植物源防腐劑的抑菌機理及其在生鮮濕面保鮮中的應用

張慶霞

(河南工業貿易職業學院，河南 鄭州，451191)

面條是我國人民的傳統主食，具有悠久的歷史，早在東漢年間便有記載。近年來，隨著人們生活水平的提高，生鮮濕面因新鮮、口感勁道，面香味濃郁，且在制作過程中不經煮熟也沒有用酸浸泡，保留了面條的原始風味及營養價值[1]，從而深受人們喜愛。但生鮮濕面含水量大，水分活度高，微生物易于生長繁殖，導致其貨架期極短，嚴重制約了其大規模工業化生產。目前，生鮮濕面在我國雖然銷量很大，但大多來自小作坊，質量參差不齊，生產衛生與安全難以保證。因此，生鮮濕面的防腐保鮮問題已成為當前面條行業的一個重要研究課題。

生鮮濕面的防腐保鮮技術有熱殺菌、非熱殺菌、添加防腐劑等不同的方法，其中添加防腐劑因不需要設備、成本低、簡便高效而被廣泛應用。防腐劑按來源不同分化學防腐劑和天然防腐劑，化學防腐劑可能會對人體產生潛在的危害。近年來，隨著人們對健康飲食和食品安全意識的增強，人們對化學防腐劑的接受度逐漸降低，天然防腐劑的開發成為食品科學研究的熱點之一。天然防腐劑是從植物、動物和微生物的代謝產物中提取出來的天然物質，安全無毒，符合人們對食品健康、安全的消費理念。按來源不同，天然防腐劑可分為植物源、動物源和微生物源3類。我國植物資源豐富，為植物源天然防腐劑的開發提供了寶貴的物質基礎。植物源天然防腐劑的植物來源主要有香辛料、中草藥、果蔬、野生植物及其他來源[2]。目前，許多植物源天然防腐劑的抗菌活性和安全性已經通過實踐得已證明，并在果蔬、水產品及肉制品等食品中被廣泛應用[3]。植物源天然防腐劑在生鮮濕面防腐保鮮中也有應用，但研究相對較少，更缺乏系統性的分析和總結，鑒于此，本文對植物源天然防腐劑的抑菌機理及其獨立處理或與其他技術相結合在生鮮濕面防腐保鮮中的應用現狀進行了綜述，并對其在生鮮濕面防腐保鮮的發展方向進行了展望，以期能為生鮮濕面防腐保鮮和工業化生產提供一些參考。

1 植物源防腐劑在生鮮濕面保鮮中的應用分析

1.1 香辛料

香辛料不僅可用于食品調味，其防腐作用也很早就被古人所利用。目前，香辛料的抑菌活性在食品、醫學和化妝品等行業均有研究，具有巨大的開發潛力和廣闊的應用前景[4]。

1.1.1 香辛料獨立處理應用分析

目前，香辛料在生鮮濕面防腐保鮮中的應用主要有超微細粉碎產品和粗提物2種形式。吳迪等[5]將干辣椒粉碎后過100目篩，與小麥粉混合制作生鮮面，發現在最佳工藝條件下(辣椒粉、水、鹽添加量分別為0.6%、33%、1.0%)制作的辣椒生鮮面，在4 ℃條件下的保鮮期比空白組延長了約50 h。洋蔥皮中含有豐富的黃酮類物質，具有抑菌、鎮痛及提高免疫力等多重功效[6]，洋蔥皮水提物在生鮮面保鮮中也有應用。張譯心等[7]發現洋蔥皮水提物對生鮮面具有較好的保鮮效果，用洋蔥皮水提物和面制作的生鮮面，剛制成時菌落總數僅為空白組的2/3，4 ℃冷藏存放第5天時微生物仍低于國家限量值，而空白組此時微生物已明顯超標。

香辛料對生鮮濕面雖有較好的保鮮效果，但對生鮮濕面的蒸煮品質也有不良影響。相關研究發現，香辛料的添加使生鮮濕面的蒸煮損失率和斷條率加大[5,7]，且蒸煮損失率隨香辛料添加量的提高而增大[5]，因此應合理控制香辛料的添加量。

1.1.2 香辛料與其他防腐劑復合處理的應用分析

香辛料與其他天然防腐劑復合處理在鮮濕面防腐保鮮中也有應用。毛汝婧[8]研究發現，桂皮、花椒、草果、姜、胡椒5種香辛料乙醇提取物對鮮濕面均有一定的保鮮效果，桂皮、花椒、草果和乳酸鏈球菌素復合保鮮液(質量濃度分別為5、5、2.5和5 mg/mL)可使鮮濕面保質期達到 34.85 d(煮后濕面冷水沖淋 20 s后在復合保鮮液中浸泡1 min，然后于通風櫥中吹干進行真空包裝，37 ℃儲存)，高于正交試驗各組結果。

我國香辛料種類繁多，但目前在生鮮濕面防腐保鮮中的應用還較少。香辛料作為一種常用調味品用于生鮮濕面的保鮮，不僅能延長其貨架期，還能改善其風味，豐富其品種，滿足不同消費者的需求，是今后開發研究的一個重要方向。

1.2 中草藥

我國擁有豐富的中草藥資源，其中上千種中草藥具有抗菌作用。作為天然的抗菌劑，中草藥提取物具有低毒、高效、廣譜抗菌性等優點，目前已廣泛應用于食品保鮮中，受到越來越多科研工作者的關注[9]。

1.2.1 中草藥提取物獨立處理的應用分析

在中草藥對生鮮濕面防腐保鮮方面，周其中等[10-11]將虎杖、黃苓和苦參3種中草藥提取液按1∶1∶1的質量比混合，發現3種中草藥混合液可有效抑制生鮮濕面中細菌和霉菌的生長，抑菌效果隨其添加量的增加而增強，但添加量過高對面條風味有一定影響，結合感官評分，最佳添加量為1.5 mg/kg；此外，提取液還有助于改善面團的流變學特性，使面團穩定時間、形成時間增加，弱化度降低，從而有利于提高面條的嚼勁；不足之處是提取液只適用于生鮮濕面短時間貯藏保鮮，長時間保鮮效果欠佳，其作用機理尚須進一步研究探討。

1.2.2 中草藥提取物與其他防腐劑復合處理的應用分析

在中草藥提取物與其他防腐劑的復合應用方面，周柏玲等[12]研究了中草藥提取液、溶菌酶和酸對雜糧鮮濕面的保鮮效果，結果表明，三者復合處理具有協同增效作用，將鮮濕面煮后經水洗、復合保鮮液中浸泡5 min、通風櫥中吹干(10 min)后進行真空包裝，常溫下可存放120 d以上，抑菌保鮮效果顯著。

雖然我國中草藥資源豐富，但目前中草藥在生鮮濕面保鮮方面的研究還很少，今后有必要加強這方面的研究，在利用其抑菌保鮮功效的同時，針對不同人群，開發出藥食同用的營養保健面條。

1.3 植物精油及單離香料

植物精油潛在的生物活性如抗菌、抗氧化性、抗炎等藥理功效使其在食品、醫藥等行業具有廣闊的應用價值[13]，是人類開發綠色天然防腐劑的重要原料。相比其他植物源防腐劑，植物精油及單離香料在生鮮濕面防腐保鮮中研究較多。

1.3.1 植物精油及單離香料獨立處理應用分析

研究表明，許多植物精油及單離香料能顯著抑制鮮濕面中細菌、霉菌和酵母菌的生長，延長鮮濕面的貨架期。目前，植物精油及單離香料主要以氣相熏蒸的形式應用于鮮濕面殺菌保鮮中。影響植物精油及單離香料防腐保鮮效果的因素主要有精油及單離香料的濃度和種類、微生物種類、作用時間等(表1)。相關研究發現，單離香料抑菌效果相對優于植物精油，單離香料和精油對霉菌的抑菌效果優于細菌，這種抑菌效果的差異可能與精油主要成分含量、揮發性和作用靶點的不同相關[14]。

表1 植物精油及單離香料在生鮮濕面防腐保鮮中的應用Table 1 Application of plant essential oils and isolate spices in fresh wet noodles preser ation

1.3.2 植物精油及單離香料與其他保鮮技術復合處理應用分析

相比其他植物源防腐劑，植物精油及單離香料與其他技術復合處理在生鮮濕面防腐保鮮中的研究較多。周小偉等[15]研究了迷迭香精油與微波復合處理對鮮濕面保質期的影響，發現在800 W功率下將面粉微波處理30 s后制成鮮濕面，再用體積分數為0.10 μL/mL的迷迭香精油對其進行氣相熏蒸，可使鮮濕面在25、4 ℃下的保質期分別從單獨微波處理的64 h、17 d延長至4 d、24 d，同時，濕面的酸度降低。謝佩文[18]先用熱處理將鮮濕面水分降到25%左右，再用茴香腦與百里香酚復配物對其進行氣相熏蒸，結果表明，茴香腦與百里香酚復配物與熱處理復合處理具有互補增效作用，能明顯延長鮮濕面的保質期，當復合香料體積分數為0.05 μL/mL時，經熱處理的鮮濕面在30 ℃貯藏8 d，霉菌數和菌落總數均<10 CFU/g。吳克剛等[19]發現糖醇(山梨糖醇和海藻糖質量比例3∶2，添加量為6%制作生鮮濕面)、熱處理(105 ℃ 加熱生鮮濕面8 min)及復配精油氣相熏蒸(百里香酚與肉桂醛復配，體積分數為0.05 μL/mL)三者復合處理具有協同增效作用，可使生鮮濕面具有更長的貨架期。

植物精油及單離香料與其他技術復合處理不但有利于延長鮮濕面的保質期，同時也有利于提高鮮濕面貯藏期的品質。周小偉[16]研究發現，面粉微波處理后制成的鮮濕面，經精油氣相熏蒸后，無論是在常溫25 ℃還是在冷藏4 ℃條件下貯藏，鮮濕面的整體感官評分、濕度、白度均優于空白組，而酸度則得以有效控制。

1.4 茶多酚

茶多酚是從茶葉中提取的多酚類物質的總稱，對多種食源性致病菌均有較好的抑制效果，近年來在食品貯藏保鮮中被廣泛應用[20]。

1.4.1 茶多酚獨立處理應用分析

目前，茶多酚主要以溶于和面用水中的方式在生鮮濕面殺菌保鮮中得以應用。喻鳳香等[21]將0、0.2%、0.4%、0.6%的茶多酚溶于和面用水中，用米糠面粉混合粉(米糠過40目篩、添加量30%)制作即食型米糠方便濕面，結果發現，0.4%的添加量能有效控制其酸敗，0.6%的添加量能有效延緩其褐變過程。胡思等[22-23]將0.3%、0.6%、0.9%、1.2%的茶多酚溶于小麥粉和面用水中，制成生鮮面，發現茶多酚可有效延長生鮮面的保質期，且保鮮效果隨茶多酚添加量的增加而增強，添加量為0.3%時抑菌效果并不明顯，添加量增大至0.6%時抑菌效果已顯著增強，但添加量超過0.9%后抑菌效果增加不顯著。添加量為0.9%時，生鮮面在4、25 ℃貯藏條件下保質期分別由 9.1 d、8.5 h延長至 17.0 d、30.5 h左右；面條的拉斷力、硬度和咀嚼性等質構參數隨添加量的增加先增加后減小，在添加量為0.9%時均達到最大。但由于茶多酚極易溶于水，具有強親水性，使面條蒸煮損失率升高。

1.4.2 茶多酚與其他技術復合處理應用分析

目前，茶多酚與其他保鮮劑復合處理在水產和畜肉等制品中均有研究，但在生鮮濕面防腐保鮮方面，還未見報道。但張珂[24]研究了茶多酚與醇溶蛋白相互作用對生鮮面品質及保鮮效果的影響，發現茶多酚與醇溶蛋白相互作用對生鮮面的蒸煮品質、質構特性及保鮮效果均有一定的影響：當固定茶多酚添加量為0.9%，醇溶蛋白添加量為0、0.3%、0.5%、0.7%、1.0%五個濃度梯度時，生鮮面蒸煮損失率均高于空白組，且隨醇溶蛋白添加量的增大蒸煮損失率逐漸降低；醇溶蛋白添加量為0.5%時，面條的拉斷力、硬度和咀嚼性最低，且明顯低于空白組，高于或低于0.5%時，面條的硬度和咀嚼性都高于0.5%組。這可能是由于0.9%茶多酚和0.5%醇溶蛋白混合時結合率最大，產物對面條拉斷力、硬度和咀嚼性有降低作用；茶多酚與醇溶蛋白結合對生鮮面抑菌效果弱于單純添加茶多酚，其具體作用機理還有待于進一步研究。

除了抑菌作用，茶多酚還可吸附食品中的異味，保護食品中的維生素及色素，此外，還具有防癌、降血壓、抗衰老等保健功能。但目前，茶多酚在生鮮濕面防腐保鮮中的研究還較少，未來值得深入研究。

1.5 其他植物源防腐劑

1.5.1 大豆球蛋白堿性多肽

大豆球蛋白堿性多肽是從大豆球蛋白中分離提取的一種陽離子肽，具有性質穩定、高效抗菌性等特點[25]，對金黃色葡萄球菌、李斯特菌、枯草芽孢桿菌、腸炎沙門氏菌及大腸桿菌等革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌均有明顯的抑制作用[26]。HOU等[27]研究發現，大豆球蛋白堿性多肽能有效抑制黑曲霉和青霉菌的菌絲生長和孢子萌發，并能提高鮮濕面條的感官評分，2.0 mg/mL的添加量可使鮮濕面條在4 ℃條件下保藏4 d。大豆球蛋白堿性多肽作為一種良好的天然防腐劑應用于鮮濕面條的貯藏保鮮中，不僅能顯著抑制鮮濕面中致病菌的生長，延緩其腐敗變質，延長其保質期，還能改善其感官品質及質構特性，提高其營養價值[25]，具有廣闊的發展前景。

1.5.2 荸薺皮提取物

荸薺皮提取物含有甾醇類、黃酮類、酯類和有機酸類等抑菌物質，對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌、枯草芽孢桿菌、李斯特菌和巨大芽孢桿菌均具有抑制作用[28]，可有效延長食品的貨架期。姚曉玲等[29]發現荸薺皮提取物對保鮮面團抑菌效果良好，添加量為 0.5%時，面團的保質期長于添加量為 0.3%的山梨酸鉀和添加量為 0.02%的乳酸鏈球菌素，且對面團的色澤、氣味和組織結構幾乎沒有影響。

作為藥食兼用的食物，荸薺深受消費者喜歡。我國荸薺資源豐富，據報道，我國荸薺產量占世界總產量的95%以上[30]，研究發現荸薺皮的抑菌效果優于其果肉[31]，因而將荸薺皮提取物作為防腐劑用于生鮮濕面的保鮮，市場潛力巨大。

1.5.3 亞麻籽粉

亞麻籽中含有多種對人體有益的成分，同時也具有一定的抑菌功效[32]。XU等[33]將亞麻籽粉以0%、6%、9%、12%、15%的添加到鮮濕面中，發現亞麻籽粉具有較好的抑菌活性，其抑菌作用隨濃度的增加而增強，9%或更高質量分數的亞麻籽粉可顯著降低鮮濕面在貯藏過程中的霉菌數，有效延長鮮濕面的保質期。

1.5.4 葡萄籽、檸檬提取物

葡萄籽提取物中含有豐富的多酚類物質，安全無毒，可廣泛應用于食品保鮮領域[34]。檸檬提取物具有較強的生物活性，能有效抑制真菌、細菌及病毒的生長繁殖，且沒有毒副作用[35]。DEL NOBILE等[36]發現葡萄籽、檸檬提取物在一定程度上均能抑制通心面中微生物的生長。

我國植物資源豐富，許多植物提取物具有抑菌抗菌等生物活性。按抑菌活性成分的不同，植物提取物可分為生物堿類、有機酸類、揮發油類、黃酮類、多酚類、多糖類、皂苷類與單寧類8大類[37]。但是目前植物源防腐劑在生鮮濕面防腐保鮮中的研究多是對植物提取物抑菌特性及保鮮效果的研究，對抑菌成分的研究還不夠深入，也缺乏按抑菌成分的不同進行的系統分類研究。

2 植物源防腐劑的抑菌機理

目前國內外對植物源防腐劑的抑菌機理研究還不夠深入，總結現有的研究成果，主要有以下3個方面[3,37-39]：

2.1 破壞細胞壁和細胞膜體系

通過破壞微生物細胞壁的完整性和細胞膜的通透性與流動性，使細胞壁和細胞膜的結構被破壞，營養物質和代謝產物無法正常穿過細胞膜，從而使微生物失去營養而停滯生長。許多學者通過實驗證實了上述抑菌機理。張添菊[39]通過研究麝香草酚、肉桂醛、綠原酸3種植物防腐劑對單增李斯特菌細胞膜通透性及損傷情況的影響，研究了植物防腐劑的抑菌機理，結果發現，3種防腐劑均使細胞膜上蛋白質缺失，細胞膜上離子通道被打開，細胞膜通透性發生改變并受到不同程度的損傷，菌體內重要蛋白及細胞液發生泄露。陳琛等[40]發現茶多酚的抑菌機理是破壞細菌細胞膜的結構、增強細胞膜的通透性，導致細胞內容物外泄，從而達到殺菌抑菌的目的。

2.2 破壞蛋白質和遺傳物質的結構

通過破壞微生物細胞膜的結構，小分子的防腐劑穿過細胞膜與細胞內的極性物質結合，使蛋白質合成受阻，DNA無法復制，遺傳物質及遺傳因子的合成改變，從而影響微生物體內功能性蛋白或酶的活性，抑制其生長。ULANOWSKA等[41]和GRADISAR等[42]發現多酚類植物防腐劑進入受試細胞后，能夠抑制DNA和RNA的合成，降低細胞遺傳物質的表達。

2.3 干擾細胞內能量代謝過程

通過抑制微生物的呼吸作用，使所有的合成代謝活動受阻，動態膜結構不能維持，代謝方向趨于水解，最終導致細胞自溶。相關研究發現，萜類植物防腐劑可能是通過影響微生物的呼吸作用而起到抑菌作用的，而植物精油可通過破壞線粒體的膜等造成線粒體結構異常，破壞細胞的能量代謝從而達到抑菌殺菌的目[43]。此外，植物源防腐劑還可以通過干預微生物細胞信號的傳導過程使能量代謝過程受到干擾。

盡管植物源防腐劑的抑菌機理總的來講可總結為以上3個方面，但其抑菌機制卻十分復雜。不但不同防腐劑的抑菌機理不盡相同，同一防腐劑的抑菌機理也可能不是通過單一方面起作用的，且隨其濃度不同，同一防腐劑的抑菌機理也可能不盡相同。王海濤[44]發現大豆異黃酮是通過破壞金黃色葡萄球菌細胞膜和細胞壁的完整性，抑制其呼吸代謝，同時還通過抑制酶的活性來進一步抑制菌體蛋白質、DNA和RNA的合成來實現抑菌的目的。陳帥等[45]研究發現，不同濃度的肉桂醛抑菌機理不盡相同：低濃度的肉桂醛是通過與細胞內的蛋白等因子相結合，抑制遺傳物質的聚合，阻止細胞的分化而起到抑菌作用；半致死濃度的肉桂醛是通過抑制細胞內三磷酸腺苷蛋白酶的活性，影響細胞的供能及生物膜的合成而達到抑菌的目的；致死濃度的肉桂醛是通過抑制細胞膜上酶的活性，調節細胞膜流動性，破壞細胞的正常代謝而達到抑菌作用的。

3 結語與展望

生鮮濕面的防腐保鮮是當前面條工業化生產面臨的重大挑戰。添加防腐劑是解決該問題的常用方法。隨著人們對健康飲食和食品安全意識的增強，植物源天然防腐劑的開發成為食品科學的研究熱點之一。香辛料、中草藥提取物、植物精油、單離香料、茶多酚、大豆球蛋白堿性多肽、亞麻籽粉、荸薺皮、葡萄籽和檸檬提取物等植物源天然防腐劑獨立處理或與其他技術相結合對生鮮濕面均具有良好的殺菌保鮮效果。因此，植物源天然防腐劑的開發應用將會成為未來生鮮濕面防腐保鮮領域中的一個重要方向。

但是目前，植物源天然防腐劑的開發及其在生鮮濕面防腐保鮮的應用還存在以下問題：(1)有些植物源天然防腐劑的抑菌機理尚不明確，對生鮮濕面防腐保鮮的研究多集中在對保鮮效果的研究，缺乏對保鮮機制的深入探討;(2)目前研究或投入使用的大部分植物源防腐劑為粗提物，為成分不明確的混合物，對其主要抑菌有效成分的研究還不夠清楚;(3)國內外針對植物提取物中各類有效成分的提取工藝與配方暫時還未得到完善，提取過程或多或少會對其有效成分造成破壞,導致提取效率降低，也會有一些不需要的化合物摻雜，使提取純度降低，對植物提取物的穩定性與有效性產生不利影響[37];(4)植物源防腐劑間及其與其他防腐劑和防腐保鮮技術協同增效作用的研究還不夠深入。因此，在今后的工作中，應加強這些方面的研究工作。此外，還應對其現有標準或規定等內容不斷地進行補充、完善，以推動植物源天然防腐劑在生鮮濕面防腐保鮮中的應用。