植物提取物應(yīng)用于番茄貯藏的研究進(jìn)展

劉玉姣，魯丁強(qiáng)，劉丹陽，王新倩，劉一璇，龐廣昌

（天津商業(yè)大學(xué)生物技術(shù)與食品科學(xué)學(xué)院，天津 300134）

番茄（Lycopersicon esculentum），又稱西紅柿，成熟的果實(shí)呈球形，顏色艷麗，酸甜可口，有特殊風(fēng)味。經(jīng)常食用番茄有益于人體健康[1]，特別是番茄紅素極具營養(yǎng)價(jià)值，具有增強(qiáng)免疫力[2]、保護(hù)神經(jīng)[3]、控制血糖[4]等功效。除了番茄果肉有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值外[5]，它的副產(chǎn)物也有極大的開發(fā)潛力，可有效預(yù)防膽固醇過高和調(diào)節(jié)腸道菌群[6]，也具有一定的抗菌能力[7]。但是由于含水量高[8]、果實(shí)的呼吸作用[9]等，番茄會面臨采摘后易腐爛變質(zhì)的問題，極大地降低了番茄的價(jià)值。為避免因番茄變質(zhì)造成大量浪費(fèi)，需要對如何延長番茄的貯藏期、保持貯藏期間番茄的品質(zhì)進(jìn)行研究。

目前，果蔬的貯藏保鮮方式很多，并且在不斷改進(jìn)完善。采摘后的番茄常通過低溫貯存來延長番茄保質(zhì)期，在一定程度上能有效增強(qiáng)番茄的貯藏性[10-11]，也可以使用保鮮劑進(jìn)行保鮮，例如1-甲基環(huán)丙烯頻繁地被使用在果蔬的貯藏中[12-13]，通過有效地抑制乙烯作用達(dá)到保鮮目的[14]。除此之外，臭氧保鮮和氣調(diào)保鮮也在番茄貯藏中有一定的應(yīng)用，但仍存在一些局限性，如氣調(diào)保鮮的氣體比例難以確定[15]、保鮮劑用量難以把控[16]等，使用不當(dāng)都會致使果蔬無法延長保質(zhì)期，甚至加速腐爛。

植物提取物大多是從天然植物中提取純化得到的具有生物活性的物質(zhì)，例如揮發(fā)油、多酚、黃酮及生物堿[17]等，因其安全無毒且抗菌防腐被廣泛研究[18]，可在一定程度上代替農(nóng)藥、保鮮劑[19]等。使用天然植物提取物進(jìn)行果蔬的貯藏保鮮，安全無毒、低殘留，可有效避免化學(xué)保鮮劑高毒、高殘留等問題。本文探究了影響番茄貯藏的因素和植物提取物保鮮技術(shù)機(jī)理，以及其在番茄貯藏保鮮的應(yīng)用，并且為植物提取物保鮮技術(shù)今后的發(fā)展提供依據(jù)。

1 影響番茄貯藏的因素

果蔬在貯藏期間會發(fā)生一系列品質(zhì)變化[20]，包括顏色變化、表面皺縮、內(nèi)部成分減少或增加，并且會產(chǎn)生腐爛變質(zhì)，這種現(xiàn)象大多是由微生物、酶、自身物理化學(xué)反應(yīng)等造成[21]。除微生物的影響外，溫度、品種、成熟度以及運(yùn)輸、包裝方式都與果蔬品質(zhì)的維持息息相關(guān)，若忽視這些因素的影響，會增加番茄的腐爛程度，減短番茄的保存時(shí)間。

1.1 病原微生物

番茄成熟后皮薄且柔軟多汁，容易形成機(jī)械損傷，創(chuàng)傷表面易受到病原菌的感染[22]，在貯藏期間，灰霉病、黑霉病、果腐病等是困擾番茄貯藏的病害，會造成番茄產(chǎn)量的巨大損失[23]。

灰霉病由灰葡萄孢（Botrytis cinerea）引起，易感染侵害含水量高的果蔬[24]，傳染力強(qiáng)、傳播速度快，被侵染的番茄果實(shí)變軟變色，最終表面還會附著灰褐色霉層。彭家麗等[25]給番茄植株接種灰霉病菌，發(fā)現(xiàn)會導(dǎo)致番茄葉片中酶和淀粉含量的變化，并伴隨氧化損傷等現(xiàn)象。除此之外，番茄感染灰霉病后會大量產(chǎn)生乙烯，加速果實(shí)的衰老和腐爛[26]。

病原菌鏈格孢（Alternaria alternata）經(jīng)常會引起番茄黑霉病，一般危害番茄的莖和果實(shí)，果實(shí)最后會產(chǎn)生灰黑色霉層。除了致腐作用，鏈格孢霉菌在一定條件下會產(chǎn)生毒素[27]，危害人體健康。

果腐病的病原菌會使番茄顏色形態(tài)發(fā)生變化[28]。最常見的青霉果腐病由擴(kuò)展青霉菌（Penicillium expansum）引發(fā)，會使番茄出現(xiàn)絨狀暗綠色、近球形或橢圓形的菌落。乳酸鐮刀菌（Fusarium lactis）從腐爛番茄中分離，具有致病性，可使番茄果實(shí)加速腐爛[29]。還有引發(fā)根腐病的尖孢鐮刀菌（Fusarium oxysporum），同樣易導(dǎo)致番茄果實(shí)塌陷軟化[30]。

1.2 貯藏溫度

溫度對番茄貯藏至關(guān)重要，會影響果皮的彈性、酶活性、果膠、細(xì)胞內(nèi)水分等，長時(shí)間高溫甚至?xí)斐煞压て茡p裂開[31]，會加劇微生物的侵染。而且貯藏溫度不會保持一成不變，溫度的起伏也會影響果蔬的貯藏情況，劉佳等[32]證明了溫度波動最小時(shí)能保持番茄的良好品質(zhì)，可延長保質(zhì)期2 d～4 d。低溫可有效減緩果蔬衰老，李金娜等[33]研究發(fā)現(xiàn)5℃是番茄最佳保存溫度，此溫度條件下番茄能保持良好形態(tài)及顏色，且不易軟化，較大程度避免營養(yǎng)的流失，在此溫度下可再延長貯藏期5 d～7 d。曲勁堯等[34]比較了接種鏈格孢霉分生孢子的番茄15 d內(nèi)在不同溫度貯藏的情況，表明低溫更容易阻礙鏈格孢霉的生長。但不適宜的低溫同樣不利于番茄的貯藏，番茄灰霉病最易在低溫、高濕的環(huán)境中侵染[35]。

1.3 品種和成熟度

番茄貯藏期的品質(zhì)及生物活性的保持與番茄的品種及采摘時(shí)的成熟度密切相關(guān)[36]。毛方華等[37]通過比較智能溫室培養(yǎng)的番茄貯藏性，發(fā)現(xiàn)農(nóng)科2號果實(shí)在貯藏期間表現(xiàn)出更好的品質(zhì)，農(nóng)科1號的腐爛率更低，有更長的保質(zhì)期。王倩等[38]探究了不同品種番茄貯藏的差異，低溫[（10.0±0.2）℃]環(huán)境中貯藏，“歐盾”品種番茄在貯藏期內(nèi)能保持良好硬度，且乙烯釋放量較小，能有效降低相關(guān)酶活性。Olveira-Bouzas等[39]比較分析不同成熟度對番茄貯藏的影響，將收獲的番茄按顏色分為成熟度不同的兩組，在相同的條件下貯藏，測定其指標(biāo)，結(jié)果表明與成熟的番茄相比，未成熟的番茄有更長的貯存期。

1.4 運(yùn)輸和包裝方式

選擇適當(dāng)?shù)倪\(yùn)輸與包裝形式，能盡量避免磕碰，減少番茄機(jī)械損傷，消除番茄表面破損有利于番茄保存，并且能減少微生物入侵的幾率[40]。高雅等[41]探究不同運(yùn)輸和包裝方式對貯藏28 d后番茄的影響，結(jié)果顯示，廂貨的運(yùn)輸方式更好，可以減緩番茄的不良變化，而對于包裝方式，選擇微孔保鮮膜處理番茄再用瓦楞紙箱包裝的效果更好，更有利于番茄貯藏。

2 植物提取物的保鮮機(jī)理

導(dǎo)致果蔬腐爛的重要因素為微生物的侵染，而植物提取物具有抗菌性[42-43]，可有效防止微生物造成的腐爛變質(zhì)[44-46]，具體應(yīng)用如表1所示。

表1 植物提取物對微生物的抑制效果Table 1 Inhibitory effect of plant extracts on microorganisms

Pane等[50]使用野生辣椒提取物，發(fā)現(xiàn)提取物中富含酚類物質(zhì)，能夠有效抵抗鏈格孢菌對番茄的感染。楊蘇蘇等[51]驗(yàn)證了22種植物提取物對番茄常見病害的防治作用，其中木醋酸對番茄灰霉病原菌、早疫病原菌、黑斑病原菌、枯萎病原菌的抑制作用可達(dá)75%以上。Dania等[52]使用水蒸氣蒸餾法提取的翅果竹芋、山香、閉果桐精油，抑制了3種番茄果實(shí)腐爛病菌（曲霉、尖孢鐮刀菌和白地霉）的生長，減少番茄的腐爛。丁香精油中的丁子香酚也能用于去除番茄病害[53]。陳梅[54]針對會使番茄引起灰霉病的灰葡萄孢霉，選取丁香精油作為研究對象，對番茄采后病原菌進(jìn)行精油熏蒸，結(jié)果表明丁香精油可以在一定程度上降低灰霉病的危害。當(dāng)歸莖葉精油也能有效降低粉紅單端孢的生長繁殖[55]。

由于植物提取物中含有多種化合物[65]，所以它對果蔬的保鮮機(jī)理較為復(fù)雜，作用機(jī)制尚不明確，需要對其進(jìn)行更深入探究。就目前來看，植物提取物的抑菌作用主要是通過影響細(xì)胞結(jié)構(gòu)或細(xì)胞內(nèi)活動來限制微生物的生長[66]。牡丹花蕾提取物的抑菌防腐機(jī)理可以主要?dú)w結(jié)于提取物對細(xì)菌細(xì)胞膜成分及其通透性、流動性、完整性的影響，以及破壞DNA的合成，影響相關(guān)基因的表達(dá)，同時(shí)抑制相關(guān)酶活性和相關(guān)毒力因子的轉(zhuǎn)錄，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)菌死亡[67]。鼠尾草精油可影響細(xì)胞壁、細(xì)胞膜的形態(tài)，造成破裂、下陷、扭曲等，并且會減少三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）和胞內(nèi)核酸含量，進(jìn)而達(dá)到抑菌效果[68]。山蒼子精油破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，使胞內(nèi)大分子物質(zhì)泄漏，影響細(xì)胞呼吸作用，抑制三羧酸循環(huán)（tricarboxylic acid cycle，TCA）和降低α-酮戊二酸脫氫酶等相關(guān)酶的活性，降低ATP含量并抑制相關(guān)酶活性，同時(shí)破壞DNA結(jié)構(gòu)，影響其基因表達(dá)[69]。依據(jù)各類植物提取物的研究可總結(jié)歸納其保鮮機(jī)理如圖1所示。

圖1 植物提取物的保鮮抑菌機(jī)理Fig.1 The fresh-keeping and antibacterial mechanism of plant extracts

3 植物提取物保鮮技術(shù)在番茄貯藏上的應(yīng)用

植物提取物保鮮技術(shù)相較其他保鮮技術(shù)，安全、無毒、無殘留、成本較低、實(shí)施更加方便。

植物提取物大多通過超臨界CO2萃取法[70]、溶劑萃取法[71]、微波輔助提取法[72]等從各種植物中提取純化，可用于果蔬的貯藏，在番茄貯藏研究中具有很高的價(jià)值，植物提取物保鮮技術(shù)在番茄貯藏中的應(yīng)用見表2。

表2 植物提取物保鮮技術(shù)在番茄貯藏中的應(yīng)用Table 2 Application of plant extract preservation technology in tomato storage

續(xù)表2 植物提取物保鮮技術(shù)在番茄貯藏中的應(yīng)用Continue table 2 Application of plant extract preservation technology in tomato storage

3.1 植物提取物單獨(dú)使用

在番茄的貯藏保鮮中，較為常見的是肉桂精油、薰衣草精油、月桂精油及丁香精油等。王自鵬等[73]采用熏蒸法處理番茄，隔天測定番茄的果實(shí)外部狀態(tài)、內(nèi)部變化等相關(guān)指標(biāo)，比較不同組的變化趨勢，分析在（25±1）℃下不同劑量的山蒼籽精油對番茄的貯藏影響，與其他劑量組相比，150 μL/L山蒼籽精油作用最明顯，好果率最高，品質(zhì)最好，可有效延長貯藏期。不同劑量的肉桂精油浸于濾紙上，貼在貯藏盒上對圣女果進(jìn)行熏蒸，每隔1 d測定圣女果的貯藏指標(biāo)，100 μL/L的肉桂精油效果最好，可降低果實(shí)的失重率和細(xì)胞的通透性，保持果實(shí)硬度和品質(zhì)[74]。李姍姍等[75]比較了八角、金銀花、香樟葉3種植物的精油對番茄的保鮮貯藏作用，并且設(shè)置了蒸餾水對照，八角精油相較其他精油抑制效果最好，可明顯降低營養(yǎng)成分的損失，保持相關(guān)酶的活性，可延緩番茄的衰老。

除使用精油外，還有其他許多活性成分也可用于貯藏保鮮[56]，應(yīng)用于番茄的貯藏。司寶華等[76]探究枸杞葉多酚對番茄的貯藏保鮮作用，在20℃下，不同劑量的枸杞葉多酚有不同的效果，結(jié)果表明0.4 g/L劑量的枸杞葉多酚的保鮮效果最好，可以很好地維持番茄的品質(zhì)，0.2、0.6 g/L效果次之，0.8 g/L幾乎不起作用。王曉君[57]研究了橙皮黃酮的最佳提取工藝，橙皮黃酮提取量為3.96 g/100 g，并探究橙皮黃酮對番茄貯藏期常見微生物的抑制效果和最小抑菌濃度，證明1 g/L橙皮黃酮制備的保鮮紙具有保鮮作用，可有效減弱呼吸強(qiáng)度的影響，推遲呼吸高峰的到來。芍藥花提取物[59]也可作為保鮮劑使用在番茄貯藏中，采用乙醇提取法提取芍藥花提取物，充分證明提取物具有保鮮抑菌作用，可保持貯藏期內(nèi)番茄的品質(zhì)。

3.2 植物提取物結(jié)合可食性包裝

較目前來說，植物提取物保鮮也暴露出一些不足。一些植物提取物的易揮發(fā)性使它們的保鮮效果大打折扣，并且本身具有味道[82]，使用過量時(shí)，可能會掩蓋食物本身的味道，帶來不好的感官體驗(yàn)。這需要加大對提取物使用劑量的把握以及對使用形式進(jìn)行深入研究。所以對植物提取物保鮮技術(shù)的研究不應(yīng)僅僅局限于提取物本身的探索，還需要對其如何最大限度地發(fā)揮作用進(jìn)行思考。

可食性包裝使用安全天然、可降解的材料制備，可代替食品的包裝材料，減少對環(huán)境的危害[83]，并且彌補(bǔ)植物提取物保鮮的缺陷。涂膜是可食性包裝最常用的形式之一，殼聚糖最常與植物提取物結(jié)合進(jìn)行涂膜保鮮，具有良好成膜性能、穩(wěn)定性好，并且在一定程度上能夠減少食物水分散失[47]。張瑩麗等[77]制備了一種復(fù)合涂膜保鮮劑，采用柑橘精油結(jié)合殼聚糖，通過對不同劑量的殼聚糖和柑橘精油組合試驗(yàn)，認(rèn)為0.8%柑橘精油與1%殼聚糖形成的復(fù)合保鮮液能顯著減緩圣女果的腐敗，并維持圣女果的采后品質(zhì)。Sheikh等[58]同樣使用柑橘皮精油結(jié)合殼聚糖，結(jié)果與之類似。潘婷婷等[78]使用連翹提取液結(jié)合殼聚糖，探究對圣女果的保鮮作用，當(dāng)體積比為5∶1時(shí)，保鮮效果最佳，可減緩腐敗率和失重率，維持圣女果貯藏期的品質(zhì)。納米乳液也常在果蔬貯藏中出現(xiàn)[84]，能夠增大植物提取物的溶解度，更好地發(fā)揮植物提取物的保鮮作用。Sun等[60]探究薰衣草精油對番茄的貯藏保鮮作用，以水包油薰衣草精油納米乳液的形式，混合明膠制備成保鮮膜，結(jié)果表明，制備的保鮮膜可抑制櫻桃番茄的變質(zhì)和微生物的生長，基本可以維持番茄品質(zhì)。對精油包裝進(jìn)行探索，或許可以減少精油提取成本的損耗，增強(qiáng)精油的保鮮效果。除殼聚糖、納米乳液材料，還有羧甲基纖維素（carboxymethyl cellulose，CMC）[79]、葡甘露聚糖[85]等材料也經(jīng)常與植物提取物結(jié)合，使番茄具有更長的保質(zhì)期，減少番茄貯藏時(shí)的不良變化。

可食性包裝不接觸食物表面，也同樣可以達(dá)到保鮮防腐的效果。Black-Solis等[48]為防止番茄腐爛軟化，在番茄生長期間罩上了涂有肉桂精油的可生物降解聚酯網(wǎng)，可以有效防止鏈格孢菌的侵襲，減少黑霉病的發(fā)生，并且可延長番茄保質(zhì)期，保持番茄的品質(zhì)。岳淑麗[80]研究桉樹精油的保鮮作用，采用包合法用β-環(huán)糊精制備桉葉精油微膠囊，可以延緩番茄果實(shí)的品質(zhì)下降，減少維生素C等物質(zhì)的消耗，可延長番茄貯藏期2 d。Locali-Pereira等[81]研發(fā)出一種新型的精油保鮮包裝形式，可減少精油的揮發(fā)和降低精油本身的味道，將粉紅胡椒精油分別包埋在單層（大豆分離蛋白）和雙層（大豆分離蛋白+高甲氧基果膠）乳液中，并且使用兩種包裝方式，一是涂在盒蓋表面形成圖層，二是裝在袋子中貼在盒蓋上，同條件下貯藏21 d后，與沒有進(jìn)行精油涂抹的番茄對照，結(jié)果表明，精油具有良好的番茄保鮮作用，都可以延緩番茄的成熟，但雙層乳液具備更好的穩(wěn)定性，涂層式的包裝方式更加有效。

3.3 植物提取物結(jié)合其他保鮮技術(shù)

由于植物來源廣，有效成分不穩(wěn)定，不同提取物的提取工藝不同，這為植物提取物保鮮技術(shù)的推廣、應(yīng)用帶來巨大阻礙[86]。所以將植物提取物保鮮技術(shù)與其他保鮮技術(shù)相結(jié)合，可有效彌補(bǔ)植物提取物提取難、提取量少的缺陷，甚至事半功倍，能產(chǎn)生更好的保鮮效果。與物理保鮮技術(shù)結(jié)合是最為常見的保鮮組合，且簡便有效。Peralta-Ruiz等[61]聯(lián)用低溫保鮮技術(shù)，在4℃的條件下，蕓香精油混合殼聚糖應(yīng)用于番茄貯藏，能有效抑制番茄的不良變化，具有防腐效果。He等[62]使用超聲技術(shù)輔助百里香精油納米乳液的保鮮作用，能顯著保持番茄的品質(zhì)，降低微生物污染。蔣夢曦等[49]結(jié)合生物保鮮技術(shù)，探究肉桂精油的貯藏保鮮能力，同時(shí)混合iturin A，探究得到512 μg/mL iturin A與1%（體積分?jǐn)?shù)）肉桂油復(fù)配使用，可顯著降低櫻桃番茄果實(shí)軟腐病的發(fā)生率，并且可保障番茄的良好貯藏品質(zhì)。高倩等[64]配合使用生物保鮮技術(shù)，混合乳酸鏈球菌素，也同樣具備延長番茄保質(zhì)期的功能。乙烯對番茄貯藏期的長短也至關(guān)重要[87]，百里香酚與乙烯清除劑KMnO4聯(lián)合使用，可更大限度地保持番茄貯藏期的品質(zhì)[63]。

在番茄的貯藏中，植物提取物保鮮技術(shù)無論單獨(dú)使用還是聯(lián)合其他保鮮手段，都已經(jīng)取得成效，但想要進(jìn)一步完善，需要新想法的引入。袁帥等[88]從代謝入手，通過構(gòu)建不同代謝網(wǎng)絡(luò)，測定并計(jì)算得到蘋果的代謝通量，獲得蘋果的最佳貯藏溫度，可有效延長蘋果保質(zhì)期，防止發(fā)生冷害。果蔬的保鮮本質(zhì)是為了延緩衰老，降低呼吸作用，減少分解代謝，故結(jié)合對番茄的代謝研究，可為植物提取物保鮮技術(shù)在番茄貯藏上提供新的思路和研究依據(jù)。

4 結(jié)語

番茄的營養(yǎng)價(jià)值高，產(chǎn)品類型多，副產(chǎn)品也具有很高的利用價(jià)值，所以延緩番茄的衰老，增強(qiáng)番茄的貨架期尤為重要。在眾多保鮮技術(shù)中植物提取物保鮮技術(shù)更加符合現(xiàn)在人們健康、環(huán)保的生活飲食觀念，但植物提取物保鮮技術(shù)在番茄貯藏上的應(yīng)用還不夠成熟，需要尋求突破，進(jìn)行更深入地研究，而與不同保鮮技術(shù)相結(jié)合或是新的保鮮技術(shù)的開發(fā)或許可以打破此保鮮技術(shù)的局限，在一定程度上緩解問題。同時(shí)也應(yīng)注重對微生物、溫度等因素的把控，在機(jī)理與提取研究方面加大投入力度，才能使植物提取物保鮮技術(shù)更好地應(yīng)用于番茄，乃至果蔬、肉類等領(lǐng)域的保鮮。