中药提取物对果实抑菌防腐研究进展

石 浩，冯 敏，丁仁惠，贺富胤，王仁才*

(1.湖南应用技术学院农林科技学院，湖南常德 415000; 2.湖南农业大学园艺学院，湖南长沙 410128；3.湖南桃渊明果业生物有限责任公司，湖南常德 415000)

我国中药资源丰富，同时也是最早利用中药活性成分的国家之一。从古至今人类就记载了许多抗菌抑菌的植物，目前世界上存在2万多种具有抑菌作用的植物。仅在我国的《中药大词典》中便收录了2 000多种具有抗菌防腐作用的植物，且它们药效和安全性明确，是公认无毒的安全性植物[1-2]。天然抗菌防腐植物因其具有毒性低、容易分解、来源广、价格低廉、应用前景良好等优势特点而逐步受到人们的关注，是目前较理想的果蔬绿色防腐保鲜剂来源。该研究从抑菌中药材、中药材中主要抑菌物质、提取物协同杀菌、杀菌机理及提取物对果实防腐保鲜的应用等几个方面进行了综述，以期为高效、绿色保鲜技术产业应用研究提供借鉴。

1 主要抑菌植物

1.1 香辛类中药植物这类植物含有丰富的挥发油类(精油)、有机酸类、酚类和胶质等成分。这些物质除具有较浓烈的刺激性香味，还有抗氧化、着色及抗菌(防腐)等系列药理作用。目前主要应用的防腐保鲜剂的香辛类植物有：肉桂、广藿香、大蒜、紫苏、丁香、牛至、八角、众香子、茴香、迷迭香、洋葱、胡椒、花椒、牛膝草、青蒿、月桂、肉豆蔻、芥子、芫荽、菖蒲、菌陈蒿、葛缕子、小豆蔻、辣椒、鼠尾草、生姜、薄荷等[3]。

1.2 中草药类植物我国中草药资源丰富，品种多样，许多对治病微生物具有较强的抑制和杀灭作用。主要植物有丁香、青蒿、油茶粕、野马追、山茱萸、油茶粕、菊花、苍耳、黄芩、薄荷、苦参、香茅、白术、丹皮、广藿香、大黄、烟叶、麻黄、细辛、高良姜、虎杖、板蓝根、牡丹、连翅、山苍子、厚朴、辛夷、甘草、柠檬、苦皮藤、苦丁茶、忍冬等[4]。

1.3 其他药食两用抑菌植物源植物芦荟、苦瓜、金樱、鱼腥草、荷叶、竹叶、油茶、枇杷叶、橘红、马齿苋、山楂、银杏叶片、无花果叶、菠萝叶等。植物源抑菌物质十分广阔，可针对性对某些病原菌进行抑菌植物的筛选，常见抑菌植物的作用效果及特点见表1。

表1 常见抑菌植物的作用效果及特点Table 1 The effect and characteristics of common antibacterial plants

2 中药抑菌活性成分

我国幅员辽阔，孕育着丰富的植物资源，为开发和利用植物源杀菌抑菌剂奠定了深厚的物质基础。中药抑菌活性成分一般从植物种子、茎叶、花蕾、叶莲或根块等提取得到。主要分为溶剂提取液和精油2种。提取液中一般含有丰富的次生代谢物如黄酮类、皂苷类、生物碱类、萜类、多酚类、醌类、萜以及内酯等抗菌抑菌成分[15]。

2.1 多糖类多糖具有无毒无味、可被生物降解、抗菌性强、易成膜、成本低廉等特点，广泛适用于果实的保鲜。多糖用作一种涂抹保鲜剂，能抵御外界微生物的侵入，减少果实水分的流失和氧自由基的生成，并降低果实体内酶活性，从而防止果实腐烂变质。魔芋甘露聚糖是一种天然多糖，来自于魔芋，具有黏度高、成膜性好、无毒等特点。吴贤聪等[16]将魔芋甘露聚糖用于枇杷贮藏保鲜试验，能有效地延长果实的贮藏期，保持果实原有的外观色泽和较高的营养成分，其贮藏保鲜效果比使用多菌灵保鲜的方法更好。壳聚糖是阳离子多糖，无毒绿色，且可诱导果实产生抗生素，对真菌类病原菌具有一定的抑制作用。Hong等[17]采用壳聚糖对石榴采后贮藏，试验分别用0.5%、1.0%%和2.0%的壳多糖涂层处理水果，发现用2.0%的壳聚糖处理可显著降低硬度和减轻重量，延迟叶绿素和丙二醛(MDA)含量和可溶性固形物含量(SSC)的变化，会导致过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)的活性显著增加，并抑制超氧化物自由基(O2-)的产生及膜脂过氧化作用；同时抑制果实的呼吸作用和水分的蒸腾作用及病菌的侵入和生长[18]。

2.2 黄酮、多酚类黄酮是具有2-苯基色原酮(flavone)结构的化合物，多酚是一种含有多元羟基的化合物，它们都广泛存在于植物体内，具有较强的抗氧化、杀菌能力。王绍美等[19]研究茶多酚对采后猕猴桃果实耐贮性的影响，发现30 mg/L茶多酚溶液浸果处理5 min，2 ℃条件下贮藏，果实呼吸强度、淀粉酶和果胶酶的活性得到了抑制，果实硬度、淀粉及果胶的降低得到了延缓。司宝华等[20]研究枸杞叶多酚对樱桃番茄贮藏的保鲜效果，发现在室温20 ℃环境下，0.4 g/L的浓度对樱桃番茄的保鲜效果最好，可有效降低其失重率，缓解其硬度的下降，保持其鲜艳的色泽。张美芳[21]研究银杏叶黄酮提取物对猕猴桃藏期病原真菌的抑菌效果，发现当提取液浓度为0.3 mg/mL时，对各种病原菌的抑制率超过90%，同时提取物可有效降低果实呼吸，延缓果实硬度下降，诱导抗氧化酶活性增强等。李钟美[22]对高良姜黄酮类抑菌物质的提取及保鲜作用研究发现，高良姜含有大量的二苯基庚烷类、黄酮类等天然活性成分，对黄酮类提取物进行抑菌保鲜试验，发现保鲜效果较好，与山梨酸钾相当，是一种适用的天然防腐剂。

2.3 挥发油(精油)类精油具有较强、较广泛的抑菌作用，尤其是真菌类物质的抑制作用，在香辛类植物中含量较高。Espina等[23]研究柑橘挥发油成分及抗菌作用，鉴定出65种挥发性化合物成分，其中柠檬烯是挥发油中的主要成分，占比超过60%，浓度0.2 μl/mL精油表现出较好的抑菌效果。顾仁勇等[5]研究5种香料精油抗氧化和抑菌作用，发现综合抑菌能力为肉桂>丁香>山苍子、牛至和连翘，5种植物精油微生物抑菌能力为霉菌>酵母>细菌。精油的抑菌效果随pH的降低而增强，121 ℃处理15 min对5种精油的抑菌活性没有影响。精油还具有一定协同抑菌的作用，Bag等[24]研究月桂叶、黑胡椒、香菜、孜然、小茴香等植物精油的相互协同抗菌作用发现，各组合在抗菌(FICI：0.25～0.50)活性方面均表现出协同作用。徐娜婷[6]研究发现，枫香叶挥发油中相对含量较高的为α-蒎烯、β-蒎烯、β-石竹烯、α-萜品醇等，挥发油对黄曲霉和青霉最低抑菌浓度为2.5%、枯草杆菌为1.25%、金黄色葡萄球菌为5%，同时挥发油可降低果实损失率，延缓果实硬度下降，促进抗氧化酶活性等。一般多组分精油比单组分抑菌效果好，但其抑菌机理研究还不够深入。

2.4 生物碱类生物碱是天然存在于多种植物中的一类含氮的碱性有机化合物，具有良好的抗菌作用。Erdemoglu等[25-26]分析羽扇豆、虎尾草生物碱的提取及抑菌效果，羽扇豆中共得到15种生物碱，其中13α-Hydroxylupanine和lupanine分别占50.78%和23.55%；虎尾草中得到了10种喹诺唑烷生物碱，生物碱提取物对枯草芽孢杆菌、金黄色葡萄球菌和铜绿假单胞菌显示出显著活性。刘艳霞等[27]研究黄皮酰胺类生物碱水果病原真菌的抑菌效果，发现10 mg/mL粗浓度下对疽病菌和枯萎病菌(Fusariumoxysporumf.sp.cubense)抑制率均超过了80%，2种真菌的EC50值均在0.8 mg/mL左右；所得新肉桂酰胺类化合物，在0.08 mg/mL浓度下便具有较好的抑菌效果。戴素明等[8]用博落回和虎杖中生物碱对柑橘绿霉菌进行抑菌试验，2者的最低抑菌浓度分别为184.32、538.48 mg/L，2种提取物均能使柑橘的腐烂率显著降低，柑橘的防腐、保鲜均能达到常规化学保鲜剂的效果。

2.5 皂苷类、醌类皂苷(saponin)是苷元为三萜或螺旋甾烷类化合物，醌是含有共轭环己二烯二酮结构的一类有机化合物，两类物质具有一定的抑菌作用。曾荣[28]在凤仙透骨草中分离鉴定出2-甲氧基-1，4-萘醌，对供试霉菌、酵母类真菌具有很强的抑制作用，其复合保鲜剂可有效减少柑橘的腐烂率，较长时间保持果实较好的品种，增强果实体内氧自由基清除酶的活性，诱导果实产生较强的抗性。Okunji等[29]从龙血树果实中提取出螺固醇皂苷，对17种真菌和4种细菌表现出抗菌活性，6.25～10.00 μg/mL的浓度范围内显示出较强的抗真菌活性。孟祥春等[11]研究油粕中茶皂素的提取对果蔬采后致病菌的抑制效果，通过分离纯化后可得纯度95.64%的茶皂素，所获茶皂素对链格孢菌(Alternariaalternata)、胶胞炭疽菌(Colletotrichumgloeosporioides)和灰葡萄孢霉(Botrytiscinerea)菌丝的生长均有明显的抑制作用，EC50值在200～550 mg/L。皂素不仅具有较强的杀菌作用，同时它还是良好的表面活性剂，常作为有机物的良好溶剂，在挥发油类抑菌物质复配抑菌时，可添加皂素类物质。刁春华[12]研制含有茶叶活性成分洗手液发现，10 mg/mL茶多酚与80 mg/mL茶皂素复配时，杀菌效果最好、洗手液的泡沫稳定。

2.6 复配物协同杀菌作用一般情况下单一药材提取物对病原菌的抑制及果实的防腐保鲜效果远不如复配药剂的效果[13]。将具有不同性能的中药提取物复配使用，可增强抗菌、防腐的作用，扩大抑菌谱。提取药剂的混合使用[30]，往往在达到同样抑菌效果的同时，可以有效减少每一种药剂的量，节约原材料，提高经济价值，且单一防腐杀菌剂或多或少存在一些自身的缺点，往往不能尽可能多地解决果蔬贮藏期间存在的大部分问题，天然抑菌剂的协同作用是今后果品防腐保鲜的一条新思路。Suwanamornlert等[9]分析植物源性复合抑菌剂对龙眼采后病原菌协同抑菌效果，认为采用50%百里酚和50%香芹酚活性混合物表现出对拟茎点酶菌的最高协同作用，最小杀真菌浓度(MFC)为40～80 mg/L空气，相对于单一物质减少了50%～75%。Al-Bayati等[7]从百里香和茴香种子获得精油，这2种精油对金黄色葡萄球菌、蜡状芽孢杆菌和变形杆菌都具有很好的抑制效果(MIC值为15.6～62.5 μg/mL)，2种精油协同抑菌时，相对于单一物质，MIC值减少了50%以上。

3 中草药提取物杀菌机理

天然植物提取物抑菌机理复杂多样、种类繁多。目前试验多数集中在植物抑菌物质的筛选、抑菌活性物质的鉴定及复配抑菌上，在抑菌机理方面少有系统化的研究，或研究不够深入、全面[29]。抑菌机理一般分为以下几个层面[31-32]：①提取物对病原菌生长代谢物的影响。通过测定菌代谢物的含量、酶活性等，使得细胞丧失生长、繁殖的基本条件。②对细胞结构的影响。提取物与真菌的麦角甾醇以及其他甾醇基团结合，阻遏麦角甾醇生物合成，从而使细胞膜畸变，最终导致渗漏，引起细胞死亡。③对病原菌遗传信息的影响。通过调节或抑制功能酶基因的表达，阻碍遗传信息的复制，使得病原菌无法正常繁殖和生长。目前对病原菌抑菌机理的试验多停留在第一个层次，或少量的第二个层次，不够深入。Wang等[33]采用山苍子精油提取物对灰葡萄菌抑菌机理进行研究，用1.0%试剂处理后，真菌细胞的电导率增加，并且可溶性还原糖和蛋白质的含量随着处理时间缓慢增加。细胞膜中的麦角固醇含量显著降低，破坏了细胞膜并改变了细胞膜的通透性。Chen等[34]研究甜菜提取物对病原菌的抑菌机理，发现其对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌和鼠伤寒沙门氏菌、霉菌等有很强的抑菌活性，可以破坏细菌的细胞质膜和蛋白质，改变细菌细胞的生理和形态。Zhao等[35]研究甘蔗提取物抑菌机理，发现甘蔗渣提取物破坏了病原菌细胞蛋白，改变了细胞的形态和内部结构，增加了细菌细胞悬浮液的电导率。何荣荣[36]研究茶枯饼茶皂素提取、抑菌机制，发现皂素对沙门氏菌和枯草芽孢杆菌效果较好，有效抑菌浓度均为10 mg/mL，对细胞膜和细胞壁均有破坏，细胞膜完整性发生改变，细胞代谢物发生改变。目前转录组技术(RNA-seq)兴起，在病原菌抑菌机理方面可采用相应技术，寻找影响病原菌死亡的代谢通路和相应基因，然后与病原菌代谢物、酶活性、细胞膜功能等相结合，从而系统地分析提取物的抑菌机理。

4 中草药提取物在果实防腐保鲜中的应用

涂膜复配防腐保鲜剂存在大量疏水的小分子有机化合物和亲水的大分子有机物[37]。小分子有机物可以杀灭或抑制病原菌，大分子有机物可形成保护膜阻隔外界病原菌的侵染以及防止果实水分丢失，降低呼吸作用[38-39]。

4.1 大分子提取物的应用Zhang等[40]采用1%肉桂油、2%大豆油和1%海藻糖复配防腐抗菌，改善复配物某些物理特性(降低了拉伸强度、断裂伸长率、水溶性和总固体含量，但对薄膜的水蒸气渗透性没有明显影响)和含有香精油的可食用膜的抗菌功效；可食性膜可降低氧气的透性，维持果实内部较高的二氧化碳，有利于抑制果实呼吸和氧自由基的生成。Olivas等[41]将海藻酸钠-亚油酸复合物用于苹果防腐保鲜，在5 ℃和85%RH下保存，发现涂层延长了“嘎啦”苹果的保质期，不会引起无氧呼吸，最大限度地减少了储存过程中的重量损失，涂有涂层的苹果硬度几乎保持不变，而对照苹果在储存过程中的硬度大幅下降。Ebrahimi等[14]将芦荟多糖和螺旋藻水提取复配处理芒果，在常温下贮藏，发现涂层延长了芒果抗坏血酸、总酚的含量，提高了果实抗氧化活性；在储存过程中，较对照组果皮颜色变化要低得多，果实失重率有所减缓。Sultan等[42]采用壳聚糖-蜂蜡处理梨，在(0±1)℃、85%～90% RH条件下贮藏105 d，较对照组，第105 d时，果实的失重率减少了3%，果实腐烂率降低了30%，硬度提高了约0.2 kg/cm2，可溶性固形物提高了5%，可滴定酸降低了0.2%。复配保护剂可有效防止外界微生物的侵染，降低果实水分的丢失，减少果实营养物质的损耗，降低氧自由基的产生，降低果蔬呼吸强度，延缓果实腐烂变质。化学合成物也可制作复合涂抹防腐保鲜剂，但具有一定的化学残留，中草药提取物涂抹防腐保鲜剂是一种活性高、安全、营养、无毒，被认为是新型、高效的绿色保鲜剂。

4.2 小分子提取物的应用研究表明[43]，采用银杏叶中的黄酮类物质处理“沙塘”橙，果实经6.25～25.00 g/L的提取物处理后贮藏在16 ℃条件下，可显著减少重量损失和硬度的降低，抑制可溶性固形物、可滴定酸、维生素C、类黄酮和总酚含量的降低。Grosso等[44]采用核桃油饼渣中获得的酚类物质处理核桃，在贮藏84 d时，处理组核桃的过氧化物、茴香胺、共轭二烯和己醛含量较对照组显著降低。Soleimani等[45]采用甘草中黄酮类物质处理苹果和橘子，发现在62.5 mg/mL浓度下，贮藏时间为7 d和21 d后，青霉菌分别可减少60%以上和20%以上的生长，同时果实的感官品质、可溶性固含量均有较大程度的提升。Pangallo[46]等采用石榴皮中多酚类物质处理柑橘，与常用于采后处理的杀菌剂灭霉灵相比，该提取物对橙子和小柑橘提供了显著的保护水平，冷藏和保质期7 d后，采收前喷洒12、6和3 g/L提取物的橙子的腐烂发生率分别降低了78.9%、76.0%和64.6%。同样，采后用提取物浸渍处理，腐烂发生率分别减少90.2%、84.3%和77.6%。张海霞等[47]等采用紫色马铃薯花青素进行抑菌和草莓保鲜，发现其对青霉菌具有较强的抑菌效果，最低抑制浓度为22.5 mg/mL，同时草莓的失重率、腐败率显著低于对照CK(P<0.05)，可溶性固形物含量显著高于对照CK(P<0.05)，菌落总数极显著低于对照CK(P<0.001)。

5 总结与展望

中药提取物较常规化学药剂具有绿色环保、安全、无毒副作用的特点，且对水果具有较好的抑菌防腐效果，但部分提取物抑菌效果见效慢且用量较大，不如化学药剂。因此：①今后还需加大中药材提取物的抑菌筛选，寻找抑菌效果好、价格实惠、使用方便的中药提取物。②寻找果实腐化病原菌的拮抗菌，做到以菌治菌，同时通过生物手段(转基因技术)提高拮抗剂的作用效果，并在此基础上开发高效和环保的生物防腐剂。③复配防腐技术的使用对果实的抑菌防腐具有更好的效果，今后可采用提取物、拮抗菌或低毒化学杀菌剂或与物理(温度、紫外光、微波等)手段相结合，控制药剂的浓度及处理时间，减少危害性。