生姜大蒜提取物的果蔬保鲜应用

◎ 沈影州，张 瑞，王香爱

（渭南师范学院 化学与材料学院，陕西 渭南 714099）

新鲜的水果和蔬菜是人体所需微量元素、各种维生素等重要营养物质的主要来源。食用新鲜的果蔬不仅能补充身体所需的营养物质，更有防癌抗癌的妙用。常温下，水果蔬菜的保质期为1～7 d，不易储存。为保证果蔬的新鲜，需采用相关的食品保鲜剂，目前常用的保鲜剂大多为化学防腐保鲜剂，不仅成本较高且工艺复杂同时会污染环境。天然、安全、健康等优点是生物保鲜剂所具有的、其他保鲜剂难以替代的优势，随着科学技术的蓬勃发展以及生活水平的不断提高，人们的健康意识也有了显著的提高。这些变化使得生物保鲜剂的地位的不断提升，替代化学防腐剂成为了一个不可避免的趋势。与传统的化学保鲜剂相比，生物保鲜剂能更好更久地保留果蔬的品质，所以在保鲜领域具有非常广阔的前景。

生姜作为药食两用的植物常常被用作各种香辛料类调味品。生姜提取物中，具有良好抗菌和抗氧化效果的化学成分有姜辣素、挥发油和二苯基庚烷等[1]；大蒜素具有“天然广谱植物杀菌素”的称号，是大蒜主要的功能成分，具有杀灭和抑制多种病毒、细菌、真菌的作用[2]。灵活利用生姜大蒜提取物，通过调整溶液配比充分发挥其功效，可在保证高性能和低成本的前提下使其保鲜作用达到普适性，有效延长果蔬的保鲜期。

本文以生姜大蒜提取物和壳聚糖为对象，对其食品保鲜效果及原理进行分析，旨在为制作成本低、性能高、安全有效的食品保鲜剂提供参考。

1 生姜、大蒜提取物的保鲜机理

1.1 生姜、大蒜提取物的主要成分

生姜（Zingiber officinale），高40～100 cm，属于姜科多年生的常绿草本植物姜的新鲜根茎。生姜中含有姜黄素（C21H20O6）、姜辣素、二苯基庚烷（C19H24）和挥发油等许多化学成分。生姜中具有独特辛辣味的化学成分是精油和姜辣素，二者是生物制食品保鲜剂的重要组成成分，抗氧化和防腐性能优异，能够起到非常好的保鲜作用。由于对口腔及胃黏膜会产生刺激性，姜辣素可以促使人体消化腺分泌消化液，从而增强人们的食欲。此外，姜辣素还可以在很大程度上增加肠道的蠕动力量。生姜中含有的活性成分——姜酮和姜烯酮的混合物，具有止呕的作用。通过大量的体外实验可以证明，生姜也能够明显地抑制伤寒杆菌和霍乱弧菌的活性。

大蒜（Allium sativum），蒜类植物的统称，是百合科葱属的半年生草本植物，它的鳞茎可以用作药物。春、夏季节将其采收，随后系好提手，再把它挂在通风的地方，在阴凉的地方晒干以备用。大蒜的用途很广泛，可以做菜也可以药用，尝起来有强烈的辛辣味，闻起来也有浓郁的刺激辣味。中国作为“美食大国”，中国大蒜的年产量占世界大蒜年总产量的70%左右。同时，大蒜在我国的种植面积广阔，大约有70万hm2，占世界总种植面积的60%。我国是人口大国，而大蒜在中国也是主要的调味品，因此中国的大蒜种植产业发展势头迅猛，具有巨大的市场发展潜力。由于大蒜中的活性成分可以很好地降低血液中的胆固醇，因此，它可以抑制血液凝结，减少产生的毒素对肝脏的损害。与此同时，大蒜在防止化学物质引起肿瘤方面非常有效。大蒜含有丰富的维生素、矿物质、微量元素和多种活性酶等，在促进肠道内健康细菌的生长和恢复肠道内细菌的平衡方面起着至关重要的作用。大蒜含有的主要活性成分为大蒜素，对人体肠道内寄生虫的生长有较强的抑制作用[3]。

1.2 生姜提取物的保鲜机理

生姜中有多种具有生物活性的化学成分，如生姜精油有良好的挥发性和抗真菌效果，二苯基庚烷和姜辣素有很好的抗氧化、抗菌和防腐的作用。这两种活性成分抑菌机理非常类似，都是通过改变微生物的细胞膜以及细胞壁的通透性，进而破坏细胞内的遗传物质，达到扰乱细胞内酶活性的目的[4]。它们能够通过这种抑菌方式，将存在于果蔬表面的微生物消灭掉，避免果蔬的腐烂变质。

1.3 大蒜提取物的保鲜机理

大蒜的抗菌机制是其有效成分与醇脱氢酶、硫氧还蛋白还原酶等硫基水解酶发生化学反应，从而有效抑菌。此外，其对细菌细胞内半胱氨酸蛋白酶的活性也有一定影响。研究认为，大蒜还可能通过其他机制发挥抑菌作用：大蒜素及其产物——阿霍烯[5]和大蒜油中的硫醚化合物等多种天然成分，可以直接进入到细菌的细胞质中，同时与半胱氨酸发生反应，使其生物氧化作用和新陈代谢活动无法正常进行；另外，大蒜素还可以对细菌生长繁殖的“必需品”——硫基酶的活性进行有效抑制，使细菌无法达到对数生长期，最终起到抑菌或灭菌的作用。顾林等研究发现，大蒜多糖也具有抗菌能力[6]。

2 保鲜技术

2.1 生姜大蒜提取物的保鲜研究

2.1.1 生姜大蒜提取物的提取方法

王珺等[7]用如下方法制备姜蒜提取物：将生姜200 g研成匀浆，加水1 000 mL，使用200 W、40 kHz超声波在40 ℃萃取30 min，过滤，得浸膏；将生大蒜去皮后，称量10 g放入组织捣碎机中，将其压破捣碎，再加入100 mL水，在45 ℃条件下，浸提10 min，接着将浸提液过滤，残渣丢弃，离心后得上清液。复配提取液由等体积的大蒜和生姜提取物混合得到，随后将复配液置于4 ℃环境中保存备用。

2.1.2 生姜大蒜提取物用于果蔬保鲜的研究进展

李鹏霞等[8]的研究表明，采用浓度为20 μL·L-1的大蒜精油对杏果实进行保鲜处理后发现，这一浓度延缓果实腐烂的效果最好。宿献贵等[9]进行大蒜提取物对油桃果实保鲜的相关实验后得出结论：将液料比为1∶10的大蒜精油用于油桃保鲜，可将油桃果实的寿命延长12 d左右，果实腐烂率降低至32.6%。而闵玉涛等[10]固定温度为0 ℃，分别用质量分数为0.3%和0.5%的大蒜汁对冬枣果实进行保鲜测试，发现大蒜汁处理过后，冬枣果实的味道和颜色有了显著的改善，冬枣果实的感官评价与营养品质显著提升，冬枣果实的变红率和腐烂率大幅下降，在0～2 ℃的低温贮藏条件与0.5%大蒜汁处理条件下，冬枣果实的贮藏保鲜效果最佳。张恒[11]研究表明，从pH值及叶绿素相对变化率随保存时间的关系可得，姜蒜鲜重（g）与无水乙醇（mL）按照1∶60的比例进行提取，得到的复配溶液保鲜效果最好，相比于单一的姜或蒜提取物，其保鲜效果产生了叠加。

近年来，由于担心化学防腐剂中有害物质的残留，壳聚糖作为天然无毒的保鲜物质，它的使用越来越被人们所关注，包裹在果蔬表面的壳聚糖涂层，可以最大程度的保持水果和蔬菜的质量，减少腐败的发生。改变壳聚糖的结构或与其他功能材料混合的复合涂膜，可提高壳聚糖膜的湿度和抗菌能力，达到更好的保鲜效果。壳聚糖是一种新型的天然食品防腐剂，有环保污染小、来源广泛、开发潜力大等优点。

2.2 壳聚糖用于果蔬保鲜的原理及研究进展

壳聚糖（Chitosan），化学名β-1,4-聚-D-氨基葡萄糖，分子式(C6H11NO4)n。它是一种氨基类多糖，主要来源为虾和螃蟹等甲壳类动物的壳。壳聚糖具有良好的成膜性、透气性和杀菌性，将壳聚糖制成的保鲜剂涂抹于新鲜果蔬的表皮上，壳聚糖分子紧密结合成一层致密的“隔离层”，阻止果蔬中水分子的“逃逸”，再将其呼吸作用调节到合适的程度，同时还能防止外界各种细菌的侵入，各方面叠加便可达到使蔬果保鲜的目的[12]。壳聚糖是通过以下2种方式实现其抗菌功能的：①壳聚糖分子可以在病原体表面吸附，形成一层“保护膜”，从而阻止病原体的营养传递。②壳聚糖分子可以进入细菌内部，使细胞内的阴离子凝结，干扰细菌细胞内的活动。

康明丽等[13]以草莓为实验对象，对不同浓度下草莓的呼吸强度、腐烂指数及维生素C含量等进行了研究。试验结果表明，0.75%和1.00%的壳聚糖涂膜太薄，而1.50%和1.75%的壳聚糖涂膜过于厚重，使用1.25%壳聚糖涂膜处理的草莓，其呼吸强度、腐烂指数和失重率都是最低的，维生素C、总酸、总糖和可溶性固形物含量是最高的，表明1.25%的壳聚糖制成的涂膜液保鲜效果最好。

2.3 壳聚糖姜蒜复配液用于果蔬保鲜的研究进展

赵博[14]采用如下方法，制备了壳聚糖及姜蒜的复配液：姜蒜鲜重（g）与40%的乙醇溶液（mL）按照1∶60的比例混合提取，以此抽提液为溶剂配制1.0%的冰醋酸溶液；此外，以蒸馏水作为溶剂，配制1.0%的冰醋酸溶液，再将这两种1.0%的冰醋酸溶液作为溶剂，即可得到不同浓度的壳聚糖姜蒜涂膜液，结果表明，浓度为0.75%的壳聚糖姜蒜涂膜液能够最大程度地保持草莓品质和风味。

3 存在问题及解决方案

在使用大蒜提取液对果蔬进行保鲜时，处理过的水果蔬菜会带有轻微大蒜素的味道，不同程度的降低了食品的感官体验。由胡月芳等[15]等的研究可知，此味道会随着放置时间的延长而慢慢消散，因此对其正常销售的影响不大。以番茄为例，若想去除此味道，将其放入稀食醋中浸泡5 min即可快速消除。由于果蔬保鲜复配液的保鲜效果可能会受地域环境的限制，在过冷或过热的环境中（东北、海南等地）均没有实验过，因此理论系统还不够完善。为此，可以选择建立参考体系，如在常温常压下、低温常压下、低温低压下、低温高压下等一系列情况，绘制壳聚糖姜蒜复配液用于果蔬保鲜的作用时间、效果变化的曲线图。同时，姜蒜提取物与壳聚糖复配保鲜剂的研究处于实验室科研阶段，还没有完成工业化应用的转变，但随着科技的高速发展，相信在不远的将来可以真正大规模生产并使用。

4 结语

人们的生活水平越来越高，食品的种类也越来越丰富，但食品的长时保鲜问题并未完全解决，因此天然提取物保鲜技术迫切需要得到突破性进展。采用大蒜及生姜提取物作为果蔬保鲜剂，有着低成本、易提取及更安全等优点。果蔬产业发展蒸蒸日上，生物保鲜剂将发挥越来越重要的作用，人们将会享受到风味更好、品质更优，并且是更安全、更新鲜的果蔬，而生姜大蒜提取物也会有着更为广阔的研究前景与发展价值。