天然药用果蔬保鲜剂的研究进展

2014-08-15王后生赵继奖

科技视界 2014年30期

王后生赵继奖张磊

（琼州学院，海南三亚570200）

果蔬采后腐烂是一个全球性的问题。根据世界各国的报道，每个国家对新鲜的果蔬采后都有大量的果蔬腐烂现象。据统计，发达国家的果蔬腐烂率为10%～30%，而发展中国家果蔬腐烂率则高达40%～50%[1]。引起果蔬腐烂的主要因素是以果蔬里面的碳水化合物为营养的多数真菌、细菌的病原微生物，对果蔬的侵染。目前，人们主要采用化学合成药剂作为保鲜剂对贮藏的果蔬进行保鲜，虽有较好的保鲜防腐效果。但是，长期使用化学合成物质对生态环境和人体健康造成一定的影响，甚至出现致癌致畸、致突变毒性[2-3]。随着科学技术的发展，以草本植物为原料的防腐保鲜材料的无化学毒害、无残留、无副作用等优点受到大众的认同与青睐。因而研究天然果蔬防腐保鲜剂，越来越受到人们的重视[4]。

1 天然果蔬保鲜剂种类的来源

1.1 天然药用果蔬保鲜剂种类的来源及分类

我国拥有世界上最丰富的药用植物物种资源，现有记载的药用植物11146种[8]。按照不同民族可分以下几类：汉药有3700多种，藏药有3000种、傣药有1200余种、蒙药有1300余种、壮药有700余种、维药有600余种于及很少人知道的海南黎药。据目前了解，具抑菌成分的中草药逾5000种，主要有黄连、黄柏、黄岑、秦皮、苦参、金银花、蒲公英、栀子、白芷、香薷、薄荷、生姜、藿香、白豆蔻、丁香、高良姜、桂皮、胡椒、丹参、紫荆皮、五味子、黄芪、白术、杜仲、蛇床子、麻黄根、五倍子、乌梅、石榴皮、诃子、肉豆蔻等中草药，这些中草药不仅具有药用的价值还具有果蔬保鲜作用。

1.2 天然药用果蔬保鲜剂成分及保鲜作用

从中草药提取出来的物质中含有大量小分子的抗菌物质与抗氧成分，这些物质对果蔬都有保鲜作用。这些低分子的抗菌物质，如肉桂酸、阿魏酸、咖啡酸、桂醛、香茅醇、百里酚、丁香酚等，可抵抗大量的细菌、霉菌和酵母菌[5]。Hoffman和Evans证明，迷迭香、芥菜籽、丁香和桂皮、小豆落、芫要籽、众香子、百里香、生姜、胡椒、大蒜等提取物中都有一定的防腐作用。天然药用果蔬保鲜剂成分存在于药用植物的根茎叶和花果之中。例如，丁香花蕾提取物中含有15%～20%的精油，其中的85%～92%为丁香酚，主要是丁香酚发挥了抑制细菌生长的作用。同样，中国肉桂提取物中含精油1.0%～3.5%，精油中桂醛含量高达80%～95%；斯里兰卡肉桂提取物中含精油0.5%～3.5%，其中42%～75%为桂醛。桂醛即为它们起抑菌作用的有效成分[6]。

从丁香中提取的丁香酚是目前普遍用来杀菌和抑制微生物的天然保鲜成分。从生姜、大蒜、胡椒、肉豆蔻、茴香等中草药提取的香精油，对金黄色葡萄球菌、鼠伤寒沙门氏菌、埃希氏大肠杆菌、副溶血弧菌、黄曲霉菌等微生物有显著的抑制作用；丁香、大蒜对大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、绿脓杆菌都有较大的杀菌作用[7]，迷迭香、胡椒对西瓜炭疽病病原真菌的生长有很强的抑制活性。大黄、黄芩、青蒿、大茴香、白鲜皮、栀子、香草、黄连、川芎、白芷、八角、苍耳等中草药的提取物都有很好抑菌效果，对果蔬具有保鲜作用。

2 天然药用果蔬保鲜剂的提取方法

2.1 溶剂提取法

该方法由醚、醇类等有机溶剂连续回流提取或冷浸提取，提取液经过蒸馏除去溶剂，得到粗品，再将粗品经过水蒸气蒸馏可得纯品。该法适应性广阔，大量的醇、醚类溶剂可用，提取水溶性杂质较少，对草本植物中提取的物质比较纯和单一，有十分明确的针对性，使用溶剂对药材的有效成分不易破坏，但成本高、工艺较复杂。

2.2 超临界CO2流体萃取法

超临界CO2萃取技术是近几年快速发展的新型分离技术，与传统技术相比，流程简单，步骤少、低能、传质速率快、穿透能力强、萃取效率高、操作温度低，作为一种环保型的绿色分离技术现已成为获得高品质精油的有效手段之一[11]。超临界CO2萃取技术具有高度扩散性和低粘度液体良好的溶解性，防止各种组分逸散和氧化，具有高效、快速、安全等优点，对中草药易挥发物质与生理活性物质分离过程，极少损失和破坏、无溶剂残留、产品量高。

岳红坤等人在提取桂枝挥发油时发现，超临界CO2萃取法优于常规挥发油提取法，得到的提取液中桂皮醛含量较高；利用超临界CO2流体作溶剂进行萃取，由于其低温萃取和惰性气体的保护作用，防止了易挥发物质的氧化和逸散；利用超临界CO2萃取法生产周期短，在生产过程中不使用任何有机溶剂，从而保证了萃取物的全天然性[12]。

2.3 超声波提取法

用超声波提取法提取草本植物中有效成分，主要通过超声波的空化作用、机械作用和热作用，三者共同作用而提取。超声波的空化作用使液体内部产生无数个小气泡，气泡内部温度高达几千度和几千个大气压，可使植物细胞壁破坏。机械作用是不断对植物细胞搅动，加快有效成分溶解到介质中。与传统的蒸煮、浸泡、回流提取法相比，超声波提取法对草本植物提取速度快、效率高，所以超声波提取法提取效果优于其他方法。因此，已知超声波提取法的优点，建议将其引入到草本植物生物碱提取中去。

2.4 索氏提取法

索氏提取法流程简单、操作方便、提取效率高、消耗原料少等特点，是一种新型现代高科技分离技术，是对草本植物提取的有效手段。索氏提取器能多次提取生物碱，溶剂反复利用，是早已为人们广泛使用。据专家研究表明，索氏提取法的效果优于超声波提取法。索氏提取法适用于提取溶解度较小的物质，但当物质受热易分解和萃取剂沸点较高时，不宜用此方法。

2.5 微波萃取法

微波萃取法是将微波技术应用到药物提取中的一种方法，因微波具有穿透力强、选择性高、加热效率高等特点，因此微波提取反应时间短、提取率高、操作方便、装置简单、实验安全、迅速高效[13]。

3 天然药用果蔬保鲜剂的抑菌原理

天然药用果蔬保鲜剂含有特殊的化学物质，通过干扰病原体的细胞膜的结构，影响代谢过程中的某些酶系；从分子水平上，抑制DNA、RNA、脂类和蛋白质等物质的生物合成等。吴慧娟等利用透射电子显微镜和SDS-PAGE研究抑菌机理，认为神农香菊全草精油的抑菌作用位点可能位于细菌细胞膜上，通过破坏细胞膜的完整性，引起细胞裂解，使细胞内容物外泄，导致细胞死亡，从而达到抑菌的效果。土荆芥精油作用于植物病原真菌时，不改变菌丝DNA，但使菌丝体结构破坏，原生质体聚集，蛋白质缺失或增加，从而达到抑菌的目的。目前，植物精油的抑菌机理研究尚不完善，精油对植物病原菌是否还存在其他影响还有待于进一步研究[14]。罗曼等[15]的研究结果表明，果蔬保鲜剂成分柠檬醛能明显降低质膜[Na+，K+]-ATPase活性，破坏菌丝体，孢子质膜的分子结构，并改变其选择通透性，降低电导率，影响菌丝体对营养物质的吸收利用，是孢子失去萌发力而被杀死。还可以使菌丝体DNA、RNA、脂类和蛋白质等生物合成受到抑制，促进细胞死亡。在对柠檬醛胁迫环境下黄曲霉线粒体的变化研究中，通过透射电镜观察发现，柠檬醛使黄曲霉细胞内的线粒体增生，形态畸形或出现巨型线粒体，其原因有可能是柠檬醛进入线粒体后结合在碱基G（鸟嘌呤）上，使DNA合成发生差错，线粒体DNA表达的基因发生不可修复的损伤而导致DNA半自主复制失去控制。研究表明中草药提取物对微生物体内的还原型辅酶（NADH）与丁二酸脱氢酶（SDH）的活性，及有关的呼吸作用与细胞膜功能都有一定影响。

4 天然药用果蔬保鲜剂在果蔬保鲜上的应用

4.1 抽皮与乌饭树叶提取溶液

称取20g的抽皮装入广口三角瓶中，加入100g的乙醇，经超声波提取1h（重复3次）在向溶液中加入一定比例的乳化剂，得到的溶液以喷雾法处理番茄，然后与清水处理对照。实验发现，用抽皮提取溶液喷过的番茄的失水率为12.1%，而用清水喷过的番茄的失水率则高达86.4%，并且被抽皮提取溶液喷过的番茄比清水喷过的更不容易腐烂，保持新鲜度时间长，有效抑制番茄果实采后失水，延缓采后番茄的衰老，延长番茄在室温的贮藏寿命。乌饭树是生长在东北地区的一种树木，乌饭树的叶子不仅可以拿来当药材还可以用作保鲜剂的原料，因为乌饭树叶提取物因富含植物多酚类物质，而具有很强的抑酶性和抑菌性，是一种非常理想的天然食品防腐剂。用乌饭树叶提取物、杨梅树叶提取物与壳聚糖等按一定比例配制成一种尤其适用于杨梅、桑葚、草莓、樱桃等极易腐烂且无需去皮而直接入口的水果的果蔬保鲜剂[9]。

4.2 落魔芋与丁香提取物复合保鲜膜

提取3g魔芋葡甘聚糖、6g丁香提取物、20度恒温、再加蒸馏水配制成体积为1L的涂膜剂后对苹果浸涂2min。结果能显著地降低采后苹果腐烂率和失重率，抑制呼吸强度的上升和乙烯的生成，延缓呼吸高峰和乙烯释放高峰的出现时间，保持贮藏期苹果的硬度、可溶性、固形物和可滴定酸含量稳定，延缓VC的氧化分解，从而达到延缓苹果衰老和品质下降的目的。

4.3 中草药提取物复合半透膜保鲜剂

实验证明，高良姜、百步、虎杖、花椒、桂皮、丁香、大蒜、蒲公英等中草药，通过上述实验方法萃取，提取物与淀粉、高锰酸钾、硼砂、氢氧化钠等按照一定的比例配合制成不同复合半透膜果蔬保鲜剂。鸭梨收采后包装在室温下放置35天，仍保持较好的鲜度，营养成分损失少；番茄、青椒、青瓜等蔬菜的保鲜，在室温26～34℃条件下，存放于无直射光处可抑制蔬菜衰败，减少养分损失。番茄贮存18～24天后，除颜色略深外基本保持新鲜，而对照组已完全腐烂；青椒保存12～18天后，主要色泽由绿经黄变红，但未腐烂；青瓜可维持6～12天左右；苹果采收后经上述保鲜剂处理可保存6个月基本无损耗；番茄、茄子、黄瓜经上述保鲜剂处理后在10～15℃温度下可保存2个月[10]。此保鲜剂还可以用作其他果蔬的保鲜。该研究成果已在国际同类研究中处于领先水平[7]。

5 问题与展望

综上所述，对果蔬保鲜作用的中草药有很多，只要按一定比例调配，制成天然药用果蔬保鲜剂都有对微生物抑制活性，调控微生物的生理代谢，起到对果蔬的保鲜作用。但是目前，研究开发的天然药用果蔬保鲜剂对果蔬保鲜作用不大，提取物少、用量大，且处理后会留下酸味、香辛料与其他异味。虽然这几年对果蔬保鲜的研究应用方面取得明显的成就，但在天然果蔬保鲜剂的保鲜机理及多种复合型保鲜剂的研究还需进一步完善，尤其是将上述多种中草药保鲜剂科学调和配制具有良好综合保鲜效果的复合型天然保鲜剂，比如中草药提取物与一定的配料制成复合保鲜膜是一种比较合理的选择，并且天然药用保鲜剂的开发是一个重要的方向。除此之外，海南黎药对微生物有一定的抑制作用，我们可以对海南黎药加深研究，开发高效、无毒、无污染、多功能的果蔬保鲜剂，这将是今后果蔬保鲜包装新的方向。据专家预测，今后中草药提取物与其他技术结合并用，对果蔬保鲜包装起着十分作用。

［1］哈斯格根,艾启俊,魏月琴,吴振宇,等.中草药提取物对蔬菜两种采后病原真菌的抑菌活性研究[J].北京农业学院学报,2009,24(1):20.

［2］高海生.天然果蔬保鲜剂的应用[J].全国食品添加剂通讯,1991(1):33-34.

［3］高海生.介绍几种天然果蔬保鲜剂[J].世界农业,1990(4):44-46.

［4］何燕文,韦剑锋.中草药提取物保鲜果蔬的应用研究概述[J].广西农业科学,2005,36(1):127-129.

［5］杨勇.天然保鲜剂保鲜肉类的应用研究及现状[J].四川农业大学学报,1999,17(1):90-94.

［6］高海生.天然果蔬保鲜剂的研究进展[J].河北农业技术师范学院学报,1995,9(4):52.

［7］杜传来,王佳红,有志芳.天然果蔬保鲜剂的研究与应用[J].食品工业科技,2004,25(5):135.

［8］金玺.我国药用植物资源利用的研究[J].中国资源综合利用,2011,29(4):39.

［9］刘娅玲,郑艳.中草药型果蔬防腐保鲜剂研究进展[J].食品工业科技,2012,33(7):451.

［10］朱元龙.中草药在果蔬保鲜中的应用[J].福建农业,2009(4):33.

［11］刘峰,苏英英.中药挥发油提取分离方法的改进[J].南京林业大学中成药,1997,10:134-136.

［12］张静,布仁,李浩,刘乐乐,等.中蒙药材挥发油提取方法及影响因素的研究进展[J].内蒙古医科大学学报,2013,35(S2):418.