微生物在果蔬防腐保鲜上的应用研究进展

吴艾频，王世宽

（四川轻化工大学生物工程学院，四川宜宾 644000）

0 引言

果蔬是人们日常生活中不可缺少的食品，含有丰富的营养成分，包括维生素、纤维素、有机酸、碳水化合物、无机盐及果胶等，是人体摄取这些营养成分的重要来源。2018 年我国水果产量达到2.56 亿t，蔬菜产量达到7.035 亿t[1]，具有较高的经济效益。由于果蔬采后保鲜、运输贮藏等原因，导致采后损耗率达到20%～30%，经济损失高达800 亿元[2]，严重损害了农民的经济利益。因此，有效延长果蔬采后的贮藏保鲜期，减少果蔬腐烂现象的发生，能提高经济效益。目前，我国多采用化学低温保鲜，但化学防腐剂会对人体和环境造成危害，所以研究安全无害的果蔬保鲜方法成为热点。

微生物保鲜技术是微生物菌体或其代谢产物与果蔬致腐微生物进行拮抗、竞争而达到保鲜效果，具有生产工艺简单、天然无害等优点[3]。按照成分性质的差异，将微生物类保鲜剂可分为两大类：微生物菌体和菌体代谢产物。对微生物在果蔬防腐保鲜上的应用研究进展和微生物抑菌机制进行了综述，以期为微生物在果蔬防腐保鲜上的应用提供参考。

1 微生物保鲜技术

1.1 微生物菌体保鲜

微生物菌体通过拮抗、竞争作用抑制或杀灭果蔬致病菌的方式对果蔬进行防腐保鲜[4]。目前，主要是拮抗酵母、拮抗细菌和木霉菌等应用于果蔬防腐保鲜。

1.1.1 酵母菌

酵母菌具有抑菌效果好、不产生毒素、对大多数化学杀菌剂耐受，且使用酵母菌保鲜一般不会影响果蔬品质，不会对果蔬产生不良影响等优点，因此成为微生物对果蔬保鲜的主要菌种[5-6]。目前，水果采后保鲜应用的拮抗酵母主要有隐球酵母属、假丝酵母属、毕赤酵母属等[7]。将绿熟、转色和红熟3个阶段的樱桃番茄果实浸泡于1×108CFU/mL 罗伦隐球酵母细胞悬浮液10 min，在恒温恒湿贮藏室（25 ℃，RH 95%） 诱导48 h 继续贮藏20 d，研究发现罗伦隐球酵母能够提高果实的品质，尤其是对色度有正面影响[8]。为了保证达到或接近原种菌株的活力，将季也蒙毕赤酵母Y35-1 菌株制备成液体和冻干粉菌剂浸泡处理枇杷20 d，结果枇杷腐烂率分别为2.25%和3.60%，远低于对照组20.0%的腐烂率；并且均对枇杷的失重率、硬度、可溶性固形物、维C含量等生理生化指标均起到了一定的维持作用，对枇杷采后保鲜均有良好的效果[9]。

虽然有很多研究报道证明酵母菌对果蔬采后保鲜具有作用，但其效果比化学防腐剂低。为此，研究发现通过与热处理、壳聚糖等复合保鲜，可以提高拮抗酵母的保鲜效果[4]，如将1×108CFU/mL 的罗伦隐球酵母菌悬液结合热空气处理草莓，结果表明酵母菌悬液结合38 ℃热空气处理24 h 的方法明显优于两者单独处理，更能有效降低草莓的腐烂率、失重率等，并且对草莓品质无影响[10]。而将0.1%壳聚糖与美极梅奇酵母菌结合处理冬枣，结果表明冬枣贮藏50 d 后复合涂膜处理效果较佳，腐烂率最低，并且抑制失重率的增加，有效减缓了冬枣硬度、维C含量等指标的变化，减少营养物质的损失[11]。

1.1.2 枯草芽孢杆菌

目前，果蔬保鲜应用较多的拮抗细菌是芽孢杆菌属和假单胞杆菌属等[12]。将不同质量浓度的解淀粉芽孢杆菌发酵液均匀涂抹在香蕉上，贮藏5 d 后发现质量浓度400 mg/mL 的解淀粉芽孢杆菌发酵液和保鲜膜结合处理的香蕉没有腐烂变质，失重率仅为0.17%，有效抑制了香蕉硬度、可滴定酸含量的变化，保持了良好的品质[13]。并且在枇杷伤口处先分别注入解淀粉芽孢杆菌（B4，B5，B6 及B9） 的发酵液、菌悬液、上清液，再接入病害菌菌悬液后室温贮藏，3 d后B4 菌悬液抑制病害菌效果最好；同时，浸泡试验表明，B4 的发酵液效果最好，20 d 后腐烂率最低[14]。同样，将辣椒分别在枯草芽孢杆菌P5 菌株发酵滤液、生化级保鲜液（NW20） 和清水中浸泡5 min，晾干密封后20 ℃下贮藏，结果表明15 d 后，发酵滤液对辣椒具有显著的防腐保鲜效果，能有效抑制腐烂率、失重率增加，延缓维C、总糖、叶绿素和可滴定酸含量的下降，P5 发酵滤液对其保鲜效果略低于NW20 保鲜剂；但相比化学保鲜液NW20，枯草芽孢杆菌生物防腐更安全[15]。

1.1.3 木霉

木霉菌是植物病害生物防治真菌，被认为是最有可能替代化学防腐剂的微生物，并且能促进植物生长[16]。目前，木霉属中哈茨木霉、棘孢木霉、绿色木霉等在果蔬保鲜研究较多，其中哈茨木霉研究最为深入[17]。用哈茨木霉发酵液、咪鲜胺溶液和2,4-D 溶液分别浸泡柑橘1 min，室温保鲜袋贮藏8 周后，2,4-D 溶液、哈茨木霉发酵液和咪鲜胺溶液处理的好果率分别为23.00%，59.33%，69.00%，结果表明哈茨木霉发酵液能显著降低柑橘的腐烂率，提高好果率，保鲜效果为咪鲜胺处理的78%，且发酵液处理后没有影响柑橘品质，能延缓维C 的降解[18]。

除了通过浸泡、喷洒直接应用于果蔬表面，还可以将木霉应用于包装材料上，如分别使用涂布过木霉菌发酵液的PE 保鲜膜、瓦楞纸箱和未涂布的2 种包装材料，对新鲜黄瓜进行密封贮藏（25 ℃），10 d 后涂抹组失重率低于未涂抹组，其中PE 涂抹组保鲜效果最好，能延缓维C、叶绿素含量和果实硬度的下降，减少了营养物质的损失[19]。

1.2 微生物代谢产物

微生物能产生多种代谢产物，通过发酵技术可应用于食品、医药等方面，目前果蔬保鲜上应用较多的微生物代谢产物是纳他霉素、乳酸链球菌素、糖类、ε - 聚赖氨酸等。

1.2.1 纳他霉素

纳他霉素也称匹马菌素、游链霉素，是由纳塔尔链霉菌、恰塔努加链霉菌和褐黄孢链霉菌等链霉菌发酵产生的次级代谢产物，对霉菌、酵母菌具有较好的抑制作用，但不能抑制细菌和病毒，是天然的食品添加剂，具有无毒、抗菌谱广等特点[20]。在果蔬保鲜上纳他霉素单独应用较少，常常复配使用。将樱桃番茄在纳他霉素溶液（0.8，1.2 g/L） 中浸泡 1 min，晾干后放入气调箱冰箱4 ℃下贮藏，结果表明不同溶度的纳他霉素均有良好的保鲜效果，第30 天时，0.8，1.2 g/L 纳他霉素处理组的坏果率分别为8.42%和5.06%，远低于对照组，且能保持水果的感官品质和营养品质；气调箱中CO2体积分数均为5%左右，符合气调保鲜的最佳条件[21]。并且模拟家用冰箱，在冰箱自带雾化器内加入复配保鲜液（1.0 g/L 纳他霉素+ 2.5 g/L 丙酸钙），每天共打开冰箱6 次，冰箱开启时保鲜液从喷雾器中喷出，5 ℃下贮藏绿芦笋，结果表明复配的保鲜液对绿芦笋保鲜具有一定的作用，贮藏12 d 后失重率远低于未处理组，且有效保持了绿芦笋的感官品质、硬度、维C 和叶绿素含量，但对色泽和可溶性固形物效果较小[22]。

1.2.2 乳酸链球菌素

乳酸链球菌素（Nisin） 主要是由乳酸链球菌属代谢产生的一种多肽抗菌素，可以有效地抑制革兰氏阳性菌，且作为天然的食品添加剂，广泛应用于乳制品、肉制品等方面，但在果蔬采后保鲜应用较少[23]。将不同溶度的乳酸链球菌素溶液均匀喷洒在鲜切梨表面，晾干后4～5 ℃贮藏，结果表明8 d 后对照组基本不能试验，而乳酸链球菌素溶液处理组大部分梨品质正常，有效降低了腐烂率，抑制了鲜切梨褐变，维持了鲜切梨的感官品质；其中，质量浓度为0.4 g/L Nisin 溶液保鲜效果最好[24]。而将苦瓜在不同浓度的Nisin 溶液中浸泡15 min，晾干后保鲜袋密封于9 ℃冰箱中贮藏，结果表明贮藏12 d 后，对照组完全腐烂，而0.4 g/L Nisin 处理的苦瓜保鲜效果最好，苦瓜未腐烂，有效减少了维C 和水分含量的损失[25]。

1.2.3 微生物糖类

微生物糖类主要由细菌、真菌和蓝藻类产生，具有安全无毒、理化性质独特等特点，作为成膜剂和保鲜剂广泛应用于食品、制药等领域[12]。目前，应用在果蔬保鲜中的微生物糖类主要是普鲁兰多糖。在果蔬保鲜上常利用普鲁兰多糖良好的成膜性和隔氧性，将不同浓度的普鲁兰多糖对水蜜桃均匀喷洒成膜，晾干后室温下贮藏，结果表明普鲁兰多糖涂膜处理可以有效地提高好果率，对水蜜桃保鲜效果显著，其中2%的普鲁兰多糖效果最好，保鲜期延长了3～4 d[26]。

但由于普鲁兰多糖抗湿性较差，成膜柔软性差等缺点，常将其与其他材料复配使用。将荔枝放入已制备好的复配保鲜液（普鲁兰多糖为主） 中浸泡2～3 min，在不同条件下贮藏，结果表明夏季35 ℃下贮藏，84 h 后能维持80 %的好果率，较未处理延长了72 h；低温5 ℃贮藏，保鲜21 d 后仍能维持80%的好果率，较未处理延长了16 d，但不适合在空调环境贮藏，因为空调环境干燥会使膜表面裂开，所以保鲜效果不好[27]。

1.2.4 ε - 聚赖氨酸

ε -聚赖氨酸（ε-PL） 是链霉菌属产生的一种由20～30 个赖氨酸单体组成的具有抑菌功效的多肽，可在体内分解为人体必需的赖氨酸，兼具安全性和营养性，并作为一种天然防腐剂，对革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌、酵母菌及霉菌等都有较好的抑制作用，可广泛应用在食品中[28]。将荔枝在ε-PL 发酵液、清水及1‰施保克（化学防腐剂） 中浸泡3 min，晾干放置泡沫箱中常温贮藏，贮藏6 d 后，清水对照组、1‰施保克处理组及ε-PL 发酵液处理组的好果率分别为20%，55%，75%，生物保鲜剂处理的荔枝保鲜效果显著，延缓了荔枝果实腐败褐变，减少了营养物质的损失，与化学防腐剂保鲜效果差别不大，但更安全[29]。并且通过浸泡、喷雾2 种方法分别处理樱桃、葡萄2 种果实，在冷库（-0.5±0.5 ℃） 贮藏，结果表明500 mg/L 的ε -聚赖氨酸盐酸盐浸泡处理的樱桃在冰温贮藏期达到了较好的保鲜效果，降低了腐烂率；600 mg/L 的ε -聚赖氨酸盐酸盐喷雾处理的葡萄保鲜效果最为显著，有效抑制了葡萄的腐烂和掉粒[30]。

2 微生物防腐保鲜机制

病原菌的入侵是导致果蔬采后腐烂的主要原因。因此，抑制病原菌是果蔬保鲜的重要途径。微生物保鲜技术主要是通过抑制病原菌达到保鲜的目的，其作用机制主要有营养与空间竞争、重寄生作用及诱导抗病作用等。

2.1 营养与空间竞争

营养与空间的竞争是微生物抑制果蔬采后病原菌最主要的作用机制。当果蔬有机械伤口时，病原菌通过伤口入侵，同时拮抗微生物与病原菌抢占伤口的营养，拮抗微生物利用伤口的营养大量繁殖，快速消耗伤口的营养并占领全部的空间，使得病原菌不能正常繁殖，从而抑制病原菌。研究表明，膜醭毕赤酵母Y4 可以在桃果伤口快速定殖，并保持较高的酵母数量，与病原菌竞争营养与空间，从而控制桃果采后软腐病的发生和自然腐烂[31]。葡萄汁有孢汉逊酵母也可以在草莓伤口上快速生长，具有竞争营养和空间的能力[32]。

2.2 重寄生作用

重寄生作用是指微生物对果蔬病原菌的识别、接触、穿透及寄生等一系列的连续步骤组成的复杂过程，是木霉菌抑制病原菌最主要的拮抗机制之一。由于木霉菌丝发达，能与病原菌菌丝缠绕，吸取病原菌体内的营养物质，对病原菌形成重寄生作用，最终使病原菌灭亡，从而达到保鲜的目的[33]。

2.3 诱导抗病作用

由于果蔬自身的后熟和衰老，导致采后果蔬在贮藏期抗病能力逐渐下降，易受到病原菌的侵染，加速腐烂，而生防微生物可以诱导果蔬产生抗性，抵御病原菌。其诱导机理主要是以下3 点：一是微生物可以诱导果蔬产生植保素（PA），如假丝酵母和季也蒙毕赤酵母接种柑橘后，诱导伤口合成PA；假丝酵母细胞悬浮液可诱导葡萄PA 的积累，并抑制葡萄的青霉病[32]。二是微生物诱导果蔬后，果蔬体内的防御酶活性都增加，抗病能力提高，延长了果蔬的贮藏期[13-14，26，34-37]。三是微生物诱导果蔬后，能产生病程相关蛋白，提高自身防御作用，使果蔬贮藏期增加。例如，膜醭毕氏酵母菌诱导后能有效抑制桃果实采后软腐病，哈茨木霉Tr-92 诱导黄瓜后延长了贮藏期，降低果实腐烂率，并且使2 种PR 蛋白（几丁质酶和β-1,3- 葡聚糖酶） 活性增加[38-39]。

3 结语

目前，微生物对果蔬防腐保鲜研究取得了一定成果，但仍存在许多问题。第一，微生物菌体或其代谢产物容易受到环境的影响，导致保鲜效果不稳定。第二，一种拮抗微生物往往只能对某类或某几类病原菌有抑制作用，抗菌谱窄。第三，多数试验都是单因素研究，但由于微生物保鲜往往是多因素、多机理协同作用的结果，所以需要进一步深入研究。第四，批准使用的微生物保鲜剂较少，因为有些拮抗酵母菌为致病菌，会造成安全问题。第五，商业化的保鲜剂较少。第六，微生物对果蔬诱导抗性机制尚未明确。解决上述问题，寻找具有稳定性、抗菌谱广、安全的微生物必将成为研究重点，商业化应用前景较大。