天然抗菌剂在食品抑菌保鲜中的研究进展

赵冬雪，杨晓溪，郎玉苗

河北省公共卫生安全重点实验室，河北大学公共卫生学院（保定 071002）

食品中含有丰富的营养物质，为微生物生长繁殖提供便利条件，微生物的大量滋生和繁殖容易造成食品腐烂变质，人们食用腐败变质的食品会产生食物中毒等安全问题[1]。抗菌剂的出现能有效缓解食品的腐败变质，为增加食品的货架寿命、改善食品的品质做出很大贡献[2]。随着科学技术的进步及生活水平的提高，消费者对于食品的安全、绿色提出更高的要求，绿色安全的天然抗菌剂拥有更广阔的发展潜能，逐渐成为研究的热点。天然抗菌剂主要是指从某些动物、植物和微生物体内提取出的具有抗菌活性的物质[3]。天然抗菌剂是最早被人们熟知和利用的抗菌剂，但由于提取工艺水平要求高、提取成本高、提取物稳定性差，且耐热性较差等问题，应用受到较大限制[4]。近年来，随着技术的提升，有关天然抗菌剂的提取方法的研究、改善性能的研究逐渐增多，天然抗菌剂具备无毒、绿色、抑菌效果好、广谱抗菌等特性[5]，符合可持续发展战略的要求，具有广泛应用的潜力和良好的发展前景[6]。因此，综述天然抗菌剂的分类、抑菌机理及其在食品抑菌保鲜中的相关研究成果，以期为天然抗菌剂的进一步开发与研究提供参考。

1 天然抗菌剂的分类

天然抗菌物质按其来源分类可分为动物类、植物类和微生物类三大类[7]。

1.1 动物类天然抗菌剂

动物类天然抗菌剂主要包括高分子糖类、天然肽类和氨基酸类[8]。

1.1.1 高分子糖类

最常用的为壳聚糖，是一种生物可降解、相容性较好的高分子天然多聚糖类[9]。壳聚糖的脱乙酰度、分子质量、浓度、溶液体系的pH和溶剂等能够影响抑菌能力。壳聚糖有较好的抑菌活性，对真菌、革兰阴性菌、革兰阳性菌表现不同的活性[10]。

1.1.2 天然肽类

抗菌肽是生物体内产生的一种小分子多肽物，参与人体第一道免疫防线，能够预防细菌、真菌、病毒、寄生虫等病原体对生物体的侵害[11]。苏艳丽等[12]研究硬骨鱼类TFPI-1衍生的抗菌肽TC26的抑菌效果，结果表明，TC26对革兰阳性菌黄体微球菌、金黄色葡萄球菌和革兰阴性菌创伤弧菌均有明显的抑制作用。

1.1.3 氨基酸类

氨基酸类抗菌剂抗菌效果良好，安全性较高且对环境污染小，主要有自由氨基酸、氨基酸金属盐配合物、N-酰基氨基酸盐（或酯）类、氨基酸类衍生物等。氨基酸类抗菌剂在食品、化妆品等领域发挥着重要的作用[13]。如氨基酸α-羧基衍生物的增溶性、乳化性和起泡性较好，广泛应用于护发类和护肤类产品中，含半胱氨酸酯的烫发剂冷烫精与传统染烫剂相比能更快地被吸收利用[14]。

1.2 植物类抗菌剂

植物类抗菌剂是市场中应用最多的一类天然抗菌剂[15]，主要包括果蔬类[16]、中草药类[17]和香辛料类[18]。

1.2.1 果蔬类来源

许多水果中含有酚类、黄酮类等物质，具有抑菌特性。周晓敏等[19]提取珍珠番石榴、鸡心柿和番荔枝中的多酚类物质，并对其体外抗菌活性进行研究，试验证明提取出的多酚均具有较高的抗菌活性，其中含量最高的要数儿茶素和没食子酸。

1.2.2 中草药类来源

许多中草药被用来杀菌消毒，已经明确杀菌功效且较常用的中草药类杀菌物质有近百余种[20]。李建志等[21]研究甘草、丹参、蒲公英、马齿苋、半边莲等8种中草药对表皮葡萄球菌、大肠埃希菌等13种菌株的抗菌活性，结果表明甘草、丹参等8种中草药对13种菌株均存在不同程度的抗菌性。唐金凤等[22]研究常见51种中草药的乙醇提取物的抗菌活性，有8种药物醇提物显示出对标准金黄色葡萄球菌、标准大肠埃希菌、标准铜绿假单胞菌、标准白色念珠菌均有不同程度的抑制活性。

1.2.3 香辛料类来源

香辛料是从植物的花、叶、茎、根、果实或全草等中提炼出来一类具有芳香和辛香等典型风味的天然植物性制品，常用来做调味品[23]。试验证明丁香、生姜、大蒜、肉桂等许多香料能抗致病菌、腐败菌和真菌等，近年来香辛料主要被用作药物抑菌和食品防腐剂。

1.3 微生物源天然抗菌剂

微生物源天然抗菌剂主要包括细菌类、真菌类以及微生物产生的可以抑制其他微生物的抗菌素[24]。

1.3.1 细菌类来源

有些细菌本身对其他菌类有抑制作用，但是对人类无伤害，所以可被用于制作成抗菌剂抑制某些致病菌的生长。曹雪梅等[25]从连云港海域分离得到一株GM-1-1菌株，检测出其对多种病原真菌均有抑制作用。

1.3.2 真菌类来源

真菌种类丰富，但是仅有小部分真菌被用作药物抗菌，仍有大量的真菌活性未被发现利用。罗国聪等[26]将从海鞘中纯化出14株真菌做初步鉴定，将其分属于青霉属、曲霉属、枝孢属和麦轴梗霉属4个属，经试验发现对海鞘共附生真菌存在良好抑菌能力，可作为研究新型抗菌活性物质的潜在资源。

1.3.3 微生物类抗菌素来源

微生物类抗菌素被广泛应用于养殖业。微生物类抗菌素在预防、治疗疾病，防止健康动物被传染，提高动物生长速度中起到重要作用[27]。随着抗菌素使用频率剂量的加大，抗菌素滥用现象频出，对动物的生长繁殖造威胁，进而影响到动物类制品的安全性。

2 天然抗菌剂的抗菌机理

开展研究和投入使用的天然抗菌剂种类丰富[28]，总结其抗菌机理大致分为3种作用机制。

2.1 破坏细胞膜体系和细胞壁

天然抗菌剂通过破坏微生物细胞壁的完整性和细胞膜的通透性与流动性，导致营养物质和代谢产物无法正常穿过细胞膜，从而使微生物失去营养而停滞生长[29]。王琳等[30]研究发现用斑蝥素衍生物处理油菜菌核病菌能够损害其细胞膜，改变细胞膜通透性，细胞内物质出现外渗，导致电导率增加，进一步研究发现MDA含量会增加，从而加剧膜脂过氧化程度，这也进一步验证斑蝥素衍生物对细胞膜的破坏。银杏黄酮能够使细胞膜裂解，通过改变青霉菌细胞膜通透性与菌丝体的膜脂氧化程度，导致菌丝体电导率上升，最终实现杀菌作用[31]。

2.2 影响代谢作用与生理活动

许多研究表明植物多酚可抑制ATP的合成从而降低细菌的能量代谢活性，使细菌正常的生长繁殖受阻[32]。有研究指出，丁子香酚和肉桂醛对革兰阳性菌和革兰阴性菌均有抑菌活性，其抑制能量产生的可能机制是抑制葡萄糖摄取或葡萄糖利用及对膜通透性的影响[33]。唐琴[34]发现黄酮类化合物可与羟基喜树碱两者协同作用于靶点Topo Ⅰ，并且黄酮类化合物能够明显增强羟基喜树碱抑癌作用。

2.3 抑制蛋白质和遗传物质合成

天然抗菌剂能够阻碍细菌的迁移和粘附，扰乱细菌的代谢和蛋白质合成过程，从而抑制常见的食源性细菌大肠杆菌、沙门菌、铜绿假单胞菌、金黄色葡萄球菌等正常生长[35]。ROSANGELA DI PASQUA等[36]研究发现百里酚在改变细胞代谢的不同途径中起着重要作用，同时麝香草酚能扰乱柠檬酸盐的代谢途径，以及阻碍参与ATP合成的多种酶的活动。FRIEDMAN MENDEL[37]发现肉桂醛可诱导细菌产生氧化应激，阻碍其DNA复制，影响大肠杆菌基因功能正常表达，同时与膜蛋白、核苷酸等成分发生化学相互作用，从而影响细菌的正常代谢。

3 天然抗菌剂在食品抑菌保鲜中的研究

食品与人们生活息息相关，食品安全一直是人们关注的焦点，消费者对于食品抑菌保鲜的要求越来越高。国内外有较多关于天然抗菌剂的研究，包括天然抗菌剂的提取、纯化及在食品保鲜中的应用研究[38]。

3.1 果蔬类

柑橘的生长过程容易受到霉菌的感染，YALAN WU等[39]研究发现仅用0.50 mL/L的肉桂醛蜡酯溶液喷洒在接种过白地霉菌的柑橘上，可使柑橘感染霉菌变质的几率降低50%。卢美欢等[40]研究埃吉类芽孢杆菌SWL-W8对白菜软腐病菌的抑制作用，菌株SWL-W8在土壤中能较好的定殖，菌液浓度106 CFU/mL时对白菜软腐病达到最大预防效果79.7%，治疗作用为64.4%，且能促进白菜种子萌发和生长，具有很好的开发前景。

3.2 水产品类

邵颖[41]研究壳聚糖-丁香酚乳液抗菌剂的制备并以带鱼为研究对象，进行壳聚糖-丁香酚纳米制剂的保鲜效果研究，壳聚糖-丁香酚纳米制剂具有明显的抑菌效果（p＜0.05），能够在一定程度上延缓脂质氧化和蛋白质降解；涂膜4 ℃保鲜过程中，质构（硬度、胶黏性、咀嚼性）呈现不断下降的趋势，壳聚糖-丁香酚纳米制剂能够延缓质构的变化。马子祯等[42]研究发现天然防腐剂聚赖氨酸和柠檬酸对受试腐败菌株的最小抑菌质量浓度分别为0.25和2 mg/mL，山苍子精油与聚赖氨酸联合抑菌时具有协同效应，能有效扩大精油抑菌范围并减少其使用量，有望应用于冷藏水产品的绿色保鲜。

3.3 奶、蛋类

有研究发现，在鲜奶中加入0.05 g/kg乳酸链球菌素，可使鲜奶的保质期延长1倍；添加0.1 g/kg乳酸链球菌素的巴氏消毒奶，在4 ℃下贮存，保质期延长为7 d；在添加0.014 g/kg乳酸链球菌素的冰淇淋样品中，乳酸链球菌素对李斯特菌有显著的抑制作用[43]。KE YANG等[44]研究发现壳聚糖和丁香酸的复合膜对测试细菌具有显着的抗菌作用，该复合膜用于鹌鹑蛋涂层的防腐，发现含有0.25%和0.5%丁香酚的壳聚糖-丁香酚涂层具有良好的防腐效果。

3.4 肉类

谭雯文[45]将茴香砂仁中提取的精油复配为天然抑菌保鲜剂，研究其对4种肉类常见菌种的抑制作用和对日常生活中常见几种肉类的抑菌保鲜效果，并与几种市售保鲜剂进行效果对比，结果发现试验配制的天然抑菌保鲜剂对肉类的保鲜性能良好，试验效果较佳。洪军等[46]对比研究发现连翘和葡萄皮醇提取物对于食源性致病菌抑菌效果较好，将其应用于冷藏鸡脯肉的保鲜，连翘提取物可使鸡脯肉保鲜延长4 d，葡萄皮醇提取物可延长2～4 d。

4 结语与展望

天然抗菌物质种类繁多，因其具有低毒、绿色、高效等作用，受到广泛青睐。同时，中国天然抑菌物质资源丰富，天然抗菌剂在食品抑菌、保鲜方面有着广阔的应用前景。但是，天然抗菌物质本身存在不稳定、可利用活性物质提取不充分等问题，开发利用仍不完善，且单一抗菌剂作用受限，可能达不到预期的效果。为更好地利用天然抗菌剂实现减少食品腐败变质，延长食品的货架寿命，改善食品的品质，有必要进一步开展研究。可从更多的天然物质中开发新的天然抗菌成分，进一步优化天然抗菌物质的提取和纯化方法；可以利用纳米技术将纳米材料与天然抗菌成分复合成为新型复合型抗菌剂，不仅能够提高天然抗菌剂的稳定性而且可以增强其抗菌效果；天然抗菌剂的抑菌机理有待深入研究。后续应持续关注食品的抑菌保鲜问题，重视天然抗菌剂的高效提取及应用，设计开发多功能的复合材料，提高天然抗菌剂的稳定性和高效性，以期研制出更多天然绿色、无毒、无害、高效价廉的复合型抗菌剂。