抗菌肽在果蔬保鮮中的應用

王宏亮　李昂　那杰

摘要：食源性致病菌是導致果蔬腐敗變質的主要因素，利用抗菌肽高效殺菌、安全、無毒副作用等特點來保鮮果蔬具有潛在的應用價值。本文綜述了動物源、微生物源和植物源的抗菌肽在果蔬保鮮及抗菌包裝中的研究進展。

關鍵詞：食源性致病菌；抗菌肽；果蔬保鮮

中圖分類號： TS255.3 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2014）03-0238-03

食源性病原微生物（food-borne pathogens）是造成果蔬腐敗變質的主要因素，人們習慣采用化學防腐劑等方法進行保鮮，效果雖好，但因目前很多化學防腐劑對人體具有潛在毒性危害并可破壞環境生態平衡而被禁用。天然防腐劑憑借其抗菌活性強、安全無毒、熱穩定性強、可降解、作用范圍廣及對人體有保健作用等特點正逐步展現出取代化學防腐劑的趨勢。

作為天然防腐劑的抗菌肽（antibacterial peptides）另稱抗微生物肽（antimicrobial peptides）或肽抗生素（peptide antibiotics），是由多種生物細胞經誘導產生的一類可廣譜抗細菌、真菌、病毒、原蟲，甚至有抑殺腫瘤細胞等作用的小肽[1]，其來源豐富，廣泛存在于植物、昆蟲、兩棲類動物、水生生物、微生物等體內。絕大部分抗菌肽是陽離子肽，具有兩親性、較好的水溶性、熱穩定性、不易產生耐藥性、安全無毒副作用等優勢[2]，因而在食品工業、農業、畜牧業、醫藥業、水產養殖業以及保健品、化妝品加工業中都存在潛在的應用價值。目前，首例且唯一被批準應用于食品防腐保鮮的抗菌肽——尼生素（nisin）已在50多個國家和地區應用[3]。

關于抗菌肽在加工型食品防腐中的研究已有較多報道，包括罐藏食品、植物蛋白食品、乳制品、肉制品及乙醇類飲料等，但在果蔬保鮮中的應用研究較少。本文綜述了動物源、微生物源和植物源抗菌肽在果蔬保鮮及抗菌包裝中的應用情況。

1 抗菌肽在果蔬保鮮中的應用

來源于瓜果蔬菜的腐爛致病菌種類繁多，傳統的殺菌方法如高溫、超高壓等會損傷果蔬組織，影響品質，從而造成營養成分流失。生物來源的抗菌肽具有廣譜的抗菌性，能夠在常溫下保持產品的風味，延長果蔬貨架期，保證食品安全，因此在果蔬保鮮中具有代替化學防腐劑的潛能。

1.1 動物源抗菌肽在果蔬保鮮中的應用

脊椎動物和無脊椎動物體內廣泛存在的抗菌肽參與組成生物體的防御系統，其主要作用機制是通過靜電作用吸附并插入到細菌細胞膜表面，擾亂質膜上蛋白質和脂質的排列順序，并在膜上形成離子通道，從而改變細菌細胞的滲透壓而殺死細菌；抗菌肽也可通過胞內損傷機理殺死細菌[4]。可食用家蠅（Musca domestica Linnaeus）幼蟲是抗菌肽的一大重要來源，而家蠅抗菌肽具有良好的耐熱性、酸堿穩定性以及廣譜殺菌活性，可以作為食品產業的中級防腐劑。茍仕金等申請了應用蠅蛆抗菌肽作為食品保鮮劑的專利，并以轉基因蠅蛆為原材料生產出可用于果蔬的抗菌肽保鮮劑[5]。兩棲動物裸露的表皮是微生物生存的良好“生態培養基”，蛙類的皮膚中含有大量的抗菌肽，邱芳萍等將從吉林林蛙（Rana temporaria）干皮中提取的抗菌肽FSE-31.5噴灑于草莓表面，結果發現，草莓能在室溫下保存120 h而不腐爛，而對照組在72 h時就完全腐爛，說明林蛙抗菌肽具有殺死草莓表面病原菌的作用[6]。海洋無脊椎動物體內同樣含有豐富的抗菌肽，宋宏霞研究發現，在相同的貯藏條件下，使用從紫貽貝（Mytilus edulis）中制備的抗菌肽浸泡草莓樣品，保鮮效果明顯[7]。

1.2 微生物源抗菌肽在果蔬保鮮中的應用

細菌素（bacteriosin）是某些細菌在代謝過程中通過基因編碼、核糖體合成的一類具有抗菌活性的多肽或蛋白質（通常有30～60個氨基酸），它能抑殺親緣關系較近的其他細菌，但對產生菌本身無毒害作用。細菌素具有酶穩定性、熱穩定性、無免疫原性等特點，是一類安全、高效、無毒的天然防腐劑。

尼生素是由乳酸乳球菌乳酸亞種（Lactococcus lactis sp. lactis）中的特定菌株產生的一類多肽，可以通過在細菌細胞膜上形成孔洞而破壞跨膜質子的動力勢和pH值平衡，造成胞內離子泄露及ATP水解異常而導致細菌死亡[8]。尼生素能有效抑殺革蘭氏陽性菌（G+），尤其能抑制芽孢的生長，但對革蘭氏陰性菌（G-）、酵母、霉菌無明顯作用[9]。叢建民發現尼生素利于常溫下草莓的保鮮[10]。張素琴等發現尼生素在4 ℃冷藏條件下能顯著降低白玉枇杷的腐爛率[11]。Mythili等在常溫下用尼生素涂抹胡蘿卜等蔬菜發現，尼生素不但可以延長 15～25 d 貨架期，而且可以減少冷藏時氟利昂的排放，從而保護環境[12]。

尼生素是窄譜抗菌肽，與其他抗菌劑聯合使用能拓寬其抗菌譜。Ukuku等發現，用10 μg/mL 尼生素、0.02 mol/L EDTA保鮮香瓜及香瓜切片的效果好于氯氣，可延長9～12 d貨架期；繼續用50 g/mL 尼生素、2%乳酸鈉、0.02%山梨酸鉀處理香瓜發現，當天即可降低沙門氏菌（Salmonella）近3個數量級，表明尼生素與其他防腐劑聯合使用的保鮮效果更佳[13-14]。還有研究發現，用50 g/mL尼生素、0.02 mol/L EDTA、2%乳酸鈉、002%山梨酸鉀保鮮香瓜，能有效控制污染菌的數量[15]。用1%過氧化氫、25 μg/mL尼生素、1%乳酸鈉和0.5%檸檬酸浸洗香瓜表面，鮮切瓜片上的細菌數量顯著減少[16]。綜上所述，用尼生素噴灑、浸洗、涂抹新鮮果蔬，能起到防腐保鮮的作用。

Enterocin AS-48是由糞腸球菌（Enterococcus faecalis）產生的一種環狀抗菌肽，具有廣譜抑殺G+、G-的效果。Molinos等研究發現，在6 ℃條件下Enterocin AS-48能將紫花苜蓿、黃豆芽、蘆筍3種蔬菜的貨架期延長1～3 d；利用Enterocin AS-48浸洗草莓、木莓及黑莓，能顯著減少單增李斯特氏菌（Listeria monocytogenes）的數量，且在15、22 ℃條件下，3種水果均能儲藏2 d，在6 ℃條件下，草莓和黑莓能儲藏7 d；Enterocin AS-48還能延長黃豆芽的貨架期[17-19]。可見腸道菌素在果蔬保鮮領域同樣具有潛在的應用價值。endprint

陶煒煜將枯草芽孢桿菌R21-4抗菌肽添加到1%普魯蘭多糖中，在10 ℃的條件下對西蘭花進行涂膜處理，發現能有效延緩西蘭花的腐敗[20]。李蒙等在（8±1） ℃下研究不同濃度葡萄糖酸內酯、殼聚糖和抗菌肽（由淀粉液化芽孢桿菌ES-2-4 產生）對櫻桃番茄保鮮效果的影響，得到最優組合為0.5%葡萄糖酸內酯+4%殼聚糖+抗菌肽原液[21]。

1.3 植物源抗菌肽在果蔬保鮮中的應用

植物防御素是廣泛存在于植物體內的一類陽離子抗菌多肽，是植物先天免疫系統的重要組成成分，具有良好的活性，對真菌、某些細菌和昆蟲具有強烈的抑殺作用，可以通過破壞微生物膜的滲透性、增加Ca2+流入及K+輸出等過程殺死微生物，但對人體無任何毒性[22]。Berrocal-Lobo等首次成功利用小麥抗菌肽抑殺利什曼原蟲（Leishmania spp.）[23]。此外，將防御素作為防腐劑添加到食品中，可對人體起調理素的作用，如抑制甾醇類激素的分泌，增強脂蛋白與內皮細胞、脂蛋白與內層平滑肌細胞的結合能力等[24]。

2 抗菌肽在活性包裝中的應用

將抗菌劑直接添加到食品中或者噴灑、涂抹在食品表面，可能致使食品中的某些活性物質部分失活，而食品本身的變性作用及抗菌劑的迅速擴散又會降低抗菌劑的活性，進而導致抗菌劑無法有效地抑殺致病菌。抗菌包裝的使用彌補了這一缺陷。抗菌包裝是活性包裝中最重要的一種，它是以高分子聚合物為載體，將抗菌劑加入其中而制成的，抗菌劑可緩慢并連續地從包裝材料中向食品表面及內部滲透，通過破壞細菌細胞滲透壓而殺死細菌[25]。

崔珊珊等將Nisin加到載體材料中并涂覆于PE薄膜上，形成0.07 mm的涂膜，當接觸溶液時Nisin會擴散出來，從而達到抑菌效果，并且隨著溫度升高，擴散系數逐漸增大[26]。Ercolini等將Nisin添加到塑料中制成抗菌包裝，用于1 ℃下牛肉的冷藏，結果發現該包裝不僅減少了G+的數量，而且不會影響牛肉中原有微生物種群，能夠保持微生物的多樣性，維持肉品營養[27]。Alrabadi在室溫下用結合了2 000 IU/mL Nisin 的低密度聚乙烯薄膜（LDPE）保存奶酪時發現，Nisin抗菌包裝能有效抑制微生物生長，并且可以減少食品中一些揮發性代謝產物的釋放，從而起到保鮮食品的作用[28]。Ferrocino等在1 ℃真空條件下用Nisin抗菌包裝保藏牛肉時發現，可以有效控制多種微生物的數量[29]。

Nithya等將從地衣芽孢桿菌（Bacillus Licheniformis）Me1中得到的抗菌肽ppABP用于LDPE和纖維素薄膜2種不同的包裝材料中，發現2種包裝均表現出良好的抗菌活性，且LDPE薄膜遇水即會釋放抗菌肽，而纖維素薄膜逐步釋放抗菌肽，說明抗菌肽的釋放與材料本身性質有關[30]。大量試驗證明，利用抗菌肽制成抗菌包裝用于食品防腐具有廣闊的應用前景。

3 展望

抗菌肽作為一種安全、無毒副作用、抗菌譜廣、高效殺菌的天然防腐劑，具有潛在的應用價值，但將其工業化、規模化推向市場仍面臨諸多挑戰，主要原因有以下幾點：（1）抗菌肽的規模化生產。高生產成本是阻礙抗菌肽規模化生產的首要問題，由于抗菌肽在生物體內含量極微，天然資源有限，分離純化困難，提取率低，而化學合成成本高且無法保證合成肽的活性，目前僅限于一些小肽的合成；利用基因工程手段獲得抗菌肽，雖然已經實現了在某些細菌、酵母菌等體系中的表達，但小分子肽極易被蛋白酶水解，導致產量較低，無法滿足現代工業的市場需求[31]，因此如何通過廉價、高效的手段大量生產抗菌肽是目前研究的重點。（2）基因改造。某些抗菌肽的溶血性不利于其在動物及人體中的應用，可以通過基因修飾手段改造不利基因，由于影響抗菌肽生物活性的生化參數較多，如何在綜合考慮各參數的基礎上，既保證抗菌肽活性，又克服其溶血性，是改造抗菌肽的一大難點[32]。（3）應用于包裝材料的問題。將抗菌肽制成包裝材料時，對抗菌劑的穩定性、控制釋放、釋放量以及外界條件的控制等因素需要進行深入探究[33]。

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