大米生物保鮮劑的研究進展

陳冰潔，喬勇進，吳書俊，王春芳，王 曉

（1.上海市農業科學院農產品保鮮加工研究中心，上海 201403；2上海市農業科學院作物所，上海 201403）

稻谷是我國第一大糧食作物，播種面積最大、產量最多，在糧食生產和消費中處于主導地位。根據國家糧食局統計數據，2018年稻谷產量約為2.08×1011kg，占全球產量的40%。據統計，中國每年稻谷在貯藏過程中由于蟲害及霉變引起的損失大概在7%～8%，如果按照7%計算，2018年因蟲害霉變導致的稻米損失約到1.45×107t，直接經濟損失為2 898億元，造成了巨大的經濟損失和資源浪費。稻米貯藏方式很多，然而實際工業化使用較多的是低溫貯藏、氣調貯藏、真空包裝，但這些都存在成本較高、儀器復雜等缺點[1]。大米保鮮劑是最常用、最便宜、最便捷的保鮮方法，但化學保鮮劑存在危害人體生命健康的風險，所以隨著公眾對食品安全意識的增強，安全無毒、天然高效的生物保鮮劑已逐漸代替傳統的化學保鮮劑。

大米生物保鮮是近年來興起的新型保鮮方法，綜合應用物理、化學、微生物學等多個學科技術，通過殺死諸如青霉、黃曲霉和綠霉等霉菌及米象、谷蠢和玉米象等害蟲，從而達到延緩稻米衰敗的目的，解決了大米生蟲霉變、發黃褐變、變酸變味等問題[2]。概述了大米生物保鮮技術的研究和發展狀況，并進一步展望大米生物保鮮的發展方向，以期為大米生物保鮮研究和應用提供參考。

1 生物保鮮劑的來源及應用

生物保鮮是利用一些天然來源的具有抗菌或者抗氧化作用的綠色提取物，根據來源可將提取物分為植物源（茶多酚、大蒜提取物、葡萄籽萃取物、植物精油等）、動物源（殼聚糖、溶菌酶等） 和微生物源（乳酸鏈球菌肽、聚賴氨酸、乳酸菌等） 三大類。針對不同農產品特性，一般是單獨或與其他的保鮮方法結合使用應用于農產品保鮮中。生物源保鮮劑憑借其獨特的生物活性，在醫藥、食品、添加劑、化妝品等方面廣泛應用。

2 殺蟲抑菌作用

關于植物提取物殺蟲抑菌研究已有很多報道[3]，同時動物源和微生物源也有相關報道。植物主要來自植物的根、莖、葉、花、果實和種子，對糧食害蟲米象、谷蠢、玉米象等具有殺卵、驅避和殺蟲等作用，對糧食霉菌中的灰綠曲霉、黃綠青霉、黃曲霉等具有抑制作用[4]。

肖洪美等人[5]研究表明，香茅草精油對玉米象和赤擬谷盜都有很強驅避性，同時還發現蒼耳、楓楊、苦楝3種植物精油也對玉米象成蟲都具有較強驅避性[6]。Li Xihong等人[7]研究發現，涂有辣椒素的PE保鮮膜抑制細菌和真菌的生長的效果與涂有合成殺蟲劑（胺菊酯、滅百可）的PE保鮮膜接近。陳偉暢[8]研究表明，生姜醇或水提取物能較好地抑制灰綠曲霉、黃綠青霉、黃曲霉的生長，同時生姜水提取物抑制大米陳化霉變效果與傳統化學防霉劑雙乙酸鈉相當。張旭等人[9]采用檸檬、艾葉、肉桂、丁香、香茅和芥末6種植物提取精油對高水分含量（17%）大米進行防霉保鮮得出不同植物精油均有一定防霉作用，但5 μL/kg（米）芥末精油效果最好，能明顯防止大米發霉。Paste N等人[10]報道，牛至精油（含有54%康香草酚和5%香芹酚）和百里香精油（含有41%康香草酚和4%香芹酚） 可抑制黃曲霉和黑曲霉生長。López María D 等人[11]發現，香菜中含有的香芹酮可有效對抗米曲霉。Sung-Woong Kim等人[12]在測試的8種物種中，牛膝草、馬郁蘭和百里香精油在空氣質量濃度為25 mg/L時對米曲霉表現出強烈的毒性，其中受試化合物（水楊梅，芳樟醇，α-松油醇和萜品四醇）在3.9 mg/L的空氣質量濃度下對米曲霉表現出100%的熏蒸毒性。蠟狀芽孢桿菌易引起的食物中毒，因此蒸煮米飯中蠟狀芽孢桿菌的生長抑制已成為食品工業的重要任務。Hata Tomomi等人[13]研究顯示，由糞腸球菌N1-33產生的細菌素在蒸米中對蠟狀芽孢桿菌有抑制的功效。Cui Haiying等人[14]通過薄膜分散法，將大豆卵磷脂與膽固醇一起用于制備咖喱植物EO（天然抗菌劑）的脂質體，以改善EO的化學穩定性和活性時間，得到的這種脂質體對水稻中的蠟狀芽孢桿菌表現出有效的抗微生物活性。

3 生物保鮮劑應用形式

3.1 涂膜保鮮

涂抹保鮮是利用安全無毒的生物材料的成膜性及抗菌性生產大米保鮮劑，通過噴涂方法使其在大米表面形成保護膜，達到隔絕外部環境的效果，從而抑制大米表面微生物生長和蟲卵的繁殖。

日本林原生物化學研究所用酶作用于淀粉制取的具有保鮮防腐功能的海藻糖保鮮劑，經證實用于營養價值高的胚芽米和高質免淘米效果較好[15]。聞清平等人[16]通過研究發現，在pH值8.17，溫度82℃，大豆分離蛋白質量分數6.0%的條件下制成的保鮮膜，可有效降低大米的酸度值及硬度，延緩大米陳化進程。羅小虎等人[17]用質量分數為1.5%微生物源曲酸噴灑大米，能在大米貯藏中起到較好的抗氧化作用；用含量為0.03%茶多酚、1.0%魔芋精粉、0.5%抗壞血酸組合成保鮮劑保鮮大米，效果較好，且影響保鮮效果的主次順序是茶多酚、魔芋精粉、L-抗壞血酸。Laohakunjit N等人[18]用添加山梨糖醇、香蘭葉提取物的大米淀粉對3種非香稻涂膜保鮮，貯藏6個月發現，非香稻經涂膜存在著香稻品種的典型風味物質2-乙酰基-1-吡咯啉（2-AP），且高于香稻PTT1，而未涂膜非香稻中則不存在。齊森等人[19]選用海藻酸鈉、雙乙酸鈉、L-抗血酸鈉、殼聚糖制成4種不同配比的保鮮劑對大米進行涂膜處理，在最優配比下大米高濕環境（溫度38℃、濕度75%）可貯藏60 d以上，普通環境可貯藏達6個月以上。曹冬梅等人[20]把0.5%雙乙酸鈉和0.5%L-抗壞血酸混合物添加到0.6%魔芋精粉中研制出的保鮮劑作用于大米，發現延緩陳化、抑制微生物生長作用效果顯著。盛宏達[21]研究發現，當大米含水量在15.5%～16.0%時，研制出的“雙乙酸鈉+維C+海藻糖”保鮮劑防霉保鮮效果較好，甚至優于已獲國家專利的市售保鮮劑。Rachtanapun Chitsiri等人[22]研究發現，煮熟米飯添加魷魚或螃蟹聚合物殼聚糖溶液，在37℃條件下貯藏1 d，能延緩蠟樣芽孢桿菌和總有氧菌數的生長，提高米飯的含水量，且殼聚糖對貯藏期間米飯的白度和硬度沒有影響（p＞0.05）。

3.2 精油熏蒸保鮮

精油熏蒸的原理是保鮮劑在一定條件下以氣體的形式充滿貯藏空間，殺死或者抑制果實表面的菌類物質，殘留率低、安全系數較高。

劉曉麗等人[23]研究發現，肉桂精油對供試霉菌抑菌效果優于雙乙酸鈉，且氣態優于固相，在溫度30℃，相對濕度83%條件下，貯藏空間精油質量濃度在150 mg/L以上時大米沒有發生表觀霉變現象，精油質量濃度在175 mg/L以上時可完全抑制霉菌孢子的生長。Sumethee Songsamoe等人[24]表明，當白蘭花的精油質量濃度大于300 μL/L時可抑制孢子萌發和黃花菌絲體的生長，且精油處理的糙米與無精油處理的對照（4周）進行比較，保質期延長了4倍（16周），硬度減少了1/3。

3.3 精油微囊化保鮮

精油微囊化的原理是利用天然或合成的高分子材料包裹易揮發性的精油制成微型膠囊，從而達到保護、控制釋放速率的目的[25]。

唐雅珂[26]發現，在加速大米陳化的存放條件下，微膠囊化肉桂-山蒼子復合精油處理能有效抑制大米霉菌的生長繁殖，減緩脂肪酸值、大米加熱吸水率與米飯膨脹率的上升速度，減緩pH值下降的速度。劉香軍[27]采用丁香精油微膠囊作為大米添加劑，于30℃下儲存6個月后，對照組大米脂肪酸值、總酸度是添加保鮮劑的1.9、2.3倍，加保鮮劑大米霉菌總數和霉菌總數兩者均低于對照組3倍之多。因此，該保鮮劑對大米脂肪酸氧化和微生物調控作用效果最明顯。高玉敏等人[28]采用山雞椒精油膠囊處理大米，置于溫度30℃，相對濕度90%的環境下貯藏60 d，發現對照組處理的大米脂肪酸值、酸度值、霉菌總數均高于試驗組。鄧靖等人[29]采用大蒜精油與肉桂精油復合精油微膠囊保鮮劑處理大米表明，加保鮮劑大米脂肪酸值的變化速度明顯低于對照組，預測保鮮劑處理的大米在室溫（25℃）的貨架壽命為415 d，而對照組大米貨架壽命僅為122 d。

4 結語

隨著生活水平的提高及研究技術的發展，大米保鮮受到越來越多消費者的關注，安全無毒、便捷的大米生物保鮮技術也成為了研究重點。盡管生物保鮮技術研究日臻成熟，但高效的大米生物保鮮技術存在明顯不足，因此開發無毒、高效、低成本和實用的生物源保鮮劑成為研究熱點。