天然植物提取物在果蔬保鲜中应用研究进展

天然植物提取物在果蔬保鲜中应用研究进展 日期：2009-12-25 来源：2009 字体大小：大 中 小 O 引 言 新鲜果蔬从采收到被人类消费，由于病原生物侵染涉及到食品安全、腐烂损失(包括腐败变质、虫害)等问题。据统计，发达国家约有 1020的新鲜果蔬由于采后病害导致腐烂，发展中国家则达到 4050。中国易腐烂特色水果总产量达 116 亿 t，采后损失 2530，约 700 亿元。另外，由病原微生物引起的人类疾病的发生率近几年来也逐渐增加，病原微生物、如腐败细菌、酵母、霉菌等会通过各种途径侵袭，导致人类食物性疾病的爆发，危害人类安全。 目前控制果蔬采后病害的最有效手段是冷藏结合化学杀菌剂处理，但由于化学杀菌剂残留危害人类健康及植物病原菌对化学杀菌剂产生抗药性，迫切需要研究无公害高效防腐保鲜剂产品及技术，以取代化学杀菌剂的大量使用。生产实践和科学研究表明植物提取物中含有抑制病原微生物的成分，人们提出了利用植物中的抗菌物质对果蔬采后病害生物防治的设想并进行了大量研究。其中从人们食用的中药和香辛料中提取天然防腐保鲜剂，被认为是食品添加剂研究领域最有前景的发展方向，是开发新型高效果蔬生物防腐保鲜剂的重要途径。本文重点阐述中药和食用调味料提取物对果蔬病原菌的抗菌活性及其在保鲜中的应用进展，为研究开发果蔬生物防腐保鲜剂提供借鉴。 l 对果蔬采后病原菌有抑制作用的植物资源 许多植物都具有一定的抗菌、杀虫能力，从植物中提取的杀虫剂已经在生产中大量应用，如鱼藤酮、烟碱等。由于食品工业中的防腐保鲜涉及到对人类的安全性问题，人们对果蔬采后保鲜中主要病原菌具有较强抑制作用的植物研究遵守药食同源的原则进行筛选，因此主要集中于天然香辛料和一些中草药，包括芸香科的柠檬、柑橘类、橙类，樟科的肉桂、月桂，桃金娘科的丁香、众香，唇形科的百里香、迷迭香、薄荷等，百合科的洋葱、大蒜，姜科的高良姜、姜，肉豆蔻科的肉豆蔻，胡椒科的胡椒、花椒，茄科的辣椒、山鸡椒等和本科的香茅、芳香草等。 2 天然植物对果蔬采后病原菌的抑制效应 21 单一植物提取成分对果蔬致病菌的抑制效应 果蔬大多呈酸性，采收以后主要致病菌以真菌较多，主要有灰葡萄孢、青霉属、曲霉属、链格孢属等。另外，果蔬在采后流通过程中携带的对人治病细菌主要有大肠杆菌、李斯特氏菌等。 国内外学者对具有良好抗菌活性的中草药和一些植物提取物的抗菌效果进行了研究筛选。余世望等(1997)测定 60 种食药两用植物乙醇提取液的抗菌作用，其中丁香、花椒、高良姜、甘草、乌梅 02 95 浓度时显示明显的抗菌作用，丁香、花椒、高良姜对黄曲霉、黑曲霉等表现出强的抗真菌作用，乌梅对荧光假单孢菌属细菌均有强烈抑制作用，其他大部分提取物抗菌效果很弱。马蹄皮酸醇提取物、苦参提取物、苦瓜汁液、柚皮提取物对各种细菌、真菌具有良好的抑菌作用。宫毓静(2002)发现对一种或几种真菌有较强抑制作用的药物有：牡丹皮、知母、高良姜、黄连、丁香、肉桂、黄柏、黄苓、菖蒲、五倍子、肉豆蔻、防己、木香、丹参等。印度 chand Oupta 等(1983)用稀释250 倍的柑橘果皮精油对供试真菌构巢曲霉、多主枝孢霉、尖孢镰刀菌和黑曲霉、茄镰刀菌、根霉仍具有抗菌活性，且宽皮橘油比甜橙皮油抑菌效果更强。SNDIXIT 等(1995)研究了 30 种阔叶树的树叶挥发油对 35 种农产品贮藏真菌的抑制效应，结果表明 Ageratum conyzoides 对试验真菌的菌丝生长抑制效应最强，O2浓度时能够抑制 32 种真菌的生长，室温放置 330 d 或者加热至100。C 均不影响其抗菌活性嘲。 总的来看对果蔬采后病原菌抑制作用较强的植物主要有丁香、山苍子、百里香、肉桂、高良姜、辛辣调味品如大蒜、姜、辣椒、茴香等。研究人员对这几种植物提取成分对果蔬主要指病菌的抑制效果进行了更深的研究。 50200 mgL 的百里香精油对草莓病原真菌 Botrytis cinerea 和 Phizopus stolonifer 的抑制率分别为 265905 96 和5。5658。04和 O5的山苍子、肉桂、丁香精油可完全抑制黄曲霉、毛霉、青霉等 8 种霉菌的生长，同等条件下苯甲酸钠几乎无效。山苍子精油对植物病原真菌 Fusarium，oxyspo turn，Helminthosporium sp，Stemphyllium sp，苏曲霉菌等 10 种霉菌的生长发育均有良好的抑制效果。胡椒精油和胡椒酚对从西红柿果实上分离出来的 9 种致病真菌具有抗菌活性，最小抑菌浓度分别是是 1530 mgmL 和 2565 mgmL，二者与适量食盐混合后具有增效作用。丁香乙醇提取物对米曲霉和黑曲雷显示出很强的抑制作用，在 2 个月的观察期内可有效地抑制霉菌生长繁殖，并使孢子受抑萎缩。桂皮乙醇提取物则对酵母菌显示出很强的抑制作用。生姜油树脂对真菌的抑制作用明显强于食品常用防腐剂山梨酸钾，其 MIC 值分别为橘青霉391 mgmL，酿酒酵母 781 mgmL，金黄色葡萄球菌 1563 mgmL，大肠杆菌 6250 mgmLh4。 Wilson 等(2003)研究了龙艾、香旱芹、多香果、红百里香、罗勒、薄荷、冬青、香荆芥酚)、扁柏油酚等 7 种精油或成分对灰霉菌的抑制效应，结果表明香旱芹、多香果、红百里香抑菌效果最好，O1(VV)可完全抑制灰霉菌孢子萌发，基本上减少大肠杆菌的增长。 22 植物提取物对病原菌抑制的增效作用 精油的抑菌活性可能是多种成分相互作用的结果，不是单一成分所能达到的作用。另外，单一成分可能导致抗药性的产生，因此不同抗菌剂的协同用于保持产品安全稳定的重要性已被广泛接受。抗菌物质的混合使用可以在达到同样抗菌效果时减少每一种抗菌剂的浓度，从而提供一种防止食品腐败的多种天然抑菌剂协调作用的新途径。不同精油混合或一种精油与其它抗菌物质相混合可起到增效作用，例如降低温度和 NACl 也可以增加精油的抗菌活性。 山苍子油和广藿香分别采用水蒸气蒸馏法提取的芳香油按 65：35 混合，所得复合芳香油对仓储霉菌颇具抑菌效果，特别是对粮油中所能致癌的黄曲霉菌有明显抑制作用 E19J。 壳聚糖是近年来公认既具有一定的抑菌作用，又具有良好保鲜效果的的果蔬涂膜保鲜剂。研究表明壳聚糖与天然植物提取物对一些病原菌的抑制具有增效作用。O5 gL 壳聚糖+O125 gL 百里香酚复合物对金黄色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、棒状杆菌、大肠杆菌、绿脓杆菌、白色念珠菌等 6 种菌都有明显的抑制作用，抑菌范围变宽，抑菌时间比单体有不同程度的延长。对灰霉菌孢子无抑制作用的 O006壳聚糖山梨酸酯及 O0175O1精油(龙艾、香旱芹、多香果、红百里香、罗勒、薄荷、冬青、香荆芥酚、扁柏油酚)混合后可以完全抑制灰霉菌孢子萌发，同时对大肠杆菌也有同样的增效协同作用。 3 天然植物提取物在果蔬保鲜中应用进展 利用天然中草药等具有抗菌活性的提取物对水果蔬菜进行处理，保鲜效果比较明显，主要应用方式包括提取物质浸蘸、熏蒸、喷洒或与保鲜纸及涂膜剂等载体相结合等。 早期的研究主要集中于普通的天然植物水提液对水果蔬菜浸蘸后的保鲜效果，中国的学者对中草药的保鲜效果进行了开拓性研究。华中农业大学的果树学家、园艺教育家、柑橘专家章文才，在国内首先进行柑橘中草药防腐保鲜试验。用筛选出的高良姜、野菊花、野艾等，取其 8 96 的浸出液洗果，收到了防腐保鲜的效果，开创了柑橘防腐保鲜的新途径。席王与芳(1999)研究表明 25大蒜汁、10洋葱汁和 40生姜汁对防治柑橘青霉病有较好的效果。陈志宏等采用百部、良姜、虎杖、花椒、丁香、桂皮等中草药提取液处理，结合使用乙烯吸收剂及聚乙烯塑料包装，可使荔枝常温保存 10 d 仍良好的风味。锦橙果实接种柑橘青、绿霉后用 o1的香叶油和香茅油浸果，使开始腐烂的时间推迟 46 d。110 -8 的香茅醇、百里香酚、樟脑油和桉叶油可以控制洋葱鳞茎的黑霉病，能有效地减少贮藏于室温下洋葱的腐烂和发芽。Arora 等人(1984)用薄荷、香叶醇等 9 种精油或单体进行柑橘果实防腐试验，发现用01浓度的香叶醇处理果实可分别减少由 Penicillium digitatum、Diplodia 和 Alternaria 引起的腐烂发病率 40、60和 100。 近年来，中国学者在中草药提取物的应用剂型方面进行了更多的探索，主要集中于熏蒸、保鲜纸、保鲜膜符合等应用方式。其中，宋义忠等(2003)采用丁香提取物直接熏蒸保鲜花椰菜，毛琼(1999)等将中草药丁香、大黄、高良姜提取物与氧化淀粉溶液制成保鲜纸和中草药涂膜液保鲜河北水晶梨，宋晓岗等(1997)采用百步、虎杖、良姜、甘草和氧化淀粉溶液制成复合保鲜纸结合小袋包装保鲜番茄、青椒、青瓜263，周浩等(1999)用添加大黄、白鲜皮、桉叶、知母、茴香、多菌灵的复合涂料处理苹果、梨、蜜橘，以及采用柠檬醛或其前体香叶醇渗入在塑料膜、蜡或包装纸中后包装柑橘果实，均具有良好的保鲜效果，可大大延长贮藏期，也证明天然防腐剂完全可替代化学防腐剂用于果蔬保鲜。 国外的学者在天然提取物在果蔬保鲜上的应用研究也较多。sOller 报道了欧洲课题组关于肉桂在果蔬保鲜上的应用效果，肉桂中提取出的肉桂酸喷雾处理能够明显延长桃、柑橘、梨、苹果、李子、油桃、一些鲜切果蔬如西红柿、芒果、甜瓜、苹果、柠檬、猕猴桃等的货架保鲜期。虽然，过高的浓度会导致部分果蔬(李子、梨、酸橙)褐变，但可明显延长一些重要果蔬产品的货架期。例如，西红柿切片 4下可由 42 d 延长到 70 d，25时 21 d 延长到 42 d。DSivakumar etal(2002)研究表明将在 30 mgL 肉桂精油溶液中浸蘸过的吸水纸放人红毛丹包装内，135、95RH 条件下 14 d 可以保持其品质基本不变 Lzg。MVBhaskara Reddy 等(1998)利用的百里香精油处理草莓，贮藏 14 d 时，对 Botrytis cinerea 和 Phizopus stolonifer 引起的草莓腐烂抑制 736和 730。sNDIXIT 等(1995)采用 O3 Ageratum conyzoides(藿香)精油浸渍处理 Mandarins 柑橘 60 min 后于低温和常温下贮藏30 d 无腐烂，对照腐烂率分别达 20、306，熏蒸处理效果好于浸渍处理。4 植物的主要抑菌成分与抑菌原理 抗菌剂的抗菌效果与分子结构密切相关。植物芳香成分精油被认为是主要的抗菌成分，具有强烈的抑制或杀死真菌等微生物的特性，其主要成分为 4 大类：萜类化合物、芳香族化合物、脂肪族化合物、含氮含硫化合物。其中醛类、酚类是主要的活性成分，如丁香的活性成分是丁香酚、肉桂的活性成分是肉桂醛、百里香的活性成分是百里香酚、山苍子的主要活性成分是柠檬醛等。 Katayama(1960)研究了 30 种精油的抗菌效果，仅有(eugenol 丁香酚，carvacrol 香芹酚，isoborneol 异冰片，thymol 百里酚，vanillin 香草醛，salicylaldehyde 水杨醛)等 6 种抗菌效果明显，Katayama认为抗菌活性和化学结构上的羟基有关。栗田等人对 70 多种精油成分的化学结构与抗真菌活性的关系进行了研究，总结认为存在以下规律：醛类的电子接受能力越强，其抗真菌的活性越高；，-不饱和脂肪醛比 ，-饱和酮的活性强；，-饱和醛比相应的醇的抗真菌活性低；一元醇比二元醇、三元醇抗真菌活性高；酚、愈创木酚、苯甲醛、苯甲醇等在苯环上引入烷基后，其抗真菌活性增高 Eas。对于食用香料的抑菌防腐作用来说，Katayama和 Nagai 研究食用香料所含萜类的抗菌物质的化学结构，认为食用香料植物的抗菌活性，根据官能团的不同，可按酯醚酮缩醛丙酯醇醛酸的次序逐渐增大。在同类基团化合物中，脂肪酸的碳原子数 911 个，醛类 68 个，醇类 710个的化合物显示较强的抗菌活性。而有苯环的酚类抗菌性最强，如丁香酚(丁香、众香子的主成分)、百里酚(百里香的主成分)、香荆芥酚(牛至的主成分)、香兰素(香夹兰的主成分)，稀释 2000 倍后仍然具有抑菌作用。李宏(2002)认为精油的抗菌活性和治疗作用是其所含各种活性成分发挥协同作用的总和。 关于天然植物精油的抗菌活性的研究很多，但其抑菌机理研究尚少，且尚没有定论，普遍认为疏水性的精油通过直接破坏微生物细胞膜或影响能量代谢途径来达到抗菌效果。 Knobloch 等(1989)对植物芳香精油的抗菌性能进行了研究，提出在水相中的溶解度与精油中有效成分透过细胞壁而进入菌体的能力直接相关，而抗菌性则基于抗菌剂在菌体细胞膜双磷脂层中的溶解度；精油中的类萜类降低生物膜的稳定性，从而干扰了能量代谢的酶促反应的观点。Nikaldo 等(1990)则报导毛桃和杏核精油是通过抑制磷酸二酯酶活性而起作用。Gocho(1992)对来源于植物的 26 种芳香族化合物的抗菌效果进行了研究，根据对湿胞子有效而干胞子无效的试验结果，提出桂醛、茴香脑等有效芳香抗菌成分的抗菌性是基于孢子对抗菌剂的吸收而起作用的看法。Didry 等(1993)报道百里酚(thym01)、黄蒿酚(arvacr01)和肉桂醛合用时显著提高对微生物呼吸的抑制作用。 罗曼等(2001，2002)从细胞、亚细胞和分子水平系统研究了柠檬醛对黄曲霉的抑制效应和机理，表明柠檬醛能破坏黄曲霉细胞壁、质膜、Mt 和膜选择通透性，同时能使菌丝体 DNA、RNA、脂类和蛋白质等生物合成受到抑制，导致细胞死亡。 5存在问题和未来研究展望 1)植物精油作为杀虫剂已经产业化应用，但作为抗菌剂尚没有产业化应用，在果蔬保鲜方面应用更少。尤其是在农产品采后保鲜方面，中国起步较晚，机理研究与应用技术不深入，用于粮食、果蔬、食品领域的保鲜大都是处于试验阶段，尚没有成熟的产品。中国果蔬种类繁多，产量增长很快，近年来由于过量的农药残留限制了果蔬的出口贸易，同时对中国人民的身体健康造成了较大的危害。另外中国的许多优质果蔬如樱桃、杨梅冬枣等食用是难以去皮的，因此亟待研究从植物中提取的天然保鲜剂。另外，中国的中草药与天然食源植物种类多，研究筛选出用于果蔬保鲜的天然植物提取物具有极广阔的前景。 2)许多关于天然产物对病原菌的抑制效应研究都是在培养基中进行的，但实践表明在培养基中试验得到的抑菌浓度，在食品中应用时所需的剂量需要增加数倍。然而精油都是疏水性物质，当达到有效浓度时，