植物多酚的主要抑菌機制及在水產品保鮮中的應用研究進展

藍蔚青,趙欣宇,劉嘉莉,梅俊,謝晶*

1(上海海洋大學 食品學院，上海， 201306)2(上海水產品加工及貯藏工程技術研究中心， 食品科學與工程國家級實驗教學示范中心(上海海洋大學)，上海， 201306)

我國是水產養殖大國，全國2019年水產品總產量達6 480.36萬t，同比上年增長了0.35%[1]。然而由于其營養豐富、含水量高，在流通環節中微生物極易大量生長繁殖，即使在低溫環境下微生物仍能繼續活動，使其發生腐敗。相關研究顯示[2-3]，水產品的腐敗菌主要有希瓦氏菌(Shewanella)、假單胞菌(Pseudomonas)、氣單胞菌(Aeromonas)、不動桿菌(Acinetobacter)及附著在魚體表面的大腸桿菌(Escherichiacoli)、變形桿菌(Proteusbacillusvulgaris)、枯草芽孢桿菌(Bacillussubtilis)等。因此，采取適當的保鮮處理方式，控制腐敗菌的生長，才能減緩水產品流通期間的腐敗速率。

水產品常用的保鮮方式包括物理保鮮、化學保鮮與生物保鮮。其主要優缺點如表1所示。

表1 水產品常用保鮮方式及主要優缺點Table 1 Common preservation methods of aquatic products and their main advantages and disadvantages

目前，化學保鮮劑因其適用范圍大、抑菌效果好等特點而被廣泛應用。然而，隨著其用量與使用時間增加，越來越多的菌株出現抗藥性，其作用有效性明顯降低，甚至部分化學保鮮劑還可能與微生物相結合，加速食品的腐敗進程[11]。同時，隨著國民經濟的不斷增長與消費者的生活品質的逐年提高，部分研究表明[12-14]，不規范使用化學合成防腐劑會使人患智力低下、高血壓甚至癌癥等疾病的風險增加。正因如此，生物保鮮劑因其來源廣泛、作用溫和與抑菌效果好等特點備受推崇，并逐漸應用于水產品的保鮮領域中。生物保鮮劑根據其來源，可分為微生物源、植物源，動物源與酶類四大類。

植物多酚為植物源生物保鮮劑之一，主要存在于植物的葉、根、果、皮中，是植物的次生代謝產物，也是植物界中分布最廣的天然化合物，不同植物其成分可能存在差異[15-16]。植物多酚因具有抗氧化[17]與抑菌活性[18]等功效，在水產品保鮮中可作為天然抗氧化劑與防腐劑。目前，學者對植物多酚抑菌活性研究大多集中于食源性病原體，而少有植物多酚對水產品保鮮作用等方面的報道[11,14,19]。已有研究表明，植物多酚能抑制希瓦氏菌與假單胞菌等優勢腐敗菌的生長，延長水產品的貨架期。其中，申凱等[20]實驗得出，菱莖多酚能明顯抑制金黃色葡萄球菌、大腸桿菌與腐敗希瓦氏菌生長；JIA等[21]分析顯示，茶多酚在初期可抑制銀鯉中氣單胞菌生長，在后期可抑制氣單胞菌與不動桿菌生長。

基于此，本文在比較了常用保鮮方式及主要優缺點與植物多酚主要抑菌機制的基礎上，通過對植物多酚在水產品保鮮中應用研究進展的闡述，提出其存在問題與解決辦法，展望了植物多酚的應用前景，以期為植物多酚這類天然保鮮劑在水產品保鮮領域的應用提供理論參考。

1 植物多酚在水產品保鮮中的主要抑菌機制

植物多酚具有種類繁多與專一抑菌性等特點，近年來關于其抑菌機制的研究較多，但其作用機制仍未被完全探明。部分學者[14,19,22-23]認為其可能存在如下機制。

(1)改變菌體細胞膜的通透性：植物多酚對菌體細胞膜的破壞是其抑菌基礎。植物多酚中的OH基團能通過氫鍵與細菌細胞膜相互作用，破壞細胞膜的功能結構，導致內容物外滲，或使細胞膜電位由正常的極化狀態變成去極化甚至超極化，影響質子動力，降低膜上的pH梯度與ATP池速率，使微生物生理活動紊亂而死亡。此外，植物多酚本身具有親脂性，可穿透細胞膜，與細胞化合物相互作用，影響氫鍵供受體、極性表面積與辛醇/水分配系數等。

(2)影響菌體細胞內酶的表達：植物多酚可穿透細胞膜影響胞內酶，其可通過抑制酶，如ATP合成酶、DNA旋轉酶等表達，干擾細胞中的正常能量代謝，抑制DNA、蛋白質等維系細菌生命活動的生物大分子合成，而達到抑菌目的。

(3)破壞菌體細胞壁：植物多酚能與細菌外膜穩定性相關的的二價陽離子螯合，使細胞壁中的脂多糖被釋放，細胞壁的完整性遭到破壞，使內容物泄露而死亡。

其主要抑菌機制如圖1所示。

圖1 植物多酚的主要抑菌機制[19]Fig.1 The main antimicrobial mechanism of plant polyphenols[19]

2 植物多酚在水產品保鮮加工中的應用研究進展

植物多酚來源廣泛，天然綠色，且自身帶有一定營養價值，親脂性使其能穿透細胞膜，并與細胞化合物相互作用，導致對細胞膜的不可逆破壞與細胞內物質凝結，影響菌體細胞膜和細胞內酶。此外，其天然化學成分還能抑制細菌，故可作為天然防腐劑應用在水產品保鮮中。植物多酚按多酚來源的不同，可分為茶多酚、蘋果多酚、葡萄多酚與石榴多酚等。近年來，也有研究學者針對其在水產品保鮮中的應用開展了部分研究工作。

2.1 茶多酚(tea polyphenols, TP)

茶多酚是目前研究最多的植物多酚，其是茶葉中多酚類物質的總稱，以兒茶素(黃烷醇)類為主[24]。茶多酚能通過破壞細胞膜殺死細菌，而兒茶素具有多種功能，其通過與細菌ATP結合位點相互作用抑制DNA促旋酶發揮抗菌作用等，延長水產品貨架期[25-26]。其中，JIA等[21]實驗得出分別用0.5%和1%的茶多酚處理4 ℃冷藏銀鯉魚片后，茶多酚改變了魚片微生物群組成，使其貨架期分別延長約2 d與4 d；王丹丹[27]等結果表明0.2 g/l00mL茶多酚溶液浸漬帶魚片30 min后于4 ℃冷藏，可抑制低溫冷藏帶魚細菌生長，使其冷藏貨架期延長3 d；LUAN等[28]研究發現6.0 g/L茶多酚處理過冷帶魚在-3 ℃ 下貯藏30 d，可抑制脂質氧化和微生物生長，延緩變質，使其貨架期延長約9 d；XU等[29]研究得出2%茶多酚處理冰鮮草魚片后過冷(-1.5±0.2) ℃貯存或冰(0.2±0.1) ℃貯存21 d，可抑制膠原酶活性和膠原降解，延緩魚片品質劣變。

2.2 蘋果多酚(apple polyphenols, AP)

蘋果多酚是蘋果生長過程中的次生代謝產物，為第三大酚類物質膳食來源，主要包括兒茶素類、原花青素類與花色苷類等[30]。原花青素類能破壞細胞壁和細胞膜使得細胞內營養物質泄漏[31]；此外，植物活性成分抑菌的基礎是抗氧化能力[14]，原花青素與花色苷類具有抗氧化性，故可與兒茶素類等一起增強蘋果多酚抑菌能力等，有效延長水產品的貨架期。如王蒙等[30]研究得出與無菌水處理組樣品相比，1.00 g/L 的蘋果多酚液能減少4 ℃冰藏大黃魚的嗜冷菌數，使其貨架期延長2～4 d；程荻等[31]實驗發現，0.1%蘋果多酚加入鰱魚糜中后4 ℃冷藏，抑制或殺死魚糜中腐敗菌，使其冷藏20 d仍能保持良好的感官品質。

2.3 葡萄多酚(grape polyphenols, GP)

葡萄多酚主要存在于葡萄的皮和籽中，主要成分為原花青素，其次為白藜蘆醇、兒茶素類、類黃酮等[32]。其中，類黃酮可能通過抑制能級代謝和DNA合成而起作用[33]；白藜蘆醇干擾膜電位并阻礙微生物的DNA合成等[34]，延長水產品貨架期。SAGDIC等[35]研究發現，5%葡萄渣提取物可抑制腸桿菌科與大腸桿菌等食源性病原體及酵母和霉菌在內的腐敗微生物與脂解細菌；LI等[36]研究發現0.52 mg/mL葡萄籽提取物可抑制4 ℃冷藏黑魚氣單胞菌的生長，并使其貨架期延長約3 d。

2.4 石榴多酚(pomegranate polyphenols, PP)

石榴多酚主要存在于石榴籽和石榴皮中，其中以石榴皮中含量最多，主要成分為鞣質、單寧酸、花青素等[37]。其中，鞣質能破壞細菌細胞膜和細胞壁,使其內容物泄露及影響蛋白質合成、阻斷過氧化氫酶活性等；單寧酸能干擾膜電位使細菌代謝紊亂，可能通過與酶結合使細菌代謝失活[38-39]。SARA等[40]研究發現用1或2 g/100 mL的石榴皮提取物處理4 ℃冷藏南美白對蝦，可顯著抑制微生物生長、脂肪氧化及黑變，使其貨架期延長約4 d；MARTINEZ等[41]研究得出在4 ℃冷藏鱈魚肉中加入0.02%石榴提取物，可延緩其脂質氧化速度及微生物生長，抑制其腐敗變質，使其冷藏貨架期延長約4 d。

2.5 其他多酚

除以上4種常用的植物多酚外，海帶多酚、楊梅葉多酚、樟樹葉多酚與藍莓葉多酚等植物多酚也在水產品保鮮領域中得到了一定程度的應用，但其具體抑菌機制尚不清楚。其中，林嬌芬等[42]用0.2%海帶多酚處理冷藏中國對蝦后在(4±0.5) ℃下貯藏，結果表明海帶多酚可使冷藏中國對蝦的保質期延長2 d；李應洪等[43]研究得出樟樹葉多酚浸泡新鮮草魚肉后置于4 ℃貯藏，可顯著抑制魚肉中微生物生長，減緩魚肉理化性質的改變，且5、10 mg/g的樟樹葉多酚可使冷藏魚肉貨架期從3 d分別延至6、8 d；林智銘等[44]研究得出，0.2%藍莓葉多酚處理能使0 ℃冷藏鱸魚片貨架期延長約6 d。

3 存在問題與解決方法

植物多酚雖可抑制水產品中微生物的生長，但其作用范圍較小且抑菌效果有限[3]。目前，植物多酚的提取難度大、產品易揮發，且種類繁多，化學結構存在差異。同時，植物多酚還可能與食品中的某些成分發生反應，對其生物利用度、抑菌效果與水產品自身特性等帶來不良影響[11]。此外，部分植物多酚由于其作用方式的專一性，難以發揮其保鮮作用。因此，國內外學者開始通過將植物多酚與其他保鮮劑或保鮮技術相結合的方法，發揮其協同作用，實現其綜合保鮮效果。

3.1 與其他生物保鮮劑復配

部分生物保鮮劑，如乳酸鏈球菌素、殼聚糖與溶菌酶等現已在水產品保鮮中得到較好應用。將其與植物多酚按照一定比例復配，作用效果明顯。如YANG等[45]研究發現1.0%茶多酚與0.1%乳鏈菌肽結合能將4 ℃冷藏烏龜肉的貨架期延長3～6 d；SUN等[46]將1.0%蘋果多酚與2.0%殼聚糖涂膜處理相結合，能使4 ℃冷藏草魚片保質期延長約4 d；林智銘等[44]研究得出0.2%藍莓葉多酚與0.1%溶菌酶復配液可將0 ℃冷藏鱸魚片貨架期延長7～8 d。因此，對植物多酚及復配物的綜合作用機制仍需進一步認識，以使其在水產品保鮮中發揮最佳效果。

3.2 與其他保鮮技術相結合

植物多酚如能結合輻照、氣調、超高壓與微波等處理方式，則能增強其協同效果，延長水產品貨架期[3]。其中，JU等[8]研究得出真空包裝與0.2%茶多酚相結合處理，能將0和4 ℃冷藏鱸魚的貨架期分別延長4～6 d與3～4 d；鐘智豪[47]先分別用40 W紫外光和550 W的微波處理生鮮草魚片后，再用0.3%茶多酚浸漬處理后將草魚片-0.5 ℃冰溫貯藏，結果表明紫外結合茶多酚處理能使冰溫草魚片貨架期延長約10 d，微波結合茶多酚處理能使冰溫草魚片貨架期延長約4 d；范凱等[48]研究發現0.3 g/kg茶多酚結合4 k Gy60Co-γ輻照處理，可使4 ℃冷藏鱸魚片的保質期延長約2 d。由于植物多酚本身的穩定性，因此選擇合適的其他保鮮技術與植物多酚共同作用仍需繼續研究，以求找到最佳的組合保鮮方式。

3.3 植物多酚新型保鮮技術

隨著科技水平的提高，目前研究逐漸將植物多酚與高新保鮮技術相結合，即開發新型的保鮮產品，可能會使水產品的保質期達到更理想狀態。如張家濤等[49]研究了聚乙烯醇(polyvinyl alcohol, PVA)涂膜內構建了茶多酚微膠囊與溶菌酶共存體系對4 ℃冷藏美國紅魚魚片品質變化影響，結果表明，該共存體系與單一保鮮涂膜相比，可將魚片貨架期延長4～5 d；武嬌等[50]研究了以殼聚糖為成膜基質，再結合原位合成納米SiOx、0.25 g/100mL茶多酚及0.15 g/100mL溶菌酶制成復合涂膜處理4 ℃冷藏海鱸魚魚片，能使其貨架期延長9～10 d；LIU等[51]研究發現使用姜黃素介導的光動力學方法處理(5±1) ℃貯存的太平洋牡蠣，可使其貨架期延長4 d等。但將這些技術結合植物多酚應用到水產品相關研究還不多，該保鮮手段仍需進一步探索。

4 前景與展望

植物多酚由于其來源廣、種類多、純天然而受到廣大消費者的喜愛，且其抑菌效果好，在水產品保鮮領域潛力巨大。但如今植物多酚的應用仍存在一些挑戰。首先，植物多酚的抑菌機制未被充分探明，目前對植物多酚抑菌機制多停留在細胞外或形態觀察，故后續可重點研究植物多酚的結構、化學物質及其對細胞內環境產生的影響等；其次，植物多酚單獨使用仍存在著作用范圍小、抑菌效果有限及可能會與水產品主要成分發生不良反應等問題，且某種植物多酚與其他物質是否有協同作用尚不完全清楚，故需對植物多酚與其他保鮮劑或保鮮技術相結合研究，減少其用量，增強其抑菌效果與穩定性；最后，關于微膠囊、納米技術、光動力滅活等高新技術融入植物多酚的應用研究還較少，只有深入研究，開發出一系列的新型保鮮方法，充分利用植物多酚的作用優勢，才能使研究人員在水產品保鮮手段上提升至新高度。總之，帶有“干凈”標簽的植物多酚將能更好應用于水產品保鮮中，為水產品保鮮技術的提升尋得新突破。