王剛霞， 席冬華， 吳忠紅， 高 晶， 張正方， 吳 斌＊

1.新疆大學化學化工學院，烏魯木齊 830041；

2.新疆大學理化測試中心，烏魯木齊 830046；

3.新疆農業(yè)科學院農產品貯藏加工研究所，烏魯木齊 830091

近年來，我國果蔬產業(yè)發(fā)展較快，市場貨源充足，但是由于果蔬生產的季節(jié)性和地域性的限制，果蔬在運輸或貯存期間容易發(fā)生腐爛。果蔬腐爛受三個因素的影響，即果品品質、運輸過程的機械損傷和貯藏期間采后病害的侵染［1］，其中，采后病害是導致果蔬腐爛最主要的原因［2］。據統(tǒng)計，發(fā)達國家中由于采后病害導致的果蔬腐爛占10%～25%，發(fā)展中國家中這個比例則高達40%～50%。目前，我國每年約有8 000萬t的果蔬腐爛，造成近800億元的經濟損失。因此，通過發(fā)展貯藏或防腐技術以延長或保持果蔬品質，已成為重要的食品研究課題［3］。

目前，控制果蔬采后貯藏的最有效手段是冷藏結合化學殺菌處理，但是這兩種方法存在很大的不足。低溫貯藏成本高、耗能大、質量不穩(wěn)定；而化學殺菌處理會使果蔬表面有化學藥劑的殘留，危害人類健康，并且化學殺菌劑的長期使用會使植物病原菌產生抗藥性［4］，從而降低化學殺菌劑的作用。因此，新型生物保鮮技術成為人們關注的熱點。本文重點闡述了生物保鮮技術的一般機理、分類及其在果蔬保鮮中的應用及研究進展，為研究新型果蔬生物保鮮技術提供借鑒。

1 生物保鮮技術的一般機理

生物保鮮技術的一般機理為隔離果蔬與空氣的接觸，延緩氧化作用，或者是生物保鮮劑本身具有良好的抑菌作用，從而達到保鮮防腐的效果。生物保鮮劑是指從動植物和微生物中提取或利用生物工程技術改造而獲得的對人體安全的具有保鮮作用的產品［5］。不同的生物保鮮劑對果蔬的保鮮機理也不盡相同，有些生物保鮮劑能夠抑制或殺死果蔬采后病原菌，保持果蔬的鮮度［1］；有些生物保鮮劑具有酶抑制活性，防止果蔬褐變，保證果蔬良好的感官品質［2］；有些生物保鮮劑具有誘導果蔬自身產生防御能力，防止果蔬中脂肪的氧化酸敗，避免造成果蔬品質的劣變［3］。此外，經涂膜生物保鮮劑的果蔬，能減緩水分散失，防止微生物的侵害，有效清除自由基［4］。

2 生物保鮮技術在果蔬防腐中的應用

生物保鮮技術具有處理費用低、貯藏條件易控制和符合綠色環(huán)保要求的優(yōu)點，主要分為三類，包括：利用微生物菌體及其代謝產物的保鮮、天然提取物的保鮮以及基因工程保鮮技術。

2.1 利用微生物及其代謝物保鮮果蔬

2.1.1 利用微生物拮抗菌及其保鮮果蔬 20世紀80年代中期，國外研究人員發(fā)現(xiàn)從蘋果、柑橘、梨、桃等水果中篩選出拮抗菌對水果采后主要病害有明顯的防治作用［6，7］，可用于果蔬保鮮。國內研究起步較晚，多集中在土壤和植物病害防治方面，2000年以后，逐步在柑橘［8］、葡萄以及草莓［9］等大宗水果上展開微生物拮抗菌采后保鮮的研究。

微生物可以產生抗生素、溶菌酶、細菌素、蛋白酶、過氧化氫和有機酸等生物活性物質，這些產物都具有很好的抗菌效果，故利用具有拮抗作用的微生物可以抑制或殺死果蔬其他微生物的生長，從而達到防腐保鮮的目的［7］。Ippolito等［10］研究發(fā)現(xiàn)，黑酵母菌可作為一種生物保鮮劑控制蘋果采后病原菌灰葡萄孢和擴展青霉，同時其還可降低葡萄糖酶和過氧化酶的活性，延緩果實衰老。Sharma等［11］也提出酵母可作為潛在的微生物拮抗劑。Patr?cia等［12］采用 Hyicin 3682葡萄球菌素去抑制不同來源的21株細菌株，結果表明，Hyicin 3682葡萄球菌素幾乎可以抑制所有待測菌株，包括蠟樣芽胞桿菌、單增性李斯特菌和金黃色葡萄球菌等，說明Hyicin 3682葡萄球菌素可作為生物保鮮劑在食品防腐領域具有較好的應用潛力。Liu等［13］用拮抗酵母菌對采后葡萄的灰霉病進行控制，結果表明，在沒有損害葡萄果實營養(yǎng)成分（可溶性固形物、抗壞血酸等）的情況下，拮抗酵母菌可較好的控制采后葡萄的灰霉病害。

2.1.2 利用菌體次級代謝產物保鮮果蔬 微生物能夠產生多種次級代謝產物，包括抗生素、激素、生物堿、毒素和維生素等，其中很多物質具有抑菌、抗氧化等功能，可應用于果蔬保鮮。通過微生物發(fā)酵獲得次級代謝產物具有生產周期短、不受季節(jié)、地域和病蟲害條件的限制等特點。因此，從微生物的次生代謝產物中研制生物保鮮劑，具有廣闊的發(fā)展前景。

陳崢等［14］篩選出的一株具有龍眼保鮮功能的微生物Brevibacillus brevis FJAD0809-GLX生產的龍眼微生物保鮮劑“果立鮮”，不僅對龍眼等多種水果具有很好的保鮮作用，同時具有特殊的香氣。Rosalia等［15］研究發(fā)現(xiàn)從新鮮果蔬中分離得到乳酸菌可以抑制多種食源性病菌，比如大腸桿菌、綠膿桿菌以及金黃色葡萄球菌。結果表明，經過乳酸菌處理的蘋果能有效地降低被沙門氏菌和大腸桿菌感染的幾率，同時單核增生李斯特菌被完全抑制。因此，乳酸菌可作為一種有效控制食源性病菌的生物保鮮劑，應用于鮮食水果和蔬菜產品。Gustavo等［16］采用植物乳桿菌對鮮荔枝進行保鮮作用研究，將一定濃度的細菌噴灑到荔枝上，結果表明，經植物乳酸酐處理的荔枝失重率明顯降低、色澤度較好，同時在處理過的荔枝皮中發(fā)現(xiàn)了高含量的酚類化合物。楊勝遠等［17］對芒果病原菌的拮抗微生物芽胞桿菌Bacillus sp.X-98-2產抑苗活性物質的發(fā)酵條件及其對芒果保鮮作用進行了研究。結果表明，其發(fā)酵液對芒果炭疽病原菌和蒂腐病原菌都有抑制作用，可防止芒果果柄脫落、延緩果皮轉黃，抑制新陳代謝，降低呼吸強度和延長保存期。

2.1.3 利用抗菌肽保鮮 抗菌肽是由多種生物細胞特定基因編碼經外界條件誘導產生的一類具有廣譜抗細菌、真菌、病毒、原蟲、抑殺腫瘤細胞等活性作用的多肽，尤其對部分真菌具有極強的殺傷力［18］。乳酸鏈球菌素，亦稱乳鏈菌肽（nisin）是一種天然生物活性抗菌肽，利用生物技術提取的一種純天然、高效、安全的多肽活性物質。楊霞等［19］用不同濃度的nisin溶液結合檸檬酸在低溫下對鮮蓮藕片進行處理。結果表明，用0.5%檸檬酸和250mg／kg nisin混合保鮮液對鮮蓮藕片進行處理，保鮮效果良好。邱芳萍等［20］從吉林林蛙干皮中純化得到抗菌肽，對草莓具有良好的保鮮效果。劉毅等［21］比較了不同來源的抗菌肽的分子結構和作用方式，展望了抗菌肽在食品保鮮中的應用前景。

2.2 天然提取物質及其復合保鮮劑

天然提取物保鮮劑是利用天然提取物中的活性物質來抑制果蔬表面微生物的活性［22］以及果蔬中酶的活力，從而降低果蔬的生理活動強度。早期對天然提取物質保鮮的研究應用主要集中于普通的天然植物水提液對水果蔬菜浸泡后的保鮮效果［23～26］。天然提取物保鮮劑無毒無害，從而起到綠色保鮮的效果［27］。天然提取物與其他有效活性物質進行復配，使其既具有良好的成膜性，形成復合保鮮劑，不僅可以抑制采后病菌，還可防止水分散失，延緩果實衰老［28～31］。

天然提取物質及其復合保鮮劑應用的主要方式包括：用保鮮劑浸泡、涂膜、熏蒸、噴灑和保鮮紙等。何首林等［32］采用浸泡法研究了28種提取物對蘋果、番茄的采后防腐保鮮效果，結果表明，八角茴香油對富士蘋果具有顯著的防腐保鮮效果；肉桂醛、八角茴香油、香葉醇及薄荷、丹參提取物對番茄的防腐保鮮效果顯著優(yōu)于對照藥劑1-MCP 0.25μL／L。胡軍華等［33］報道了47種植物提取物對3種柑橘常見貯藏病害病原菌活性抑制的研究。Ana等［34］研究了綠茶提取物對現(xiàn)摘萵苣的保鮮作用，采用了不同的濃度和溫度進行處理。研究表明，在綠茶提取物濃度為2.5g／L（20℃）時，其對萵苣的保鮮效果與120mg／L的二氧化氯（20℃）相當，同時經綠茶提取物處理的萵苣還保持了較強的抗氧化活性；高濃度的綠茶提取物反而促進了樣品的褐變，可能與其含有的多酚物質有關。Asgar等［35］將阿拉伯樹膠配制成不同濃度的保鮮液，對現(xiàn)摘的番茄進行處理，貯藏（20℃，RH 為80%～90%）20d后，發(fā)現(xiàn)不同濃度的阿拉伯樹膠保鮮液對番茄均有保鮮效果，以10%的阿拉伯樹膠溶液對番茄的保鮮效果最好，可明顯提高采后番茄的品質，延長保質期。Meng等［36］以具有成膜效果和抑菌效果的殼聚糖溶液為保鮮劑，分別在采前和采后對葡萄進行了噴灑，然后進行保鮮效果的評估。結果表明，采前噴灑和采后噴灑殼聚糖溶液對葡萄均有較好的保鮮效果，采后噴灑保鮮效果更佳；經處理葡萄的腐爛率、超氧化物歧化酶等明顯降低，可溶性固形物和可滴定酸的含量較高，說明殼聚糖在葡萄采后貯藏中有良好的防腐效果。Xu等［37］以葡萄籽提取物對現(xiàn)摘綠色蔬菜的保鮮效果進行了研究。A.Perdones等［38］采用殼聚糖（1%）與檸檬精油（3%）復配保鮮劑對草莓的的貯藏保鮮效果（貯藏溫度為5℃）進行了研究，同時測定了保鮮液的粘度、透濕性及其抑菌性。結果表明，復合保鮮劑抑菌、保濕效果良好，對其可溶性固形物和酸度沒有明顯的影響，說明這種復合保鮮劑可降低腐爛率，防止水分散失，延緩草莓果實的衰老。Chauhan等［39］選用蟲膠和蘆薈凝膠溶解在檸檬酸中配制保鮮劑，并對蘋果進行了貯藏保鮮試驗。結果表明，用該保鮮劑保鮮的蘋果在感官品質、色澤等方面明顯優(yōu)于空白對照，同時降低了乙烯、多酚氧化酶、過氧化物酶等，可見蟲膠-蘆薈凝膠保鮮劑對保鮮蘋果有明顯的效果。

2.3 基因工程保鮮劑技術

近年來，利用基因工程技術對果蔬進行保鮮的應用已經取得了顯著的成效，其保鮮機理是控制果蔬生理成熟期內源乙烯的生成［40］。乙烯是國際公認的果實成熟衰老激素，在許多果蔬的成熟及衰老過程中起重要的調控作用，是造成果蔬采摘后腐爛的根本原因。

乙烯能夠促進細胞壁降解酶即纖維素酶的合成，并且控制纖維素酶由原生質體釋放到細胞壁中，從而促進細胞衰老和細胞壁的分解。1-氨基環(huán)丙烷-1-羧酸（ACC）是植物體內乙烯生物合成的直接前體，阻止或降低ACC的產生，就能抑制乙烯的生物合成，進而減少纖維素酶的合成，從而延緩果蔬在后期成熟過程的軟化使得果實延熟保鮮。因此，利用基因工程控制內源乙烯的生成和抑制乙烯的作用成為農產品采后貯藏保鮮的重要研究課題［41］。

劉菊花等［42］對經乙烯和1-甲基環(huán)丙烯處理的香蕉果實采后乙烯釋放量、Ⅲ類酸性幾丁質酶基因（MaCH Ⅲ）表達以及幾丁質酶活性進行了測定。研究表明，MaCH Ⅲ基因可能與香蕉果實采后成熟呈負相關。Munoz-Robredo等［43］為了研究杏子果實中乙烯合成過程關鍵基因的表達，將黃綠期的杏子采用乙烯抑制劑甘氨酸和1-MCP處理，測定其基因表達。結果表明，乙烯抑制劑的使用顯著的影響了ACS2基因的表達，因此ACS2被認為是乙烯合成過程中最關鍵的基因。Klee等［］培育出一種抑制ACC合成酶的轉基因番茄，乙烯的生物合成被抑制了97%左右，其果實成熟比對照推遲了至少6周。Yin等［44］研究了乙酰水楊酸（ASA）對獼猴桃果實中乙烯生物的合成和信號表達的影響。結果表明，ASA可抑制果實成熟主要是抑制了乙烯生物的合成，影響乙烯合成的關鍵基因AdERF1、AdERF3和AdERF12的表達。國內選育成功的“華番一號”番茄品種在常溫下可貯藏45d左右，宋俊岐等［］研究發(fā)現(xiàn)，利用基因工程技術將ACC脫氨酶基因轉入番茄內，乙烯合成量降低了80%，采后果實能保鮮75d左右。目前，研究人員已成功地從南瓜、番茄、擬南芥等多種植物中分離出乙烯合成的關鍵酶ACC合成酶基因，控制ACC合成酶基因的表達或其降解，從而抑制乙烯的生物合成。

3 存在的問題及展望

隨著越來越多的消費者拒絕具有化學殘留的果蔬產品，生物保鮮劑的需求量將會大幅度增長。目前，國內外已研制出多種生物保鮮專利產品，但是這些生物保鮮技術還存在著很大的局限性。

目前對微生物拮抗保鮮技術的研究還處于初始階段，盡管乳酸菌細菌素的研發(fā)取得了突破性的進展，但細菌素具有交叉性，限制了其應用范圍，另外，微生物拮抗菌受果蔬基體環(huán)境（成分、溫度和酶活性等）的影響，許多微生物拮抗菌在果蔬保鮮應用中抑菌活性不太穩(wěn)定。因此，今后對微生物拮抗保鮮菌技術的研究可致力于開發(fā)廣譜、高效和穩(wěn)定的細菌素。

我國在天然提取物保鮮劑作用機理的研究上仍存在較大的問題，首先在提取方面的研究相對落后，多針對天然動植物的粗提取物，對有效保鮮成分的提取和純化都不夠精細。其次，目前天然提取物保鮮劑研究較多的是植物精油，而對動物提取物、植物生物堿酚類和抗生素的研究比較欠缺，且精油使用量的確定還有待完善。因此，將來研究者將致力于尋求高效、便捷、環(huán)保的分離技術對成分復雜的原料進行有效的純化，同時還應減少研究的盲目性。

基因工程在保鮮方面的應用具有無可比擬的優(yōu)勢，但是也存著不足，例如基因操作往往很難直接提高果蔬的風味和口感。盡管乙烯生物合成基因工程的研究非常活躍，但是真正實現(xiàn)商品化生產的基因工程品種卻又少之又少。

綜上所述，我國生物保鮮技術的開發(fā)和應用仍然任重道遠，將各種生物保鮮技術結合起來，發(fā)展新型的、無污染的、可降解的生物保鮮技術，將是人們研究的一個重要方向。

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