植物多酚的主要抑菌機(jī)制及在水產(chǎn)品保鮮中的應(yīng)用研究進(jìn)展

藍(lán)蔚青,趙欣宇,劉嘉莉,梅俊,謝晶*

1(上海海洋大學(xué) 食品學(xué)院，上海， 201306)2(上海水產(chǎn)品加工及貯藏工程技術(shù)研究中心， 食品科學(xué)與工程國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心(上海海洋大學(xué))，上海， 201306)

我國(guó)是水產(chǎn)養(yǎng)殖大國(guó)，全國(guó)2019年水產(chǎn)品總產(chǎn)量達(dá)6 480.36萬(wàn)t，同比上年增長(zhǎng)了0.35%[1]。然而由于其營(yíng)養(yǎng)豐富、含水量高，在流通環(huán)節(jié)中微生物極易大量生長(zhǎng)繁殖，即使在低溫環(huán)境下微生物仍能繼續(xù)活動(dòng)，使其發(fā)生腐敗。相關(guān)研究顯示[2-3]，水產(chǎn)品的腐敗菌主要有希瓦氏菌(Shewanella)、假單胞菌(Pseudomonas)、氣單胞菌(Aeromonas)、不動(dòng)桿菌(Acinetobacter)及附著在魚體表面的大腸桿菌(Escherichiacoli)、變形桿菌(Proteusbacillusvulgaris)、枯草芽孢桿菌(Bacillussubtilis)等。因此，采取適當(dāng)?shù)谋ｕr處理方式，控制腐敗菌的生長(zhǎng)，才能減緩水產(chǎn)品流通期間的腐敗速率。

水產(chǎn)品常用的保鮮方式包括物理保鮮、化學(xué)保鮮與生物保鮮。其主要優(yōu)缺點(diǎn)如表1所示。

表1 水產(chǎn)品常用保鮮方式及主要優(yōu)缺點(diǎn)Table 1 Common preservation methods of aquatic products and their main advantages and disadvantages

目前，化學(xué)保鮮劑因其適用范圍大、抑菌效果好等特點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用。然而，隨著其用量與使用時(shí)間增加，越來(lái)越多的菌株出現(xiàn)抗藥性，其作用有效性明顯降低，甚至部分化學(xué)保鮮劑還可能與微生物相結(jié)合，加速食品的腐敗進(jìn)程[11]。同時(shí)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷增長(zhǎng)與消費(fèi)者的生活品質(zhì)的逐年提高，部分研究表明[12-14]，不規(guī)范使用化學(xué)合成防腐劑會(huì)使人患智力低下、高血壓甚至癌癥等疾病的風(fēng)險(xiǎn)增加。正因如此，生物保鮮劑因其來(lái)源廣泛、作用溫和與抑菌效果好等特點(diǎn)備受推崇，并逐漸應(yīng)用于水產(chǎn)品的保鮮領(lǐng)域中。生物保鮮劑根據(jù)其來(lái)源，可分為微生物源、植物源，動(dòng)物源與酶類四大類。

植物多酚為植物源生物保鮮劑之一，主要存在于植物的葉、根、果、皮中，是植物的次生代謝產(chǎn)物，也是植物界中分布最廣的天然化合物，不同植物其成分可能存在差異[15-16]。植物多酚因具有抗氧化[17]與抑菌活性[18]等功效，在水產(chǎn)品保鮮中可作為天然抗氧化劑與防腐劑。目前，學(xué)者對(duì)植物多酚抑菌活性研究大多集中于食源性病原體，而少有植物多酚對(duì)水產(chǎn)品保鮮作用等方面的報(bào)道[11,14,19]。已有研究表明，植物多酚能抑制希瓦氏菌與假單胞菌等優(yōu)勢(shì)腐敗菌的生長(zhǎng)，延長(zhǎng)水產(chǎn)品的貨架期。其中，申凱等[20]實(shí)驗(yàn)得出，菱莖多酚能明顯抑制金黃色葡萄球菌、大腸桿菌與腐敗希瓦氏菌生長(zhǎng)；JIA等[21]分析顯示，茶多酚在初期可抑制銀鯉中氣單胞菌生長(zhǎng)，在后期可抑制氣單胞菌與不動(dòng)桿菌生長(zhǎng)。

基于此，本文在比較了常用保鮮方式及主要優(yōu)缺點(diǎn)與植物多酚主要抑菌機(jī)制的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)植物多酚在水產(chǎn)品保鮮中應(yīng)用研究進(jìn)展的闡述，提出其存在問題與解決辦法，展望了植物多酚的應(yīng)用前景，以期為植物多酚這類天然保鮮劑在水產(chǎn)品保鮮領(lǐng)域的應(yīng)用提供理論參考。

1 植物多酚在水產(chǎn)品保鮮中的主要抑菌機(jī)制

植物多酚具有種類繁多與專一抑菌性等特點(diǎn)，近年來(lái)關(guān)于其抑菌機(jī)制的研究較多，但其作用機(jī)制仍未被完全探明。部分學(xué)者[14,19,22-23]認(rèn)為其可能存在如下機(jī)制。

(1)改變菌體細(xì)胞膜的通透性：植物多酚對(duì)菌體細(xì)胞膜的破壞是其抑菌基礎(chǔ)。植物多酚中的OH基團(tuán)能通過(guò)氫鍵與細(xì)菌細(xì)胞膜相互作用，破壞細(xì)胞膜的功能結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致內(nèi)容物外滲，或使細(xì)胞膜電位由正常的極化狀態(tài)變成去極化甚至超極化，影響質(zhì)子動(dòng)力，降低膜上的pH梯度與ATP池速率，使微生物生理活動(dòng)紊亂而死亡。此外，植物多酚本身具有親脂性，可穿透細(xì)胞膜，與細(xì)胞化合物相互作用，影響氫鍵供受體、極性表面積與辛醇/水分配系數(shù)等。

(2)影響菌體細(xì)胞內(nèi)酶的表達(dá)：植物多酚可穿透細(xì)胞膜影響胞內(nèi)酶，其可通過(guò)抑制酶，如ATP合成酶、DNA旋轉(zhuǎn)酶等表達(dá)，干擾細(xì)胞中的正常能量代謝，抑制DNA、蛋白質(zhì)等維系細(xì)菌生命活動(dòng)的生物大分子合成，而達(dá)到抑菌目的。

(3)破壞菌體細(xì)胞壁：植物多酚能與細(xì)菌外膜穩(wěn)定性相關(guān)的的二價(jià)陽(yáng)離子螯合，使細(xì)胞壁中的脂多糖被釋放，細(xì)胞壁的完整性遭到破壞，使內(nèi)容物泄露而死亡。

其主要抑菌機(jī)制如圖1所示。

圖1 植物多酚的主要抑菌機(jī)制[19]Fig.1 The main antimicrobial mechanism of plant polyphenols[19]

2 植物多酚在水產(chǎn)品保鮮加工中的應(yīng)用研究進(jìn)展

植物多酚來(lái)源廣泛，天然綠色，且自身帶有一定營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，親脂性使其能穿透細(xì)胞膜，并與細(xì)胞化合物相互作用，導(dǎo)致對(duì)細(xì)胞膜的不可逆破壞與細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)凝結(jié)，影響菌體細(xì)胞膜和細(xì)胞內(nèi)酶。此外，其天然化學(xué)成分還能抑制細(xì)菌，故可作為天然防腐劑應(yīng)用在水產(chǎn)品保鮮中。植物多酚按多酚來(lái)源的不同，可分為茶多酚、蘋果多酚、葡萄多酚與石榴多酚等。近年來(lái)，也有研究學(xué)者針對(duì)其在水產(chǎn)品保鮮中的應(yīng)用開展了部分研究工作。

2.1 茶多酚(tea polyphenols, TP)

茶多酚是目前研究最多的植物多酚，其是茶葉中多酚類物質(zhì)的總稱，以兒茶素(黃烷醇)類為主[24]。茶多酚能通過(guò)破壞細(xì)胞膜殺死細(xì)菌，而兒茶素具有多種功能，其通過(guò)與細(xì)菌ATP結(jié)合位點(diǎn)相互作用抑制DNA促旋酶發(fā)揮抗菌作用等，延長(zhǎng)水產(chǎn)品貨架期[25-26]。其中，JIA等[21]實(shí)驗(yàn)得出分別用0.5%和1%的茶多酚處理4 ℃冷藏銀鯉魚片后，茶多酚改變了魚片微生物群組成，使其貨架期分別延長(zhǎng)約2 d與4 d；王丹丹[27]等結(jié)果表明0.2 g/l00mL茶多酚溶液浸漬帶魚片30 min后于4 ℃冷藏，可抑制低溫冷藏帶魚細(xì)菌生長(zhǎng)，使其冷藏貨架期延長(zhǎng)3 d；LUAN等[28]研究發(fā)現(xiàn)6.0 g/L茶多酚處理過(guò)冷帶魚在-3 ℃ 下貯藏30 d，可抑制脂質(zhì)氧化和微生物生長(zhǎng)，延緩變質(zhì)，使其貨架期延長(zhǎng)約9 d；XU等[29]研究得出2%茶多酚處理冰鮮草魚片后過(guò)冷(-1.5±0.2) ℃貯存或冰(0.2±0.1) ℃貯存21 d，可抑制膠原酶活性和膠原降解，延緩魚片品質(zhì)劣變。

2.2 蘋果多酚(apple polyphenols, AP)

蘋果多酚是蘋果生長(zhǎng)過(guò)程中的次生代謝產(chǎn)物，為第三大酚類物質(zhì)膳食來(lái)源，主要包括兒茶素類、原花青素類與花色苷類等[30]。原花青素類能破壞細(xì)胞壁和細(xì)胞膜使得細(xì)胞內(nèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)泄漏[31]；此外，植物活性成分抑菌的基礎(chǔ)是抗氧化能力[14]，原花青素與花色苷類具有抗氧化性，故可與兒茶素類等一起增強(qiáng)蘋果多酚抑菌能力等，有效延長(zhǎng)水產(chǎn)品的貨架期。如王蒙等[30]研究得出與無(wú)菌水處理組樣品相比，1.00 g/L 的蘋果多酚液能減少4 ℃冰藏大黃魚的嗜冷菌數(shù)，使其貨架期延長(zhǎng)2～4 d；程荻等[31]實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，0.1%蘋果多酚加入鰱魚糜中后4 ℃冷藏，抑制或殺死魚糜中腐敗菌，使其冷藏20 d仍能保持良好的感官品質(zhì)。

2.3 葡萄多酚(grape polyphenols, GP)

葡萄多酚主要存在于葡萄的皮和籽中，主要成分為原花青素，其次為白藜蘆醇、兒茶素類、類黃酮等[32]。其中，類黃酮可能通過(guò)抑制能級(jí)代謝和DNA合成而起作用[33]；白藜蘆醇干擾膜電位并阻礙微生物的DNA合成等[34]，延長(zhǎng)水產(chǎn)品貨架期。SAGDIC等[35]研究發(fā)現(xiàn)，5%葡萄渣提取物可抑制腸桿菌科與大腸桿菌等食源性病原體及酵母和霉菌在內(nèi)的腐敗微生物與脂解細(xì)菌；LI等[36]研究發(fā)現(xiàn)0.52 mg/mL葡萄籽提取物可抑制4 ℃冷藏黑魚氣單胞菌的生長(zhǎng)，并使其貨架期延長(zhǎng)約3 d。

2.4 石榴多酚(pomegranate polyphenols, PP)

石榴多酚主要存在于石榴籽和石榴皮中，其中以石榴皮中含量最多，主要成分為鞣質(zhì)、單寧酸、花青素等[37]。其中，鞣質(zhì)能破壞細(xì)菌細(xì)胞膜和細(xì)胞壁,使其內(nèi)容物泄露及影響蛋白質(zhì)合成、阻斷過(guò)氧化氫酶活性等；單寧酸能干擾膜電位使細(xì)菌代謝紊亂，可能通過(guò)與酶結(jié)合使細(xì)菌代謝失活[38-39]。SARA等[40]研究發(fā)現(xiàn)用1或2 g/100 mL的石榴皮提取物處理4 ℃冷藏南美白對(duì)蝦，可顯著抑制微生物生長(zhǎng)、脂肪氧化及黑變，使其貨架期延長(zhǎng)約4 d；MARTINEZ等[41]研究得出在4 ℃冷藏鱈魚肉中加入0.02%石榴提取物，可延緩其脂質(zhì)氧化速度及微生物生長(zhǎng)，抑制其腐敗變質(zhì)，使其冷藏貨架期延長(zhǎng)約4 d。

2.5 其他多酚

除以上4種常用的植物多酚外，海帶多酚、楊梅葉多酚、樟樹葉多酚與藍(lán)莓葉多酚等植物多酚也在水產(chǎn)品保鮮領(lǐng)域中得到了一定程度的應(yīng)用，但其具體抑菌機(jī)制尚不清楚。其中，林嬌芬等[42]用0.2%海帶多酚處理冷藏中國(guó)對(duì)蝦后在(4±0.5) ℃下貯藏，結(jié)果表明海帶多酚可使冷藏中國(guó)對(duì)蝦的保質(zhì)期延長(zhǎng)2 d；李應(yīng)洪等[43]研究得出樟樹葉多酚浸泡新鮮草魚肉后置于4 ℃貯藏，可顯著抑制魚肉中微生物生長(zhǎng)，減緩魚肉理化性質(zhì)的改變，且5、10 mg/g的樟樹葉多酚可使冷藏魚肉貨架期從3 d分別延至6、8 d；林智銘等[44]研究得出，0.2%藍(lán)莓葉多酚處理能使0 ℃冷藏鱸魚片貨架期延長(zhǎng)約6 d。

3 存在問題與解決方法

植物多酚雖可抑制水產(chǎn)品中微生物的生長(zhǎng)，但其作用范圍較小且抑菌效果有限[3]。目前，植物多酚的提取難度大、產(chǎn)品易揮發(fā)，且種類繁多，化學(xué)結(jié)構(gòu)存在差異。同時(shí)，植物多酚還可能與食品中的某些成分發(fā)生反應(yīng)，對(duì)其生物利用度、抑菌效果與水產(chǎn)品自身特性等帶來(lái)不良影響[11]。此外，部分植物多酚由于其作用方式的專一性，難以發(fā)揮其保鮮作用。因此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開始通過(guò)將植物多酚與其他保鮮劑或保鮮技術(shù)相結(jié)合的方法，發(fā)揮其協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)其綜合保鮮效果。

3.1 與其他生物保鮮劑復(fù)配

部分生物保鮮劑，如乳酸鏈球菌素、殼聚糖與溶菌酶等現(xiàn)已在水產(chǎn)品保鮮中得到較好應(yīng)用。將其與植物多酚按照一定比例復(fù)配，作用效果明顯。如YANG等[45]研究發(fā)現(xiàn)1.0%茶多酚與0.1%乳鏈菌肽結(jié)合能將4 ℃冷藏烏龜肉的貨架期延長(zhǎng)3～6 d；SUN等[46]將1.0%蘋果多酚與2.0%殼聚糖涂膜處理相結(jié)合，能使4 ℃冷藏草魚片保質(zhì)期延長(zhǎng)約4 d；林智銘等[44]研究得出0.2%藍(lán)莓葉多酚與0.1%溶菌酶復(fù)配液可將0 ℃冷藏鱸魚片貨架期延長(zhǎng)7～8 d。因此，對(duì)植物多酚及復(fù)配物的綜合作用機(jī)制仍需進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，以使其在水產(chǎn)品保鮮中發(fā)揮最佳效果。

3.2 與其他保鮮技術(shù)相結(jié)合

植物多酚如能結(jié)合輻照、氣調(diào)、超高壓與微波等處理方式，則能增強(qiáng)其協(xié)同效果，延長(zhǎng)水產(chǎn)品貨架期[3]。其中，JU等[8]研究得出真空包裝與0.2%茶多酚相結(jié)合處理，能將0和4 ℃冷藏鱸魚的貨架期分別延長(zhǎng)4～6 d與3～4 d；鐘智豪[47]先分別用40 W紫外光和550 W的微波處理生鮮草魚片后，再用0.3%茶多酚浸漬處理后將草魚片-0.5 ℃冰溫貯藏，結(jié)果表明紫外結(jié)合茶多酚處理能使冰溫草魚片貨架期延長(zhǎng)約10 d，微波結(jié)合茶多酚處理能使冰溫草魚片貨架期延長(zhǎng)約4 d；范凱等[48]研究發(fā)現(xiàn)0.3 g/kg茶多酚結(jié)合4 k Gy60Co-γ輻照處理，可使4 ℃冷藏鱸魚片的保質(zhì)期延長(zhǎng)約2 d。由于植物多酚本身的穩(wěn)定性，因此選擇合適的其他保鮮技術(shù)與植物多酚共同作用仍需繼續(xù)研究，以求找到最佳的組合保鮮方式。

3.3 植物多酚新型保鮮技術(shù)

隨著科技水平的提高，目前研究逐漸將植物多酚與高新保鮮技術(shù)相結(jié)合，即開發(fā)新型的保鮮產(chǎn)品，可能會(huì)使水產(chǎn)品的保質(zhì)期達(dá)到更理想狀態(tài)。如張家濤等[49]研究了聚乙烯醇(polyvinyl alcohol, PVA)涂膜內(nèi)構(gòu)建了茶多酚微膠囊與溶菌酶共存體系對(duì)4 ℃冷藏美國(guó)紅魚魚片品質(zhì)變化影響，結(jié)果表明，該共存體系與單一保鮮涂膜相比，可將魚片貨架期延長(zhǎng)4～5 d；武嬌等[50]研究了以殼聚糖為成膜基質(zhì)，再結(jié)合原位合成納米SiOx、0.25 g/100mL茶多酚及0.15 g/100mL溶菌酶制成復(fù)合涂膜處理4 ℃冷藏海鱸魚魚片，能使其貨架期延長(zhǎng)9～10 d；LIU等[51]研究發(fā)現(xiàn)使用姜黃素介導(dǎo)的光動(dòng)力學(xué)方法處理(5±1) ℃貯存的太平洋牡蠣，可使其貨架期延長(zhǎng)4 d等。但將這些技術(shù)結(jié)合植物多酚應(yīng)用到水產(chǎn)品相關(guān)研究還不多，該保鮮手段仍需進(jìn)一步探索。

4 前景與展望

植物多酚由于其來(lái)源廣、種類多、純天然而受到廣大消費(fèi)者的喜愛，且其抑菌效果好，在水產(chǎn)品保鮮領(lǐng)域潛力巨大。但如今植物多酚的應(yīng)用仍存在一些挑戰(zhàn)。首先，植物多酚的抑菌機(jī)制未被充分探明，目前對(duì)植物多酚抑菌機(jī)制多停留在細(xì)胞外或形態(tài)觀察，故后續(xù)可重點(diǎn)研究植物多酚的結(jié)構(gòu)、化學(xué)物質(zhì)及其對(duì)細(xì)胞內(nèi)環(huán)境產(chǎn)生的影響等；其次，植物多酚單獨(dú)使用仍存在著作用范圍小、抑菌效果有限及可能會(huì)與水產(chǎn)品主要成分發(fā)生不良反應(yīng)等問題，且某種植物多酚與其他物質(zhì)是否有協(xié)同作用尚不完全清楚，故需對(duì)植物多酚與其他保鮮劑或保鮮技術(shù)相結(jié)合研究，減少其用量，增強(qiáng)其抑菌效果與穩(wěn)定性；最后，關(guān)于微膠囊、納米技術(shù)、光動(dòng)力滅活等高新技術(shù)融入植物多酚的應(yīng)用研究還較少，只有深入研究，開發(fā)出一系列的新型保鮮方法，充分利用植物多酚的作用優(yōu)勢(shì)，才能使研究人員在水產(chǎn)品保鮮手段上提升至新高度。總之，帶有“干凈”標(biāo)簽的植物多酚將能更好應(yīng)用于水產(chǎn)品保鮮中，為水產(chǎn)品保鮮技術(shù)的提升尋得新突破。