植物多酚的主要抑菌机制及在水产品保鲜中的应用研究进展

蓝蔚青,赵欣宇,刘嘉莉,梅俊,谢晶*

1(上海海洋大学 食品学院，上海， 201306)2(上海水产品加工及贮藏工程技术研究中心， 食品科学与工程国家级实验教学示范中心(上海海洋大学)，上海， 201306)

我国是水产养殖大国，全国2019年水产品总产量达6 480.36万t，同比上年增长了0.35%[1]。然而由于其营养丰富、含水量高，在流通环节中微生物极易大量生长繁殖，即使在低温环境下微生物仍能继续活动，使其发生腐败。相关研究显示[2-3]，水产品的腐败菌主要有希瓦氏菌(Shewanella)、假单胞菌(Pseudomonas)、气单胞菌(Aeromonas)、不动杆菌(Acinetobacter)及附着在鱼体表面的大肠杆菌(Escherichiacoli)、变形杆菌(Proteusbacillusvulgaris)、枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)等。因此，采取适当的保鲜处理方式，控制腐败菌的生长，才能减缓水产品流通期间的腐败速率。

水产品常用的保鲜方式包括物理保鲜、化学保鲜与生物保鲜。其主要优缺点如表1所示。

表1 水产品常用保鲜方式及主要优缺点Table 1 Common preservation methods of aquatic products and their main advantages and disadvantages

目前，化学保鲜剂因其适用范围大、抑菌效果好等特点而被广泛应用。然而，随着其用量与使用时间增加，越来越多的菌株出现抗药性，其作用有效性明显降低，甚至部分化学保鲜剂还可能与微生物相结合，加速食品的腐败进程[11]。同时，随着国民经济的不断增长与消费者的生活品质的逐年提高，部分研究表明[12-14]，不规范使用化学合成防腐剂会使人患智力低下、高血压甚至癌症等疾病的风险增加。正因如此，生物保鲜剂因其来源广泛、作用温和与抑菌效果好等特点备受推崇，并逐渐应用于水产品的保鲜领域中。生物保鲜剂根据其来源，可分为微生物源、植物源，动物源与酶类四大类。

植物多酚为植物源生物保鲜剂之一，主要存在于植物的叶、根、果、皮中，是植物的次生代谢产物，也是植物界中分布最广的天然化合物，不同植物其成分可能存在差异[15-16]。植物多酚因具有抗氧化[17]与抑菌活性[18]等功效，在水产品保鲜中可作为天然抗氧化剂与防腐剂。目前，学者对植物多酚抑菌活性研究大多集中于食源性病原体，而少有植物多酚对水产品保鲜作用等方面的报道[11,14,19]。已有研究表明，植物多酚能抑制希瓦氏菌与假单胞菌等优势腐败菌的生长，延长水产品的货架期。其中，申凯等[20]实验得出，菱茎多酚能明显抑制金黄色葡萄球菌、大肠杆菌与腐败希瓦氏菌生长；JIA等[21]分析显示，茶多酚在初期可抑制银鲤中气单胞菌生长，在后期可抑制气单胞菌与不动杆菌生长。

基于此，本文在比较了常用保鲜方式及主要优缺点与植物多酚主要抑菌机制的基础上，通过对植物多酚在水产品保鲜中应用研究进展的阐述，提出其存在问题与解决办法，展望了植物多酚的应用前景，以期为植物多酚这类天然保鲜剂在水产品保鲜领域的应用提供理论参考。

1 植物多酚在水产品保鲜中的主要抑菌机制

植物多酚具有种类繁多与专一抑菌性等特点，近年来关于其抑菌机制的研究较多，但其作用机制仍未被完全探明。部分学者[14,19,22-23]认为其可能存在如下机制。

(1)改变菌体细胞膜的通透性：植物多酚对菌体细胞膜的破坏是其抑菌基础。植物多酚中的OH基团能通过氢键与细菌细胞膜相互作用，破坏细胞膜的功能结构，导致内容物外渗，或使细胞膜电位由正常的极化状态变成去极化甚至超极化，影响质子动力，降低膜上的pH梯度与ATP池速率，使微生物生理活动紊乱而死亡。此外，植物多酚本身具有亲脂性，可穿透细胞膜，与细胞化合物相互作用，影响氢键供受体、极性表面积与辛醇/水分配系数等。

(2)影响菌体细胞内酶的表达：植物多酚可穿透细胞膜影响胞内酶，其可通过抑制酶，如ATP合成酶、DNA旋转酶等表达，干扰细胞中的正常能量代谢，抑制DNA、蛋白质等维系细菌生命活动的生物大分子合成，而达到抑菌目的。

(3)破坏菌体细胞壁：植物多酚能与细菌外膜稳定性相关的的二价阳离子螯合，使细胞壁中的脂多糖被释放，细胞壁的完整性遭到破坏，使内容物泄露而死亡。

其主要抑菌机制如图1所示。

图1 植物多酚的主要抑菌机制[19]Fig.1 The main antimicrobial mechanism of plant polyphenols[19]

2 植物多酚在水产品保鲜加工中的应用研究进展

植物多酚来源广泛，天然绿色，且自身带有一定营养价值，亲脂性使其能穿透细胞膜，并与细胞化合物相互作用，导致对细胞膜的不可逆破坏与细胞内物质凝结，影响菌体细胞膜和细胞内酶。此外，其天然化学成分还能抑制细菌，故可作为天然防腐剂应用在水产品保鲜中。植物多酚按多酚来源的不同，可分为茶多酚、苹果多酚、葡萄多酚与石榴多酚等。近年来，也有研究学者针对其在水产品保鲜中的应用开展了部分研究工作。

2.1 茶多酚(tea polyphenols, TP)

茶多酚是目前研究最多的植物多酚，其是茶叶中多酚类物质的总称，以儿茶素(黄烷醇)类为主[24]。茶多酚能通过破坏细胞膜杀死细菌，而儿茶素具有多种功能，其通过与细菌ATP结合位点相互作用抑制DNA促旋酶发挥抗菌作用等，延长水产品货架期[25-26]。其中，JIA等[21]实验得出分别用0.5%和1%的茶多酚处理4 ℃冷藏银鲤鱼片后，茶多酚改变了鱼片微生物群组成，使其货架期分别延长约2 d与4 d；王丹丹[27]等结果表明0.2 g/l00mL茶多酚溶液浸渍带鱼片30 min后于4 ℃冷藏，可抑制低温冷藏带鱼细菌生长，使其冷藏货架期延长3 d；LUAN等[28]研究发现6.0 g/L茶多酚处理过冷带鱼在-3 ℃ 下贮藏30 d，可抑制脂质氧化和微生物生长，延缓变质，使其货架期延长约9 d；XU等[29]研究得出2%茶多酚处理冰鲜草鱼片后过冷(-1.5±0.2) ℃贮存或冰(0.2±0.1) ℃贮存21 d，可抑制胶原酶活性和胶原降解，延缓鱼片品质劣变。

2.2 苹果多酚(apple polyphenols, AP)

苹果多酚是苹果生长过程中的次生代谢产物，为第三大酚类物质膳食来源，主要包括儿茶素类、原花青素类与花色苷类等[30]。原花青素类能破坏细胞壁和细胞膜使得细胞内营养物质泄漏[31]；此外，植物活性成分抑菌的基础是抗氧化能力[14]，原花青素与花色苷类具有抗氧化性，故可与儿茶素类等一起增强苹果多酚抑菌能力等，有效延长水产品的货架期。如王蒙等[30]研究得出与无菌水处理组样品相比，1.00 g/L 的苹果多酚液能减少4 ℃冰藏大黄鱼的嗜冷菌数，使其货架期延长2～4 d；程荻等[31]实验发现，0.1%苹果多酚加入鲢鱼糜中后4 ℃冷藏，抑制或杀死鱼糜中腐败菌，使其冷藏20 d仍能保持良好的感官品质。

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，主要成分为原花青素，其次为白藜芦醇、儿茶素类、类黄酮等[32]。其中，类黄酮可能通过抑制能级代谢和DNA合成而起作用[33]；白藜芦醇干扰膜电位并阻碍微生物的DNA合成等[34]，延长水产品货架期。SAGDIC等[35]研究发现，5%葡萄渣提取物可抑制肠杆菌科与大肠杆菌等食源性病原体及酵母和霉菌在内的腐败微生物与脂解细菌；LI等[36]研究发现0.52 mg/mL葡萄籽提取物可抑制4 ℃冷藏黑鱼气单胞菌的生长，并使其货架期延长约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，主要成分为鞣质、单宁酸、花青素等[37]。其中，鞣质能破坏细菌细胞膜和细胞壁,使其内容物泄露及影响蛋白质合成、阻断过氧化氢酶活性等；单宁酸能干扰膜电位使细菌代谢紊乱，可能通过与酶结合使细菌代谢失活[38-39]。SARA等[40]研究发现用1或2 g/100 mL的石榴皮提取物处理4 ℃冷藏南美白对虾，可显著抑制微生物生长、脂肪氧化及黑变，使其货架期延长约4 d；MARTINEZ等[41]研究得出在4 ℃冷藏鳕鱼肉中加入0.02%石榴提取物，可延缓其脂质氧化速度及微生物生长，抑制其腐败变质，使其冷藏货架期延长约4 d。

2.5 其他多酚

除以上4种常用的植物多酚外，海带多酚、杨梅叶多酚、樟树叶多酚与蓝莓叶多酚等植物多酚也在水产品保鲜领域中得到了一定程度的应用，但其具体抑菌机制尚不清楚。其中，林娇芬等[42]用0.2%海带多酚处理冷藏中国对虾后在(4±0.5) ℃下贮藏，结果表明海带多酚可使冷藏中国对虾的保质期延长2 d；李应洪等[43]研究得出樟树叶多酚浸泡新鲜草鱼肉后置于4 ℃贮藏，可显著抑制鱼肉中微生物生长，减缓鱼肉理化性质的改变，且5、10 mg/g的樟树叶多酚可使冷藏鱼肉货架期从3 d分别延至6、8 d；林智铭等[44]研究得出，0.2%蓝莓叶多酚处理能使0 ℃冷藏鲈鱼片货架期延长约6 d。

3 存在问题与解决方法

植物多酚虽可抑制水产品中微生物的生长，但其作用范围较小且抑菌效果有限[3]。目前，植物多酚的提取难度大、产品易挥发，且种类繁多，化学结构存在差异。同时，植物多酚还可能与食品中的某些成分发生反应，对其生物利用度、抑菌效果与水产品自身特性等带来不良影响[11]。此外，部分植物多酚由于其作用方式的专一性，难以发挥其保鲜作用。因此，国内外学者开始通过将植物多酚与其他保鲜剂或保鲜技术相结合的方法，发挥其协同作用，实现其综合保鲜效果。

3.1 与其他生物保鲜剂复配

部分生物保鲜剂，如乳酸链球菌素、壳聚糖与溶菌酶等现已在水产品保鲜中得到较好应用。将其与植物多酚按照一定比例复配，作用效果明显。如YANG等[45]研究发现1.0%茶多酚与0.1%乳链菌肽结合能将4 ℃冷藏乌龟肉的货架期延长3～6 d；SUN等[46]将1.0%苹果多酚与2.0%壳聚糖涂膜处理相结合，能使4 ℃冷藏草鱼片保质期延长约4 d；林智铭等[44]研究得出0.2%蓝莓叶多酚与0.1%溶菌酶复配液可将0 ℃冷藏鲈鱼片货架期延长7～8 d。因此，对植物多酚及复配物的综合作用机制仍需进一步认识，以使其在水产品保鲜中发挥最佳效果。

3.2 与其他保鲜技术相结合

植物多酚如能结合辐照、气调、超高压与微波等处理方式，则能增强其协同效果，延长水产品货架期[3]。其中，JU等[8]研究得出真空包装与0.2%茶多酚相结合处理，能将0和4 ℃冷藏鲈鱼的货架期分别延长4～6 d与3～4 d；钟智豪[47]先分别用40 W紫外光和550 W的微波处理生鲜草鱼片后，再用0.3%茶多酚浸渍处理后将草鱼片-0.5 ℃冰温贮藏，结果表明紫外结合茶多酚处理能使冰温草鱼片货架期延长约10 d，微波结合茶多酚处理能使冰温草鱼片货架期延长约4 d；范凯等[48]研究发现0.3 g/kg茶多酚结合4 k Gy60Co-γ辐照处理，可使4 ℃冷藏鲈鱼片的保质期延长约2 d。由于植物多酚本身的稳定性，因此选择合适的其他保鲜技术与植物多酚共同作用仍需继续研究，以求找到最佳的组合保鲜方式。

3.3 植物多酚新型保鲜技术

随着科技水平的提高，目前研究逐渐将植物多酚与高新保鲜技术相结合，即开发新型的保鲜产品，可能会使水产品的保质期达到更理想状态。如张家涛等[49]研究了聚乙烯醇(polyvinyl alcohol, PVA)涂膜内构建了茶多酚微胶囊与溶菌酶共存体系对4 ℃冷藏美国红鱼鱼片品质变化影响，结果表明，该共存体系与单一保鲜涂膜相比，可将鱼片货架期延长4～5 d；武娇等[50]研究了以壳聚糖为成膜基质，再结合原位合成纳米SiOx、0.25 g/100mL茶多酚及0.15 g/100mL溶菌酶制成复合涂膜处理4 ℃冷藏海鲈鱼鱼片，能使其货架期延长9～10 d；LIU等[51]研究发现使用姜黄素介导的光动力学方法处理(5±1) ℃贮存的太平洋牡蛎，可使其货架期延长4 d等。但将这些技术结合植物多酚应用到水产品相关研究还不多，该保鲜手段仍需进一步探索。

4 前景与展望

植物多酚由于其来源广、种类多、纯天然而受到广大消费者的喜爱，且其抑菌效果好，在水产品保鲜领域潜力巨大。但如今植物多酚的应用仍存在一些挑战。首先，植物多酚的抑菌机制未被充分探明，目前对植物多酚抑菌机制多停留在细胞外或形态观察，故后续可重点研究植物多酚的结构、化学物质及其对细胞内环境产生的影响等；其次，植物多酚单独使用仍存在着作用范围小、抑菌效果有限及可能会与水产品主要成分发生不良反应等问题，且某种植物多酚与其他物质是否有协同作用尚不完全清楚，故需对植物多酚与其他保鲜剂或保鲜技术相结合研究，减少其用量，增强其抑菌效果与稳定性；最后，关于微胶囊、纳米技术、光动力灭活等高新技术融入植物多酚的应用研究还较少，只有深入研究，开发出一系列的新型保鲜方法，充分利用植物多酚的作用优势，才能使研究人员在水产品保鲜手段上提升至新高度。总之，带有“干净”标签的植物多酚将能更好应用于水产品保鲜中，为水产品保鲜技术的提升寻得新突破。