鲜切果蔬天然抗菌剂的研究进展

陈 晨，胡文忠，姜爱丽，刘程惠，何煜波

（大连民族学院生命科学学院，生物化学工程国家民委-教育部重点实验室，辽宁省食源性病原微生物快速检测与控制工程技术研究中心，辽宁大连116600）

鲜切果蔬（fresh-cut fruits and vegetables）是新鲜果蔬原料经过挑选、清洗、去皮、切分、消毒、包装等生产工艺形成的速食果蔬制品，也称最少加工果蔬（minimally proceed fruits and vegetables）[1]。近年来，鲜切果蔬因其品质新鲜、营养卫生和食用方便等优点而得到了较快发展。由于鲜切果蔬的加工操作（如去皮、切割及切片等）会使果蔬的组织结构破坏、营养成分外流，极有利于微生物生长繁殖。微生物污染可使鲜切产品品质降低、货架期缩短，影响产品的经济价值，也会产生食源性疾病而危害公共健康。据统计，自1990年以来，美国至少发生了713起果蔬微生物性食品安全事件，其中有25%为鲜切果蔬产品，平均每爆发一起果蔬微生物性食品安全事件会致使48人感病[2]。因此，微生物控制是鲜切果蔬质量安全控制中的关键问题。目前在鲜切果蔬微生物控制中化学合成类杀菌剂应用居多，虽然合成抗菌剂价格低廉、杀菌迅速，但很多合成抗菌剂都存在一定的安全问题。天然生物抗菌剂是从自然界中提取、纯化获得的一类抗菌物质，具有绿色、安全、健康等优点，是近年来研究开发的重点。这些天然抗菌物质可以采用浸蘸、熏蒸、喷洒或与保鲜纸及涂膜剂等载体结合的方式应用于鲜切果蔬的微生物控制中，有些还可以作为可食用涂膜材料对鲜切果蔬进行涂膜处理来控制微生物污染[3]。本文综述了植物、动物和微生物源的天然抗菌剂在鲜切果蔬微生物控制中的应用，以期为鲜切果蔬的防腐保质提供参考。

1 植物源天然抗菌剂

1.1 精油

精油（essential oil）是植物体内可随水蒸汽蒸馏、且具有一定香味的挥发性油状液体的总称。精油由分子量相对较小的简单化合物组成，按化学结构可分为脂肪族、芳香族和菇类3大类化合物以及它们的含氧衍生物，此外还包括含氮和含硫化合物。由于精油种类繁多，所以存在多种抗菌机制，例如通过降解细胞壁、破坏细胞质膜和膜蛋白、使细胞内容物外泄、细胞质凝固等来起到抗菌的作用[4]。

精油在应用于鲜切果蔬微生物控制时的抗菌效果受精油的种类、浓度、pH和微生物种类等因素影响。Karagözlü等[5]研究报道鲜切莴苣和马齿笕分别采用不同浓度（0.01、0.032和0.08mL/L）的薄荷精油和罗勒精油浸泡处理后，沙门氏菌和大肠杆菌的数量明显降低，精油浓度越高抗菌效果越好，且薄荷精油的抗菌效果要优于罗勒精油，这主要与两种精油的抗菌成分不同有关。Raybaudi-Massilia等[6]在可食用膜中加入精油用于鲜切苹果的保鲜、储藏期间，大肠杆菌O157∶H7数量降低的程度要高于沙门氏菌，采用同样条件处理过的鲜切香瓜微生物总量降低程度要小于鲜切苹果，这是由于香瓜的pH高于苹果，而苹果自身较低的pH环境不利于微生物的生长繁殖[7]，后续的研究还表明，增加精油的添加量有助于抗菌效果的提高，但会影响鲜切果蔬的风味，因此在实践应用中要将精油添加量控制在合理范围内。精油除了自身的抑菌作用外，精油成分之间也存在协同抗菌作用。例如de Azeredo等[8]研究发现茴香精油和迷迭香精油联合处理鲜切卷心莴苣、甜菜和芝麻菜会产生协同的抗菌效果，精油成分分析表明两种精油的主要成分是香芹酚和麝香草草酚，一般来说具有较强抗菌性的精油均含有大量香芹酚和（或）麝香草草酚，因此茴香精油和迷迭香精油的协同抗菌作用可能与这两种主要成分有关。

1.2 醛类物质

香草醛（Vanillin）是香子兰花荚中的典型香味物质，俗称香兰素。由于香草醛具有浓郁的奶香气息，香气和谐、持久、平滑连续，因此被广泛应用在各种需要增加奶香气息的食品中[9]，除此之外香草醛还具有抗菌能力，香草醛对大肠杆菌、乳杆菌和单细胞增生李斯特菌的抑制活性主要是通过破坏细菌细胞膜的完整性，打破细菌内部pH内平衡以及抑制新陈代谢活性[10]。研究表明采用香草醛处理鲜切木瓜能够有效降低微生物总量，使货架期延长8d[11]。鲜切芒果采用0.12%（w/v）的香草醛处理后，能够有效抑制好氧细菌、酵母菌和霉菌的生长，使货架期延长至14d[12]。香草醛加入到可食用膜中也可以很好发挥其抑菌作用。例如Rojas-Graü等[13]采用香草醛复合海藻酸钠膜处理鲜切富士苹果，结果显示香草醛的加入能够使接种的单细胞增生李斯特菌降低3个对数值，在冷藏条件下储藏21d使嗜冷菌和真菌的数量下降到103CUF/g，而未加香草醛的样品在相同条件下储藏10d嗜冷菌和真菌的数量就达到了103CUF/g。

柠檬醛是从枫茅油、山苍子油等挥发油中提取的具有浓郁柠檬香味的抗菌成分，在沙拉的气调包装袋内加入柠檬醛能够使肠道菌总量下降2.13个对数值，酵母菌和霉菌下降约2个对数值[14]。研究表明许多果蔬的芳香成分（例如己醛、（E）-2-己醛、反式-2-己醛和乙酸乙酯）也能够有效控制鲜切果蔬的致病和致腐微生物。Lanciotti等[15]报道，150μL/L己醛、150μL/L乙酸乙酯和20μL/L（E）-2-己醛能够使鲜切苹果上接种的大肠杆菌的延滞期从5h延长至35h，使肠炎沙门氏菌的延滞期从10h延长至44h。

1.3 酯类物质

茉莉酸甲酯（methyl jasmonate，MJ）是与抗性密切相关的植物生长物质，它作为内源信号分子参与植物在机械伤害、病虫害等条件下的抗逆反应[16]，也可以有效抑制微生物的生长繁殖，MJ在2008年美国FDA认为MJ是安全的（Generally Recognized as Safe，GRAS）。Wang等[17]研究报道鲜切猕猴桃使用11.2和22.4μL/L的MJ蒸汽处理能够使附着的霉菌生长受到抑制，在10℃的条件下储藏3周仍能保持良好的品质。鲜切菠萝采用15μL/L的MJ乳化溶液处理后在7℃条件下储藏12d，微生物总量降低3个对数值。MJ在水相中更易于透过细胞膜而进入菌体内部发挥抗菌作用，因此在相同浓度条件下，MJ乳化溶液处理抗菌效果要优于MJ蒸汽处理[18]。Ayala-Zavala等[19]采用22.4μL/L的MJ蒸汽处理鲜切西红柿，在5℃储藏15d的过程中能够抑制微生物的繁殖，当MJ（22.4μL/L）与乙醇（300μL/L）联合使用时抗菌效果会显著提高，明显优于二者单独使用。

1.4 中草药及香辛料提取物

我国的中草药以及一些香辛植物中许多都含有抗菌成分，例如百里香、迷迭香、薄荷、黄连、五加皮等中草药和九里香、肉桂、芸香草、紫苏等香辛植物的提取物都具有较好的抗菌效果。例如钱坤等[20]采用复配香辛料醇提液处理鲜切莴笋，储藏8d后与对照组相比，微生物总数明显降低，且产品保持了良好的品质。鲜切苹果采用麝香、迷迭香提取物处理后，能够使接种的大肠杆菌O157∶H7分别降低1.42和1.33个对数值[21]。

肉桂（Cinnamon）为樟科植物肉桂的干燥枝皮或干皮，又名桂皮、大桂等，是我国卫生部公布的药食兼用植物材料，既是一种食用香料，也是一味名贵中药，肉桂中的挥发油（称肉桂油或桂皮油）对细菌、霉菌和酵母均有很强的抑制作用，对霉菌的抗菌作用高于酵母菌和细菌；在pH偏酸或偏碱时肉桂油的抗菌效果增强[22]。研究表明，5.0g/L的肉桂油能够抑制香蕉果酱中所有真菌的菌丝体的生长[23]。鲜切莲藕采用柠檬酸和抗坏血酸混合液处理后气调包装储存，在4℃条件下16d后微生物总量为5.1×103cfu/g，如果在气调包装前再采用肉桂油熏蒸，会使微生物总量下降到1.4×103cfu/g[24]。肉桂油也可以与可食用膜复配来抑制鲜切果蔬的微生物生长，例如Raybaudi-Massilia等[7]报道鲜切甜瓜在含0.7%肉桂油复合海藻酸盐薄膜涂膜处理后，使货架期从原来的平均3.6d延长至21d。

2 动物来源的天然抗菌剂

食品中常用的动物源天然抗菌剂主要有一些酶制剂和多糖类物质。乳过氧化物酶是存在于牛奶中的一种血红素蛋白，它能催化硫氰酸盐和碘化物产生氧化反应，氧化产物具有广谱的抗菌性。溶菌酶是牛乳和鸡蛋中的一种蛋白质，能水解细菌细胞壁上链接N-乙酰基胞壁酸和N-乙酰氨基葡萄糖的β-1，4糖苷键，尤其对革兰氏阳性菌有效。美国FDA认为乳过氧化物酶和溶菌酶均是安全的，这两种天然抗菌剂在果蔬采后保鲜以及鲜榨果汁中均有较好的应用[25-27]，但在鲜切果蔬的微生物控制中还未见报道。

目前在鲜切果蔬微生物控制中，动物源天然抗菌剂使用较多的是壳聚糖。壳聚糖是节肢动物外壳几丁质的多糖类降解产物，具有广泛的抗菌作用。不同分子量的壳聚糖对不同细菌的抗菌机制不同，主要涉及破坏微生物细胞膜结构、引起钾离子和ATP渗漏、扰乱微生物正常生理代谢等。美国、英国、日本、韩国和意大利等国已将壳聚糖作为食品添加剂和补充剂进行商品化生产应用[28]。因壳聚糖分子内含有的羟基和氨基具有良好的成膜性，所以壳聚糖常以可食用膜的形式对鲜切果蔬涂膜保鲜，控制微生物污染。Hesham等[29]用5、10和20g/L的壳聚糖涂膜处理鲜切蘑菇，结果显示壳聚糖保鲜处理能有效延长其货架期，提高产品质量，且壳聚糖浓度越高抗菌效果越好。Moreira等[30]研究表明鲜切绿花椰菜采用壳聚糖涂膜处理后，在储藏期间能够有效抑制内源微生物的生长繁殖，也能够使接种的大肠杆菌O157∶H7的数量降低，并且也会使鲜切绿花椰菜的感官品质有所提高。壳聚糖涂膜与其他天然抗菌物质复配使用能显著增加壳聚糖的抗菌效果，例如在壳聚糖膜中加入香草醛处理鲜切菠萝后，抗菌效果明显高于单独的壳聚糖处理，但会使其营养物质含量降低，10℃储藏8d后的VC的含量仅为初始量的10%[31]。Alvarez等[32]研究表明，鲜切花椰菜采用壳聚糖与精油制成的复合保鲜涂膜液处理后，能够有效抑制微生物生长繁殖，并且对鲜切花椰菜的感官品质不会产生影响。

当前国内生产的壳聚糖水溶性普遍差，多数要以酸为溶剂，既破坏鲜切果蔬风味，又在很大程度上影响其应用效果。因此，在保持或提高壳聚糖抗菌、成膜等优良特性的基础上通过对非水溶性壳聚糖进行化学修饰或改性，并选择适宜的天然抗氧化剂、金属盐等增效成分与其复配，开发保鲜效果显著、天然而又安全的果蔬复合保鲜剂将具有巨大的市场开发潜力。

3 微生物来源的天然抗菌剂

目前从微生物中得到的天然抗菌剂主要有细菌素类的乳酸链球菌素、防线菌类的纳他霉素、霉菌类的米曲霉发酵产生的曲酸以及某些酵母菌、真菌、食用菌和聚赖氨酸等[33]，在鲜切果蔬微生物控制中最常用的是乳酸链球菌素。

乳酸链球菌素（Nisin）又称乳酸链球菌肽，是由某些乳酸乳球菌（Lactococcus lactis）产生的一种细长型两亲性阳离子多肽，分子中含有34个氨基酸。Nisin的抑菌机制主要有两方面，一方面Nisin与脂II分子结合形成Nisin-脂II孔洞复合物，以此在细胞膜上穿孔，造成细胞内小分子如氨基酸、ATP和离子的泄露，导致细胞的死亡；另一方面由于脂II分子是细菌细胞壁生物合成的重要中间体，所以Nisin与脂II分子的结合也会干扰细胞壁的正常合成，从而抑制细胞的生长[34]。

Nisin对革兰氏阳性菌抑制作用明显，但是不能抑制革兰氏阴性菌、酵母菌和霉菌的生长[35]，因此Nisin常与其他抗菌物质或金属螯合剂EDTA等联合使用来控制鲜切果蔬微生物生长，从而扩大抗菌范围并增强其抗菌效果。鲜切甘蓝、花椰菜和绿豆芽经过Nisin、乳酸钠、山梨酸钾和植酸联合处理后，单细胞增生李斯特菌的数量要明显低于Nisin的单独处理[35]。Ukuku等[36]报道，Nisin（10μg/mL）与EDTA（0.02mol/L）联合清洗香瓜5min能有效抑制霉菌、酵母菌和假单胞菌的生长，且抑制效果要优于200μg/mL的氯气处理，鲜切后再用Nisin-EDTA溶液清洗1min，能够有效降低鲜切香瓜的微生物污染，延长货架期。此外，Nisin分别与EDTA、山梨酸钾和乳酸钠联合清洗香瓜还能够有效清除沙门氏菌，且能够降低沙门氏菌转移到鲜切产品的数量[37]。王娟等[38]采用Nisin、那他霉素、薄荷油、氯化钙、香兰素、壳聚糖制成复合保鲜涂膜液，联合紫外线辐照处理鲜切木瓜，结果表明复配涂膜及紫外线处理能有效抑制霉菌、酵母菌和细菌的增长，可较好地保持鲜切木瓜的品质，使货架期达到6d以上。

由于Nisin被食用后在消化道中很快被蛋白酶水解消化，因而不会改变肠道内的正常菌群，不会引起抗药性问题，亦不会与其他抗生素出现交叉抗性，是国际公认的一种安全、无毒副作用的天然抗菌剂。但目前Nisin的市场价格较高且抗菌谱较窄，在实际应用中，还需与其他抗菌剂联合使用，才能更有效地抑制微生物生长，在一定程度上限制了Nisin在的实践中的应用。因此在今后的研究中，应通过基因工程和蛋白质定向改造等技术构建出高产、抗菌性能强、抗菌谱更广的菌株来生产制备天然抗菌剂。

4 展望

我国是果蔬生产大国，水果蔬菜资源丰富，发展鲜切果蔬产业可以提高果蔬的加工利用率，增加农产品附加值，提高农业综合效益。由于鲜切果蔬是即食产品，在进行杀菌处理时常会出现抗菌剂残留的问题，人体食用后会存在潜在的安全隐患，因此亟待研究开发广谱、高效、无毒的天然抗菌剂。我国对天然抗菌剂在鲜切果蔬微生物控制方面的应用研究起步较晚，对天然抗菌剂的提取工艺、抗菌机理与应用技术研究不够深入，从而限制了其产业化应用和推广，因此有必要对天然抗菌剂中有效成分进行分离鉴定，对其抗菌机理、构效关系、化学仿生合成及安全性评价等进行细致深入的研究，为天然抗菌剂在鲜切果蔬保鲜上的实践应用奠定基础。

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