鲜切果蔬致腐菌抑菌技术的研究进展

金思渊，谢晶1,2,*

1(上海冷链装备性能与节能评价专业技术服务平台，上海,201306) 2(食品科学与工程国家级实验教学示范中心(上海海洋大学),上海,201306)3(上海海洋大学 食品学院，上海，201306)

随着时代进步和社会发展，鲜切果蔬产品成为人们生活中必不可少的新鲜、营养、便捷的生鲜加工农产品，受到广大消费者的青睐，尤其被大量地投入到餐饮行业，市场对这类农产品的需求逐步提高。鲜切果蔬因切分、去皮等处理会损害果蔬的组织结构，造成果蔬组织受伤、汁液外流，呼吸作用、酶促和非酶促褐变加快，生理代谢速度上升；此外，大面积的表面暴露及丰富的营养，营造了适宜微生物生长的环境，成为致腐菌入侵和繁殖的场所，导致鲜切果蔬更易腐败变质[1]。由此，对腐败菌的抑制和灭菌技术也逐步成为鲜切果蔬保鲜研究的热点。本文综述了果蔬致腐菌的主要种类以及国内外最新的抑制致腐菌的方法，为从抑制致腐败菌侵染的角度研发果蔬保鲜技术提供了理论参考。

1 鲜切果蔬的主要腐败菌种类

鲜切果蔬主要致腐菌包括细菌、真菌和酵母。一般，霉菌、乳酸菌和酵母菌造成酸性水果腐败变质，例如桔子、浆果等。对鲜切果蔬，如生菜、蔬菜根茎和块茎等，主要由果胶酶细菌降解植物细胞壁而造成鲜切果蔬腐败。软腐败是鲜切果蔬腐败的主要形式，如土豆、辣椒、番茄等的腐败。造成鲜切果蔬腐败的细菌，包括假单胞菌属、黄单胞菌属、梭菌属、芽孢杆菌属和噬纤维菌属[2]，如梭菌在缺氧条件下导致土豆腐烂。解果胶梭菌在密封条件下对鲜切果蔬的腐败效果极其明显。大部分鲜切果蔬的腐败主要由假单孢菌科(Pseudomonadaceae)和肠杆菌科(Enterobacteriaceae)等[3]引起。其中，欧文氏菌和荧光假单胞菌是致使鲜切果蔬腐败的主要腐败菌。

1.1 欧文氏菌(Erwinia)

欧文氏菌存活于蔬菜表面，经过机械外伤和果蔬天然孔径，可寄生于果蔬维管束、果蔬木栓和果蔬细胞组织，环境条件包括自由水、氧气、温度达到一定程度会造成细菌活跃，导致蔬菜腐败甚至产生病害[4]。包英才等[5]研究发现，鲜切青椒在贮藏过程中的优势致腐菌为欧文氏菌，它们分为3种：胡萝卜亚种(Erwiniacarotovorasubsp.carotovora)[6]、马铃薯黑胫亚种(E.chrysanthemiburkhburkholder)[7]和菊欧文菌(McFaddenetdimock)[8]。

1.2 荧光假单胞菌(Pseudomonas fluorescens)

荧光假单胞菌是导致果蔬软腐败的主要细菌。荧光假单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]研究发现，鲜切菠菜在贮藏过程中的优势致腐菌为荧光假单孢菌。除此之外生菜[10]、马铃薯[11]、番茄[12]等也都大量存在。荧光假单胞菌属革兰氏阴性菌，在低温条件下生长繁殖，导致果蔬的软腐败。荧光假单胞菌属主要包括铜绿假单胞杆菌和5种荧光假单胞菌(镶边假单胞菌)，会引起鲜切黄瓜腐败变质[13]。绿脓杆菌会引起蔬菜或蘑菇在后熟过程中的腐败变质[14]。

2 鲜切果蔬腐败菌的抑菌技术

经过切割处理后的果蔬会造成不可修复的机械损伤，果蔬的各类营养汁液会流出，为微生物提供了适合生长的环境，进一步促进致腐菌的生长繁殖。此外，切割面造成果蔬的细胞结构被破坏、呼吸强度陡增，生理生化活动急剧加快，各类酶被打散，加速了果蔬品质的下降[15]。目前主要的抑菌研究是控制水分活度和酸度以及低温保藏等，以防止鲜切果蔬腐败菌的生长及繁殖。主要抑菌技术可分为：生物、物理和化学3大类。

2.1 化学抑菌技术

化学抑菌技术是指通过鲜切果蔬表面受到化学药品直接作用，抑制果蔬表面致腐菌繁殖，减少鲜切果蔬表面微生物数目，从而达到减菌目标。主要方法包括喷射气体抑菌剂、喷淋或浸渍液体抑菌剂。宋晓雪[16]研究表明，鲜切莴苣经过纳他霉素喷雾处理，能够有效抑制可溶性固形物、花青素和叶绿素含量的降低，同时抑制霉菌繁殖，保护细胞膜完整性，延长货架期。侯玉茹等[17]等研究臭氧水处理鲜切苹果5 min，贮藏9 d，菌落总数与对照组相比下降了98.3%，苹果表面微生物的杀灭作用效果明显。化学抑菌法简单有效，对果蔬表面微生物繁殖体的抑菌效果明显，但不能杀灭芽孢，而且从食品安全的角度来看存在一定的隐患。

2.2 物理抑菌技术

物理抑菌是指通过物理方法消灭鲜切果蔬中的微生物，其中应用最多的就是低温抑菌技术。MANZOCCO等[18]研究了鲜切生菜分别在4、12 ℃的低温下贮藏7 d，发现4 ℃下的腐烂率小于1%，远低于12 ℃下的。低温保藏可有效抑制腐败菌的繁殖，抑制果蔬呼吸，延缓果蔬衰老，但低温保藏鲜切果蔬品质的效果有限。现阶段一些新兴物理保鲜技术也逐渐应用于切割果蔬的保鲜，例如光电抑菌技术和高压脉冲电场抑菌技术等。物理技术保鲜的优点是无化学残留，符合人们对食品安全的要求。

2.2.1 光电抑菌技术

光电灭菌技术包括紫外线抑菌、脉冲光抑菌、发光二极管(light emitting diode)抑菌技术。抑菌效果好并能够保留食品的营养成分和生理活性[19]。

(1)紫外线抑菌技术。其机理是使腐败菌细胞中含遗传信息的核酸蛋白变性，再进一步通过空气中氧气氧化分解成臭氧，臭氧以氧原子的氧化作用破坏微生物膜的结构，两者相辅相成达到杀菌目的[20]。郁杰等[21]在菠菜采后贮藏过程中使用UV-A循环照射，在照射剂量达到1.764 kJ/m2时，显著降低了菠菜表面菌落数量。KASIM等[22]分别用照射强度为0.3、0.6、0.9 kJ/m2的UV-B照射鲜切波菜，经过0.9 kJ/m2照射的抑菌效果最佳，感官综合质量最好，高强度紫外线照射可以防止菠菜发生褐变，有效抑制腐败菌繁殖。AIHARAM等[23]通过研究UV-A对鲜切卷心菜(接种)照射 30、60、90 min，观察到菌落存活率降低 0.41、1.87 和 3.23 lg(CFU/g)。LANTE等[24]通过研究UV-A照射鲜切苹果，25 ℃照射60 min，苹果褐变速度明显下降，有效抑制腐败菌的生长，减少了菌落总数。ALLENDE等[25]研究发现UV-C显著降低鲜切生菜的微生物数目(总菌落数、乳酸菌、酵母等)，但不影响鲜切生菜品质。紫外线可对微生物造成极大破坏，其中短波段的紫外线使细胞的核蛋白和脱氧核糖核酸充分吸收能量，它们之间的链被打开而断裂，最后致使细菌死亡。中波段和长波段的紫外线对微生物的生长繁殖会产生一定程度的抑制作用，因此果蔬的货架期得到延长。

(2)脉冲光抑菌技术。而脉冲光灭菌是通过短时间的高强度光脉冲照射鲜切蔬菜的表面抑菌。其机理是使致腐菌的蛋白质和核酸变性，微生物细胞失去活性，从而抑制致腐菌生长繁殖。KAACK等[26]用0.01～50 J/cm2的脉冲强光对鲜切萝卜表面进行瞬时杀菌，可最大程度降低致腐菌菌数最高约7个数量级。赵越[27]对鲜切白菜进行脉冲强光抑菌试验，不仅有效灭菌(细菌、芽孢等)，还保留了白菜的营养成分和感官品质。经处理后的鲜切白菜表面致腐菌的最大失活水平在4～7 lg(CFU/g)，大肠杆菌、混合菌等杀菌率达到 98%以上。樱桃[28]研究了通过2 J/cm2的脉冲强光照射鲜切柿果的表面，可有效延缓柿果的褐变和软化速度，降低裂变速度，柿果表面的腐败菌菌数明显下降，延长货架期。脉冲光灭菌速度快、效率高，灭菌过程绿色环保，但主要适用果蔬表面灭菌。

(3)发光二极管(light emitting diode，LED)抑菌技术。其抑制致腐菌的途径主要有光动力学抑菌和光催化抑菌[29]。光动力学抑菌通过LED和光敏剂结合，致腐菌被特定波长光源照射，产生大量活性氧，在光敏剂作用下形成活性单态氧，作用于致腐菌的细胞器，抑制其生理功能[30]。光催化抑菌主要通过LED光和半导体材料结合，使腐败菌表面活性氧与细胞组成成分进行生化反应，细胞单元失活而抑制微生物生长[31]。通过这2种方法，可以对部分致腐菌进行抑制和灭活，从而减缓表面微生物生长繁殖，降低劣化速度，达到保鲜的目的。同时，LED光照对果蔬中一些主要营养成分的含量变化也有影响，如叶黄素和胡萝卜素等[32]。DHAKAL等[33]研究发现,LED蓝光组可有效延长番茄的货架寿命，维持番茄良好的感官品质，保证番茄红素含量，延缓其成熟衰老进程，可有效缓解小番茄致腐菌生长繁殖。阎瑞香等[34]研究表明，5 ℃、LED(绿光和白光)光源照射能保持鲜切芦笋良好的感官品质，有效抑制叶绿素降解，更好地抑制褐变黄化过程，减缓鲜切芦笋的衰老过程，同时对嗜热脂肪芽孢杆菌也有一定的抑制，延长芦笋的货架期。CHARLES等[35]研究发现，LED灯(白光)能够降低鲜切莴苣切边褐变。李宁等[36]以LED(红蓝和红绿复合光)照射西兰花，发现红蓝和红绿复合光具有良好抑菌效果，可降低西兰花呼吸跃变峰值，延缓乙烯释放量峰值出现，并有效破坏假单胞菌和葡萄球菌等致腐菌在贮藏过程中对西兰花的侵染，保持货架品质，延长货架期。MAG等[37]研究发现，LED红光能够有效抑制腐败菌(假单胞菌、葡萄球菌等)侵染西兰花，延缓西兰花黄化过程，进一步延缓西兰花衰老进程，降低其乙烯释放量，而LED蓝光无法达到这些效果。KIM等[38]研究发现，(405±5) nm LED光照射鲜切木瓜可有效抑制沙门氏菌的生长，使其细胞失活，延长鲜切木瓜的货架寿命。LED抑菌技术操作简单、成本低、无公害、对环境较为友好。LED有多组不同的单色光半导体发光器件，现阶段对白光、绿光、蓝光研究较多，黄光、青光等其他光源仍然有很强的研究深度和广度。

2.2.2 高压脉冲电场抑菌技术

高压脉冲电场能够改变果蔬细胞中的跨膜电位，可以分别从膜电位、微观质构和酶活性方面对果蔬进行灭菌。蒋耀庭等[39]通过高压脉冲电场对鲜切青花菜进行处理，可以明显杀灭致腐菌，由于放电产生臭氧，臭氧能够缓解青花菜的组织代谢，测得菌数也明显少于未经过高压脉冲电场的青花菜，达到了较好的保鲜效果。王婷玉等[40]研究大肠杆菌接种的鲜切苹果，经过高压脉冲电场处理，提升高压脉冲电场强度，延长处理时间，大肠杆菌残存率显著下降，菌落总数显著下降，鲜切苹果褐变程度明显改善。陶晓赟[41]研究经过电场强度30 kV/cm的高压脉冲电场处理的蓝莓汁，灭菌率达99%以上，抑菌效果显著。高压脉冲电场技术具有无热效应、耗能少、对食品本身品质基本无不良影响的特点。高压脉冲电场能够有效抑制致腐菌繁殖，有利于保持鲜切蔬果感官品质。但设备价格较为昂贵，且研究范围主要在液体食品(蔬菜汁、果汁等)，具有一定的应用局限性。

2.3 生物抑菌技术

生物抑菌技术主要通过破坏细胞壁、细胞膜结构，致使细胞内营养流失，细胞死亡。采用生物抑菌剂来达到防腐效果[42]，主要分为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鲜剂，通过破坏微生物的细胞结构或者干扰其生理代谢功能实现灭菌功能。郭俊花等[43]研究11种食药同源植物提取物对5种鲜切果蔬腐败菌的抑制作用，结果表明，以花椒提取液处理鲜切樱桃番茄可显著降低腐败率，延长樱桃番茄货架期；高良姜和天麻对金黄色葡萄球菌抑菌效果显著，能够显著抑制金黄色葡萄球菌繁殖，有效延长果蔬货架期；RASOOLI等[44]研究发现，使用百里香精油处理黑曲霉，会破坏其细胞结构，最终引起黑曲霉死亡，在处理黑曲霉接种的果蔬时可有效抑制腐败菌生长；李伟锋[45]研究发现，鲜切苹果经过生姜提取液浸泡能有效抑制荧光假单胞菌、枯草芽孢杆菌、大肠杆菌等生长繁殖，延缓褐变速度，菌数比对照组下降90%以上。DENG等[46]研究发现，川芎提取物对鲜切脐橙具有良好的防腐效果，有效抑制青霉菌和曲霉菌，腐烂率与对照组比下降50%。植物天然提取液具有抑菌广谱、高效和无毒、无化学残留特点。但天然提取液提取技术复杂且昂贵。植物源天然提取液在人体消化道内可降解，部分天然提取液还具有医药营养价值，后续值得深入探究[47]。

2.3.2 生物拮抗菌抑菌

生物拮抗菌抑菌主要是通过微生物和微生物代谢产物来抑菌，以延长鲜切果蔬的货架期。拮抗菌抑菌机理是通过由微生物产生的抗菌素，如抗生素、溶菌酶、有机酸等，这些物质都具有很强的抗菌效果，利用抗菌素拮抗作用可以有效抑制或杀死鲜切果蔬致腐菌，从而达到防腐保鲜的目的。JINHE等[48]的研究表明，以酵母菌接种鲜切樱桃，1 ℃贮藏条件下可控制鲜切樱桃产生褐腐现象，20 ℃的贮藏条件下可以抑制致腐菌侵染，腐烂率明显下降，有效抑制鲜切甜樱桃褐腐现象的产生。DE等[49]的研究显示，经过美极梅奇酵母菌处理的鲜切樱桃能有效抑制青霉菌的繁殖。TRIAS等[50]研究发现，乳酸菌能够有效抑制致腐菌(大肠杆菌和绿脓杆菌)。结果表明，经过乳酸菌处理的鲜切苹果能有效降低被致腐菌感染的几率。郁杰等[3]研究发现以0.05 g/L的ε-聚赖氨酸+10 g/L的L-抗坏血酸溶液混合保鲜液应用于鲜切菠菜，贮藏8 d，对荧光假单胞菌和肠杆菌具有显著的抑菌效果，有效维持感官品质、叶绿素含量，延缓失水和水分迁移。生物拮抗菌抑菌具有无毒高效、贮运条件易控制、外界微生物干扰少等特点，是目前最有希望取代化学抑菌的一项新技术。

3 研究进展和展望

目前在行业中，主要应用的是快捷的化学抑菌方法和简便的低温抑菌方法。一些新兴的技术如光电抑菌方法凭借无毒害、护色等特点而具有良好的应用前景，已经越来越受到关注并成为研究热点。其中由于LED光照灭菌技术可以高效灭菌，且光照剂量小，具有成本低的优势。但是，现阶段光电抑菌技术多处于实验室阶段，大多数设备为实验室自制或从工厂定制，今后还需要推进保鲜用光电设备生产的标准化。生物抑菌技术相对于化学抑菌技术，可避免造成鲜切果蔬有化学残留，是绿色、环保和健康的抑菌技术，此外，生物抑菌技术在食品包装与加工方面也有着广阔的应用前景，因而逐步成为行业关注热点。

鲜切果蔬的抑菌技术不仅仅局限于抑制致腐菌的繁殖和果蔬产品品质的保护，更深层次的研究可以关注果蔬在抑菌过程中营养成分和生理生化性质的变化。此外，目前研究的主要目的是通过非热抑菌技术延缓鲜切果蔬腐烂变质过程，确保鲜切产品的营养成分并延长货架期，为确保这一目的，还可以联合2种或多种抑菌技术共同应用于鲜切果蔬防腐，以期获得更优并且经济绿色的保鲜效果。再者，可以系统研究使鲜切果蔬腐烂的优势腐败菌，确定其种类和低温下的致腐机理，进而应用更精准的灭菌技术，确定各种抑菌技术的机理和效果，更好保证鲜切果蔬产品的质量和安全。