抗菌肽在果蔬保鮮中的應(yīng)用

王宏亮　李昂　那杰

摘要：食源性致病菌是導(dǎo)致果蔬腐敗變質(zhì)的主要因素，利用抗菌肽高效殺菌、安全、無(wú)毒副作用等特點(diǎn)來(lái)保鮮果蔬具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。本文綜述了動(dòng)物源、微生物源和植物源的抗菌肽在果蔬保鮮及抗菌包裝中的研究進(jìn)展。

關(guān)鍵詞：食源性致病菌；抗菌肽；果蔬保鮮

中圖分類(lèi)號(hào)： TS255.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)：1002-1302（2014）03-0238-03

食源性病原微生物（food-borne pathogens）是造成果蔬腐敗變質(zhì)的主要因素，人們習(xí)慣采用化學(xué)防腐劑等方法進(jìn)行保鮮，效果雖好，但因目前很多化學(xué)防腐劑對(duì)人體具有潛在毒性危害并可破壞環(huán)境生態(tài)平衡而被禁用。天然防腐劑憑借其抗菌活性強(qiáng)、安全無(wú)毒、熱穩(wěn)定性強(qiáng)、可降解、作用范圍廣及對(duì)人體有保健作用等特點(diǎn)正逐步展現(xiàn)出取代化學(xué)防腐劑的趨勢(shì)。

作為天然防腐劑的抗菌肽（antibacterial peptides）另稱(chēng)抗微生物肽（antimicrobial peptides）或肽抗生素（peptide antibiotics），是由多種生物細(xì)胞經(jīng)誘導(dǎo)產(chǎn)生的一類(lèi)可廣譜抗細(xì)菌、真菌、病毒、原蟲(chóng)，甚至有抑殺腫瘤細(xì)胞等作用的小肽[1]，其來(lái)源豐富，廣泛存在于植物、昆蟲(chóng)、兩棲類(lèi)動(dòng)物、水生生物、微生物等體內(nèi)。絕大部分抗菌肽是陽(yáng)離子肽，具有兩親性、較好的水溶性、熱穩(wěn)定性、不易產(chǎn)生耐藥性、安全無(wú)毒副作用等優(yōu)勢(shì)[2]，因而在食品工業(yè)、農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)、醫(yī)藥業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)以及保健品、化妝品加工業(yè)中都存在潛在的應(yīng)用價(jià)值。目前，首例且唯一被批準(zhǔn)應(yīng)用于食品防腐保鮮的抗菌肽——尼生素（nisin）已在50多個(gè)國(guó)家和地區(qū)應(yīng)用[3]。

關(guān)于抗菌肽在加工型食品防腐中的研究已有較多報(bào)道，包括罐藏食品、植物蛋白食品、乳制品、肉制品及乙醇類(lèi)飲料等，但在果蔬保鮮中的應(yīng)用研究較少。本文綜述了動(dòng)物源、微生物源和植物源抗菌肽在果蔬保鮮及抗菌包裝中的應(yīng)用情況。

1 抗菌肽在果蔬保鮮中的應(yīng)用

來(lái)源于瓜果蔬菜的腐爛致病菌種類(lèi)繁多，傳統(tǒng)的殺菌方法如高溫、超高壓等會(huì)損傷果蔬組織，影響品質(zhì)，從而造成營(yíng)養(yǎng)成分流失。生物來(lái)源的抗菌肽具有廣譜的抗菌性，能夠在常溫下保持產(chǎn)品的風(fēng)味，延長(zhǎng)果蔬貨架期，保證食品安全，因此在果蔬保鮮中具有代替化學(xué)防腐劑的潛能。

1.1 動(dòng)物源抗菌肽在果蔬保鮮中的應(yīng)用

脊椎動(dòng)物和無(wú)脊椎動(dòng)物體內(nèi)廣泛存在的抗菌肽參與組成生物體的防御系統(tǒng)，其主要作用機(jī)制是通過(guò)靜電作用吸附并插入到細(xì)菌細(xì)胞膜表面，擾亂質(zhì)膜上蛋白質(zhì)和脂質(zhì)的排列順序，并在膜上形成離子通道，從而改變細(xì)菌細(xì)胞的滲透壓而殺死細(xì)菌；抗菌肽也可通過(guò)胞內(nèi)損傷機(jī)理殺死細(xì)菌[4]?？墒秤眉蚁墸∕usca domestica Linnaeus）幼蟲(chóng)是抗菌肽的一大重要來(lái)源，而家蠅抗菌肽具有良好的耐熱性、酸堿穩(wěn)定性以及廣譜殺菌活性，可以作為食品產(chǎn)業(yè)的中級(jí)防腐劑。茍仕金等申請(qǐng)了應(yīng)用蠅蛆抗菌肽作為食品保鮮劑的專(zhuān)利，并以轉(zhuǎn)基因蠅蛆為原材料生產(chǎn)出可用于果蔬的抗菌肽保鮮劑[5]。兩棲動(dòng)物裸露的表皮是微生物生存的良好“生態(tài)培養(yǎng)基”，蛙類(lèi)的皮膚中含有大量的抗菌肽，邱芳萍等將從吉林林蛙（Rana temporaria）干皮中提取的抗菌肽FSE-31.5噴灑于草莓表面，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，草莓能在室溫下保存120 h而不腐爛，而對(duì)照組在72 h時(shí)就完全腐爛，說(shuō)明林蛙抗菌肽具有殺死草莓表面病原菌的作用[6]。海洋無(wú)脊椎動(dòng)物體內(nèi)同樣含有豐富的抗菌肽，宋宏霞研究發(fā)現(xiàn)，在相同的貯藏條件下，使用從紫貽貝（Mytilus edulis）中制備的抗菌肽浸泡草莓樣品，保鮮效果明顯[7]。

1.2 微生物源抗菌肽在果蔬保鮮中的應(yīng)用

細(xì)菌素（bacteriosin）是某些細(xì)菌在代謝過(guò)程中通過(guò)基因編碼、核糖體合成的一類(lèi)具有抗菌活性的多肽或蛋白質(zhì)（通常有30～60個(gè)氨基酸），它能抑殺親緣關(guān)系較近的其他細(xì)菌，但對(duì)產(chǎn)生菌本身無(wú)毒害作用。細(xì)菌素具有酶穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、無(wú)免疫原性等特點(diǎn)，是一類(lèi)安全、高效、無(wú)毒的天然防腐劑。

尼生素是由乳酸乳球菌乳酸亞種（Lactococcus lactis sp. lactis）中的特定菌株產(chǎn)生的一類(lèi)多肽，可以通過(guò)在細(xì)菌細(xì)胞膜上形成孔洞而破壞跨膜質(zhì)子的動(dòng)力勢(shì)和pH值平衡，造成胞內(nèi)離子泄露及ATP水解異常而導(dǎo)致細(xì)菌死亡[8]。尼生素能有效抑殺革蘭氏陽(yáng)性菌（G+），尤其能抑制芽孢的生長(zhǎng)，但對(duì)革蘭氏陰性菌（G-）、酵母、霉菌無(wú)明顯作用[9]。叢建民發(fā)現(xiàn)尼生素利于常溫下草莓的保鮮[10]。張素琴等發(fā)現(xiàn)尼生素在4 ℃冷藏條件下能顯著降低白玉枇杷的腐爛率[11]。Mythili等在常溫下用尼生素涂抹胡蘿卜等蔬菜發(fā)現(xiàn)，尼生素不但可以延長(zhǎng) 15～25 d 貨架期，而且可以減少冷藏時(shí)氟利昂的排放，從而保護(hù)環(huán)境[12]。

尼生素是窄譜抗菌肽，與其他抗菌劑聯(lián)合使用能拓寬其抗菌譜。Ukuku等發(fā)現(xiàn)，用10 μg/mL 尼生素、0.02 mol/L EDTA保鮮香瓜及香瓜切片的效果好于氯氣，可延長(zhǎng)9～12 d貨架期；繼續(xù)用50 g/mL 尼生素、2%乳酸鈉、0.02%山梨酸鉀處理香瓜發(fā)現(xiàn)，當(dāng)天即可降低沙門(mén)氏菌（Salmonella）近3個(gè)數(shù)量級(jí)，表明尼生素與其他防腐劑聯(lián)合使用的保鮮效果更佳[13-14]。還有研究發(fā)現(xiàn)，用50 g/mL尼生素、0.02 mol/L EDTA、2%乳酸鈉、002%山梨酸鉀保鮮香瓜，能有效控制污染菌的數(shù)量[15]。用1%過(guò)氧化氫、25 μg/mL尼生素、1%乳酸鈉和0.5%檸檬酸浸洗香瓜表面，鮮切瓜片上的細(xì)菌數(shù)量顯著減少[16]。綜上所述，用尼生素噴灑、浸洗、涂抹新鮮果蔬，能起到防腐保鮮的作用。

Enterocin AS-48是由糞腸球菌（Enterococcus faecalis）產(chǎn)生的一種環(huán)狀抗菌肽，具有廣譜抑殺G+、G-的效果。Molinos等研究發(fā)現(xiàn)，在6 ℃條件下Enterocin AS-48能將紫花苜蓿、黃豆芽、蘆筍3種蔬菜的貨架期延長(zhǎng)1～3 d；利用Enterocin AS-48浸洗草莓、木莓及黑莓，能顯著減少單增李斯特氏菌（Listeria monocytogenes）的數(shù)量，且在15、22 ℃條件下，3種水果均能儲(chǔ)藏2 d，在6 ℃條件下，草莓和黑莓能儲(chǔ)藏7 d；Enterocin AS-48還能延長(zhǎng)黃豆芽的貨架期[17-19]?？梢?jiàn)腸道菌素在果蔬保鮮領(lǐng)域同樣具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。endprint

陶煒煜將枯草芽孢桿菌R21-4抗菌肽添加到1%普魯蘭多糖中，在10 ℃的條件下對(duì)西蘭花進(jìn)行涂膜處理，發(fā)現(xiàn)能有效延緩西蘭花的腐敗[20]。李蒙等在（8±1） ℃下研究不同濃度葡萄糖酸內(nèi)酯、殼聚糖和抗菌肽（由淀粉液化芽孢桿菌ES-2-4 產(chǎn)生）對(duì)櫻桃番茄保鮮效果的影響，得到最優(yōu)組合為0.5%葡萄糖酸內(nèi)酯+4%殼聚糖+抗菌肽原液[21]。

1.3 植物源抗菌肽在果蔬保鮮中的應(yīng)用

植物防御素是廣泛存在于植物體內(nèi)的一類(lèi)陽(yáng)離子抗菌多肽，是植物先天免疫系統(tǒng)的重要組成成分，具有良好的活性，對(duì)真菌、某些細(xì)菌和昆蟲(chóng)具有強(qiáng)烈的抑殺作用，可以通過(guò)破壞微生物膜的滲透性、增加Ca2+流入及K+輸出等過(guò)程殺死微生物，但對(duì)人體無(wú)任何毒性[22]。Berrocal-Lobo等首次成功利用小麥抗菌肽抑殺利什曼原蟲(chóng)（Leishmania spp.）[23]。此外，將防御素作為防腐劑添加到食品中，可對(duì)人體起調(diào)理素的作用，如抑制甾醇類(lèi)激素的分泌，增強(qiáng)脂蛋白與內(nèi)皮細(xì)胞、脂蛋白與內(nèi)層平滑肌細(xì)胞的結(jié)合能力等[24]。

2 抗菌肽在活性包裝中的應(yīng)用

將抗菌劑直接添加到食品中或者噴灑、涂抹在食品表面，可能致使食品中的某些活性物質(zhì)部分失活，而食品本身的變性作用及抗菌劑的迅速擴(kuò)散又會(huì)降低抗菌劑的活性，進(jìn)而導(dǎo)致抗菌劑無(wú)法有效地抑殺致病菌。抗菌包裝的使用彌補(bǔ)了這一缺陷?？咕b是活性包裝中最重要的一種，它是以高分子聚合物為載體，將抗菌劑加入其中而制成的，抗菌劑可緩慢并連續(xù)地從包裝材料中向食品表面及內(nèi)部滲透，通過(guò)破壞細(xì)菌細(xì)胞滲透壓而殺死細(xì)菌[25]。

崔珊珊等將Nisin加到載體材料中并涂覆于PE薄膜上，形成0.07 mm的涂膜，當(dāng)接觸溶液時(shí)Nisin會(huì)擴(kuò)散出來(lái)，從而達(dá)到抑菌效果，并且隨著溫度升高，擴(kuò)散系數(shù)逐漸增大[26]。Ercolini等將Nisin添加到塑料中制成抗菌包裝，用于1 ℃下牛肉的冷藏，結(jié)果發(fā)現(xiàn)該包裝不僅減少了G+的數(shù)量，而且不會(huì)影響牛肉中原有微生物種群，能夠保持微生物的多樣性，維持肉品營(yíng)養(yǎng)[27]。Alrabadi在室溫下用結(jié)合了2 000 IU/mL Nisin 的低密度聚乙烯薄膜（LDPE）保存奶酪時(shí)發(fā)現(xiàn)，Nisin抗菌包裝能有效抑制微生物生長(zhǎng)，并且可以減少食品中一些揮發(fā)性代謝產(chǎn)物的釋放，從而起到保鮮食品的作用[28]。Ferrocino等在1 ℃真空條件下用Nisin抗菌包裝保藏牛肉時(shí)發(fā)現(xiàn)，可以有效控制多種微生物的數(shù)量[29]。

Nithya等將從地衣芽孢桿菌（Bacillus Licheniformis）Me1中得到的抗菌肽ppABP用于LDPE和纖維素薄膜2種不同的包裝材料中，發(fā)現(xiàn)2種包裝均表現(xiàn)出良好的抗菌活性，且LDPE薄膜遇水即會(huì)釋放抗菌肽，而纖維素薄膜逐步釋放抗菌肽，說(shuō)明抗菌肽的釋放與材料本身性質(zhì)有關(guān)[30]。大量試驗(yàn)證明，利用抗菌肽制成抗菌包裝用于食品防腐具有廣闊的應(yīng)用前景。

3 展望

抗菌肽作為一種安全、無(wú)毒副作用、抗菌譜廣、高效殺菌的天然防腐劑，具有潛在的應(yīng)用價(jià)值，但將其工業(yè)化、規(guī)模化推向市場(chǎng)仍面臨諸多挑戰(zhàn)，主要原因有以下幾點(diǎn)：（1）抗菌肽的規(guī)模化生產(chǎn)。高生產(chǎn)成本是阻礙抗菌肽規(guī)模化生產(chǎn)的首要問(wèn)題，由于抗菌肽在生物體內(nèi)含量極微，天然資源有限，分離純化困難，提取率低，而化學(xué)合成成本高且無(wú)法保證合成肽的活性，目前僅限于一些小肽的合成；利用基因工程手段獲得抗菌肽，雖然已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了在某些細(xì)菌、酵母菌等體系中的表達(dá)，但小分子肽極易被蛋白酶水解，導(dǎo)致產(chǎn)量較低，無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)代工業(yè)的市場(chǎng)需求[31]，因此如何通過(guò)廉價(jià)、高效的手段大量生產(chǎn)抗菌肽是目前研究的重點(diǎn)。（2）基因改造。某些抗菌肽的溶血性不利于其在動(dòng)物及人體中的應(yīng)用，可以通過(guò)基因修飾手段改造不利基因，由于影響抗菌肽生物活性的生化參數(shù)較多，如何在綜合考慮各參數(shù)的基礎(chǔ)上，既保證抗菌肽活性，又克服其溶血性，是改造抗菌肽的一大難點(diǎn)[32]。（3）應(yīng)用于包裝材料的問(wèn)題。將抗菌肽制成包裝材料時(shí)，對(duì)抗菌劑的穩(wěn)定性、控制釋放、釋放量以及外界條件的控制等因素需要進(jìn)行深入探究[33]。

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