摘 要：我國果蔬產(chǎn)量已穩(wěn)居全球第一，但在果蔬貯藏保鮮技術(shù)方面還有進(jìn)步的空間。果蔬被采摘后在一段時間內(nèi)仍會保持旺盛的新陳代謝，極易出現(xiàn)氧化褐變、腐爛變質(zhì)等不良的品質(zhì)變化。隨著大健康產(chǎn)業(yè)被廣泛關(guān)注，食品行業(yè)對食品安全與環(huán)保解決方案的需求不斷增長，利用可生物降解的天然產(chǎn)品來貯藏保鮮果蔬已成為果蔬保鮮行業(yè)的熱點話題。本文主要從動物源、植物源、微生物源和基因工程4個方面介紹生物保鮮技術(shù)在果蔬中的應(yīng)用研究進(jìn)展，預(yù)測了基因工程育種技術(shù)保鮮果蔬的應(yīng)用前景，以期為果蔬貯藏保鮮技術(shù)的實際應(yīng)用提供理論依據(jù)和具體應(yīng)用方向。

關(guān)鍵詞：食品安全； 生物技術(shù)； 果蔬保鮮； 貯藏保鮮

中圖分類號：TS255.3""""""" 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A"""" 文章編號：1002-204X（2023）02-0020-05

doi：10.3969/j.issn.1002-204x.2023.02.006

Application and Development of Biological Technology

in the Fresh-Keeping of Fruits and Vegetables

Ma Caixia1， Yan Yamei2*， Mi Jia2， Lu Lu2， Cao Youlong2， Zhang Lutao2， Zhang Xiyan2

（1.School of Food and Wine， Ningxia University， Yinchuan， Ningxia 750021; 2.Institute of Wolfberry Sciences， Ningxia Academy of Agriculture and Forestry， Yinchuan， Ningxia 750002）

Abstract The output of fruits and vegetables in China has ranked first in the world. However， fruits and vegetables still maintain a strong metabolism after collection and are prone to adverse quality changes such as oxidative Browning， rot and deterioration. With the widespread attention of the big health industry and the growing demand for environmental protection solutions in the food industry， biodegradable natural products to store fresh fruits and vegetables have become a hot topic in the fruit and vegetable preservation industry. In this paper， summarized the research progress of the application of biological fresh-keeping technology for fruits and vegetables from the four aspects of animals source， plants source， microbials source and genetics engineering and prospected the application prospect of genetics engineering breeding technology in fresh-keeping fruits and vegetables， in order to provide theoretical basis and application guidance for the application of fruit and vegetables storage fresh-keeping technology.

Key words Food and safety; Biotechnology; Fruit and vegetables preservation; Storage and preservation

果蔬中含有大量碳水化合物、多酚、礦物質(zhì)和生物活性物質(zhì)等營養(yǎng)成分，被稱為健康食品。崔文玉等[1]調(diào)查發(fā)現(xiàn)，我國果蔬商品化率僅為10%，而發(fā)達(dá)國家果蔬商品化率卻高達(dá)60%～80%，我國果蔬損耗率約為發(fā)達(dá)國家的3倍。果蔬成熟是衰老的開始，與發(fā)育和遺傳過程高度相關(guān)，如組織軟化、質(zhì)地改變、糖分的增加和有機(jī)酸的減少、色素的變化、香氣和揮發(fā)物的產(chǎn)生等[2]。果蔬一經(jīng)采收，來自環(huán)境的養(yǎng)分供給就完全中斷了，果蔬需要進(jìn)行呼吸作用，以維持正常的生命活動，而呼吸強(qiáng)度的起伏變化是每種果蔬都會發(fā)生的呼吸躍變，要延長果蔬的貯藏期就要推遲呼吸躍變的到來[3]。但是運(yùn)輸冷鏈體系的缺陷，加上蔬菜產(chǎn)品的季節(jié)性和區(qū)域性較強(qiáng)，使果蔬在儲運(yùn)途中容易出現(xiàn)質(zhì)量劣變的現(xiàn)象，大大降低了果蔬的食用品質(zhì)，同廣大消費(fèi)者對果蔬的多樣化和淡季調(diào)節(jié)的需求相沖突，也制約著果蔬采摘后保鮮技術(shù)行業(yè)的發(fā)展[4]。

隨著大健康產(chǎn)業(yè)被廣泛關(guān)注，人們更加關(guān)注食品安全與環(huán)保。當(dāng)前，我國一般采用冷凍技術(shù)和化學(xué)殺菌劑結(jié)合的方式進(jìn)行果蔬貯藏保鮮，然而低溫雖能夠抑制果蔬采后的呼吸作用、細(xì)菌繁殖，保持營養(yǎng)物質(zhì)和生理代謝的平衡，但耐低溫的腐敗菌會隨著貯藏時間的增加而大量繁殖[5-6]。這種貯藏方式成本高、能量消耗大、且品質(zhì)不穩(wěn)定，若化學(xué)防腐劑（亞硝酸鈉、苯甲酸鈉等）使用不當(dāng)還易出現(xiàn)毒害、殘留等問題[7]。而生物保鮮技術(shù)具有無毒害、無殘留、無其他副作用等優(yōu)點，同時具有良好的生物相容性和生物可降解性，是一項基于生物學(xué)角度研發(fā)的新保鮮技術(shù)[8]。

1 生物保鮮劑的研究進(jìn)展

1.1 動物源生物保鮮劑

動物源生物保鮮劑種類較多，作用機(jī)理各有不同，主要是通過提高抑菌效果和抗氧化作用，形成生物保護(hù)膜達(dá)到保鮮效果。例如，高效天然保鮮劑殼聚糖及其衍生物，被認(rèn)為是合成殺菌劑的環(huán)保型替代品，具有良好的通透性、延展性與抗氧化功效，很容易吸附于果蔬表面形成一層保護(hù)膜[9]。蜂膠已被用作人類藥物和天然食品防腐劑[10]。

1.1.1 殼聚糖

殼聚糖是指經(jīng)甲殼素的部分脫乙?；玫降亩嗵?，具有良好的成膜性、生物相容性、生物可降解性。KUMAR S等[11]開發(fā)了一種新型的抗菌食品包裝替代品——殼聚糖包裝材料，利用噴涂、浸泡、涂層或膜包裹等方法取代傳統(tǒng)包裝材料，進(jìn)而實現(xiàn)保鮮的目的。涂層是指一層保護(hù)果蔬外表的薄膜，可保護(hù)果蔬免受氧氣和細(xì)菌的侵害，納米技術(shù)已成為改善涂層性能的新方法，通過提高果蔬的生物活性延長保質(zhì)期，提高產(chǎn)品質(zhì)量[12-13]。目前，研究者尚不清楚殼聚糖的抗真菌或抗菌機(jī)制，可能與殼聚糖中質(zhì)子化的氨基（-NH3+）和細(xì)胞表面帶負(fù)電的殘基之間的靜電力有關(guān)[14]。SUN X X等[15]利用木材中的纖維素和蟹殼中的殼聚糖作為薄膜材料來涂覆草莓，發(fā)現(xiàn)涂層有效地保持了水果的新鮮度。NGUYEN H T等[16]將制備的殼聚糖、角叉菜膠基復(fù)合涂層浸漬在赤霉素溶液或茉莉酸甲酯溶液中，將此涂層涂抹在采摘后的火龍果表面，顯著延緩了火龍果的腐爛。MESGARI M等[17]通過細(xì)胞毒性試驗表明，殼聚糖-TiO2薄膜是抗菌無毒材料，可用于食品保鮮，以對抗各種微生物。涂有Ag-殼聚糖納米復(fù)合材料的鮮切甜瓜不僅抑制了微生物的生長，而且在5 ℃條件下，13 d后鮮切甜瓜表現(xiàn)出較低的呼吸速率和較高的Vc含量，延長了保質(zhì)期[18]。

1.1.2 蜂膠

蜂膠，是由植物芽中收集的樹脂、工蜂分泌的唾液腺分泌物和蜂蠟混合而成[19]，可抑制或殺死各種微生物、真菌、病菌等。其生物抗氧化成分能有效阻止食品中活性成分的氧化，良好的成膜穩(wěn)定性可阻止氣體交換、抑制呼吸、降低代謝，進(jìn)而降低養(yǎng)分消耗，防止品質(zhì)下降[20]。HAO L T 等[21]通過研究蜂膠對草莓保鮮的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)蜂膠濃度為3.0%時，被涂抹蜂膠的草莓腐爛指數(shù)、失重率顯著下降，可溶性固形物和可滴定酸含量受到明顯抑制。YANG Y T等[22]研究了蜂膠提取物對采摘的甜櫻桃保鮮的影響，蜂膠提取物能有效降低甜櫻桃的呼吸速率，進(jìn)而維持果實重量，并延緩了甜櫻桃可滴定酸和可溶性固形物等的流失，從而減少果實Vc的損失。

1.2 植物源生物保鮮劑

植物源生物保鮮劑是從植物中提取的一類具有保鮮生物活性的成分，這些成分能抑制果蔬表面微生物的活動，從而顯著降低果蔬中酶的活性，減少細(xì)菌活動對果蔬的呼吸干擾，且安全無毒，達(dá)到綠色保鮮的目的。破壞細(xì)胞膜體系和細(xì)胞壁、影響代謝作用與生理活動、抑制蛋白質(zhì)和遺傳物質(zhì)合成等是天然植物提取物保鮮的基本原理[23]。

1.2.1 精油

許多植物源的保鮮劑在果蔬保鮮上效果顯著。肉桂精油是從風(fēng)干的肉桂樹皮中提取的化學(xué)成分，帶有特殊芬芳和辛辣香味，具有作用范圍廣泛、高揮發(fā)性、低濃度、抗菌性強(qiáng)、安全無毒及低副作用的特性，是一種具有高營養(yǎng)價值的健康、綠色防腐保鮮劑[24-25]。精油的抗菌機(jī)制已被廣泛研究，但仍然存在爭議。被廣泛接受的假設(shè)是疏水性精油可以通過破壞細(xì)胞膜提高細(xì)胞膜的通透性，使細(xì)胞物質(zhì)泄漏并最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡[26]。當(dāng)然，精油的抗菌機(jī)制還歸因于DNA損傷、脂多糖的釋放、抑制蛋白質(zhì)的表達(dá)或干擾葡萄糖的攝取[13]。梁攀等[27]的試驗結(jié)果顯示，當(dāng)肉桂精油的平均含量達(dá)到15 μL/L以后，對紫金春甜桔的保鮮效果最好。LIU T等[28]利用百里香精油殼聚糖納米乳液（TEO-CSs）和百里酚殼聚糖納米乳液（T-CSs）對金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的抗菌活性抑制區(qū)直徑（DIZ）進(jìn)行測定，發(fā)現(xiàn)TEO-CSs和T-CSs對革蘭氏陽性菌（金黃色葡萄球菌）的抑制活性比革蘭氏陰性菌（大腸桿菌）的抑制活性強(qiáng)，說明TEO-CSs和T-CSs作為天然新型抗菌包裝材料，具有出色的抗菌活性并能有效保存食品。

1.2.2 香辛料

香辛料中含有苯丙烷類、萜類、黃酮類和花青素等化學(xué)物質(zhì)，香辛料提取物可以改善果蔬的細(xì)胞通透性，從而使胞內(nèi)的重要化學(xué)組分流出，影響其正常的新陳代謝活動，而使細(xì)胞死亡[29-30]。梁穎等[31]將桂皮、草果中的醇提物復(fù)配成保鮮劑對鮮切生菜加以保鮮，發(fā)現(xiàn)香辛料提取物能夠抑制鮮切生菜的呼吸作用，提高其抗氧化能力。

1.2.3 其他材料

潘顯輝等[32]用復(fù)方中草藥提取物覆膜劑對番茄、荔枝果實進(jìn)行采后保鮮，該保鮮劑采用長角豆膠和大黃原膠作基體，添加五倍子、大黃等中草藥提取物及NaCl等包衣輔料，結(jié)果顯示，保鮮劑能降低有機(jī)酸、Vc等營養(yǎng)物質(zhì)的消耗，并降低果實失重、開裂率。有機(jī)酸，如檸檬酸、乳酸用于延長保質(zhì)期，可限制病原菌造成的影響[33]。SHI Z F等[34]探討了中草藥提取物對新鮮檳榔的保鮮效果，研究表明，姜、大蒜頭等提取物對檳榔的保鮮效果最佳。

1.3 微生物源生物保鮮劑

國外果蔬保鮮中拮抗菌的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用已有30多年的歷史，在國內(nèi)只有10多年歷史[35]。真菌、霉菌等病原菌易引起采摘后果蔬腐爛，該病原菌是一類使食物易變質(zhì)并產(chǎn)生對人類健康有害的真菌毒素[36]。細(xì)菌素、溶菌酶、過氧化氫和有機(jī)酸等是微生物抗菌效果的呈現(xiàn)方式，這些產(chǎn)生拮抗作用的微生物菌群可以抑制或殺死果蔬中的有害微生物或與有害微生物競爭果蔬中的糖類等營養(yǎng)素，從而使Vc、糖含量和SOD活力下降，進(jìn)而延長果蔬貯藏時間。拮抗菌的篩選需滿足的條件：果蔬所含內(nèi)生菌中的優(yōu)勢種或寄生效果良好，對保護(hù)的果蔬無不良影響[37]。

1.3.1 菌體次生代謝產(chǎn)物保鮮

DONG F等[38]以感官特性、失重、硬度、葉綠素含量和Vc含量為指標(biāo)，探討用木霉發(fā)酵液包覆瓦楞紙箱對黃瓜貯藏的影響，結(jié)果表明，在25 ℃下貯藏10 d，黃瓜品質(zhì)未發(fā)生變化。WU Y L等[39]研究了肉桂醛對采摘后柑橘果實酸腐病的防治效果，表明肉桂醛能夠抑制柑橘的菌絲體生長，其最小抑菌量和殺真菌濃度為0.50 mL/L。張茜等[40]研究表明，酵母菌懸液能夠抑制柑橘果皮的呼吸作用，主要表現(xiàn)在：柑橘果皮的苯丙氨酸解氨酶（PAL）、過氧化物酶（POD）含量明顯升高，多酚氧化酶（PPO）含量則明顯降低。

1.3.2 直接利用微生物菌體保鮮

陳成等[41]研究表明，枯草芽孢桿菌處理桑椹鮮果可以抑制其霉變，并且枯草芽孢桿菌細(xì)胞濃度的變化會影響保鮮效果。周防震等[42]從多種果實表面分離純化出早疫病和根霉腐爛病的兩個菌株L-1-6和H-Z，發(fā)現(xiàn)其防腐、抑菌、抗氧化及保鮮效果良好。盧美歡等[43]分析了埃吉類芽孢桿菌SWL-W8對甘藍(lán)軟腐病菌的防治效果，認(rèn)為該菌株對多種病原菌都有很強(qiáng)的抑制效果，并可促使甘藍(lán)種子萌發(fā)和生長。

1.3.3 利用抗菌肽保鮮

抗菌肽是由許多生物細(xì)菌經(jīng)誘導(dǎo)而產(chǎn)生的，是一種分子量在10 kD以上的廣譜抗菌堿性蛋白，常帶正電荷，在生物體內(nèi)廣泛存在，溶解性較好，化學(xué)穩(wěn)定性較高，具有一定的耐受性。蛋白酶的水解能力可通過部分抗菌肽進(jìn)行抑制，一般來說，來源和結(jié)構(gòu)不同的抗菌肽一級結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的保守性[44]。

高兆建等[45]研究表明，從傳統(tǒng)臘肉中篩選出的拮抗菌株XLP27所產(chǎn)的抗菌物質(zhì)是環(huán)狀脂肽Iturin A，其穩(wěn)定性良好，對所有蛋白水解酶都不敏感。乳酸鏈球菌素（Nisin）是乳酸乳球菌合成分泌的細(xì)菌素，對葡萄球菌等革蘭氏陽性細(xì)菌具有廣譜抑制活性，并能阻止梭狀芽孢桿菌和芽孢桿菌中的孢子萌發(fā)。在5 ℃儲存時，鏈球菌素延遲了單核細(xì)胞增生李斯特菌的生長[46]。

1.4 基因工程技術(shù)保鮮

基因工程保鮮技術(shù)，通過相關(guān)基因工程技術(shù)，將發(fā)揮抑制果蔬成熟的基因?qū)氲焦叩幕蚪M編碼中進(jìn)行基因表達(dá)，控制內(nèi)源乙烯的合成表達(dá)，抑制與細(xì)胞壁有關(guān)酶的活性，從而有效地改善果蔬貯藏的性質(zhì)，極大地減緩果蔬“衰老”速率和軟化進(jìn)程，進(jìn)而達(dá)到果蔬保鮮的目的[47]。

1.4.1 利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)抑制乙烯的生成

對于躍變型果實，如蘋果、桃子、番茄等，在成熟過程中隨著呼吸高峰的到來會自動釋放乙烯，因此可以通過不同的糖代謝途徑（三羧酸循環(huán)）控制果蔬中乙烯的生成。目前，已有研究者從基因工程角度出發(fā)，運(yùn)用基因替換技術(shù)控制乙烯的生物合成和積累，從而實現(xiàn)保鮮的目的。烏翛冰等[48]利用基因工程技術(shù)將ACC脫氨酶基因轉(zhuǎn)入番茄內(nèi)，研究結(jié)果表明乙烯的合成量降低，采后的番茄保鮮期可達(dá)兩個多月。

1.4.2 利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)控制果蔬細(xì)胞壁降解酶的活性

果蔬細(xì)胞壁的降解與多聚半乳糖醛酸酶（PG）、果膠甲基酯酶（PME）及纖維素酶有關(guān)。PME是果膠的一種水解酶，果膠水解能抑制果膠甲基酯酶的活性。PME可抑制果蔬細(xì)胞壁的代謝過程，進(jìn)而延遲果實的腐爛[49]。因此，使用果膠甲基酯酶抑制其他酶的裂解，能有效地防止果蔬變質(zhì)[50]。果膠和海藻酸鹽是最常用的食品涂層，可保留果蔬固有的物理、化學(xué)、感官特性和營養(yǎng)特性，如切片水果、袋裝水果、蔬菜沙拉等，以延長其保質(zhì)期，從而使食品保持新鮮[32]。

2 生物保鮮技術(shù)在果蔬保鮮中的應(yīng)用前景

生物相容性和生物可降解性是生物保鮮劑的最大優(yōu)點，生物保鮮技術(shù)不但能夠抑制腐敗微生物的生長，還因其抗菌活性隔絕了氧氣和微生物而具有護(hù)色、抗氧化等作用，已成為保鮮的潮流趨勢[10]。果蔬采后生物保鮮技術(shù)的應(yīng)用，不僅能夠降低有害菌體發(fā)生的概率，還能夠在一定程度上延緩果蔬腐敗的進(jìn)程。當(dāng)種植的草莓成熟后，采摘時可噴灑適量的木霉菌液，減少草莓在采摘后發(fā)生霉病的可能性。馬鈴薯在運(yùn)輸貯藏過程中，易受到碰撞導(dǎo)致腐爛，可利用假單孢菌液將其浸泡，可以降低至少50%的腐爛概率。

低溫保鮮可降低因呼吸、代謝等生理活動帶來的物質(zhì)損耗，同時抑制腐敗菌的生長繁殖，但仍會導(dǎo)致部分果蔬發(fā)生冷害；超聲波的空化作用可以去除果蔬表面的微生物，同時破壞微生物的細(xì)胞壁、細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)使微生物死亡，但超聲波短時間處理對有害微生物的殺滅效果有限，處理時間過長，則會促進(jìn)果膠的分解，造成表皮損傷、組織軟化和營養(yǎng)流失；輻照技術(shù)可破壞微生物細(xì)胞，影響酶分子結(jié)構(gòu)和功能，從而抑制果蔬生理活動，延緩果蔬腐敗，同時輻照處理果蔬會在一定程度上提高微生物對輻照的抗性等。

生物保鮮技術(shù)具備純天然、無毒害、無殘留的優(yōu)點，是一種較為理想的果蔬保鮮技術(shù)，應(yīng)用前景廣闊。由于生物保鮮劑的保鮮作用并不穩(wěn)定，易受氣溫、pH值等環(huán)境因子的干擾，且推廣應(yīng)用難度較大，因此與其他技術(shù)相結(jié)合將是其另一個發(fā)展方向[51]。

3 結(jié)語

綜上，利用生物技術(shù)對果蔬保鮮效果十分顯著。其中：基因工程育種技術(shù)可以進(jìn)一步地改善蔬菜的保質(zhì)保鮮期，從而減少果蔬在收獲之后的腐敗概率，是未來研究果蔬保鮮技術(shù)的重點發(fā)展方向。當(dāng)前果蔬保鮮技術(shù)還應(yīng)不斷發(fā)展，研發(fā)出功效更佳的生物保鮮技術(shù)產(chǎn)品，以延長果蔬的貨架期。

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