天然保鮮劑在采后漿果保鮮中應用的研究進展

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(1.大連民族大學生命科學學院,遼寧大連 116600； 2.生物技術與資源利用教育部重點實驗室,遼寧大連 116600)

漿果是由子房或聯合其他花器發育成的柔軟多汁的肉質果,通常形小皮薄,可能有很多種子,如葡萄、藍莓、番茄、獼猴桃、龍眼與荔枝等。其果皮薄,果肉水分含量高,采后即失去果樹的養分供應,若未經保鮮處理,短期內會迅速衰老變質。同時,漿果在采摘和貯運過程中,易受機械損傷與微生物侵染,導致腐敗變質,造成經濟損失。相關數據顯示,我國果蔬流通腐損率高達20%～30%,每年損失1000多億元[1]。其中,植物病原真菌引起的采后腐爛是導致漿果類產品經濟損失的重要因素之一[2]。漿果中最常見的病原真菌有黑曲霉(Aspergillusniger)、灰霉(Botryiscinerea)、刺盤孢(Colletotrichumacutatum)等,通常會引起黑曲霉病、灰霉病、炭疽病等諸多侵染性病害。此外,漿果采后還易遭受冷害等生理性病害。因此,在貯藏過程中如何選擇適宜的保鮮技術,延緩漿果采后的自身“衰老”與防止微生物侵染就成為一個重要問題。

目前漿果類保鮮方法主要有低溫貯藏、氣調包裝、化學保鮮劑保鮮、天然保鮮劑保鮮等。低溫貯藏保鮮簡單有效,但是設備造價高;氣調包裝模型復雜;而化學保鮮劑會有有害殘留,易造成二次污染。近年來新興的天然保鮮劑來源廣泛,價格低廉,安全綠色,在各保鮮方法中優勢明顯,已成為人們關注的焦點。本文通過對天然保鮮劑在漿果類產品貯藏保鮮中的研究現狀進行分類綜述,并對其防腐保鮮機理及應用實例予以論述,以期為天然保鮮劑在漿果保鮮的研發和應用提供理論參考。

1 天然保鮮劑對漿果保鮮的作用機理

天然保鮮劑作用機理可大致歸納為幾個方面:一是損傷病原菌的細胞器,如改變病原菌細胞膜流動性和透過性,或是直接使其溶破,細胞質流出,從而使其死亡;二是阻礙遺傳物質的翻譯表達,抑制病原菌繁殖;三是影響病原菌中各種酶的活性,擾亂其正常的生理活動;四是與病原菌競爭營養物質和空間,限制其生長繁殖[3-6]。

2 天然保鮮劑在漿果保鮮中的應用

2.1 動物源

動物源天然保鮮劑是從動物體內提取的天然抗菌活性成分,具有安全無毒、抗菌性強、抑菌譜廣、水溶性強等優點[7]。常見的動物源保鮮劑有殼聚糖、魚精蛋白、抗菌肽、溶菌酶、蜂膠等，用于漿果保鮮的主要是殼聚糖和蜂膠。

2.1.1 殼聚糖 殼聚糖來源于甲殼類動物的外骨骼,是甲殼素脫乙酰化得到天然無毒的生物聚合物,可生物降解、具有生物相容性[8],是生物界中唯一大量存在的天然堿性多糖。殼聚糖對植物病原菌具有抗性,加之其成膜性和激發植物防御機制的能力,適用于果蔬的涂膜保鮮[9]。相關研究顯示,殼聚糖可能是通過對菌體表面帶負電荷殘基的干擾作用影響細胞膜的通透性,導致細胞內電解質和蛋白質成分的泄漏,從而影響病原菌生長和存活[4]。近年來,已有部分國內外研究學者將殼聚糖用于漿果保鮮中。

其中,Carlos等[10]從小克銀漢線蟲(Cunninghamellaelegans)中提取殼聚糖用于美洲葡萄(VitislabruscaL.)的涂膜保鮮,發現殼聚糖對采后葡萄的病原菌有抑制作用,能分別使葡萄灰霉與擴展青霉的抑制率從65.2%、68.6%升至94.6%、96.7%,能使葡萄的亮度增加,同時還可降低低溫或是室溫貯藏葡萄的失重率。Adel與 Mohamed[11]也證實了用1%～2%的殼聚糖溶液處理采后葡萄(El-Bayadi),經30 d冷藏后,處理組樣品的過氧化物酶(Peroxidase)活性較初始值升高,均高于對照組,且濃度越大活性越高;殼聚糖處理組樣品抗氧化能力增強,能有效減緩其腐敗,保持較好硬度與感官品質,能使貨架期延長2 d。Liu[12]研究發現殼聚糖處理能有效抑制番茄果實的青霉和灰霉生長,使其抗氧化物含量增加,抗氧化相關酶活性升高。此外,殼聚糖用于櫻桃番茄[13]、草莓[14]均取得較好的保鮮效果。

2.1.2 蜂膠 蜂膠是蜜蜂將采集的樹脂混入其分泌物加工而成的一種具有芳香氣味的天然化合物,其成分有酯類、糖類、二萜酸和五環三萜類化合物等。一方面,蜂膠對各種細菌、真菌、病菌和病原蟲都有抑制和殺滅作用;另一方面,蜂膠良好的成膜性可阻止果蔬內外氣體交換、抑制呼吸、降低新陳代謝、減少表面水分蒸發,進而減少營養物質消耗和品質下降[15]。

Pastor等[16]使用含有蜂膠提取物的羥丙基甲基纖維素(hydroxypropyl methylcellulose)溶液對葡萄涂膜處理,得出處理葡萄的微生物安全性更佳,且不會對光澤、氣味、硬度與風味等理化特性產生影響。在室溫條件下,用2%蜂膠乙醇提取物對草莓涂膜,可顯著降低草莓果實的呼吸強度、失重率與腐爛率,有效保持其硬度,維持產品的原有品質,延緩果實的成熟衰老[17]。

2.2 植物源

植物源天然保鮮劑安全、健康,符合綠色生活的理念。植物源天然保鮮劑種類繁多,如多糖類、多酚類、萜類、甙類和苯丙素類等,并且來源廣泛，在采后漿果保鮮中應用較多的有植物精油、異硫氰酸烯丙酯、蘆薈凝膠、茶多酚等。

2.2.1 植物精油 精油是從植物的花、葉、莖、根或果實中提煉萃取的揮發性芳香物質。精油主要活性成分為肉桂醛、檸檬醛、丁香酚、檸檬烯與麝香草酚等,是經美國FDA認證的一般公認安全食品添加劑[18]。很多精油具有殺蟲、抗菌、抗氧化和抗癌作用,可用于食品行業[19]。精油揮發的次生代謝產物可增強植物對病原微生物的防御能力,還可直接作用于植物病原菌[20]。精油對微生物的作用方式主要有兩種,一是對細胞壁和細胞膜造成不可逆損傷,導致蛋白質和DNA、RNA的滲漏[3];二是抑制菌絲生長、孢子萌發和芽管伸長[5]。

何靖柳等[21]通過體外實驗發現,肉桂精油能有效抑制從 “紅陽”獼猴桃中分離出的尖孢炭疽菌(Colletorichumacutatum)與葡萄座腔菌(Botryosphaeriaparva)的生長,使“紅陽”獼猴桃果實的呼吸速率降低、呼吸消耗減少,果實硬度下降,腐爛與失重均得到有效抑制。呂明珠等[22]發現肉桂精油保鮮液可有效抑制紅提葡萄表面致病菌的生長,在63 d貯藏期內,處理組的爛果率均低于對照組;同時還能維持紅提葡萄的含水量,降低質量損失和呼吸強度,從而提高葡萄品質。丁香精油可有效抑制櫻桃番茄上根霉、灰霉的生長,降低果實的腐爛率,達到良好的防腐保鮮效果[23]。

2.2.2 異硫氰酸烯丙酯(allyl isothiocyanate,AITC) 異硫氰酸烯丙酯廣泛存在于山葵、葉芥菜、辣根等植物中[24],殺菌作用強且廣譜,并食用安全。研究發現低濃度的AITC即可顯著抑制食源性微生物的生長,且真菌比細菌對AITC更為敏感[25]。用AITC熏蒸 “Tecla” 和 “Monterey”草莓,使采后草莓灰霉病發病率降低45%以上[26],且處理組和對照組果實的總酚含量、抗氧化能力無顯著性差異,從而表明AITC處理對果實的營養品質無不良影響。AITC處理能降低接種鏈格孢、青霉和毛霉造成的桑葚腐爛率,還可以顯著抑制桑葚的呼吸作用,保持果實硬度,延緩果實品質下降[27]。Chen等[28]也進一步證實,AITC可以減緩采后桑葚果實的代謝速率,提高果實品質,延長貯藏時間。

2.2.3 蘆薈凝膠 蘆薈凝膠是從蘆薈(Aloevera)葉中提取的具有生物活性和抗菌活性的凝膠，其具有復雜的化學成分,主要是多糖和可溶性糖類,其次是蛋白質,蛋白質中很多是酶,其成分還有氨基酸、維生素和蒽醌[29]。同樣,蘆薈凝膠可作為可食性涂膜用于果蔬保鮮,但是目前的研究還相對較少。王靜等[30]用0.05%～0.5%的蘆薈提取液處理 “豐香”草莓,發現處理組草莓的腐爛率與失重率有所降低,營養物質下降速率減緩;此外,低濃度蘆薈提取液的處理效果更好。也有研究表明,蘆薈凝膠對葡萄[31]的采后主要病原菌有抑制作用。

2.2.4 茶多酚 茶多酚組成復雜、分子量及結構差異很大,是多酚類及其衍生物的混合物,主要由兒茶素、黃酮醇、花色素、酚酸與縮酚酸等組成。茶多酚是從茶葉中提取的全天然抗氧化物質,具有抗氧化能力強、抗癌、抗炎、抗輻射,無毒副作用、無異味等特點。茶多酚可通過破壞細胞膜、抑制酶的作用、影響蛋白質表達、與微生物必需的金屬離子絡合等方式抑制微生物的生長繁殖[6]，將其溶液噴灑在果蔬表面,有抑菌保鮮的作用。

李軍[32]用茶多酚處理葡萄,40 d室溫貯藏后發現,葡萄處理組果實果皮狀態較好,仍有光澤,果實硬度基本正常;而對照組果皮失去光澤,出現嚴重的褶皺,果實變軟塌縮。對比處理與對照組VC含量可知茶多酚能明顯抑制葡萄貯藏過程中的VC氧化。

2.3 微生物源

微生物拮抗保鮮簡單來說即以菌治菌,是通過拮抗或競爭作用抑制有害微生物。除拮抗菌體本身之外,有些微生物能產生細菌素、有機酸等有抗菌活性的代謝產物[33],抑制或殺滅有害微生物,減少微生物的腐敗;而有些微生物能分泌具有成膜性的多糖物質,在果蔬表面形成微氣調環境,降低果蔬呼吸作用和水分蒸發,進而達到減緩衰老和保鮮的效果[34]。

2.3.1 乳酸鏈球菌素(Nisin) 乳酸鏈球菌素是乳酸乳球菌乳酸亞種(Lactococcuslactis subsp. Lactis)合成分泌的細菌素[35],是一種安全的微生物防腐劑。其主要通過損傷細胞壁、改變細胞通透性、改變核酸分子結構、抑制酶的作用、抑制代謝過程、抑制核酸合成等過程抑制、殺死靶細胞[36]。

在冰溫貯藏條件下,吳汶飛等[37]測定了Nisin和溶菌酶兩種生物保鮮劑不同濃度及組合對鮮切荔枝果肉影響,結果得出,0. 05%-Nisin與溶菌酶浸漬預處理可顯著降低貯藏期間菌落總數、霉菌和酵母的增加幅度,Nisin對細菌的抑制效果優于溶菌酶,而溶菌酶對霉菌和酵母菌的抑制效果優于Nisin,且對果肉有一定的護色作用。兩種保鮮劑復配處理優于單獨處理。

2.3.2 拮抗酵母 近年來,針對水果采后病害控制,以酵母為基礎的生物防治產品發展迅速[38]。酵母菌適合用于微生物拮抗,主要有以下原因:培養基廉價,生長迅速,容易大量生產;對營養物質要求簡單,對極端環境條件的耐受性強;不產生致敏孢子或毒素,食用安全。此外,酵母是唯一適應水果微環境(高糖、高滲透壓和低pH)的微生物拮抗菌。通常認為酵母主要通過競爭到的營養物質和空間抑制病原體,因為它們能更有效地使用資源。

將梅奇酵母(Metschnikowiafructicola)用于處理采后草莓,可顯著降低草莓果實腐爛率,高濃度處理組的效果較好。相比之下,梅奇酵母的處理效果好于水處理和化學劑處理。由于生物防治劑可在草莓表面繁殖,抵抗致腐微生物的侵染和擴張,這也是其可在草莓貯存期取得較好防腐保鮮效果的主因[39]。

Tang等[40]研究發現,拮抗酵母Candidadiversa與harpin蛋白質單獨使用均可顯著降低人工接種時獼猴桃的灰霉(B.cinerea)與青霉(P.expansum)感染,還可降低自然感染率,兩者結合效果更優。同時,Candidadiversa和harpin單獨或組合處理也會誘導獼猴桃防御反應酶的活性升高,如多酚氧化酶、過氧化物酶和超氧化物歧化酶。因此,Candidadiversa和harpin用于控制獼猴桃采后腐爛極具潛力。

2.4 復配保鮮劑

由上可知,不同來源的保鮮劑單獨使用時均有一定的保鮮效果,然而也存在一些問題。如單一成分的保鮮劑易使病原菌產生抗性,或是某一種保鮮劑的抗菌譜窄,效果有限;又如精油,氣味濃郁,濃度太低抑菌效果不好,濃度過高又可能對產品產生危害。因此,許多研究嘗試復配保鮮。

Jorge[41]等用殼聚糖-蘆薈(Aloevera)涂層處理采后藍莓(Vacciniumcorymbosum),5 ℃貯藏。結果發現,未涂層藍莓2 d后出現霉菌污染,而涂層藍莓9 d后出現霉菌污染;15 d后涂層和未涂層藍莓的質量損失分別為3.7%和6.2%;25 d后涂層藍莓的微生物生長和失重率較未涂層分別降低了50%和42%。整體來說,復合涂層使藍莓貨架期延長了5 d。殼聚糖和大蒜素復合涂膜處理可有效抑制葡萄的呼吸強度,控制失重率和腐爛率,且提高果實耐壓力,延長貨架期[42]。Kumari等[43]還研究了殼聚糖和水楊酸結合處理荔枝果實，結果發現處理組樣品的采后病害侵染率得到降低,延緩了荔枝的腐爛,保持果實品質和營養成分。2.0%茶多酚與1.5%殼聚糖復合涂膜處理草莓,能明顯降低草莓的失重率、腐爛指數、呼吸強度,保持較好的感官品質[44]。用不同濃度溶菌酶、殼聚糖和氯化鈣復配保鮮液對草莓進行保鮮處理,能有效延長草莓的貨架期,較好的保持其感官品質和營養價值[45]。

Aloevera蘆薈凝膠結合抗壞血酸涂膜處理草莓,與對照果實相比,處理可以延緩失重、硬度下降,維持維生素C、花青素等營養物質含量以及抗氧化能力,延長草莓果實貨架期,并且涂膜降低了好氧嗜溫菌、酵母和霉菌數[46]。

3 展望

目前天然保鮮劑已有多種專利產品,并在實踐中得到應用,但仍存在諸多問題。例如,一些天然化合物,如精油等具有較大活性,往往會對果蔬產生負面影響的味道和氣味,甚至可能導致藥害,可以尋找適當的吸附劑,以減弱或去除精油的氣味。此外,雖然某些天然保鮮劑的體外研究具有很好的效果,但是應用于果蔬可能影響其生理代謝,而不能達到預期效果,可能需要一個合適的載體或介質來解決。與動物源和植物源相保鮮劑相比,微生物源保鮮劑具有生長周期短、易培養、不受季節限制、易貯運等諸多優點;但同時,微生物及其代謝產物易隨周圍環境的變化而變化,因此,其穩定性和純度便會受到影響。將不同保鮮方法或不同來源的保鮮劑復配通常能取得更優的效果,而復配對產品的影響具有復雜性和風險性,因而其研究應用難度也更大。為解決上述問題,一方面,需要提高天然保鮮劑的純度,減少雜質成分對產品及對協同保鮮劑的影響;另一方面,對拮抗菌等生命活體,提高其抗性及耐受性,以適應復雜環境。

天然保鮮劑因其優異特點已被廣泛接受并為國內外研究者看好。雖然天然保鮮劑的機理、研究、應用還不夠成熟,但是隨著安全、健康、環保的理念深入人心,天然保鮮劑前景光明。這激勵著人們積極探索,破解難題,而這不僅需要相關研究者的通力合作,也需要來自企業的聯合合作、社會上的支持。

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