微生物技術在果蔬防腐保鮮中的應用

李庭鉑，袁 哲

（聊城市東昌府區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，山東聊城 252000）

果蔬營養(yǎng)豐富，是人們的主要食物。我國是果蔬生產(chǎn)大國，山東省是我國果蔬生產(chǎn)大省，2020 年山東省水果、蔬菜產(chǎn)量分別約為3 000 萬t 和1 億t，均居全國首位[1]。但果蔬貯藏過程中的腐爛問題一直困擾著廣大果蔬生產(chǎn)和經(jīng)營者。有資料顯示，我國每年果蔬腐爛超過8 000萬t，造成的經(jīng)濟損失高達750 億元，占整個行業(yè)產(chǎn)值的30%以上[1-2]?；瘜W防腐保鮮劑是果蔬防腐保鮮的常見措施，但其易產(chǎn)生化學毒性殘留，對人體及環(huán)境造成一定的傷害，潛在威脅不容忽視，因此很多化學防腐保鮮劑已被國家禁用。在此背景下，安全、無毒、無害的微生物防腐保鮮技術成為人們研究的熱點。

果蔬微生物防腐保鮮是指利用微生物本身或其代謝物來隔離果蔬和空氣的直接接觸，進而延緩氧化作用或通過誘導寄主抗性和重寄生作用來抑制各類病原菌、微生物。目前，已被采用的果蔬微生物保鮮技術包括微生物菌保鮮技術、微生物代謝物保鮮技術等，本文介紹了常用的微生物防腐保鮮技術，旨在促進果蔬防腐保鮮技術的推廣，為果蔬防腐保鮮提供參考。

1 微生物防腐保鮮技術原理

1.1 與病原菌爭奪空間和營養(yǎng)

微生物可以通過與病原菌爭奪空間與營養(yǎng)來抑制采摘后果蔬內(nèi)病原菌的繁衍。若果蔬存在機械傷口，病原菌就會從傷口侵入，與拮抗微生物搶奪傷口處的營養(yǎng)物質，而拮抗微生物則通過占領果蔬的全部空間，與病源菌爭奪營養(yǎng)物，抑制病原菌繁殖。如膜醭畢赤酵母Y4能在果蔬傷口處快速定殖，同時保持適當?shù)慕湍笖?shù)量，抑制果蔬軟腐病，減緩果蔬的自然腐爛[1]。

1.2 誘導抗菌作用

有些微生物通過誘導寄主抗性和重寄生作用來抑制各類病原菌，從而達到防腐保鮮的效果。一方面，果蔬在微生物的作用下會產(chǎn)生植保素（PA），這是一種在侵害時所產(chǎn)生的起防衛(wèi)作用的化合物[2]。如將假絲酵母細胞懸浮液噴灑在葡萄上，會誘導葡萄產(chǎn)生植保素，從而抑制葡萄青霉病的發(fā)生。另一方面，果蔬在微生物的誘導下，體內(nèi)防御酶活性增強，從而提高抗病能力，延長果蔬存儲期。此外，果蔬在微生物的作用下會產(chǎn)生相關病程蛋白，從而提高抗菌能力，延長果蔬存儲期。

2 微生物技術在果蔬防腐保鮮中的應用

2.1 用于果蔬防腐保鮮的微生物菌

2.1.1 酵母菌

酵母菌用于果蔬防腐保鮮具有較大的優(yōu)勢，如不會產(chǎn)生毒素、抑菌效果好、對多數(shù)化學殺菌劑耐受等，且不會影響果蔬品質，是果蔬防腐保鮮中常用的微生物菌種，常見的拮抗酵母有假絲酵母屬、隱球酵母屬、畢赤酵母屬等。郭東起等[3]采用酵母菌干粉制劑進行冬棗保鮮，發(fā)現(xiàn)酵母菌干粉制劑對橘青霉菌具有抑制作用，24 ℃儲藏5d 后腐爛率降為15%。趙魯寧等[4]采用拮抗酵母Y35-1菌株預防枇杷采后炭疽病，結果發(fā)現(xiàn)，酵母Y35-1 液體和活性凍干粉菌劑均能抑制枇杷果實貯藏期間的腐爛率，0 ℃貯藏至第20 天時，液體組合活性凍干粉菌劑處理組果實的腐爛指數(shù)為2.25%。需指出的是，盡管酵母菌具有良好的防腐保鮮作用，但其防腐保鮮效果仍不如化學防腐保鮮劑，所以一般與殼聚糖、熱處理等防腐保鮮方法結合使用。

2.1.2 枯草芽孢桿菌

果蔬防腐保鮮常用的拮抗菌是枯草芽孢桿菌?？莶菅挎邨U菌能有效抑制果蔬失重率、腐爛率的增加，延緩果蔬總糖、VC、葉綠素等的降解。劉亞萍[5]研究表明，將不同濃度的芽孢桿菌發(fā)酵液均勻噴灑在香蕉上，存儲5 d后發(fā)現(xiàn)，質量濃度為400 mg/mL 的芽孢桿菌發(fā)酵液與保鮮膜聯(lián)合處理的香蕉保存更好，失重率僅0.17%，并有效抑制了香蕉可滴定酸及硬度的變化，使香蕉保持良好的品質。孫亞芳[6]研究得出，在枇杷傷口上分別注入淀粉芽孢桿菌的菌懸液、發(fā)酵液、上清液等，然后在8 種病害菌（尖孢鐮刀菌、莖點霉屬、葡萄座腔菌屬、深綠木霉、尖孢炭疽菌、擴展青霉、桔青霉、膠孢炭疽菌）的菌懸液中浸泡后擦干貯存，可使枇杷腐爛率分別降低37.5%、22.6%和21.9%。

2.1.3 木霉菌

木霉菌是用于植物病害防治的真菌，是一種有可能代替化學防腐保鮮劑的微生物，并有促進植物生長的作用。當前，常用于果蔬防腐保鮮的木霉菌有哈茨木霉、棘孢木霉、綠色木霉等，其中對哈茨木霉菌的研究更為深入。木霉菌用于果蔬防腐保鮮的常用方法是浸泡及直接噴灑于果蔬表面，能有效降低果蔬腐爛率，延緩VC 降解速率，且不影響果蔬品質。除了直接采取噴灑、浸泡等方法外，還可以把木霉菌用于包裝材料，如瓦楞紙箱、木霉菌PE 保鮮膜等。高欣等[7]采用木霉菌涂膜對采摘后的黃瓜進行防腐保鮮，結果發(fā)現(xiàn)，黃瓜的感官品質優(yōu)良，失重率小于15%，保存10 d 后的葉綠素含量為106.76 mg/kg，效果理想。劉淑宇等[8]采用綠色木霉菌發(fā)酵液預防芒果采后炭疽病，可將炭疽病的發(fā)病率降低20%以上。

2.2 微生物代謝物防腐保鮮

微生物代謝產(chǎn)生多種代謝物，利用發(fā)酵技術可廣泛應用于食品及醫(yī)藥等領域，當前，用于果蔬防腐保鮮的主要有納他霉素、乳酸鏈球菌素、微生物糖類等。

2.2.1 納他霉素

納他霉素即游鏈霉素、匹馬菌素，是恰塔努加鏈霉菌、納塔爾鏈霉菌等發(fā)酵生成的次級代謝產(chǎn)物，對病毒及細菌沒有抑制作用，在果蔬防腐保鮮上一般不單獨使用，常復配使用，具有廣譜抗菌、無毒，有效保持果蔬硬度、VC 及葉綠素含量等優(yōu)勢。黃鏡如等[9]使用納他霉素對鮮切白蘿卜進行保鮮，發(fā)現(xiàn)0.10 g/L 的納他霉素溶液浸泡3 min 的處理效果最好。吳劍等[10]用納他霉素處理采摘后的葡萄，放入室溫庫中，每2 d 觀察統(tǒng)計1 次，發(fā)現(xiàn)1.0 g/L 納他霉素噴霧處理葡萄的脫粒率僅為4.69%，腐爛率小于2%，可有效減少葡萄營養(yǎng)流失，保持葡萄外觀和風味。

2.2.2 乳酸鏈球菌素

乳酸鏈球菌素是由乳酸鏈球菌代謝而成的多肽抗菌素，能有效抑制革蘭氏陽性菌，并可以作為天然食品添加劑，被人們廣泛應用到肉制品、乳制品保鮮中，將其應用于果蔬保鮮具有防止果蔬腐爛、延緩果蔬VC 及水分流失速率的優(yōu)勢。錢紅玫等[11]把甜櫻桃浸泡在不同濃度的乳酸鏈球菌溶液中15 min，晾干后放入保鮮袋密封儲存于冰箱冷藏室中，結果發(fā)現(xiàn)，12 d 后0.4 g/L 的乳酸鏈球菌溶液浸泡過的甜櫻桃防腐保鮮效果最好，浸泡在其他濃度的乳酸鏈球菌溶液中的甜櫻桃均已腐爛。

2.2.3 微生物糖

微生物糖是由真菌、細菌及藍藻類產(chǎn)生的，具有獨特理化性質、安全、無毒等特點，作為防腐保鮮劑或成膜劑等被廣泛應用到食品及制藥等行業(yè)。應用于果蔬保鮮的微生物糖以普魯蘭多糖為主，主要利用了普魯蘭多糖的隔氧性及成膜性的特點。董亞等[12]將不同濃度的普魯蘭多糖溶液噴灑在桃子上成膜，待桃子晾干后于室溫存儲，發(fā)現(xiàn)20%普魯蘭涂膜處理的防腐保鮮效果最好，可以有效抑制呼吸強度和多酚氧化酶活性。張又丹等[13]試驗表明，2%普魯蘭多糖溶液防腐保鮮效果最好，可以延長枇杷3～4 d 的保鮮期。陳東杰等[14]指出，10 g/L 普魯蘭糖＋0.1 g/L 納他霉素＋0.04 g/L Nisin 復配可顯著降低櫻桃的失重率和腐爛率。由于普魯蘭多糖的抗?jié)裥阅芗俺赡と彳浀热秉c，常與其他材料復配使用，防腐保鮮效果更好。

2.3 天然提取物防腐保鮮劑

天然提取物及復合防腐保鮮劑技術是利用天然提取物的活性物質及果蔬酶的活性抑制果蔬表面微生物活性來達到防腐保鮮效果，具有無毒無害、綠色保鮮等優(yōu)勢。早期天然提取物保鮮物質的研究主要集中在普通植物提取液上，近年來人們將天然提取物和其他活性物質復配，使防腐保鮮劑具有更好的成膜性，使之成為復合保鮮劑，不但能抑制果蔬采摘后病菌的產(chǎn)生，還能有效避免水分流失，延緩果蔬衰老。天然提取物及復合防腐保鮮劑的應用主要包括防腐保鮮紙及防腐保鮮劑涂膜、浸泡、噴灑、熏蒸等。何首林等[15]研究表明，肉桂醛、八角茴香油、香葉醇、薄荷以及丹參提取物對番茄具有良好的防腐保鮮效果，且肉桂醛、八角茴香油、香葉醇、薄荷以及丹參提取物的使用濃度分別為125 μL/L、125 μL/L、125 μL/L、1.0 mg/mL 和2.5 mg/mL。王壯偉等[16]利用殼聚糖溶液的抑菌與成膜效果，對采摘前后的葡萄進行噴灑，并進行防腐保鮮效果評估，結果表明其具有良好的防腐保鮮效果，葡萄腐爛率明顯降低，采后噴灑的防腐保鮮效果更好，其中表現(xiàn)較好的是濃度為0.1%的殼聚糖。

3 小結與展望

果蔬腐敗變質的原因很多，其中微生物的侵染是一個重要因素。微生物尤其是真菌對果蔬的保鮮期有重要影響，微生物廣泛分布在自然界中，果蔬在剛采摘后表面都會存在一定量的致腐敗微生物。由于初期微生物數(shù)量較少，而且果蔬外表有防護層，所以腐爛變質情況較少，但時間長微生物會大量繁殖，然后侵入果蔬內(nèi)部，導致腐敗變質情況增多，特別是果蔬機械損傷部位腐敗的情況更多。

對于微生物導致的變質，傳統(tǒng)處理方式是使用各種內(nèi)吸性農(nóng)藥或殺菌劑浸泡或噴灑到果蔬上。農(nóng)藥多具有內(nèi)吸作用，果蔬將藥劑吸入到果肉組織內(nèi)部。這些傳統(tǒng)藥劑半衰期交叉，能夠長時間存在于果蔬內(nèi)部，從而達到防腐保鮮的目的，這種方式成為“體內(nèi)處理”。“體內(nèi)處理”一般也能取得一定的效果，但其具有兩個重大缺陷：一是傳統(tǒng)藥劑效力單一，往往需要多種混配使用。果蔬表面的致腐敗微生物數(shù)量和種類多，一種藥劑往往只針對一種或幾種，需要多種藥劑組合才能達到效力，這增大了處理費用。二是易造成農(nóng)藥殘留超標，存在安全隱患。傳統(tǒng)農(nóng)藥和殺菌劑多具有毒性，由于果蔬“內(nèi)吸”了農(nóng)藥或殺菌劑，且這些藥物的半衰期很長，所以果蔬不再安全。即使使用較好低毒殺菌產(chǎn)品，也無法避免對消費者身體健康造成危害。所以“體內(nèi)處理”的方式不符合“綠色、生態(tài)、有機”的發(fā)展趨勢。

由于傳統(tǒng)的“體內(nèi)處理”無法滿足人們對綠色生態(tài)食品的需求，微生物保鮮作為一種新型防腐保鮮技術“體外處理”得到了越來越多的重視。具有優(yōu)秀的殺菌效力，沒有任何毒性和殘留，不產(chǎn)生內(nèi)吸效應，杜絕了農(nóng)殘和藥殘問題，適合綠色生態(tài)農(nóng)業(yè)和對農(nóng)藥檢測嚴格的出口型農(nóng)產(chǎn)品防腐保鮮使用。然而當前，微生物防腐保鮮技術尚處于初始研究階段，存在諸如受環(huán)境因素影響大、部分菌素制備成本高等方面的局限性。人們對乳酸鏈球菌素的研究取得了很大進展，但該菌素交叉性的特點影響了其適用范圍；微生物拮抗菌受果蔬溫度、酶活性、成分等環(huán)境條件的影響，導致許多微生物制劑在果蔬防腐保鮮中的抑菌性能不穩(wěn)定。天然提取物保鮮劑的研究上也存在若干問題，如提取技術有待提高，多為粗提取物，提取的有效防腐保鮮成分純度較低；提取防腐保鮮劑以植物精油居多，動物提取物的研究還較少，且精油用量還不夠精確等。因此未來的研究方向是尋找便捷、環(huán)保、高效的分離技術，并提高提取物的純度[17]。

總而言之，微生物防腐保鮮技術在果蔬防腐保鮮方面應用廣泛，把多種防腐保鮮技術有效結合，開發(fā)新型、可降解、無污染的生物防腐保鮮技術，將是未來微生物防腐保鮮的重要研究方向。