生姜大蒜提取物的果蔬保鮮應用

◎ 沈影州，張 瑞，王香愛

（渭南師范學院 化學與材料學院，陜西 渭南 714099）

新鮮的水果和蔬菜是人體所需微量元素、各種維生素等重要營養物質的主要來源。食用新鮮的果蔬不僅能補充身體所需的營養物質，更有防癌抗癌的妙用。常溫下，水果蔬菜的保質期為1～7 d，不易儲存。為保證果蔬的新鮮，需采用相關的食品保鮮劑，目前常用的保鮮劑大多為化學防腐保鮮劑，不僅成本較高且工藝復雜同時會污染環境。天然、安全、健康等優點是生物保鮮劑所具有的、其他保鮮劑難以替代的優勢，隨著科學技術的蓬勃發展以及生活水平的不斷提高，人們的健康意識也有了顯著的提高。這些變化使得生物保鮮劑的地位的不斷提升，替代化學防腐劑成為了一個不可避免的趨勢。與傳統的化學保鮮劑相比，生物保鮮劑能更好更久地保留果蔬的品質，所以在保鮮領域具有非常廣闊的前景。

生姜作為藥食兩用的植物常常被用作各種香辛料類調味品。生姜提取物中，具有良好抗菌和抗氧化效果的化學成分有姜辣素、揮發油和二苯基庚烷等[1]；大蒜素具有“天然廣譜植物殺菌素”的稱號，是大蒜主要的功能成分，具有殺滅和抑制多種病毒、細菌、真菌的作用[2]。靈活利用生姜大蒜提取物，通過調整溶液配比充分發揮其功效，可在保證高性能和低成本的前提下使其保鮮作用達到普適性，有效延長果蔬的保鮮期。

本文以生姜大蒜提取物和殼聚糖為對象，對其食品保鮮效果及原理進行分析，旨在為制作成本低、性能高、安全有效的食品保鮮劑提供參考。

1 生姜、大蒜提取物的保鮮機理

1.1 生姜、大蒜提取物的主要成分

生姜（Zingiber officinale），高40～100 cm，屬于姜科多年生的常綠草本植物姜的新鮮根莖。生姜中含有姜黃素（C21H20O6）、姜辣素、二苯基庚烷（C19H24）和揮發油等許多化學成分。生姜中具有獨特辛辣味的化學成分是精油和姜辣素，二者是生物制食品保鮮劑的重要組成成分，抗氧化和防腐性能優異，能夠起到非常好的保鮮作用。由于對口腔及胃黏膜會產生刺激性，姜辣素可以促使人體消化腺分泌消化液，從而增強人們的食欲。此外，姜辣素還可以在很大程度上增加腸道的蠕動力量。生姜中含有的活性成分——姜酮和姜烯酮的混合物，具有止嘔的作用。通過大量的體外實驗可以證明，生姜也能夠明顯地抑制傷寒桿菌和霍亂弧菌的活性。

大蒜（Allium sativum），蒜類植物的統稱，是百合科蔥屬的半年生草本植物，它的鱗莖可以用作藥物。春、夏季節將其采收，隨后系好提手，再把它掛在通風的地方，在陰涼的地方曬干以備用。大蒜的用途很廣泛，可以做菜也可以藥用，嘗起來有強烈的辛辣味，聞起來也有濃郁的刺激辣味。中國作為“美食大國”，中國大蒜的年產量占世界大蒜年總產量的70%左右。同時，大蒜在我國的種植面積廣闊，大約有70萬hm2，占世界總種植面積的60%。我國是人口大國，而大蒜在中國也是主要的調味品，因此中國的大蒜種植產業發展勢頭迅猛，具有巨大的市場發展潛力。由于大蒜中的活性成分可以很好地降低血液中的膽固醇，因此，它可以抑制血液凝結，減少產生的毒素對肝臟的損害。與此同時，大蒜在防止化學物質引起腫瘤方面非常有效。大蒜含有豐富的維生素、礦物質、微量元素和多種活性酶等，在促進腸道內健康細菌的生長和恢復腸道內細菌的平衡方面起著至關重要的作用。大蒜含有的主要活性成分為大蒜素，對人體腸道內寄生蟲的生長有較強的抑制作用[3]。

1.2 生姜提取物的保鮮機理

生姜中有多種具有生物活性的化學成分，如生姜精油有良好的揮發性和抗真菌效果，二苯基庚烷和姜辣素有很好的抗氧化、抗菌和防腐的作用。這兩種活性成分抑菌機理非常類似，都是通過改變微生物的細胞膜以及細胞壁的通透性，進而破壞細胞內的遺傳物質，達到擾亂細胞內酶活性的目的[4]。它們能夠通過這種抑菌方式，將存在于果蔬表面的微生物消滅掉，避免果蔬的腐爛變質。

1.3 大蒜提取物的保鮮機理

大蒜的抗菌機制是其有效成分與醇脫氫酶、硫氧還蛋白還原酶等硫基水解酶發生化學反應，從而有效抑菌。此外，其對細菌細胞內半胱氨酸蛋白酶的活性也有一定影響。研究認為，大蒜還可能通過其他機制發揮抑菌作用：大蒜素及其產物——阿霍烯[5]和大蒜油中的硫醚化合物等多種天然成分，可以直接進入到細菌的細胞質中，同時與半胱氨酸發生反應，使其生物氧化作用和新陳代謝活動無法正常進行；另外，大蒜素還可以對細菌生長繁殖的“必需品”——硫基酶的活性進行有效抑制，使細菌無法達到對數生長期，最終起到抑菌或滅菌的作用。顧林等研究發現，大蒜多糖也具有抗菌能力[6]。

2 保鮮技術

2.1 生姜大蒜提取物的保鮮研究

2.1.1 生姜大蒜提取物的提取方法

王珺等[7]用如下方法制備姜蒜提取物：將生姜200 g研成勻漿，加水1 000 mL，使用200 W、40 kHz超聲波在40 ℃萃取30 min，過濾，得浸膏；將生大蒜去皮后，稱量10 g放入組織搗碎機中，將其壓破搗碎，再加入100 mL水，在45 ℃條件下，浸提10 min，接著將浸提液過濾，殘渣丟棄，離心后得上清液。復配提取液由等體積的大蒜和生姜提取物混合得到，隨后將復配液置于4 ℃環境中保存備用。

2.1.2 生姜大蒜提取物用于果蔬保鮮的研究進展

李鵬霞等[8]的研究表明，采用濃度為20 μL·L-1的大蒜精油對杏果實進行保鮮處理后發現，這一濃度延緩果實腐爛的效果最好。宿獻貴等[9]進行大蒜提取物對油桃果實保鮮的相關實驗后得出結論：將液料比為1∶10的大蒜精油用于油桃保鮮，可將油桃果實的壽命延長12 d左右，果實腐爛率降低至32.6%。而閔玉濤等[10]固定溫度為0 ℃，分別用質量分數為0.3%和0.5%的大蒜汁對冬棗果實進行保鮮測試，發現大蒜汁處理過后，冬棗果實的味道和顏色有了顯著的改善，冬棗果實的感官評價與營養品質顯著提升，冬棗果實的變紅率和腐爛率大幅下降，在0～2 ℃的低溫貯藏條件與0.5%大蒜汁處理條件下，冬棗果實的貯藏保鮮效果最佳。張恒[11]研究表明，從pH值及葉綠素相對變化率隨保存時間的關系可得，姜蒜鮮重（g）與無水乙醇（mL）按照1∶60的比例進行提取，得到的復配溶液保鮮效果最好，相比于單一的姜或蒜提取物，其保鮮效果產生了疊加。

近年來，由于擔心化學防腐劑中有害物質的殘留，殼聚糖作為天然無毒的保鮮物質，它的使用越來越被人們所關注，包裹在果蔬表面的殼聚糖涂層，可以最大程度的保持水果和蔬菜的質量，減少腐敗的發生。改變殼聚糖的結構或與其他功能材料混合的復合涂膜，可提高殼聚糖膜的濕度和抗菌能力，達到更好的保鮮效果。殼聚糖是一種新型的天然食品防腐劑，有環保污染小、來源廣泛、開發潛力大等優點。

2.2 殼聚糖用于果蔬保鮮的原理及研究進展

殼聚糖（Chitosan），化學名β-1,4-聚-D-氨基葡萄糖，分子式(C6H11NO4)n。它是一種氨基類多糖，主要來源為蝦和螃蟹等甲殼類動物的殼。殼聚糖具有良好的成膜性、透氣性和殺菌性，將殼聚糖制成的保鮮劑涂抹于新鮮果蔬的表皮上，殼聚糖分子緊密結合成一層致密的“隔離層”，阻止果蔬中水分子的“逃逸”，再將其呼吸作用調節到合適的程度，同時還能防止外界各種細菌的侵入，各方面疊加便可達到使蔬果保鮮的目的[12]。殼聚糖是通過以下2種方式實現其抗菌功能的：①殼聚糖分子可以在病原體表面吸附，形成一層“保護膜”，從而阻止病原體的營養傳遞。②殼聚糖分子可以進入細菌內部，使細胞內的陰離子凝結，干擾細菌細胞內的活動。

康明麗等[13]以草莓為實驗對象，對不同濃度下草莓的呼吸強度、腐爛指數及維生素C含量等進行了研究。試驗結果表明，0.75%和1.00%的殼聚糖涂膜太薄，而1.50%和1.75%的殼聚糖涂膜過于厚重，使用1.25%殼聚糖涂膜處理的草莓，其呼吸強度、腐爛指數和失重率都是最低的，維生素C、總酸、總糖和可溶性固形物含量是最高的，表明1.25%的殼聚糖制成的涂膜液保鮮效果最好。

2.3 殼聚糖姜蒜復配液用于果蔬保鮮的研究進展

趙博[14]采用如下方法，制備了殼聚糖及姜蒜的復配液：姜蒜鮮重（g）與40%的乙醇溶液（mL）按照1∶60的比例混合提取，以此抽提液為溶劑配制1.0%的冰醋酸溶液；此外，以蒸餾水作為溶劑，配制1.0%的冰醋酸溶液，再將這兩種1.0%的冰醋酸溶液作為溶劑，即可得到不同濃度的殼聚糖姜蒜涂膜液，結果表明，濃度為0.75%的殼聚糖姜蒜涂膜液能夠最大程度地保持草莓品質和風味。

3 存在問題及解決方案

在使用大蒜提取液對果蔬進行保鮮時，處理過的水果蔬菜會帶有輕微大蒜素的味道，不同程度的降低了食品的感官體驗。由胡月芳等[15]等的研究可知，此味道會隨著放置時間的延長而慢慢消散，因此對其正常銷售的影響不大。以番茄為例，若想去除此味道，將其放入稀食醋中浸泡5 min即可快速消除。由于果蔬保鮮復配液的保鮮效果可能會受地域環境的限制，在過冷或過熱的環境中（東北、海南等地）均沒有實驗過，因此理論系統還不夠完善。為此，可以選擇建立參考體系，如在常溫常壓下、低溫常壓下、低溫低壓下、低溫高壓下等一系列情況，繪制殼聚糖姜蒜復配液用于果蔬保鮮的作用時間、效果變化的曲線圖。同時，姜蒜提取物與殼聚糖復配保鮮劑的研究處于實驗室科研階段，還沒有完成工業化應用的轉變，但隨著科技的高速發展，相信在不遠的將來可以真正大規模生產并使用。

4 結語

人們的生活水平越來越高，食品的種類也越來越豐富，但食品的長時保鮮問題并未完全解決，因此天然提取物保鮮技術迫切需要得到突破性進展。采用大蒜及生姜提取物作為果蔬保鮮劑，有著低成本、易提取及更安全等優點。果蔬產業發展蒸蒸日上，生物保鮮劑將發揮越來越重要的作用，人們將會享受到風味更好、品質更優，并且是更安全、更新鮮的果蔬，而生姜大蒜提取物也會有著更為廣闊的研究前景與發展價值。