微生物在果蔬防腐保鮮上的應用研究進展

吳艾頻，王世寬

（四川輕化工大學生物工程學院，四川宜賓 644000）

0 引言

果蔬是人們日常生活中不可缺少的食品，含有豐富的營養成分，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成分的重要來源。2018 年我國水果產量達到2.56 億t，蔬菜產量達到7.035 億t[1]，具有較高的經濟效益。由于果蔬采后保鮮、運輸貯藏等原因，導致采后損耗率達到20%～30%，經濟損失高達800 億元[2]，嚴重損害了農民的經濟利益。因此，有效延長果蔬采后的貯藏保鮮期，減少果蔬腐爛現象的發生，能提高經濟效益。目前，我國多采用化學低溫保鮮，但化學防腐劑會對人體和環境造成危害，所以研究安全無害的果蔬保鮮方法成為熱點。

微生物保鮮技術是微生物菌體或其代謝產物與果蔬致腐微生物進行拮抗、競爭而達到保鮮效果，具有生產工藝簡單、天然無害等優點[3]。按照成分性質的差異，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物。對微生物在果蔬防腐保鮮上的應用研究進展和微生物抑菌機制進行了綜述，以期為微生物在果蔬防腐保鮮上的應用提供參考。

1 微生物保鮮技術

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行防腐保鮮[4]。目前，主要是拮抗酵母、拮抗細菌和木霉菌等應用于果蔬防腐保鮮。

1.1.1 酵母菌

酵母菌具有抑菌效果好、不產生毒素、對大多數化學殺菌劑耐受，且使用酵母菌保鮮一般不會影響果蔬品質，不會對果蔬產生不良影響等優點，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 羅倫隱球酵母細胞懸浮液10 min，在恒溫恒濕貯藏室（25 ℃，RH 95%） 誘導48 h 繼續貯藏20 d，研究發現羅倫隱球酵母能夠提高果實的品質，尤其是對色度有正面影響[8]。為了保證達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，結果枇杷腐爛率分別為2.25%和3.60%，遠低于對照組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，但其效果比化學防腐劑低。為此，研究發現通過與熱處理、殼聚糖等復合保鮮，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合熱空氣處理草莓，結果表明酵母菌懸液結合38 ℃熱空氣處理24 h 的方法明顯優于兩者單獨處理，更能有效降低草莓的腐爛率、失重率等，并且對草莓品質無影響[10]。而將0.1%殼聚糖與美極梅奇酵母菌結合處理冬棗，結果表明冬棗貯藏50 d 后復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含量等指標的變化，減少營養物質的損失[11]。

1.1.2 枯草芽孢桿菌

目前，果蔬保鮮應用較多的拮抗細菌是芽孢桿菌屬和假單胞桿菌屬等[12]。將不同質量濃度的解淀粉芽孢桿菌發酵液均勻涂抹在香蕉上，貯藏5 d 后發現質量濃度400 mg/mL 的解淀粉芽孢桿菌發酵液和保鮮膜結合處理的香蕉沒有腐爛變質，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[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，結果表明15 d 后，發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 發酵濾液對其保鮮效果略低于NW20 保鮮劑；但相比化學保鮮液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，被認為是最有可能替代化學防腐劑的微生物，并且能促進植物生長[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、哈茨木霉發酵液和咪鮮胺溶液處理的好果率分別為23.00%，59.33%，69.00%，結果表明哈茨木霉發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%，且發酵液處理后沒有影響柑橘品質，能延緩維C 的降解[18]。

除了通過浸泡、噴灑直接應用于果蔬表面，還可以將木霉應用于包裝材料上，如分別使用涂布過木霉菌發酵液的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，減少了營養物質的損失[19]。

1.2 微生物代謝產物

微生物能產生多種代謝產物，通過發酵技術可應用于食品、醫藥等方面，目前果蔬保鮮上應用較多的微生物代謝產物是納他霉素、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酵產生的次級代謝產物，對霉菌、酵母菌具有較好的抑制作用，但不能抑制細菌和病毒，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用較少，常常復配使用。將櫻桃番茄在納他霉素溶液（0.8，1.2 g/L） 中浸泡 1 min，晾干后放入氣調箱冰箱4 ℃下貯藏，結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%，遠低于對照組，且能保持水果的感官品質和營養品質；氣調箱中CO2體積分數均為5%左右，符合氣調保鮮的最佳條件[21]。并且模擬家用冰箱，在冰箱自帶霧化器內加入復配保鮮液（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，結果表明復配的保鮮液對綠蘆筍保鮮具有一定的作用，貯藏12 d 后失重率遠低于未處理組，且有效保持了綠蘆筍的感官品質、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，廣泛應用于乳制品、肉制品等方面，但在果蔬采后保鮮應用較少[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；其中，質量濃度為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菌、真菌和藍藻類產生，具有安全無毒、理化性質獨特等特點，作為成膜劑和保鮮劑廣泛應用于食品、制藥等領域[12]。目前，應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濕性較差，成膜柔軟性差等缺點，常將其與其他材料復配使用。將荔枝放入已制備好的復配保鮮液（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，但不適合在空調環境貯藏，因為空調環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，可在體內分解為人體必需的賴氨酸，兼具安全性和營養性，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，可廣泛應用在食品中[28]。將荔枝在ε-PL 發酵液、清水及1‰施保克（化學防腐劑） 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?？颂幚斫M及ε-PL 發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，減少了營養物質的損失，與化學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。微生物保鮮技術主要是通過抑制病原菌達到保鮮的目的，其作用機制主要有營養與空間競爭、重寄生作用及誘導抗病作用等。

2.1 營養與空間競爭

營養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，拮抗微生物利用傷口的營養大量繁殖，快速消耗傷口的營養并占領全部的空間，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量，與病原菌競爭營養與空間，從而控制桃果采后軟腐病的發生和自然腐爛[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步驟組成的復雜過程，是木霉菌抑制病原菌最主要的拮抗機制之一。由于木霉菌絲發達，能與病原菌菌絲纏繞，吸取病原菌體內的營養物質，對病原菌形成重寄生作用，最終使病原菌滅亡，從而達到保鮮的目的[33]。

2.3 誘導抗病作用

由于果蔬自身的后熟和衰老，導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果蔬產生抗性，抵御病原菌。其誘導機理主要是以下3 點：一是微生物可以誘導果蔬產生植保素（PA），如假絲酵母和季也蒙畢赤酵母接種柑橘后，誘導傷口合成PA；假絲酵母細胞懸浮液可誘導葡萄PA 的積累，并抑制葡萄的青霉病[32]。二是微生物誘導果蔬后，果蔬體內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]。三是微生物誘導果蔬后，能產生病程相關蛋白，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后能有效抑制桃果實采后軟腐病，哈茨木霉Tr-92 誘導黃瓜后延長了貯藏期，降低果實腐爛率，并且使2 種PR 蛋白（幾丁質酶和β-1,3- 葡聚糖酶） 活性增加[38-39]。

3 結語

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物容易受到環境的影響，導致保鮮效果不穩定。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、多機理協同作用的結果，所以需要進一步深入研究。第四，批準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，商業化的保鮮劑較少。第六，微生物對果蔬誘導抗性機制尚未明確。解決上述問題，尋找具有穩定性、抗菌譜廣、安全的微生物必將成為研究重點，商業化應用前景較大。