王剛霞， 席冬華， 吳忠紅， 高 晶， 張正方， 吳 斌＊

1.新疆大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，烏魯木齊 830041；

2.新疆大學(xué)理化測(cè)試中心，烏魯木齊 830046；

3.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品貯藏加工研究所，烏魯木齊 830091

近年來(lái)，我國(guó)果蔬產(chǎn)業(yè)發(fā)展較快，市場(chǎng)貨源充足，但是由于果蔬生產(chǎn)的季節(jié)性和地域性的限制，果蔬在運(yùn)輸或貯存期間容易發(fā)生腐爛。果蔬腐爛受三個(gè)因素的影響，即果品品質(zhì)、運(yùn)輸過(guò)程的機(jī)械損傷和貯藏期間采后病害的侵染［1］，其中，采后病害是導(dǎo)致果蔬腐爛最主要的原因［2］。據(jù)統(tǒng)計(jì)，發(fā)達(dá)國(guó)家中由于采后病害導(dǎo)致的果蔬腐爛占10%～25%，發(fā)展中國(guó)家中這個(gè)比例則高達(dá)40%～50%。目前，我國(guó)每年約有8 000萬(wàn)t的果蔬腐爛，造成近800億元的經(jīng)濟(jì)損失。因此，通過(guò)發(fā)展貯藏或防腐技術(shù)以延長(zhǎng)或保持果蔬品質(zhì)，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(jié)合化學(xué)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(zhì)量不穩(wěn)定；而化學(xué)殺菌處理會(huì)使果蔬表面有化學(xué)藥劑的殘留，危害人類(lèi)健康，并且化學(xué)殺菌劑的長(zhǎng)期使用會(huì)使植物病原菌產(chǎn)生抗藥性［4］，從而降低化學(xué)殺菌劑的作用。因此，新型生物保鮮技術(shù)成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)。本文重點(diǎn)闡述了生物保鮮技術(shù)的一般機(jī)理、分類(lèi)及其在果蔬保鮮中的應(yīng)用及研究進(jìn)展，為研究新型果蔬生物保鮮技術(shù)提供借鑒。

1 生物保鮮技術(shù)的一般機(jī)理

生物保鮮技術(shù)的一般機(jī)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(dá)到保鮮防腐的效果。生物保鮮劑是指從動(dòng)植物和微生物中提取或利用生物工程技術(shù)改造而獲得的對(duì)人體安全的具有保鮮作用的產(chǎn)品［5］。不同的生物保鮮劑對(duì)果蔬的保鮮機(jī)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(zhì)［2］；有些生物保鮮劑具有誘導(dǎo)果蔬自身產(chǎn)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(zhì)的劣變［3］。此外，經(jīng)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(shù)在果蔬防腐中的應(yīng)用

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

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(jì)80年代中期，國(guó)外研究人員發(fā)現(xiàn)從蘋(píng)果、柑橘、梨、桃等水果中篩選出拮抗菌對(duì)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(guó)內(nèi)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(kāi)微生物拮抗菌采后保鮮的研究。

微生物可以產(chǎn)生抗生素、溶菌酶、細(xì)菌素、蛋白酶、過(guò)氧化氫和有機(jī)酸等生物活性物質(zhì)，這些產(chǎn)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(zhǎng)，從而達(dá)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(píng)果采后病原菌灰葡萄孢和擴(kuò)展青霉，同時(shí)其還可降低葡萄糖酶和過(guò)氧化酶的活性，延緩果實(shí)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(lái)源的21株細(xì)菌株，結(jié)果表明，Hyicin 3682葡萄球菌素幾乎可以抑制所有待測(cè)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(shuō)明Hyicin 3682葡萄球菌素可作為生物保鮮劑在食品防腐領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用潛力。Liu等［13］用拮抗酵母菌對(duì)采后葡萄的灰霉病進(jìn)行控制，結(jié)果表明，在沒(méi)有損害葡萄果實(shí)營(yíng)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(jí)代謝產(chǎn)物保鮮果蔬 微生物能夠產(chǎn)生多種次級(jí)代謝產(chǎn)物，包括抗生素、激素、生物堿、毒素和維生素等，其中很多物質(zhì)具有抑菌、抗氧化等功能，可應(yīng)用于果蔬保鮮。通過(guò)微生物發(fā)酵獲得次級(jí)代謝產(chǎn)物具有生產(chǎn)周期短、不受季節(jié)、地域和病蟲(chóng)害條件的限制等特點(diǎn)。因此，從微生物的次生代謝產(chǎn)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(chǎn)的龍眼微生物保鮮劑“果立鮮”，不僅對(duì)龍眼等多種水果具有很好的保鮮作用，同時(shí)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(jié)果表明，經(jīng)過(guò)乳酸菌處理的蘋(píng)果能有效地降低被沙門(mén)氏菌和大腸桿菌感染的幾率，同時(shí)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(yīng)用于鮮食水果和蔬菜產(chǎn)品。Gustavo等［16］采用植物乳桿菌對(duì)鮮荔枝進(jìn)行保鮮作用研究，將一定濃度的細(xì)菌噴灑到荔枝上，結(jié)果表明，經(jīng)植物乳酸酐處理的荔枝失重率明顯降低、色澤度較好，同時(shí)在處理過(guò)的荔枝皮中發(fā)現(xiàn)了高含量的酚類(lèi)化合物。楊勝遠(yuǎn)等［17］對(duì)芒果病原菌的拮抗微生物芽胞桿菌Bacillus sp.X-98-2產(chǎn)抑苗活性物質(zhì)的發(fā)酵條件及其對(duì)芒果保鮮作用進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，其發(fā)酵液對(duì)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(zhuǎn)黃，抑制新陳代謝，降低呼吸強(qiáng)度和延長(zhǎng)保存期。

2.1.3 利用抗菌肽保鮮 抗菌肽是由多種生物細(xì)胞特定基因編碼經(jīng)外界條件誘導(dǎo)產(chǎn)生的一類(lèi)具有廣譜抗細(xì)菌、真菌、病毒、原蟲(chóng)、抑殺腫瘤細(xì)胞等活性作用的多肽，尤其對(duì)部分真菌具有極強(qiáng)的殺傷力［18］。乳酸鏈球菌素，亦稱(chēng)乳鏈菌肽（nisin）是一種天然生物活性抗菌肽，利用生物技術(shù)提取的一種純天然、高效、安全的多肽活性物質(zhì)。楊霞等［19］用不同濃度的nisin溶液結(jié)合檸檬酸在低溫下對(duì)鮮蓮藕片進(jìn)行處理。結(jié)果表明，用0.5%檸檬酸和250mg／kg nisin混合保鮮液對(duì)鮮蓮藕片進(jìn)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(duì)草莓具有良好的保鮮效果。劉毅等［21］比較了不同來(lái)源的抗菌肽的分子結(jié)構(gòu)和作用方式，展望了抗菌肽在食品保鮮中的應(yīng)用前景。

2.2 天然提取物質(zhì)及其復(fù)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(zhì)來(lái)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(dòng)強(qiáng)度。早期對(duì)天然提取物質(zhì)保鮮的研究應(yīng)用主要集中于普通的天然植物水提液對(duì)水果蔬菜浸泡后的保鮮效果［23～26］。天然提取物保鮮劑無(wú)毒無(wú)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(zhì)進(jìn)行復(fù)配，使其既具有良好的成膜性，形成復(fù)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(shí)衰老［28～31］。

天然提取物質(zhì)及其復(fù)合保鮮劑應(yīng)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(duì)蘋(píng)果、番茄的采后防腐保鮮效果，結(jié)果表明，八角茴香油對(duì)富士蘋(píng)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(duì)番茄的防腐保鮮效果顯著優(yōu)于對(duì)照藥劑1-MCP 0.25μL／L。胡軍華等［33］報(bào)道了47種植物提取物對(duì)3種柑橘常見(jiàn)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(duì)現(xiàn)摘萵苣的保鮮作用，采用了不同的濃度和溫度進(jìn)行處理。研究表明，在綠茶提取物濃度為2.5g／L（20℃）時(shí)，其對(duì)萵苣的保鮮效果與120mg／L的二氧化氯（20℃）相當(dāng)，同時(shí)經(jīng)綠茶提取物處理的萵苣還保持了較強(qiáng)的抗氧化活性；高濃度的綠茶提取物反而促進(jìn)了樣品的褐變，可能與其含有的多酚物質(zhì)有關(guān)。Asgar等［35］將阿拉伯樹(shù)膠配制成不同濃度的保鮮液，對(duì)現(xiàn)摘的番茄進(jìn)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(shù)膠保鮮液對(duì)番茄均有保鮮效果，以10%的阿拉伯樹(shù)膠溶液對(duì)番茄的保鮮效果最好，可明顯提高采后番茄的品質(zhì)，延長(zhǎng)保質(zhì)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(duì)葡萄進(jìn)行了噴灑，然后進(jìn)行保鮮效果的評(píng)估。結(jié)果表明，采前噴灑和采后噴灑殼聚糖溶液對(duì)葡萄均有較好的保鮮效果，采后噴灑保鮮效果更佳；經(jīng)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(shuō)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(duì)現(xiàn)摘綠色蔬菜的保鮮效果進(jìn)行了研究。A.Perdones等［38］采用殼聚糖（1%）與檸檬精油（3%）復(fù)配保鮮劑對(duì)草莓的的貯藏保鮮效果（貯藏溫度為5℃）進(jìn)行了研究，同時(shí)測(cè)定了保鮮液的粘度、透濕性及其抑菌性。結(jié)果表明，復(fù)合保鮮劑抑菌、保濕效果良好，對(duì)其可溶性固形物和酸度沒(méi)有明顯的影響，說(shuō)明這種復(fù)合保鮮劑可降低腐爛率，防止水分散失，延緩草莓果實(shí)的衰老。Chauhan等［39］選用蟲(chóng)膠和蘆薈凝膠溶解在檸檬酸中配制保鮮劑，并對(duì)蘋(píng)果進(jìn)行了貯藏保鮮試驗(yàn)。結(jié)果表明，用該保鮮劑保鮮的蘋(píng)果在感官品質(zhì)、色澤等方面明顯優(yōu)于空白對(duì)照，同時(shí)降低了乙烯、多酚氧化酶、過(guò)氧化物酶等，可見(jiàn)蟲(chóng)膠-蘆薈凝膠保鮮劑對(duì)保鮮蘋(píng)果有明顯的效果。

2.3 基因工程保鮮劑技術(shù)

近年來(lái)，利用基因工程技術(shù)對(duì)果蔬進(jìn)行保鮮的應(yīng)用已經(jīng)取得了顯著的成效，其保鮮機(jī)理是控制果蔬生理成熟期內(nèi)源乙烯的生成［40］。乙烯是國(guó)際公認(rèn)的果實(shí)成熟衰老激素，在許多果蔬的成熟及衰老過(guò)程中起重要的調(diào)控作用，是造成果蔬采摘后腐爛的根本原因。

乙烯能夠促進(jìn)細(xì)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(zhì)體釋放到細(xì)胞壁中，從而促進(jìn)細(xì)胞衰老和細(xì)胞壁的分解。1-氨基環(huán)丙烷-1-羧酸（ACC）是植物體內(nèi)乙烯生物合成的直接前體，阻止或降低ACC的產(chǎn)生，就能抑制乙烯的生物合成，進(jìn)而減少纖維素酶的合成，從而延緩果蔬在后期成熟過(guò)程的軟化使得果實(shí)延熟保鮮。因此，利用基因工程控制內(nèi)源乙烯的生成和抑制乙烯的作用成為農(nóng)產(chǎn)品采后貯藏保鮮的重要研究課題［41］。

劉菊花等［42］對(duì)經(jīng)乙烯和1-甲基環(huán)丙烯處理的香蕉果實(shí)采后乙烯釋放量、Ⅲ類(lèi)酸性幾丁質(zhì)酶基因（MaCH Ⅲ）表達(dá)以及幾丁質(zhì)酶活性進(jìn)行了測(cè)定。研究表明，MaCH Ⅲ基因可能與香蕉果實(shí)采后成熟呈負(fù)相關(guān)。Munoz-Robredo等［43］為了研究杏子果實(shí)中乙烯合成過(guò)程關(guān)鍵基因的表達(dá)，將黃綠期的杏子采用乙烯抑制劑甘氨酸和1-MCP處理，測(cè)定其基因表達(dá)。結(jié)果表明，乙烯抑制劑的使用顯著的影響了ACS2基因的表達(dá)，因此ACS2被認(rèn)為是乙烯合成過(guò)程中最關(guān)鍵的基因。Klee等［］培育出一種抑制ACC合成酶的轉(zhuǎn)基因番茄，乙烯的生物合成被抑制了97%左右，其果實(shí)成熟比對(duì)照推遲了至少6周。Yin等［44］研究了乙酰水楊酸（ASA）對(duì)獼猴桃果實(shí)中乙烯生物的合成和信號(hào)表達(dá)的影響。結(jié)果表明，ASA可抑制果實(shí)成熟主要是抑制了乙烯生物的合成，影響乙烯合成的關(guān)鍵基因AdERF1、AdERF3和AdERF12的表達(dá)。國(guó)內(nèi)選育成功的“華番一號(hào)”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(shù)將ACC脫氨酶基因轉(zhuǎn)入番茄內(nèi)，乙烯合成量降低了80%，采后果實(shí)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(guān)鍵酶ACC合成酶基因，控制ACC合成酶基因的表達(dá)或其降解，從而抑制乙烯的生物合成。

3 存在的問(wèn)題及展望

隨著越來(lái)越多的消費(fèi)者拒絕具有化學(xué)殘留的果蔬產(chǎn)品，生物保鮮劑的需求量將會(huì)大幅度增長(zhǎng)。目前，國(guó)內(nèi)外已研制出多種生物保鮮專(zhuān)利產(chǎn)品，但是這些生物保鮮技術(shù)還存在著很大的局限性。

目前對(duì)微生物拮抗保鮮技術(shù)的研究還處于初始階段，盡管乳酸菌細(xì)菌素的研發(fā)取得了突破性的進(jìn)展，但細(xì)菌素具有交叉性，限制了其應(yīng)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(yīng)用中抑菌活性不太穩(wěn)定。因此，今后對(duì)微生物拮抗保鮮菌技術(shù)的研究可致力于開(kāi)發(fā)廣譜、高效和穩(wěn)定的細(xì)菌素。

我國(guó)在天然提取物保鮮劑作用機(jī)理的研究上仍存在較大的問(wèn)題，首先在提取方面的研究相對(duì)落后，多針對(duì)天然動(dòng)植物的粗提取物，對(duì)有效保鮮成分的提取和純化都不夠精細(xì)。其次，目前天然提取物保鮮劑研究較多的是植物精油，而對(duì)動(dòng)物提取物、植物生物堿酚類(lèi)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(lái)研究者將致力于尋求高效、便捷、環(huán)保的分離技術(shù)對(duì)成分復(fù)雜的原料進(jìn)行有效的純化，同時(shí)還應(yīng)減少研究的盲目性。

基因工程在保鮮方面的應(yīng)用具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)，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(fēng)味和口感。盡管乙烯生物合成基因工程的研究非?；钴S，但是真正實(shí)現(xiàn)商品化生產(chǎn)的基因工程品種卻又少之又少。

綜上所述，我國(guó)生物保鮮技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用仍然任重道遠(yuǎn)，將各種生物保鮮技術(shù)結(jié)合起來(lái)，發(fā)展新型的、無(wú)污染的、可降解的生物保鮮技術(shù)，將是人們研究的一個(gè)重要方向。

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