中藥提取物對果實(shí)抑菌防腐研究進(jìn)展

石 浩，馮 敏，丁仁惠，賀富胤，王仁才*

(1.湖南應(yīng)用技術(shù)學(xué)院農(nóng)林科技學(xué)院，湖南常德 415000; 2.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，湖南長沙 410128；3.湖南桃淵明果業(yè)生物有限責(zé)任公司，湖南常德 415000)

我國中藥資源豐富，同時也是最早利用中藥活性成分的國家之一。從古至今人類就記載了許多抗菌抑菌的植物，目前世界上存在2萬多種具有抑菌作用的植物。僅在我國的《中藥大詞典》中便收錄了2 000多種具有抗菌防腐作用的植物，且它們藥效和安全性明確，是公認(rèn)無毒的安全性植物[1-2]。天然抗菌防腐植物因其具有毒性低、容易分解、來源廣、價(jià)格低廉、應(yīng)用前景良好等優(yōu)勢特點(diǎn)而逐步受到人們的關(guān)注，是目前較理想的果蔬綠色防腐保鮮劑來源。該研究從抑菌中藥材、中藥材中主要抑菌物質(zhì)、提取物協(xié)同殺菌、殺菌機(jī)理及提取物對果實(shí)防腐保鮮的應(yīng)用等幾個方面進(jìn)行了綜述，以期為高效、綠色保鮮技術(shù)產(chǎn)業(yè)應(yīng)用研究提供借鑒。

1 主要抑菌植物

1.1 香辛類中藥植物這類植物含有豐富的揮發(fā)油類(精油)、有機(jī)酸類、酚類和膠質(zhì)等成分。這些物質(zhì)除具有較濃烈的刺激性香味，還有抗氧化、著色及抗菌(防腐)等系列藥理作用。目前主要應(yīng)用的防腐保鮮劑的香辛類植物有：肉桂、廣藿香、大蒜、紫蘇、丁香、牛至、八角、眾香子、茴香、迷迭香、洋蔥、胡椒、花椒、牛膝草、青蒿、月桂、肉豆蔻、芥子、芫荽、菖蒲、菌陳蒿、葛縷子、小豆蔻、辣椒、鼠尾草、生姜、薄荷等[3]。

1.2 中草藥類植物我國中草藥資源豐富，品種多樣，許多對治病微生物具有較強(qiáng)的抑制和殺滅作用。主要植物有丁香、青蒿、油茶粕、野馬追、山茱萸、油茶粕、菊花、蒼耳、黃芩、薄荷、苦參、香茅、白術(shù)、丹皮、廣藿香、大黃、煙葉、麻黃、細(xì)辛、高良姜、虎杖、板藍(lán)根、牡丹、連翅、山蒼子、厚樸、辛夷、甘草、檸檬、苦皮藤、苦丁茶、忍冬等[4]。

1.3 其他藥食兩用抑菌植物源植物蘆薈、苦瓜、金櫻、魚腥草、荷葉、竹葉、油茶、枇杷葉、橘紅、馬齒莧、山楂、銀杏葉片、無花果葉、菠蘿葉等。植物源抑菌物質(zhì)十分廣闊，可針對性對某些病原菌進(jìn)行抑菌植物的篩選，常見抑菌植物的作用效果及特點(diǎn)見表1。

表1 常見抑菌植物的作用效果及特點(diǎn)Table 1 The effect and characteristics of common antibacterial plants

2 中藥抑菌活性成分

我國幅員遼闊，孕育著豐富的植物資源，為開發(fā)和利用植物源殺菌抑菌劑奠定了深厚的物質(zhì)基礎(chǔ)。中藥抑菌活性成分一般從植物種子、莖葉、花蕾、葉蓮或根塊等提取得到。主要分為溶劑提取液和精油2種。提取液中一般含有豐富的次生代謝物如黃酮類、皂苷類、生物堿類、萜類、多酚類、醌類、萜以及內(nèi)酯等抗菌抑菌成分[15]。

2.1 多糖類多糖具有無毒無味、可被生物降解、抗菌性強(qiáng)、易成膜、成本低廉等特點(diǎn)，廣泛適用于果實(shí)的保鮮。多糖用作一種涂抹保鮮劑，能抵御外界微生物的侵入，減少果實(shí)水分的流失和氧自由基的生成，并降低果實(shí)體內(nèi)酶活性，從而防止果實(shí)腐爛變質(zhì)。魔芋甘露聚糖是一種天然多糖，來自于魔芋，具有黏度高、成膜性好、無毒等特點(diǎn)。吳賢聰?shù)萚16]將魔芋甘露聚糖用于枇杷貯藏保鮮試驗(yàn)，能有效地延長果實(shí)的貯藏期，保持果實(shí)原有的外觀色澤和較高的營養(yǎng)成分，其貯藏保鮮效果比使用多菌靈保鮮的方法更好。殼聚糖是陽離子多糖，無毒綠色，且可誘導(dǎo)果實(shí)產(chǎn)生抗生素，對真菌類病原菌具有一定的抑制作用。Hong等[17]采用殼聚糖對石榴采后貯藏，試驗(yàn)分別用0.5%、1.0%%和2.0%的殼多糖涂層處理水果，發(fā)現(xiàn)用2.0%的殼聚糖處理可顯著降低硬度和減輕重量，延遲葉綠素和丙二醛(MDA)含量和可溶性固形物含量(SSC)的變化，會導(dǎo)致過氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化氫酶(CAT)的活性顯著增加，并抑制超氧化物自由基(O2-)的產(chǎn)生及膜脂過氧化作用；同時抑制果實(shí)的呼吸作用和水分的蒸騰作用及病菌的侵入和生長[18]。

2.2 黃酮、多酚類黃酮是具有2-苯基色原酮(flavone)結(jié)構(gòu)的化合物，多酚是一種含有多元羥基的化合物，它們都廣泛存在于植物體內(nèi)，具有較強(qiáng)的抗氧化、殺菌能力。王紹美等[19]研究茶多酚對采后獼猴桃果實(shí)耐貯性的影響，發(fā)現(xiàn)30 mg/L茶多酚溶液浸果處理5 min，2 ℃條件下貯藏，果實(shí)呼吸強(qiáng)度、淀粉酶和果膠酶的活性得到了抑制，果實(shí)硬度、淀粉及果膠的降低得到了延緩。司寶華等[20]研究枸杞葉多酚對櫻桃番茄貯藏的保鮮效果，發(fā)現(xiàn)在室溫20 ℃環(huán)境下，0.4 g/L的濃度對櫻桃番茄的保鮮效果最好，可有效降低其失重率，緩解其硬度的下降，保持其鮮艷的色澤。張美芳[21]研究銀杏葉黃酮提取物對獼猴桃藏期病原真菌的抑菌效果，發(fā)現(xiàn)當(dāng)提取液濃度為0.3 mg/mL時，對各種病原菌的抑制率超過90%，同時提取物可有效降低果實(shí)呼吸，延緩果實(shí)硬度下降，誘導(dǎo)抗氧化酶活性增強(qiáng)等。李鐘美[22]對高良姜黃酮類抑菌物質(zhì)的提取及保鮮作用研究發(fā)現(xiàn)，高良姜含有大量的二苯基庚烷類、黃酮類等天然活性成分，對黃酮類提取物進(jìn)行抑菌保鮮試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)保鮮效果較好，與山梨酸鉀相當(dāng)，是一種適用的天然防腐劑。

2.3 揮發(fā)油(精油)類精油具有較強(qiáng)、較廣泛的抑菌作用，尤其是真菌類物質(zhì)的抑制作用，在香辛類植物中含量較高。Espina等[23]研究柑橘揮發(fā)油成分及抗菌作用，鑒定出65種揮發(fā)性化合物成分，其中檸檬烯是揮發(fā)油中的主要成分，占比超過60%，濃度0.2 μl/mL精油表現(xiàn)出較好的抑菌效果。顧仁勇等[5]研究5種香料精油抗氧化和抑菌作用，發(fā)現(xiàn)綜合抑菌能力為肉桂>丁香>山蒼子、牛至和連翹，5種植物精油微生物抑菌能力為霉菌>酵母>細(xì)菌。精油的抑菌效果隨pH的降低而增強(qiáng)，121 ℃處理15 min對5種精油的抑菌活性沒有影響。精油還具有一定協(xié)同抑菌的作用，Bag等[24]研究月桂葉、黑胡椒、香菜、孜然、小茴香等植物精油的相互協(xié)同抗菌作用發(fā)現(xiàn)，各組合在抗菌(FICI：0.25～0.50)活性方面均表現(xiàn)出協(xié)同作用。徐娜婷[6]研究發(fā)現(xiàn)，楓香葉揮發(fā)油中相對含量較高的為α-蒎烯、β-蒎烯、β-石竹烯、α-萜品醇等，揮發(fā)油對黃曲霉和青霉最低抑菌濃度為2.5%、枯草桿菌為1.25%、金黃色葡萄球菌為5%，同時揮發(fā)油可降低果實(shí)損失率，延緩果實(shí)硬度下降，促進(jìn)抗氧化酶活性等。一般多組分精油比單組分抑菌效果好，但其抑菌機(jī)理研究還不夠深入。

2.4 生物堿類生物堿是天然存在于多種植物中的一類含氮的堿性有機(jī)化合物，具有良好的抗菌作用。Erdemoglu等[25-26]分析羽扇豆、虎尾草生物堿的提取及抑菌效果，羽扇豆中共得到15種生物堿，其中13α-Hydroxylupanine和lupanine分別占50.78%和23.55%；虎尾草中得到了10種喹諾唑烷生物堿，生物堿提取物對枯草芽孢桿菌、金黃色葡萄球菌和銅綠假單胞菌顯示出顯著活性。劉艷霞等[27]研究黃皮酰胺類生物堿水果病原真菌的抑菌效果，發(fā)現(xiàn)10 mg/mL粗濃度下對疽病菌和枯萎病菌(Fusariumoxysporumf.sp.cubense)抑制率均超過了80%，2種真菌的EC50值均在0.8 mg/mL左右；所得新肉桂酰胺類化合物，在0.08 mg/mL濃度下便具有較好的抑菌效果。戴素明等[8]用博落回和虎杖中生物堿對柑橘綠霉菌進(jìn)行抑菌試驗(yàn)，2者的最低抑菌濃度分別為184.32、538.48 mg/L，2種提取物均能使柑橘的腐爛率顯著降低，柑橘的防腐、保鮮均能達(dá)到常規(guī)化學(xué)保鮮劑的效果。

2.5 皂苷類、醌類皂苷(saponin)是苷元為三萜或螺旋甾烷類化合物，醌是含有共軛環(huán)己二烯二酮結(jié)構(gòu)的一類有機(jī)化合物，兩類物質(zhì)具有一定的抑菌作用。曾榮[28]在鳳仙透骨草中分離鑒定出2-甲氧基-1，4-萘醌，對供試霉菌、酵母類真菌具有很強(qiáng)的抑制作用，其復(fù)合保鮮劑可有效減少柑橘的腐爛率，較長時間保持果實(shí)較好的品種，增強(qiáng)果實(shí)體內(nèi)氧自由基清除酶的活性，誘導(dǎo)果實(shí)產(chǎn)生較強(qiáng)的抗性。Okunji等[29]從龍血樹果實(shí)中提取出螺固醇皂苷，對17種真菌和4種細(xì)菌表現(xiàn)出抗菌活性，6.25～10.00 μg/mL的濃度范圍內(nèi)顯示出較強(qiáng)的抗真菌活性。孟祥春等[11]研究油粕中茶皂素的提取對果蔬采后致病菌的抑制效果，通過分離純化后可得純度95.64%的茶皂素，所獲茶皂素對鏈格孢菌(Alternariaalternata)、膠胞炭疽菌(Colletotrichumgloeosporioides)和灰葡萄孢霉(Botrytiscinerea)菌絲的生長均有明顯的抑制作用，EC50值在200～550 mg/L。皂素不僅具有較強(qiáng)的殺菌作用，同時它還是良好的表面活性劑，常作為有機(jī)物的良好溶劑，在揮發(fā)油類抑菌物質(zhì)復(fù)配抑菌時，可添加皂素類物質(zhì)。刁春華[12]研制含有茶葉活性成分洗手液發(fā)現(xiàn)，10 mg/mL茶多酚與80 mg/mL茶皂素復(fù)配時，殺菌效果最好、洗手液的泡沫穩(wěn)定。

2.6 復(fù)配物協(xié)同殺菌作用一般情況下單一藥材提取物對病原菌的抑制及果實(shí)的防腐保鮮效果遠(yuǎn)不如復(fù)配藥劑的效果[13]。將具有不同性能的中藥提取物復(fù)配使用，可增強(qiáng)抗菌、防腐的作用，擴(kuò)大抑菌譜。提取藥劑的混合使用[30]，往往在達(dá)到同樣抑菌效果的同時，可以有效減少每一種藥劑的量，節(jié)約原材料，提高經(jīng)濟(jì)價(jià)值，且單一防腐殺菌劑或多或少存在一些自身的缺點(diǎn)，往往不能盡可能多地解決果蔬貯藏期間存在的大部分問題，天然抑菌劑的協(xié)同作用是今后果品防腐保鮮的一條新思路。Suwanamornlert等[9]分析植物源性復(fù)合抑菌劑對龍眼采后病原菌協(xié)同抑菌效果，認(rèn)為采用50%百里酚和50%香芹酚活性混合物表現(xiàn)出對擬莖點(diǎn)酶菌的最高協(xié)同作用，最小殺真菌濃度(MFC)為40～80 mg/L空氣，相對于單一物質(zhì)減少了50%～75%。Al-Bayati等[7]從百里香和茴香種子獲得精油，這2種精油對金黃色葡萄球菌、蠟狀芽孢桿菌和變形桿菌都具有很好的抑制效果(MIC值為15.6～62.5 μg/mL)，2種精油協(xié)同抑菌時，相對于單一物質(zhì)，MIC值減少了50%以上。

3 中草藥提取物殺菌機(jī)理

天然植物提取物抑菌機(jī)理復(fù)雜多樣、種類繁多。目前試驗(yàn)多數(shù)集中在植物抑菌物質(zhì)的篩選、抑菌活性物質(zhì)的鑒定及復(fù)配抑菌上，在抑菌機(jī)理方面少有系統(tǒng)化的研究，或研究不夠深入、全面[29]。抑菌機(jī)理一般分為以下幾個層面[31-32]：①提取物對病原菌生長代謝物的影響。通過測定菌代謝物的含量、酶活性等，使得細(xì)胞喪失生長、繁殖的基本條件。②對細(xì)胞結(jié)構(gòu)的影響。提取物與真菌的麥角甾醇以及其他甾醇基團(tuán)結(jié)合，阻遏麥角甾醇生物合成，從而使細(xì)胞膜畸變，最終導(dǎo)致滲漏，引起細(xì)胞死亡。③對病原菌遺傳信息的影響。通過調(diào)節(jié)或抑制功能酶基因的表達(dá)，阻礙遺傳信息的復(fù)制，使得病原菌無法正常繁殖和生長。目前對病原菌抑菌機(jī)理的試驗(yàn)多停留在第一個層次，或少量的第二個層次，不夠深入。Wang等[33]采用山蒼子精油提取物對灰葡萄菌抑菌機(jī)理進(jìn)行研究，用1.0%試劑處理后，真菌細(xì)胞的電導(dǎo)率增加，并且可溶性還原糖和蛋白質(zhì)的含量隨著處理時間緩慢增加。細(xì)胞膜中的麥角固醇含量顯著降低，破壞了細(xì)胞膜并改變了細(xì)胞膜的通透性。Chen等[34]研究甜菜提取物對病原菌的抑菌機(jī)理，發(fā)現(xiàn)其對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和鼠傷寒沙門氏菌、霉菌等有很強(qiáng)的抑菌活性，可以破壞細(xì)菌的細(xì)胞質(zhì)膜和蛋白質(zhì)，改變細(xì)菌細(xì)胞的生理和形態(tài)。Zhao等[35]研究甘蔗提取物抑菌機(jī)理，發(fā)現(xiàn)甘蔗渣提取物破壞了病原菌細(xì)胞蛋白，改變了細(xì)胞的形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，增加了細(xì)菌細(xì)胞懸浮液的電導(dǎo)率。何榮榮[36]研究茶枯餅茶皂素提取、抑菌機(jī)制，發(fā)現(xiàn)皂素對沙門氏菌和枯草芽孢桿菌效果較好，有效抑菌濃度均為10 mg/mL，對細(xì)胞膜和細(xì)胞壁均有破壞，細(xì)胞膜完整性發(fā)生改變，細(xì)胞代謝物發(fā)生改變。目前轉(zhuǎn)錄組技術(shù)(RNA-seq)興起，在病原菌抑菌機(jī)理方面可采用相應(yīng)技術(shù)，尋找影響病原菌死亡的代謝通路和相應(yīng)基因，然后與病原菌代謝物、酶活性、細(xì)胞膜功能等相結(jié)合，從而系統(tǒng)地分析提取物的抑菌機(jī)理。

4 中草藥提取物在果實(shí)防腐保鮮中的應(yīng)用

涂膜復(fù)配防腐保鮮劑存在大量疏水的小分子有機(jī)化合物和親水的大分子有機(jī)物[37]。小分子有機(jī)物可以殺滅或抑制病原菌，大分子有機(jī)物可形成保護(hù)膜阻隔外界病原菌的侵染以及防止果實(shí)水分丟失，降低呼吸作用[38-39]。

4.1 大分子提取物的應(yīng)用Zhang等[40]采用1%肉桂油、2%大豆油和1%海藻糖復(fù)配防腐抗菌，改善復(fù)配物某些物理特性(降低了拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率、水溶性和總固體含量，但對薄膜的水蒸氣滲透性沒有明顯影響)和含有香精油的可食用膜的抗菌功效；可食性膜可降低氧氣的透性，維持果實(shí)內(nèi)部較高的二氧化碳，有利于抑制果實(shí)呼吸和氧自由基的生成。Olivas等[41]將海藻酸鈉-亞油酸復(fù)合物用于蘋果防腐保鮮，在5 ℃和85%RH下保存，發(fā)現(xiàn)涂層延長了“嘎啦”蘋果的保質(zhì)期，不會引起無氧呼吸，最大限度地減少了儲存過程中的重量損失，涂有涂層的蘋果硬度幾乎保持不變，而對照蘋果在儲存過程中的硬度大幅下降。Ebrahimi等[14]將蘆薈多糖和螺旋藻水提取復(fù)配處理芒果，在常溫下貯藏，發(fā)現(xiàn)涂層延長了芒果抗壞血酸、總酚的含量，提高了果實(shí)抗氧化活性；在儲存過程中，較對照組果皮顏色變化要低得多，果實(shí)失重率有所減緩。Sultan等[42]采用殼聚糖-蜂蠟處理梨，在(0±1)℃、85%～90% RH條件下貯藏105 d，較對照組，第105 d時，果實(shí)的失重率減少了3%，果實(shí)腐爛率降低了30%，硬度提高了約0.2 kg/cm2，可溶性固形物提高了5%，可滴定酸降低了0.2%。復(fù)配保護(hù)劑可有效防止外界微生物的侵染，降低果實(shí)水分的丟失，減少果實(shí)營養(yǎng)物質(zhì)的損耗，降低氧自由基的產(chǎn)生，降低果蔬呼吸強(qiáng)度，延緩果實(shí)腐爛變質(zhì)?；瘜W(xué)合成物也可制作復(fù)合涂抹防腐保鮮劑，但具有一定的化學(xué)殘留，中草藥提取物涂抹防腐保鮮劑是一種活性高、安全、營養(yǎng)、無毒，被認(rèn)為是新型、高效的綠色保鮮劑。

4.2 小分子提取物的應(yīng)用研究表明[43]，采用銀杏葉中的黃酮類物質(zhì)處理“沙塘”橙，果實(shí)經(jīng)6.25～25.00 g/L的提取物處理后貯藏在16 ℃條件下，可顯著減少重量損失和硬度的降低，抑制可溶性固形物、可滴定酸、維生素C、類黃酮和總酚含量的降低。Grosso等[44]采用核桃油餅渣中獲得的酚類物質(zhì)處理核桃，在貯藏84 d時，處理組核桃的過氧化物、茴香胺、共軛二烯和己醛含量較對照組顯著降低。Soleimani等[45]采用甘草中黃酮類物質(zhì)處理蘋果和橘子，發(fā)現(xiàn)在62.5 mg/mL濃度下，貯藏時間為7 d和21 d后，青霉菌分別可減少60%以上和20%以上的生長，同時果實(shí)的感官品質(zhì)、可溶性固含量均有較大程度的提升。Pangallo[46]等采用石榴皮中多酚類物質(zhì)處理柑橘，與常用于采后處理的殺菌劑滅霉靈相比，該提取物對橙子和小柑橘提供了顯著的保護(hù)水平，冷藏和保質(zhì)期7 d后，采收前噴灑12、6和3 g/L提取物的橙子的腐爛發(fā)生率分別降低了78.9%、76.0%和64.6%。同樣，采后用提取物浸漬處理，腐爛發(fā)生率分別減少90.2%、84.3%和77.6%。張海霞等[47]等采用紫色馬鈴薯花青素進(jìn)行抑菌和草莓保鮮，發(fā)現(xiàn)其對青霉菌具有較強(qiáng)的抑菌效果，最低抑制濃度為22.5 mg/mL，同時草莓的失重率、腐敗率顯著低于對照CK(P<0.05)，可溶性固形物含量顯著高于對照CK(P<0.05)，菌落總數(shù)極顯著低于對照CK(P<0.001)。

5 總結(jié)與展望

中藥提取物較常規(guī)化學(xué)藥劑具有綠色環(huán)保、安全、無毒副作用的特點(diǎn)，且對水果具有較好的抑菌防腐效果，但部分提取物抑菌效果見效慢且用量較大，不如化學(xué)藥劑。因此：①今后還需加大中藥材提取物的抑菌篩選，尋找抑菌效果好、價(jià)格實(shí)惠、使用方便的中藥提取物。②尋找果實(shí)腐化病原菌的拮抗菌，做到以菌治菌，同時通過生物手段(轉(zhuǎn)基因技術(shù))提高拮抗劑的作用效果，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)高效和環(huán)保的生物防腐劑。③復(fù)配防腐技術(shù)的使用對果實(shí)的抑菌防腐具有更好的效果，今后可采用提取物、拮抗菌或低毒化學(xué)殺菌劑或與物理(溫度、紫外光、微波等)手段相結(jié)合，控制藥劑的濃度及處理時間，減少危害性。