明顯優(yōu)于兩者單獨處理，更能有效降低草莓的腐爛率、失重率等，并且對草莓品質(zhì)無影響[10]。而將0.1%殼聚糖與美極梅奇酵母菌結(jié)合處理冬棗，結(jié)果表明冬棗貯藏50 d 后復(fù)合涂膜處理效果較佳，腐爛率最低，并且抑制失重率的增加，有效減緩了冬棗硬度、維C含量等指標(biāo)的變化，減少營養(yǎng)物質(zhì)的損失[11]。

1.1.2 枯草芽孢桿菌

目前，果蔬保鮮應(yīng)用較多的拮抗細(xì)菌是芽孢桿菌屬和假單胞桿菌屬等[12]。將不同質(zhì)量濃度的解淀粉芽孢桿菌發(fā)酵液均勻涂抹在香蕉上，貯藏5 d 后發(fā)現(xiàn)質(zhì)量濃度400 mg/mL 的解淀粉芽孢桿菌發(fā)酵液和保鮮膜結(jié)合處理的香蕉沒有腐爛變質(zhì)，失重率僅為0.17%，有效抑制了香蕉硬度、可滴定酸含量的變化，保持了良好的品質(zhì)[13]。并且在枇杷傷口處先分別注入解淀粉芽孢桿菌（B4，B5，B6 及B9） 的發(fā)酵液、菌懸液、上清液，再接入病害菌菌懸液后室溫貯藏，3 d后B4 菌懸液抑制病害菌效果最好；同時，浸泡試驗表明，B4 的發(fā)酵液效果最好，20 d 后腐爛率最低[14]。同樣，將辣椒分別在枯草芽孢桿菌P5 菌株發(fā)酵濾液、生化級保鮮液（NW20） 和清水中浸泡5 min，晾干密封后20 ℃下貯藏，結(jié)果表明15 d 后，發(fā)酵濾液對辣椒具有顯著的防腐保鮮效果，能有效抑制腐爛率、失重率增加，延緩維C、總糖、葉綠素和可滴定酸含量的下降，P5 發(fā)酵濾液對其保鮮效果略低于NW20 保鮮劑；但相比化學(xué)保鮮液NW20，枯草芽孢桿菌生物防腐更安全[15]。

1.1.3 木霉

木霉菌是植物病害生物防治真菌，被認(rèn)為是最有可能替代化學(xué)防腐劑的微生物，并且能促進(jìn)植物生長[16]。目前，木霉屬中哈茨木霉、棘孢木霉、綠色木霉等在果蔬保鮮研究較多，其中哈茨木霉研究最為深入[17]。用哈茨木霉發(fā)酵液、咪鮮胺溶液和2,4-D 溶液分別浸泡柑橘1 min，室溫保鮮袋貯藏8 周后，2,4-D 溶液、哈茨木霉發(fā)酵液和咪鮮胺溶液處理的好果率分別為23.00%，59.33%，69.00%，結(jié)果表明哈茨木霉發(fā)酵液能顯著降低柑橘的腐爛率，提高好果率，保鮮效果為咪鮮胺處理的78%，且發(fā)酵液處理后沒有影響柑橘品質(zhì)，能延緩維C 的降解[18]。

除了通過浸泡、噴灑直接應(yīng)用于果蔬表面，還可以將木霉應(yīng)用于包裝材料上，如分別使用涂布過木霉菌發(fā)酵液的PE 保鮮膜、瓦楞紙箱和未涂布的2 種包裝材料，對新鮮黃瓜進(jìn)行密封貯藏（25 ℃），10 d 后涂抹組失重率低于未涂抹組，其中PE 涂抹組保鮮效果最好，能延緩維C、葉綠素含量和果實硬度的下降，減少了營養(yǎng)物質(zhì)的損失[19]。

1.2 微生物代謝產(chǎn)物

微生物能產(chǎn)生多種代謝產(chǎn)物，通過發(fā)酵技術(shù)可應(yīng)用于食品、醫(yī)藥等方面，目前果蔬保鮮上應(yīng)用較多的微生物代謝產(chǎn)物是納他霉素、乳酸鏈球菌素、糖類、ε - 聚賴氨酸等。

1.2.1 納他霉素

納他霉素也稱匹馬菌素、游鏈霉素，是由納塔爾鏈霉菌、恰塔努加鏈霉菌和褐黃孢鏈霉菌等鏈霉菌發(fā)酵產(chǎn)生的次級代謝產(chǎn)物，對霉菌、酵母菌具有較好的抑制作用，但不能抑制細(xì)菌和病毒，是天然的食品添加劑，具有無毒、抗菌譜廣等特點[20]。在果蔬保鮮上納他霉素單獨應(yīng)用較少，常常復(fù)配使用。將櫻桃番茄在納他霉素溶液（0.8，1.2 g/L） 中浸泡 1 min，晾干后放入氣調(diào)箱冰箱4 ℃下貯藏，結(jié)果表明不同溶度的納他霉素均有良好的保鮮效果，第30 天時，0.8，1.2 g/L 納他霉素處理組的壞果率分別為8.42%和5.06%，遠(yuǎn)低于對照組，且能保持水果的感官品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì)；氣調(diào)箱中CO2體積分?jǐn)?shù)均為5%左右，符合氣調(diào)保鮮的最佳條件[21]。并且模擬家用冰箱，在冰箱自帶霧化器內(nèi)加入復(fù)配保鮮液（1.0 g/L 納他霉素+ 2.5 g/L 丙酸鈣），每天共打開冰箱6 次，冰箱開啟時保鮮液從噴霧器中噴出，5 ℃下貯藏綠蘆筍，結(jié)果表明復(fù)配的保鮮液對綠蘆筍保鮮具有一定的作用，貯藏12 d 后失重率遠(yuǎn)低于未處理組，且有效保持了綠蘆筍的感官品質(zhì)、硬度、維C 和葉綠素含量，但對色澤和可溶性固形物效果較小[22]。

1.2.2 乳酸鏈球菌素

乳酸鏈球菌素（Nisin） 主要是由乳酸鏈球菌屬代謝產(chǎn)生的一種多肽抗菌素，可以有效地抑制革蘭氏陽性菌，且作為天然的食品添加劑，廣泛應(yīng)用于乳制品、肉制品等方面，但在果蔬采后保鮮應(yīng)用較少[23]。將不同溶度的乳酸鏈球菌素溶液均勻噴灑在鮮切梨表面，晾干后4～5 ℃貯藏，結(jié)果表明8 d 后對照組基本不能試驗，而乳酸鏈球菌素溶液處理組大部分梨品質(zhì)正常，有效降低了腐爛率，抑制了鮮切梨褐變，維持了鮮切梨的感官品質(zhì)；其中，質(zhì)量濃度為0.4 g/L Nisin 溶液保鮮效果最好[24]。而將苦瓜在不同濃度的Nisin 溶液中浸泡15 min，晾干后保鮮袋密封于9 ℃冰箱中貯藏，結(jié)果表明貯藏12 d 后，對照組完全腐爛，而0.4 g/L Nisin 處理的苦瓜保鮮效果最好，苦瓜未腐爛，有效減少了維C 和水分含量的損失[25]。

1.2.3 微生物糖類

微生物糖類主要由細(xì)菌、真菌和藍(lán)藻類產(chǎn)生，具有安全無毒、理化性質(zhì)獨特等特點，作為成膜劑和保鮮劑廣泛應(yīng)用于食品、制藥等領(lǐng)域[12]。目前，應(yīng)用在果蔬保鮮中的微生物糖類主要是普魯蘭多糖。在果蔬保鮮上常利用普魯蘭多糖良好的成膜性和隔氧性，將不同濃度的普魯蘭多糖對水蜜桃均勻噴灑成膜，晾干后室溫下貯藏，結(jié)果表明普魯蘭多糖涂膜處理可以有效地提高好果率，對水蜜桃保鮮效果顯著，其中2%的普魯蘭多糖效果最好，保鮮期延長了3～4 d[26]。

但由于普魯蘭多糖抗?jié)裥暂^差，成膜柔軟性差等缺點，常將其與其他材料復(fù)配使用。將荔枝放入已制備好的復(fù)配保鮮液（普魯蘭多糖為主） 中浸泡2～3 min，在不同條件下貯藏，結(jié)果表明夏季35 ℃下貯藏，84 h 后能維持80 %的好果率，較未處理延長了72 h；低溫5 ℃貯藏，保鮮21 d 后仍能維持80%的好果率，較未處理延長了16 d，但不適合在空調(diào)環(huán)境貯藏，因為空調(diào)環(huán)境干燥會使膜表面裂開，所以保鮮效果不好[27]。

1.2.4 ε - 聚賴氨酸

ε -聚賴氨酸（ε-PL） 是鏈霉菌屬產(chǎn)生的一種由20～30 個賴氨酸單體組成的具有抑菌功效的多肽，可在體內(nèi)分解為人體必需的賴氨酸，兼具安全性和營養(yǎng)性，并作為一種天然防腐劑，對革蘭氏陰性菌、革蘭氏陽性菌、酵母菌及霉菌等都有較好的抑制作用，可廣泛應(yīng)用在食品中[28]。將荔枝在ε-PL 發(fā)酵液、清水及1‰施?？耍ɑ瘜W(xué)防腐劑） 中浸泡3 min，晾干放置泡沫箱中常溫貯藏，貯藏6 d 后，清水對照組、1‰施保克處理組及ε-PL 發(fā)酵液處理組的好果率分別為20%，55%，75%，生物保鮮劑處理的荔枝保鮮效果顯著，延緩了荔枝果實腐敗褐變，減少了營養(yǎng)物質(zhì)的損失，與化學(xué)防腐劑保鮮效果差別不大，但更安全[29]。并且通過浸泡、噴霧2 種方法分別處理櫻桃、葡萄2 種果實，在冷庫（-0.5±0.5 ℃） 貯藏，結(jié)果表明500 mg/L 的ε -聚賴氨酸鹽酸鹽浸泡處理的櫻桃在冰溫貯藏期達(dá)到了較好的保鮮效果，降低了腐爛率；600 mg/L 的ε -聚賴氨酸鹽酸鹽噴霧處理的葡萄保鮮效果最為顯著，有效抑制了葡萄的腐爛和掉粒[30]。

2 微生物防腐保鮮機制

病原菌的入侵是導(dǎo)致果蔬采后腐爛的主要原因。因此，抑制病原菌是果蔬保鮮的重要途徑。微生物保鮮技術(shù)主要是通過抑制病原菌達(dá)到保鮮的目的，其作用機制主要有營養(yǎng)與空間競爭、重寄生作用及誘導(dǎo)抗病作用等。

2.1 營養(yǎng)與空間競爭

營養(yǎng)與空間的競爭是微生物抑制果蔬采后病原菌最主要的作用機制。當(dāng)果蔬有機械傷口時，病原菌通過傷口入侵，同時拮抗微生物與病原菌搶占傷口的營養(yǎng)，拮抗微生物利用傷口的營養(yǎng)大量繁殖，快速消耗傷口的營養(yǎng)并占領(lǐng)全部的空間，使得病原菌不能正常繁殖，從而抑制病原菌。研究表明，膜醭畢赤酵母Y4 可以在桃果傷口快速定殖，并保持較高的酵母數(shù)量，與病原菌競爭營養(yǎng)與空間，從而控制桃果采后軟腐病的發(fā)生和自然腐爛[31]。葡萄汁有孢漢遜酵母也可以在草莓傷口上快速生長，具有競爭營養(yǎng)和空間的能力[32]。

2.2 重寄生作用

重寄生作用是指微生物對果蔬病原菌的識別、接觸、穿透及寄生等一系列的連續(xù)步驟組成的復(fù)雜過程，是木霉菌抑制病原菌最主要的拮抗機制之一。由于木霉菌絲發(fā)達(dá)，能與病原菌菌絲纏繞，吸取病原菌體內(nèi)的營養(yǎng)物質(zhì)，對病原菌形成重寄生作用，最終使病原菌滅亡，從而達(dá)到保鮮的目的[33]。

2.3 誘導(dǎo)抗病作用

由于果蔬自身的后熟和衰老，導(dǎo)致采后果蔬在貯藏期抗病能力逐漸下降，易受到病原菌的侵染，加速腐爛，而生防微生物可以誘導(dǎo)果蔬產(chǎn)生抗性，抵御病原菌。其誘導(dǎo)機理主要是以下3 點：一是微生物可以誘導(dǎo)果蔬產(chǎn)生植保素（PA），如假絲酵母和季也蒙畢赤酵母接種柑橘后，誘導(dǎo)傷口合成PA；假絲酵母細(xì)胞懸浮液可誘導(dǎo)葡萄PA 的積累，并抑制葡萄的青霉病[32]。二是微生物誘導(dǎo)果蔬后，果蔬體內(nèi)的防御酶活性都增加，抗病能力提高，延長了果蔬的貯藏期[13-14，26，34-37]。三是微生物誘導(dǎo)果蔬后，能產(chǎn)生病程相關(guān)蛋白，提高自身防御作用，使果蔬貯藏期增加。例如，膜醭畢氏酵母菌誘導(dǎo)后能有效抑制桃果實采后軟腐病，哈茨木霉Tr-92 誘導(dǎo)黃瓜后延長了貯藏期，降低果實腐爛率，并且使2 種PR 蛋白（幾丁質(zhì)酶和β-1,3- 葡聚糖酶） 活性增加[38-39]。

3 結(jié)語

目前，微生物對果蔬防腐保鮮研究取得了一定成果，但仍存在許多問題。第一，微生物菌體或其代謝產(chǎn)物容易受到環(huán)境的影響，導(dǎo)致保鮮效果不穩(wěn)定。第二，一種拮抗微生物往往只能對某類或某幾類病原菌有抑制作用，抗菌譜窄。第三，多數(shù)試驗都是單因素研究，但由于微生物保鮮往往是多因素、多機理協(xié)同作用的結(jié)果，所以需要進(jìn)一步深入研究。第四，批準(zhǔn)使用的微生物保鮮劑較少，因為有些拮抗酵母菌為致病菌，會造成安全問題。第五，商業(yè)化的保鮮劑較少。第六，微生物對果蔬誘導(dǎo)抗性機制尚未明確。解決上述問題，尋找具有穩(wěn)定性、抗菌譜廣、安全的微生物必將成為研究重點，商業(yè)化應(yīng)用前景較大。