天然抗菌劑在食品抑菌保鮮中的研究進展

趙冬雪，楊曉溪，郎玉苗

河北省公共衛生安全重點實驗室，河北大學公共衛生學院（保定 071002）

食品中含有豐富的營養物質，為微生物生長繁殖提供便利條件，微生物的大量滋生和繁殖容易造成食品腐爛變質，人們食用腐敗變質的食品會產生食物中毒等安全問題[1]?？咕鷦┑某霈F能有效緩解食品的腐敗變質，為增加食品的貨架壽命、改善食品的品質做出很大貢獻[2]。隨著科學技術的進步及生活水平的提高，消費者對于食品的安全、綠色提出更高的要求，綠色安全的天然抗菌劑擁有更廣闊的發展潛能，逐漸成為研究的熱點。天然抗菌劑主要是指從某些動物、植物和微生物體內提取出的具有抗菌活性的物質[3]。天然抗菌劑是最早被人們熟知和利用的抗菌劑，但由于提取工藝水平要求高、提取成本高、提取物穩定性差，且耐熱性較差等問題，應用受到較大限制[4]。近年來，隨著技術的提升，有關天然抗菌劑的提取方法的研究、改善性能的研究逐漸增多，天然抗菌劑具備無毒、綠色、抑菌效果好、廣譜抗菌等特性[5]，符合可持續發展戰略的要求，具有廣泛應用的潛力和良好的發展前景[6]。因此，綜述天然抗菌劑的分類、抑菌機理及其在食品抑菌保鮮中的相關研究成果，以期為天然抗菌劑的進一步開發與研究提供參考。

1 天然抗菌劑的分類

天然抗菌物質按其來源分類可分為動物類、植物類和微生物類三大類[7]。

1.1 動物類天然抗菌劑

動物類天然抗菌劑主要包括高分子糖類、天然肽類和氨基酸類[8]。

1.1.1 高分子糖類

最常用的為殼聚糖，是一種生物可降解、相容性較好的高分子天然多聚糖類[9]。殼聚糖的脫乙酰度、分子質量、濃度、溶液體系的pH和溶劑等能夠影響抑菌能力。殼聚糖有較好的抑菌活性，對真菌、革蘭陰性菌、革蘭陽性菌表現不同的活性[10]。

1.1.2 天然肽類

抗菌肽是生物體內產生的一種小分子多肽物，參與人體第一道免疫防線，能夠預防細菌、真菌、病毒、寄生蟲等病原體對生物體的侵害[11]。蘇艷麗等[12]研究硬骨魚類TFPI-1衍生的抗菌肽TC26的抑菌效果，結果表明，TC26對革蘭陽性菌黃體微球菌、金黃色葡萄球菌和革蘭陰性菌創傷弧菌均有明顯的抑制作用。

1.1.3 氨基酸類

氨基酸類抗菌劑抗菌效果良好，安全性較高且對環境污染小，主要有自由氨基酸、氨基酸金屬鹽配合物、N-?；被猁}（或酯）類、氨基酸類衍生物等。氨基酸類抗菌劑在食品、化妝品等領域發揮著重要的作用[13]。如氨基酸α-羧基衍生物的增溶性、乳化性和起泡性較好，廣泛應用于護發類和護膚類產品中，含半胱氨酸酯的燙發劑冷燙精與傳統染燙劑相比能更快地被吸收利用[14]。

1.2 植物類抗菌劑

植物類抗菌劑是市場中應用最多的一類天然抗菌劑[15]，主要包括果蔬類[16]、中草藥類[17]和香辛料類[18]。

1.2.1 果蔬類來源

許多水果中含有酚類、黃酮類等物質，具有抑菌特性。周曉敏等[19]提取珍珠番石榴、雞心柿和番荔枝中的多酚類物質，并對其體外抗菌活性進行研究，試驗證明提取出的多酚均具有較高的抗菌活性，其中含量最高的要數兒茶素和沒食子酸。

1.2.2 中草藥類來源

許多中草藥被用來殺菌消毒，已經明確殺菌功效且較常用的中草藥類殺菌物質有近百余種[20]。李建志等[21]研究甘草、丹參、蒲公英、馬齒莧、半邊蓮等8種中草藥對表皮葡萄球菌、大腸埃希菌等13種菌株的抗菌活性，結果表明甘草、丹參等8種中草藥對13種菌株均存在不同程度的抗菌性。唐金鳳等[22]研究常見51種中草藥的乙醇提取物的抗菌活性，有8種藥物醇提物顯示出對標準金黃色葡萄球菌、標準大腸埃希菌、標準銅綠假單胞菌、標準白色念珠菌均有不同程度的抑制活性。

1.2.3 香辛料類來源

香辛料是從植物的花、葉、莖、根、果實或全草等中提煉出來一類具有芳香和辛香等典型風味的天然植物性制品，常用來做調味品[23]。試驗證明丁香、生姜、大蒜、肉桂等許多香料能抗致病菌、腐敗菌和真菌等，近年來香辛料主要被用作藥物抑菌和食品防腐劑。

1.3 微生物源天然抗菌劑

微生物源天然抗菌劑主要包括細菌類、真菌類以及微生物產生的可以抑制其他微生物的抗菌素[24]。

1.3.1 細菌類來源

有些細菌本身對其他菌類有抑制作用，但是對人類無傷害，所以可被用于制作成抗菌劑抑制某些致病菌的生長。曹雪梅等[25]從連云港海域分離得到一株GM-1-1菌株，檢測出其對多種病原真菌均有抑制作用。

1.3.2 真菌類來源

真菌種類豐富，但是僅有小部分真菌被用作藥物抗菌，仍有大量的真菌活性未被發現利用。羅國聰等[26]將從海鞘中純化出14株真菌做初步鑒定，將其分屬于青霉屬、曲霉屬、枝孢屬和麥軸梗霉屬4個屬，經試驗發現對海鞘共附生真菌存在良好抑菌能力，可作為研究新型抗菌活性物質的潛在資源。

1.3.3 微生物類抗菌素來源

微生物類抗菌素被廣泛應用于養殖業。微生物類抗菌素在預防、治療疾病，防止健康動物被傳染，提高動物生長速度中起到重要作用[27]。隨著抗菌素使用頻率劑量的加大，抗菌素濫用現象頻出，對動物的生長繁殖造威脅，進而影響到動物類制品的安全性。

2 天然抗菌劑的抗菌機理

開展研究和投入使用的天然抗菌劑種類豐富[28]，總結其抗菌機理大致分為3種作用機制。

2.1 破壞細胞膜體系和細胞壁

天然抗菌劑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，導致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[29]。王琳等[30]研究發現用斑蝥素衍生物處理油菜菌核病菌能夠損害其細胞膜，改變細胞膜通透性，細胞內物質出現外滲，導致電導率增加，進一步研究發現MDA含量會增加，從而加劇膜脂過氧化程度，這也進一步驗證斑蝥素衍生物對細胞膜的破壞。銀杏黃酮能夠使細胞膜裂解，通過改變青霉菌細胞膜通透性與菌絲體的膜脂氧化程度，導致菌絲體電導率上升，最終實現殺菌作用[31]。

2.2 影響代謝作用與生理活動

許多研究表明植物多酚可抑制ATP的合成從而降低細菌的能量代謝活性，使細菌正常的生長繁殖受阻[32]。有研究指出，丁子香酚和肉桂醛對革蘭陽性菌和革蘭陰性菌均有抑菌活性，其抑制能量產生的可能機制是抑制葡萄糖攝取或葡萄糖利用及對膜通透性的影響[33]。唐琴[34]發現黃酮類化合物可與羥基喜樹堿兩者協同作用于靶點Topo Ⅰ，并且黃酮類化合物能夠明顯增強羥基喜樹堿抑癌作用。

2.3 抑制蛋白質和遺傳物質合成

天然抗菌劑能夠阻礙細菌的遷移和粘附，擾亂細菌的代謝和蛋白質合成過程，從而抑制常見的食源性細菌大腸桿菌、沙門菌、銅綠假單胞菌、金黃色葡萄球菌等正常生長[35]。ROSANGELA DI PASQUA等[36]研究發現百里酚在改變細胞代謝的不同途徑中起著重要作用，同時麝香草酚能擾亂檸檬酸鹽的代謝途徑，以及阻礙參與ATP合成的多種酶的活動。FRIEDMAN MENDEL[37]發現肉桂醛可誘導細菌產生氧化應激，阻礙其DNA復制，影響大腸桿菌基因功能正常表達，同時與膜蛋白、核苷酸等成分發生化學相互作用，從而影響細菌的正常代謝。

3 天然抗菌劑在食品抑菌保鮮中的研究

食品與人們生活息息相關，食品安全一直是人們關注的焦點，消費者對于食品抑菌保鮮的要求越來越高。國內外有較多關于天然抗菌劑的研究，包括天然抗菌劑的提取、純化及在食品保鮮中的應用研究[38]。

3.1 果蔬類

柑橘的生長過程容易受到霉菌的感染，YALAN WU等[39]研究發現僅用0.50 mL/L的肉桂醛蠟酯溶液噴灑在接種過白地霉菌的柑橘上，可使柑橘感染霉菌變質的幾率降低50%。盧美歡等[40]研究埃吉類芽孢桿菌SWL-W8對白菜軟腐病菌的抑制作用，菌株SWL-W8在土壤中能較好的定殖，菌液濃度106 CFU/mL時對白菜軟腐病達到最大預防效果79.7%，治療作用為64.4%，且能促進白菜種子萌發和生長，具有很好的開發前景。

3.2 水產品類

邵穎[41]研究殼聚糖-丁香酚乳液抗菌劑的制備并以帶魚為研究對象，進行殼聚糖-丁香酚納米制劑的保鮮效果研究，殼聚糖-丁香酚納米制劑具有明顯的抑菌效果（p＜0.05），能夠在一定程度上延緩脂質氧化和蛋白質降解；涂膜4 ℃保鮮過程中，質構（硬度、膠黏性、咀嚼性）呈現不斷下降的趨勢，殼聚糖-丁香酚納米制劑能夠延緩質構的變化。馬子禎等[42]研究發現天然防腐劑聚賴氨酸和檸檬酸對受試腐敗菌株的最小抑菌質量濃度分別為0.25和2 mg/mL，山蒼子精油與聚賴氨酸聯合抑菌時具有協同效應，能有效擴大精油抑菌范圍并減少其使用量，有望應用于冷藏水產品的綠色保鮮。

3.3 奶、蛋類

有研究發現，在鮮奶中加入0.05 g/kg乳酸鏈球菌素，可使鮮奶的保質期延長1倍；添加0.1 g/kg乳酸鏈球菌素的巴氏消毒奶，在4 ℃下貯存，保質期延長為7 d；在添加0.014 g/kg乳酸鏈球菌素的冰淇淋樣品中，乳酸鏈球菌素對李斯特菌有顯著的抑制作用[43]。KE YANG等[44]研究發現殼聚糖和丁香酸的復合膜對測試細菌具有顯著的抗菌作用，該復合膜用于鵪鶉蛋涂層的防腐，發現含有0.25%和0.5%丁香酚的殼聚糖-丁香酚涂層具有良好的防腐效果。

3.4 肉類

譚雯文[45]將茴香砂仁中提取的精油復配為天然抑菌保鮮劑，研究其對4種肉類常見菌種的抑制作用和對日常生活中常見幾種肉類的抑菌保鮮效果，并與幾種市售保鮮劑進行效果對比，結果發現試驗配制的天然抑菌保鮮劑對肉類的保鮮性能良好，試驗效果較佳。洪軍等[46]對比研究發現連翹和葡萄皮醇提取物對于食源性致病菌抑菌效果較好，將其應用于冷藏雞脯肉的保鮮，連翹提取物可使雞脯肉保鮮延長4 d，葡萄皮醇提取物可延長2～4 d。

4 結語與展望

天然抗菌物質種類繁多，因其具有低毒、綠色、高效等作用，受到廣泛青睞。同時，中國天然抑菌物質資源豐富，天然抗菌劑在食品抑菌、保鮮方面有著廣闊的應用前景。但是，天然抗菌物質本身存在不穩定、可利用活性物質提取不充分等問題，開發利用仍不完善，且單一抗菌劑作用受限，可能達不到預期的效果。為更好地利用天然抗菌劑實現減少食品腐敗變質，延長食品的貨架壽命，改善食品的品質，有必要進一步開展研究?？蓮母嗟奶烊晃镔|中開發新的天然抗菌成分，進一步優化天然抗菌物質的提取和純化方法；可以利用納米技術將納米材料與天然抗菌成分復合成為新型復合型抗菌劑，不僅能夠提高天然抗菌劑的穩定性而且可以增強其抗菌效果；天然抗菌劑的抑菌機理有待深入研究。后續應持續關注食品的抑菌保鮮問題，重視天然抗菌劑的高效提取及應用，設計開發多功能的復合材料，提高天然抗菌劑的穩定性和高效性，以期研制出更多天然綠色、無毒、無害、高效價廉的復合型抗菌劑。