基于食品安全视角下生物保鲜技术在果蔬保鲜中的应用进展

◎ 薛思玥

（南京农业大学，江苏 南京 210095）

我国不仅是世界上最大的果蔬生产国，也是世界上最大的果蔬加工和输出国，果蔬在农产品的出口贸易中占比大约占到了1/4[1]。然而，果蔬产品的易腐败性成为制约其发展的一大瓶颈，据统计，每年我国果蔬采后腐败率高达20%～30%[2]。保鲜技术对果蔬业发展至关重要。

目前，常见的保鲜技术有化学保鲜、物理保鲜和生物保鲜等。化学保鲜作为传统保鲜技术，通过采用添加化学试剂的方法来达到防腐效果，但近年来由化学保鲜导致的食品安全问题频发[3]。物理保鲜是采用低温、气调、冷杀菌、热处理和超高压等物理手段对食品进行处理[4]，存在一定的技术难度。因此，生物保鲜因其绿色天然、无毒无味等诸多优势逐渐成为国内外研究热点。

1 基于食品安全视角下生物保鲜技术在果蔬保鲜中的应用优势

1.1 生物保鲜技术概述

生物保鲜技术利用天然提取物质对食品进行保鲜，是基于生物角度进行研究的一类保鲜技术。生物保鲜技术根据来源及性质可以分为动物源保鲜剂、植物源保鲜剂、微生物源保鲜剂和酶类保鲜剂[5]。其主要的作用机理有以下4个方面[6]。①在食品的表面形成一层保护膜，使食品与空气隔离，避免接触。②延缓氧化作用。③抑制酶活性。④生物保鲜剂本身具有良好的抑菌作用，从而达到保鲜防腐的效果。

1.2 应用优势

1.2.1 安全无毒副作用

化学保鲜剂利用化学试剂经过一定比例配制而成[3]，其中含有的化学物质存在一定毒副作用，需要按照国家标准严格控制保鲜剂的添加量。例如亚硝酸盐有致癌风险，摄入0.3～0.5 g亚硝酸盐会引起中毒,摄入3 g致死[7]。物理保鲜中低温处理和热处理方法会导致食品品质受到破坏，辐照会造成食品DNA改变，存在安全隐患，而生物保鲜技术相对安全性更高。

1.2.2 可降解

一些化学保鲜剂易残留在食品组织中，无法清洗干净，从而形成富集效应，存在安全问题。生物保鲜采用的生物保鲜剂比化学保鲜剂成分更安全，不存在残留有害物质的隐患，且具有降解性，例如生物抑菌剂（壳聚糖，精油等）和可降解高分子材料(如淀粉及其衍生物、壳聚糖、纤维素、蛋白质等)结合制成的保鲜膜降解性能良好[8]。

2 生物保鲜技术应用进展

2.1 动物源保鲜剂保鲜研究进展

动物源保鲜剂的发展前景较为广阔，对果蔬具有良好的保鲜效果。现有的动物源保鲜剂主要有壳聚糖、蜂胶和抗菌肽等，这几种动物源保鲜剂都具有天然安全无毒的特点。

2.1.1 壳聚糖

壳聚糖（Chitosan）为天然多糖甲壳素脱除部分乙酰基的产物，大多数情况下，脱乙酰度达到50%的甲壳素可以被称为壳聚糖[9]。壳聚糖具有生物降解性、生物相容性、无毒性、抑菌性等特性，能干扰细胞正常的生理活动或是将自身携带的正电荷（NH3+）

吸附到带负电荷的细胞壁上,并形成一层高分子膜的同时改变细胞膜选择透过性，从而达到保鲜效果[10-11],是延缓果蔬氧化、提高果蔬货架期的良好生物保鲜剂。其目前在苹果、梨、桃、杨梅、甜瓜、番茄、青椒和西兰花等诸多果蔬应用研究中都被证实具有显著的保鲜效果[12]。张松阳等[13]研究壳聚糖对草菇的贮藏保鲜效果中发现，1.0%壳聚糖浸渍涂膜0.5 min处理可以较好地保持草菇的营养品质，提高草菇贮藏期的品质。此外，基于协同作用机理的复合生物保鲜技术成为近年来的研究热点，例如壳聚糖-酸类复合涂膜、壳聚糖-植物香辛料提取物复合涂膜、壳聚糖-植物精油复合涂膜、壳聚糖-动物类天然防腐剂复合涂膜和壳聚糖-微生物类天然防腐剂的复合涂膜等[14]。MARIA等[15]研究壳聚糖和精油复合涂膜对鲜切西兰花贮藏过程中微生物的影响，结果表明二者均可显著减少中温及冷养菌的数量，同时精油提高了壳聚糖的抗菌活性。尽管很多壳聚糖复合膜尚处于研究阶段，应用中还存在着成膜性需要加强、成膜技术需改良等问题，但壳聚糖在保鲜上应用前景广阔。

2.1.2 蜂胶

蜂胶是工蜂采集植物分泌的树脂等物质，混入自身上腭腺分泌物而形成的蜂产品，成分包括酯类、脂肪烃、脂肪酸、高级醇、醚类、生物碱、有机酸、酚酸和黄酮等几十类甚至数百种物质[16]。其中，多酚、萜类、甾类和氨基酸等成分具有抑菌和抗氧化的功能，所以蜂胶可以被用于食品的保鲜中[16-17]。朱明涛等[18]以蜂胶和1-MCP+蜂胶复合对水蜜桃作不同处理，观察其对水蜜桃贮藏保鲜的影响，研究发现蜂胶涂在果实表面能隔离氧气，降低果实呼吸强度，减少水分流失和杀菌。另外，1-MCP+蜂胶复合对水蜜桃处理有减少乙烯释放和丙二醛的产生、减轻腐烂病、降低果实失水率、延缓果实可溶性固形物和维生素C的降解和保持SOD酶的活性等功能。目前的研究对象已经从单一的蜂胶浸出液，转到了蜂胶与其他物质的复合物上面，且有效证明了蜂胶与其他化学或生物保鲜剂复合使用对果蔬的保鲜具有更好的效果。

2.1.3 抗菌肽

抗菌肽（Antimicrobial Peptide）是广泛存在于各类生物体内的一种小肽[19]，来源广泛。动物来源的抗菌肽由多种生物细胞经诱导产生，大部分抗菌肽为阳离子碱性抗菌肽，极易吸附到带负电的细菌细胞膜上，致使细菌灭亡，或是与核酸、蛋白质等大分子物质相结合，从而影响细菌的正常代谢，导致细菌死亡[20]。抗菌肽有抑制细菌和真菌产生、抗氧化和清除自由基的作用，广谱性强，安全高效[21]。苟仕金等[22]成功申请了用蝇蛆抗菌肽作为食品保鲜剂的专利，且在果蔬的保鲜方面生产出了转基因蝇蛆为原材料的抗菌肽保鲜剂。顾晨涛[23]在鲫鱼鱼鳞抗菌肽的制备、纯化及其果蔬保鲜应用研究中，证明了与阳性对照组对比，浓度为0.20%的鲫鱼鱼鳞抗菌肽与0.05%山梨酸钾防腐剂具备同等的抑菌水平，对防腐抑菌有很好的效果。

2.2 植物源保鲜剂保鲜研究进展

植物源性生物保鲜剂的种类很多，大部分都是次级衍生物，次级衍生物本质是酚类及其取代氧的衍生物，能够抑制腐败菌和致病菌等的滋生[24]。目前，植物源保鲜剂在果蔬中的研究主要集中在香辛料、植物精油、天然酚类等中。

2.2.1 香辛料

香辛料属于天然植物性制品，带有芳香或辛香气味，具有很强的抗氧化能力。从20世纪初对香辛料进行研究之后，人们发现了诸多种类的香辛料，例如丁香、迷迭香、花椒、茴香、姜、辣椒和桂皮等材料，都能够显著抑制食品氧化以及细菌的产生[25]。目前对香辛料的研究也越来越集中在利用香辛料抑菌抗氧化的特性改善食品的贮藏性能方面[26]。吕明珠[27]研究了肉桂、八角及大蒜提取物对红提葡萄的保鲜效果，结果表明，3种香辛料均降低了红提葡萄的烂果率和失重率，其中大蒜的保鲜效果优于其余两种香辛料。

2.2.2 植物精油

植物精油，也称挥发油，是萃取植物中的芳香物质，纯天然安全可靠。其主要成分大致可以分为4类，包括萜类化合物、芳香族化合物、脂肪族化合物以及含氮含硫化合物。其中酚类，萜稀类和醛酮类化合物起主要的抗菌抑菌效果[28]。植物精油可以通过破坏霉菌的细胞形态结构从而导致霉菌灭亡，或是通过抑制分生孢子的产生从而抑制果蔬上霉菌繁殖。目前用于果蔬保鲜的方法主要有精油浸渍法、精油熏蒸处理、精油保鲜纸、精油微胶囊包埋法等[29]。潘小军等[30]在研究13种精油对柑橘保鲜效果的影响中，测定了精油对柑橘主要致腐菌意大利青霉和指状青霉的抑制作用，得出精油能显著减少柑橘的腐烂面积，且抑菌效果最好的是牛至精油。黄婵婵等[31]在7种精油对采后火龙果常温贮藏的保鲜效果的研究中，发现火龙果在7种精油中保持了最高的果实品质。不同的精油对不同种类的果蔬所产生的抑菌效果不同，再利用精油处理果蔬时，要进一步研究其最佳方法和最适浓度，以期得到更好的应用效果。

2.2.3 天然酚类保鲜剂

天然酚类物质具有抗氧化，以及抑制微生物的生长繁殖和有害细菌分泌毒素的能力，对食品有良好的保鲜效果[32]。目前对于天然酚类保鲜剂的研究主要集中于茶多酚和1-甲基环丙烯复合处理对果蔬保鲜品质的影响。茶多酚来源于茶叶，黄烷酮类占到茶多酚总量的60%～80%，能够增强自由基清除活动、保护色素和维生素[33]。茶多酚在一定的浓度范围内，能够显著降低冬枣、香菇、青椒、红富士苹果、油梨和圣女果的呼吸强度。李振等[34]从1-mcp+茶多酚（TP）对蕨菜保鲜的研究中得出，蕨菜的失重率、硬度、粗纤维含量、MDA含量以及PPO活性经过1-MCP+TP处理后都显著低于对照组和单一处理组。代雨菲等[35]从1-mcp+TP复合保鲜对黄心猕猴桃的贮藏品质影响的研究中得出，复合处理能够有效保持猕猴桃的品质，延长猕猴桃的保质期。

2.3 微生物源保鲜剂保鲜研究进展

微生物源保鲜剂主要是利用微生物的生长代谢中产生的有机酸、细菌素、抗生素等多种抑菌物质，抑制果蔬采摘后其他有害菌种的生长繁殖，其中细菌素被证明可抑制其他菌种生长繁殖[36]。目前对于微生物源保鲜剂的研究主要集中在对肉类的保鲜，近年来也逐渐应用到对蔬果的保鲜中，最主要的种类是乳酸链球菌素、钠他霉素和曲酸3种[36]。车建美等[37]研究微生物保鲜剂对不同鲜切水果的保鲜效果，生产出了保鲜剂“果粒鲜”，证明“果粒鲜”可以抑制台湾大青枣、西瓜、草莓和龙眼果实表面霉菌的生长，保持水果的感官品质。

2.4 酶类保鲜剂保鲜研究进展

酶类保鲜剂可以通过降低和去除食品中的氧来延长食品的贮存期，且生物酶物质能使食品表面的一些微生物失去生物活性，本身具备良好的抑菌作用，可以达到防腐保鲜的目的[38]。

2.4.1 溶菌酶

溶菌酶（lysozyme）具有天然、高效、无毒、来源广泛、成本低且用量少等诸多优点，在食品保鲜领域中商品化程度较高，且在2010年12月31日被卫生部批准可以做为食品防腐剂使用[39]。溶菌酶可以导致菌类细胞裂解从而达到抑菌效果[40]，T4溶菌酶具有两亲性质的C端可以直接干扰细胞的膜活性,进而抑制微生物生长[41]。溶菌酶对果蔬保鲜的影响也很多。邱朝坤等[42]研究了溶菌酶和乳酸链球菌素对草莓的保鲜效果，研究表明，0.01%溶菌酶与0.10%Nisin复配保鲜液能显著提高草莓的贮藏期。李长亮等[43]针对西兰花采后黄化和霉变的问题，采用了1-甲基环丙烯（1-Methyl-Cyclopropene，1-MCP）、溶菌酶，以及1-MCP+溶菌酶复合进行处理。结果表明，各处理均能提高西兰花的感官品质和总酚含量，抑制叶绿素和维生素C的降解，提高SOD和CAT的活性，其中1-MCP+溶菌酶联合处理对西兰花的保鲜效果最佳。

2.4.2 葡萄糖氧化酶

葡萄糖氧化酶（Glucos Oxidase，GOD）广泛存在于动植物及微生物体内，主要生产菌株是青霉和黑曲霉[44]。GOD在果蔬保鲜方面的机制主要体现在以下几个方面。①脱氧，GOD有较好的抗氧化作用，能够保护果蔬中的还原性物质，防止食品变质。②防止美拉德反应，例如可以应用在土豆加工过程中。③具有过氧化氢作用，GOD催化葡萄糖反应产生的过氧化氢能够杀菌，同时也能够抑制好氧菌的生长[45]。LING等[46]将葡萄糖氧化酶固定在PVA/CS/茶提取物电纺纳米纤维膜中，这种新型食品包装材料可以抑制微生物的生长繁殖，达到对食品进行保鲜的目的。沈王庆等[47]在研究葡萄糖氧化酶和柠檬汁对甘蔗汁保鲜的影响中，发现葡萄糖氧化酶和柠檬汁结合，对甘蔗汁有显著保鲜效果，在葡萄糖氧化酶量为0.060 mg、酶解温度为30 ℃、酶解时间为10 min和柠檬汁的量为1 mL的最优组合条件下，甘蔗汁能有效保存12 d。

3 结语

生物保鲜技术具有安全无毒副作用、可降解、保鲜效果好等优势，解决了化学保鲜剂超标或易产生毒副作用的危害，其天然性、安全性和环保性更符合对果蔬加工和贮藏中对品质的要求。我国现有研究在生物保鲜剂的品类上不断纵深，从单一的生物保鲜剂逐渐延伸到了对复合生物保鲜剂的研究，研究种类和方向越来越多样化，在果蔬中的应用具有长远发展的趋势。

生物保鲜技术也存在一些不足之处。①研究中多为粗提取物，对于实际应用中的纯化等还需要进一步研究。②不同的生物保鲜剂之间的相互作用的研究不够全面。③生物保鲜剂价格比较贵，如Nisin约300元/kg，壳聚糖约100元/kg。随着生物保鲜剂的纯化技术不断成熟，各个生物保鲜剂相互协同作用机制逐步明确，加之生物保鲜剂量产成本下降，生物保鲜技术将在果蔬保鲜领域得到更广泛的应用。