鮮切果蔬致腐菌抑菌技術(shù)的研究進展

金思淵，謝晶1,2,*

1(上海冷鏈裝備性能與節(jié)能評價專業(yè)技術(shù)服務(wù)平臺，上海,201306) 2(食品科學與工程國家級實驗教學示范中心(上海海洋大學),上海,201306)3(上海海洋大學 食品學院，上海，201306)

隨著時代進步和社會發(fā)展，鮮切果蔬產(chǎn)品成為人們生活中必不可少的新鮮、營養(yǎng)、便捷的生鮮加工農(nóng)產(chǎn)品，受到廣大消費者的青睞，尤其被大量地投入到餐飲行業(yè)，市場對這類農(nóng)產(chǎn)品的需求逐步提高。鮮切果蔬因切分、去皮等處理會損害果蔬的組織結(jié)構(gòu)，造成果蔬組織受傷、汁液外流，呼吸作用、酶促和非酶促褐變加快，生理代謝速度上升；此外，大面積的表面暴露及豐富的營養(yǎng)，營造了適宜微生物生長的環(huán)境，成為致腐菌入侵和繁殖的場所，導(dǎo)致鮮切果蔬更易腐敗變質(zhì)[1]。由此，對腐敗菌的抑制和滅菌技術(shù)也逐步成為鮮切果蔬保鮮研究的熱點。本文綜述了果蔬致腐菌的主要種類以及國內(nèi)外最新的抑制致腐菌的方法，為從抑制致腐敗菌侵染的角度研發(fā)果蔬保鮮技術(shù)提供了理論參考。

1 鮮切果蔬的主要腐敗菌種類

鮮切果蔬主要致腐菌包括細菌、真菌和酵母。一般，霉菌、乳酸菌和酵母菌造成酸性水果腐敗變質(zhì)，例如桔子、漿果等。對鮮切果蔬，如生菜、蔬菜根莖和塊莖等，主要由果膠酶細菌降解植物細胞壁而造成鮮切果蔬腐敗。軟腐敗是鮮切果蔬腐敗的主要形式，如土豆、辣椒、番茄等的腐敗。造成鮮切果蔬腐敗的細菌，包括假單胞菌屬、黃單胞菌屬、梭菌屬、芽孢桿菌屬和噬纖維菌屬[2]，如梭菌在缺氧條件下導(dǎo)致土豆腐爛。解果膠梭菌在密封條件下對鮮切果蔬的腐敗效果極其明顯。大部分鮮切果蔬的腐敗主要由假單孢菌科(Pseudomonadaceae)和腸桿菌科(Enterobacteriaceae)等[3]引起。其中，歐文氏菌和熒光假單胞菌是致使鮮切果蔬腐敗的主要腐敗菌。

1.1 歐文氏菌(Erwinia)

歐文氏菌存活于蔬菜表面，經(jīng)過機械外傷和果蔬天然孔徑，可寄生于果蔬維管束、果蔬木栓和果蔬細胞組織，環(huán)境條件包括自由水、氧氣、溫度達到一定程度會造成細菌活躍，導(dǎo)致蔬菜腐敗甚至產(chǎn)生病害[4]。包英才等[5]研究發(fā)現(xiàn)，鮮切青椒在貯藏過程中的優(yōu)勢致腐菌為歐文氏菌，它們分為3種：胡蘿卜亞種(Erwiniacarotovorasubsp.carotovora)[6]、馬鈴薯黑脛亞種(E.chrysanthemiburkhburkholder)[7]和菊歐文菌(McFaddenetdimock)[8]。

1.2 熒光假單胞菌(Pseudomonas fluorescens)

熒光假單胞菌是導(dǎo)致果蔬軟腐敗的主要細菌。熒光假單胞菌在自然界中普遍存在于土壤、水、蔬菜根部和表面，例如郁杰等[9]研究發(fā)現(xiàn)，鮮切菠菜在貯藏過程中的優(yōu)勢致腐菌為熒光假單孢菌。除此之外生菜[10]、馬鈴薯[11]、番茄[12]等也都大量存在。熒光假單胞菌屬革蘭氏陰性菌，在低溫條件下生長繁殖，導(dǎo)致果蔬的軟腐敗。熒光假單胞菌屬主要包括銅綠假單胞桿菌和5種熒光假單胞菌(鑲邊假單胞菌)，會引起鮮切黃瓜腐敗變質(zhì)[13]。綠膿桿菌會引起蔬菜或蘑菇在后熟過程中的腐敗變質(zhì)[14]。

2 鮮切果蔬腐敗菌的抑菌技術(shù)

經(jīng)過切割處理后的果蔬會造成不可修復(fù)的機械損傷，果蔬的各類營養(yǎng)汁液會流出，為微生物提供了適合生長的環(huán)境，進一步促進致腐菌的生長繁殖。此外，切割面造成果蔬的細胞結(jié)構(gòu)被破壞、呼吸強度陡增，生理生化活動急劇加快，各類酶被打散，加速了果蔬品質(zhì)的下降[15]。目前主要的抑菌研究是控制水分活度和酸度以及低溫保藏等，以防止鮮切果蔬腐敗菌的生長及繁殖。主要抑菌技術(shù)可分為：生物、物理和化學3大類。

2.1 化學抑菌技術(shù)

化學抑菌技術(shù)是指通過鮮切果蔬表面受到化學藥品直接作用，抑制果蔬表面致腐菌繁殖，減少鮮切果蔬表面微生物數(shù)目，從而達到減菌目標。主要方法包括噴射氣體抑菌劑、噴淋或浸漬液體抑菌劑。宋曉雪[16]研究表明，鮮切萵苣經(jīng)過納他霉素噴霧處理，能夠有效抑制可溶性固形物、花青素和葉綠素含量的降低，同時抑制霉菌繁殖，保護細胞膜完整性，延長貨架期。侯玉茹等[17]等研究臭氧水處理鮮切蘋果5 min，貯藏9 d，菌落總數(shù)與對照組相比下降了98.3%，蘋果表面微生物的殺滅作用效果明顯。化學抑菌法簡單有效，對果蔬表面微生物繁殖體的抑菌效果明顯，但不能殺滅芽孢，而且從食品安全的角度來看存在一定的隱患。

2.2 物理抑菌技術(shù)

物理抑菌是指通過物理方法消滅鮮切果蔬中的微生物，其中應(yīng)用最多的就是低溫抑菌技術(shù)。MANZOCCO等[18]研究了鮮切生菜分別在4、12 ℃的低溫下貯藏7 d，發(fā)現(xiàn)4 ℃下的腐爛率小于1%，遠低于12 ℃下的。低溫保藏可有效抑制腐敗菌的繁殖，抑制果蔬呼吸，延緩果蔬衰老，但低溫保藏鮮切果蔬品質(zhì)的效果有限?，F(xiàn)階段一些新興物理保鮮技術(shù)也逐漸應(yīng)用于切割果蔬的保鮮，例如光電抑菌技術(shù)和高壓脈沖電場抑菌技術(shù)等。物理技術(shù)保鮮的優(yōu)點是無化學殘留，符合人們對食品安全的要求。

2.2.1 光電抑菌技術(shù)

光電滅菌技術(shù)包括紫外線抑菌、脈沖光抑菌、發(fā)光二極管(light emitting diode)抑菌技術(shù)。抑菌效果好并能夠保留食品的營養(yǎng)成分和生理活性[19]。

(1)紫外線抑菌技術(shù)。其機理是使腐敗菌細胞中含遺傳信息的核酸蛋白變性，再進一步通過空氣中氧氣氧化分解成臭氧，臭氧以氧原子的氧化作用破壞微生物膜的結(jié)構(gòu)，兩者相輔相成達到殺菌目的[20]。郁杰等[21]在菠菜采后貯藏過程中使用UV-A循環(huán)照射，在照射劑量達到1.764 kJ/m2時，顯著降低了菠菜表面菌落數(shù)量。KASIM等[22]分別用照射強度為0.3、0.6、0.9 kJ/m2的UV-B照射鮮切波菜，經(jīng)過0.9 kJ/m2照射的抑菌效果最佳，感官綜合質(zhì)量最好，高強度紫外線照射可以防止菠菜發(fā)生褐變，有效抑制腐敗菌繁殖。AIHARAM等[23]通過研究UV-A對鮮切卷心菜(接種)照射 30、60、90 min，觀察到菌落存活率降低 0.41、1.87 和 3.23 lg(CFU/g)。LANTE等[24]通過研究UV-A照射鮮切蘋果，25 ℃照射60 min，蘋果褐變速度明顯下降，有效抑制腐敗菌的生長，減少了菌落總數(shù)。ALLENDE等[25]研究發(fā)現(xiàn)UV-C顯著降低鮮切生菜的微生物數(shù)目(總菌落數(shù)、乳酸菌、酵母等)，但不影響鮮切生菜品質(zhì)。紫外線可對微生物造成極大破壞，其中短波段的紫外線使細胞的核蛋白和脫氧核糖核酸充分吸收能量，它們之間的鏈被打開而斷裂，最后致使細菌死亡。中波段和長波段的紫外線對微生物的生長繁殖會產(chǎn)生一定程度的抑制作用，因此果蔬的貨架期得到延長。

(2)脈沖光抑菌技術(shù)。而脈沖光滅菌是通過短時間的高強度光脈沖照射鮮切蔬菜的表面抑菌。其機理是使致腐菌的蛋白質(zhì)和核酸變性，微生物細胞失去活性，從而抑制致腐菌生長繁殖。KAACK等[26]用0.01～50 J/cm2的脈沖強光對鮮切蘿卜表面進行瞬時殺菌，可最大程度降低致腐菌菌數(shù)最高約7個數(shù)量級。趙越[27]對鮮切白菜進行脈沖強光抑菌試驗，不僅有效滅菌(細菌、芽孢等)，還保留了白菜的營養(yǎng)成分和感官品質(zhì)。經(jīng)處理后的鮮切白菜表面致腐菌的最大失活水平在4～7 lg(CFU/g)，大腸桿菌、混合菌等殺菌率達到 98%以上。櫻桃[28]研究了通過2 J/cm2的脈沖強光照射鮮切柿果的表面，可有效延緩柿果的褐變和軟化速度，降低裂變速度，柿果表面的腐敗菌菌數(shù)明顯下降，延長貨架期。脈沖光滅菌速度快、效率高，滅菌過程綠色環(huán)保，但主要適用果蔬表面滅菌。

(3)發(fā)光二極管(light emitting diode，LED)抑菌技術(shù)。其抑制致腐菌的途徑主要有光動力學抑菌和光催化抑菌[29]。光動力學抑菌通過LED和光敏劑結(jié)合，致腐菌被特定波長光源照射，產(chǎn)生大量活性氧，在光敏劑作用下形成活性單態(tài)氧，作用于致腐菌的細胞器，抑制其生理功能[30]。光催化抑菌主要通過LED光和半導(dǎo)體材料結(jié)合，使腐敗菌表面活性氧與細胞組成成分進行生化反應(yīng)，細胞單元失活而抑制微生物生長[31]。通過這2種方法，可以對部分致腐菌進行抑制和滅活，從而減緩表面微生物生長繁殖，降低劣化速度，達到保鮮的目的。同時，LED光照對果蔬中一些主要營養(yǎng)成分的含量變化也有影響，如葉黃素和胡蘿卜素等[32]。DHAKAL等[33]研究發(fā)現(xiàn),LED藍光組可有效延長番茄的貨架壽命，維持番茄良好的感官品質(zhì)，保證番茄紅素含量，延緩其成熟衰老進程，可有效緩解小番茄致腐菌生長繁殖。閻瑞香等[34]研究表明，5 ℃、LED(綠光和白光)光源照射能保持鮮切蘆筍良好的感官品質(zhì)，有效抑制葉綠素降解，更好地抑制褐變黃化過程，減緩鮮切蘆筍的衰老過程，同時對嗜熱脂肪芽孢桿菌也有一定的抑制，延長蘆筍的貨架期。CHARLES等[35]研究發(fā)現(xiàn)，LED燈(白光)能夠降低鮮切萵苣切邊褐變。李寧等[36]以LED(紅藍和紅綠復(fù)合光)照射西蘭花，發(fā)現(xiàn)紅藍和紅綠復(fù)合光具有良好抑菌效果，可降低西蘭花呼吸躍變峰值，延緩乙烯釋放量峰值出現(xiàn)，并有效破壞假單胞菌和葡萄球菌等致腐菌在貯藏過程中對西蘭花的侵染，保持貨架品質(zhì)，延長貨架期。MAG等[37]研究發(fā)現(xiàn)，LED紅光能夠有效抑制腐敗菌(假單胞菌、葡萄球菌等)侵染西蘭花，延緩西蘭花黃化過程，進一步延緩西蘭花衰老進程，降低其乙烯釋放量，而LED藍光無法達到這些效果。KIM等[38]研究發(fā)現(xiàn)，(405±5) nm LED光照射鮮切木瓜可有效抑制沙門氏菌的生長，使其細胞失活，延長鮮切木瓜的貨架壽命。LED抑菌技術(shù)操作簡單、成本低、無公害、對環(huán)境較為友好。LED有多組不同的單色光半導(dǎo)體發(fā)光器件，現(xiàn)階段對白光、綠光、藍光研究較多，黃光、青光等其他光源仍然有很強的研究深度和廣度。

2.2.2 高壓脈沖電場抑菌技術(shù)

高壓脈沖電場能夠改變果蔬細胞中的跨膜電位，可以分別從膜電位、微觀質(zhì)構(gòu)和酶活性方面對果蔬進行滅菌。蔣耀庭等[39]通過高壓脈沖電場對鮮切青花菜進行處理，可以明顯殺滅致腐菌，由于放電產(chǎn)生臭氧，臭氧能夠緩解青花菜的組織代謝，測得菌數(shù)也明顯少于未經(jīng)過高壓脈沖電場的青花菜，達到了較好的保鮮效果。王婷玉等[40]研究大腸桿菌接種的鮮切蘋果，經(jīng)過高壓脈沖電場處理，提升高壓脈沖電場強度，延長處理時間，大腸桿菌殘存率顯著下降，菌落總數(shù)顯著下降，鮮切蘋果褐變程度明顯改善。陶曉赟[41]研究經(jīng)過電場強度30 kV/cm的高壓脈沖電場處理的藍莓汁，滅菌率達99%以上，抑菌效果顯著。高壓脈沖電場技術(shù)具有無熱效應(yīng)、耗能少、對食品本身品質(zhì)基本無不良影響的特點。高壓脈沖電場能夠有效抑制致腐菌繁殖，有利于保持鮮切蔬果感官品質(zhì)。但設(shè)備價格較為昂貴，且研究范圍主要在液體食品(蔬菜汁、果汁等)，具有一定的應(yīng)用局限性。

2.3 生物抑菌技術(shù)

生物抑菌技術(shù)主要通過破壞細胞壁、細胞膜結(jié)構(gòu)，致使細胞內(nèi)營養(yǎng)流失，細胞死亡。采用生物抑菌劑來達到防腐效果[42]，主要分為植物天然提取液抑菌和生物拮抗菌。

2.3.1 植物天然提取液抑菌

植物天然提取液是天然防腐保鮮劑，通過破壞微生物的細胞結(jié)構(gòu)或者干擾其生理代謝功能實現(xiàn)滅菌功能。郭俊花等[43]研究11種食藥同源植物提取物對5種鮮切果蔬腐敗菌的抑制作用，結(jié)果表明，以花椒提取液處理鮮切櫻桃番茄可顯著降低腐敗率，延長櫻桃番茄貨架期；高良姜和天麻對金黃色葡萄球菌抑菌效果顯著，能夠顯著抑制金黃色葡萄球菌繁殖，有效延長果蔬貨架期；RASOOLI等[44]研究發(fā)現(xiàn)，使用百里香精油處理黑曲霉，會破壞其細胞結(jié)構(gòu)，最終引起黑曲霉死亡，在處理黑曲霉接種的果蔬時可有效抑制腐敗菌生長；李偉鋒[45]研究發(fā)現(xiàn)，鮮切蘋果經(jīng)過生姜提取液浸泡能有效抑制熒光假單胞菌、枯草芽孢桿菌、大腸桿菌等生長繁殖，延緩褐變速度，菌數(shù)比對照組下降90%以上。DENG等[46]研究發(fā)現(xiàn)，川芎提取物對鮮切臍橙具有良好的防腐效果，有效抑制青霉菌和曲霉菌，腐爛率與對照組比下降50%。植物天然提取液具有抑菌廣譜、高效和無毒、無化學殘留特點。但天然提取液提取技術(shù)復(fù)雜且昂貴。植物源天然提取液在人體消化道內(nèi)可降解，部分天然提取液還具有醫(yī)藥營養(yǎng)價值，后續(xù)值得深入探究[47]。

2.3.2 生物拮抗菌抑菌

生物拮抗菌抑菌主要是通過微生物和微生物代謝產(chǎn)物來抑菌，以延長鮮切果蔬的貨架期。拮抗菌抑菌機理是通過由微生物產(chǎn)生的抗菌素，如抗生素、溶菌酶、有機酸等，這些物質(zhì)都具有很強的抗菌效果，利用抗菌素拮抗作用可以有效抑制或殺死鮮切果蔬致腐菌，從而達到防腐保鮮的目的。JINHE等[48]的研究表明，以酵母菌接種鮮切櫻桃，1 ℃貯藏條件下可控制鮮切櫻桃產(chǎn)生褐腐現(xiàn)象，20 ℃的貯藏條件下可以抑制致腐菌侵染，腐爛率明顯下降，有效抑制鮮切甜櫻桃褐腐現(xiàn)象的產(chǎn)生。DE等[49]的研究顯示，經(jīng)過美極梅奇酵母菌處理的鮮切櫻桃能有效抑制青霉菌的繁殖。TRIAS等[50]研究發(fā)現(xiàn)，乳酸菌能夠有效抑制致腐菌(大腸桿菌和綠膿桿菌)。結(jié)果表明，經(jīng)過乳酸菌處理的鮮切蘋果能有效降低被致腐菌感染的幾率。郁杰等[3]研究發(fā)現(xiàn)以0.05 g/L的ε-聚賴氨酸+10 g/L的L-抗壞血酸溶液混合保鮮液應(yīng)用于鮮切菠菜，貯藏8 d，對熒光假單胞菌和腸桿菌具有顯著的抑菌效果，有效維持感官品質(zhì)、葉綠素含量，延緩失水和水分遷移。生物拮抗菌抑菌具有無毒高效、貯運條件易控制、外界微生物干擾少等特點，是目前最有希望取代化學抑菌的一項新技術(shù)。

3 研究進展和展望

目前在行業(yè)中，主要應(yīng)用的是快捷的化學抑菌方法和簡便的低溫抑菌方法。一些新興的技術(shù)如光電抑菌方法憑借無毒害、護色等特點而具有良好的應(yīng)用前景，已經(jīng)越來越受到關(guān)注并成為研究熱點。其中由于LED光照滅菌技術(shù)可以高效滅菌，且光照劑量小，具有成本低的優(yōu)勢。但是，現(xiàn)階段光電抑菌技術(shù)多處于實驗室階段，大多數(shù)設(shè)備為實驗室自制或從工廠定制，今后還需要推進保鮮用光電設(shè)備生產(chǎn)的標準化。生物抑菌技術(shù)相對于化學抑菌技術(shù)，可避免造成鮮切果蔬有化學殘留，是綠色、環(huán)保和健康的抑菌技術(shù)，此外，生物抑菌技術(shù)在食品包裝與加工方面也有著廣闊的應(yīng)用前景，因而逐步成為行業(yè)關(guān)注熱點。

鮮切果蔬的抑菌技術(shù)不僅僅局限于抑制致腐菌的繁殖和果蔬產(chǎn)品品質(zhì)的保護，更深層次的研究可以關(guān)注果蔬在抑菌過程中營養(yǎng)成分和生理生化性質(zhì)的變化。此外，目前研究的主要目的是通過非熱抑菌技術(shù)延緩鮮切果蔬腐爛變質(zhì)過程，確保鮮切產(chǎn)品的營養(yǎng)成分并延長貨架期，為確保這一目的，還可以聯(lián)合2種或多種抑菌技術(shù)共同應(yīng)用于鮮切果蔬防腐，以期獲得更優(yōu)并且經(jīng)濟綠色的保鮮效果。再者，可以系統(tǒng)研究使鮮切果蔬腐爛的優(yōu)勢腐敗菌，確定其種類和低溫下的致腐機理，進而應(yīng)用更精準的滅菌技術(shù)，確定各種抑菌技術(shù)的機理和效果，更好保證鮮切果蔬產(chǎn)品的質(zhì)量和安全。