植物源防腐剂的抑菌机理及其在生鲜湿面保鲜中的应用

摘要生鲜湿面虽深受消费者喜爱，但由于其水分含量高，极易腐败变质，严重制约了其工业化生产，添加防腐剂是解决该问题的常用方法之一。随着人们对健康饮食和食品安全意识的增强，植物源防腐剂的开发应用成为生鲜湿面防腐保鲜领域中的一个重要方向。目前，在生鲜湿面防腐保鲜中应用较为广泛的植物源防腐剂主要有香辛料、中草药提取物、植物精油、茶多酚、大豆球蛋白碱性多肽、亚麻籽粉、荸荠皮、葡萄籽和柠檬提取物。该文综述了上述植物源防腐剂独立处理或与其他技术相结合对生鲜湿面防腐保鲜效果及品质的影响，将植物源防腐剂的抑菌机理概括为破坏细胞壁和细胞膜体系、破坏蛋白质和遗传物质的结构及干扰细胞内能量代谢过程3个方面，并指出了目前植物源防腐剂的开发及其在生鲜湿面防腐保鲜应用中存在的问题及今后的发展方向,以期能为生鲜湿面防腐保鲜和工业化生产提供一些参考。

关键词植物源防腐剂；抑菌机理；生鲜湿面；防腐保鲜；应用分析

引用格式:张庆霞.植物源防腐剂的抑菌机理及其在生鲜湿面保鲜中的应用[J].食品与发酵工业,2020,46(21):310-316.ZHANG Qingxia.Antimicrobial mechanism and application of plant preser ati es in fresh wet noodles preser ation[J].Food and Fermentation Industries,2020,46(21):310-316.

Antimicrobial mechanism and application of plant preser ati es in fresh wet noodles preser ation

ABSTRACT Fresh wet noodles are fa ored by consumers; howe er, its high moisture content leads to fast spoilage, thus has seriously restricted its industrial production. Adding preser ati es is one of the common methods to sol e the problem. With the enhancement of people's awareness of healthy diet and food safety, the de elopment and application of plant preser ati es has become an important trend in fresh wet noodles preser ation. At present, plant preser ati es used for fresh wet noodles preser ation include spices, Chinese herbs extracts, plant essential oils, tea polyphenols, glycinin basic polypeptide, flaxseed meal, and the extracts from Eleocharis tuberosa peel, grape seed and lemon. This article summarizes the effects of these plant preser ati es, indi idually or in combination with other treatments, on the preser ation and quality of fresh wet noodles. The bacteriostatic mechanism of plant preser ati e is summarized in three aspects: destroying cell wall and cell membrane system, destroying the structure of protein and genetic material, and interfering with the process of energy metabolism in cells. Besides, the existing problems and future de elopment direction are discussed so as to pro ide reference for industrial production of fresh wet noodles.

Key words plant preser ati e; antimicrobial mechanism;fresh wet noodles; preser ation; application analysis

面条是我国人民的传统主食，具有悠久的历史，早在东汉年间便有记载。近年来，随着人们生活水平的提高，生鲜湿面因新鲜、口感劲道，面香味浓郁，且在制作过程中不经煮熟也没有用酸浸泡，保留了面条的原始风味及营养价值[1]，从而深受人们喜爱。但生鲜湿面含水量大，水分活度高，微生物易于生长繁殖，导致其货架期极短，严重制约了其大规模工业化生产。目前，生鲜湿面在我国虽然销量很大，但大多来自小作坊，质量参差不齐，生产卫生与安全难以保证。因此，生鲜湿面的防腐保鲜问题已成为当前面条行业的一个重要研究课题。

生鲜湿面的防腐保鲜技术有热杀菌、非热杀菌、添加防腐剂等不同的方法，其中添加防腐剂因不需要设备、成本低、简便高效而被广泛应用。防腐剂按来源不同分化学防腐剂和天然防腐剂，化学防腐剂可能会对人体产生潜在的危害。近年来，随着人们对健康饮食和食品安全意识的增强，人们对化学防腐剂的接受度逐渐降低，天然防腐剂的开发成为食品科学研究的热点之一。天然防腐剂是从植物、动物和微生物的代谢产物中提取出来的天然物质，安全无毒，符合人们对食品健康、安全的消费理念。按来源不同，天然防腐剂可分为植物源、动物源和微生物源3类。我国植物资源丰富，为植物源天然防腐剂的开发提供了宝贵的物质基础。植物源天然防腐剂的植物来源主要有香辛料、中草药、果蔬、野生植物及其他来源[2]。目前，许多植物源天然防腐剂的抗菌活性和安全性已经通过实践得已证明，并在果蔬、水产品及肉制品等食品中被广泛应用[3]。植物源天然防腐剂在生鲜湿面防腐保鲜中也有应用，但研究相对较少，更缺乏系统性的分析和总结，鉴于此，本文对植物源天然防腐剂的抑菌机理及其独立处理或与其他技术相结合在生鲜湿面防腐保鲜中的应用现状进行了综述，并对其在生鲜湿面防腐保鲜的发展方向进行了展望，以期能为生鲜湿面防腐保鲜和工业化生产提供一些参考。

1 植物源防腐剂在生鲜湿面保鲜中的应用分析

1.1 香辛料

香辛料不仅可用于食品调味，其防腐作用也很早就被古人所利用。目前，香辛料的抑菌活性在食品、医学和化妆品等行业均有研究，具有巨大的开发潜力和广阔的应用前景[4]。

1.1.1 香辛料独立处理应用分析

目前，香辛料在生鲜湿面防腐保鲜中的应用主要有超微细粉碎产品和粗提物2种形式。吴迪等[5]将干辣椒粉碎后过100目筛，与小麦粉混合制作生鲜面，发现在最佳工艺条件下(辣椒粉、水、盐添加量分别为0.6%、33%、1.0%)制作的辣椒生鲜面，在4 ℃条件下的保鲜期比空白组延长了约50 h。洋葱皮中含有丰富的黄酮类物质，具有抑菌、镇痛及提高免疫力等多重功效[6]，洋葱皮水提物在生鲜面保鲜中也有应用。张译心等[7]发现洋葱皮水提物对生鲜面具有较好的保鲜效果，用洋葱皮水提物和面制作的生鲜面，刚制成时菌落总数仅为空白组的2/3，4 ℃冷藏存放第5天时微生物仍低于国家限量值，而空白组此时微生物已明显超标。

香辛料对生鲜湿面虽有较好的保鲜效果，但对生鲜湿面的蒸煮品质也有不良影响。相关研究发现，香辛料的添加使生鲜湿面的蒸煮损失率和断条率加大[5,7]，且蒸煮损失率随香辛料添加量的提高而增大[5]，因此应合理控制香辛料的添加量。

1.1.2 香辛料与其他防腐剂复合处理的应用分析

香辛料与其他天然防腐剂复合处理在鲜湿面防腐保鲜中也有应用。毛汝婧[8]研究发现，桂皮、花椒、草果、姜、胡椒5种香辛料乙醇提取物对鲜湿面均有一定的保鲜效果，桂皮、花椒、草果和乳酸链球菌素复合保鲜液(质量浓度分别为5、5、2.5和5 mg/mL)可使鲜湿面保质期达到 34.85 d(煮后湿面冷水冲淋 20 s后在复合保鲜液中浸泡1 min，然后于通风橱中吹干进行真空包装，37 ℃储存)，高于正交试验各组结果。

我国香辛料种类繁多，但目前在生鲜湿面防腐保鲜中的应用还较少。香辛料作为一种常用调味品用于生鲜湿面的保鲜，不仅能延长其货架期，还能改善其风味，丰富其品种，满足不同消费者的需求，是今后开发研究的一个重要方向。

1.2 中草药

我国拥有丰富的中草药资源，其中上千种中草药具有抗菌作用。作为天然的抗菌剂，中草药提取物具有低毒、高效、广谱抗菌性等优点，目前已广泛应用于食品保鲜中，受到越来越多科研工作者的关注[9]。

1.2.1 中草药提取物独立处理的应用分析

在中草药对生鲜湿面防腐保鲜方面，周其中等[10-11]将虎杖、黄苓和苦参3种中草药提取液按1∶1∶1的质量比混合，发现3种中草药混合液可有效抑制生鲜湿面中细菌和霉菌的生长，抑菌效果随其添加量的增加而增强，但添加量过高对面条风味有一定影响，结合感官评分，最佳添加量为1.5 mg/kg；此外，提取液还有助于改善面团的流变学特性，使面团稳定时间、形成时间增加，弱化度降低，从而有利于提高面条的嚼劲；不足之处是提取液只适用于生鲜湿面短时间贮藏保鲜，长时间保鲜效果欠佳，其作用机理尚须进一步研究探讨。

1.2.2 中草药提取物与其他防腐剂复合处理的应用分析

在中草药提取物与其他防腐剂的复合应用方面，周柏玲等[12]研究了中草药提取液、溶菌酶和酸对杂粮鲜湿面的保鲜效果，结果表明，三者复合处理具有协同增效作用，将鲜湿面煮后经水洗、复合保鲜液中浸泡5 min、通风橱中吹干(10 min)后进行真空包装，常温下可存放120 d以上，抑菌保鲜效果显著。

虽然我国中草药资源丰富，但目前中草药在生鲜湿面保鲜方面的研究还很少，今后有必要加强这方面的研究，在利用其抑菌保鲜功效的同时，针对不同人群，开发出药食同用的营养保健面条。

1.3 植物精油及单离香料

植物精油潜在的生物活性如抗菌、抗氧化性、抗炎等药理功效使其在食品、医药等行业具有广阔的应用价值[13]，是人类开发绿色天然防腐剂的重要原料。相比其他植物源防腐剂，植物精油及单离香料在生鲜湿面防腐保鲜中研究较多。

1.3.1 植物精油及单离香料独立处理应用分析

研究表明，许多植物精油及单离香料能显著抑制鲜湿面中细菌、霉菌和酵母菌的生长，延长鲜湿面的货架期。目前，植物精油及单离香料主要以气相熏蒸的形式应用于鲜湿面杀菌保鲜中。影响植物精油及单离香料防腐保鲜效果的因素主要有精油及单离香料的浓度和种类、微生物种类、作用时间等(表1)。相关研究发现，单离香料抑菌效果相对优于植物精油，单离香料和精油对霉菌的抑菌效果优于细菌，这种抑菌效果的差异可能与精油主要成分含量、挥发性和作用靶点的不同相关[14]。

1.3.2 植物精油及单离香料与其他保鲜技术复合处理应用分析

相比其他植物源防腐剂，植物精油及单离香料与其他技术复合处理在生鲜湿面防腐保鲜中的研究较多。周小伟等[15]研究了迷迭香精油与微波复合处理对鲜湿面保质期的影响，发现在800 W功率下将面粉微波处理30 s后制成鲜湿面，再用体积分数为0.10 μL/mL的迷迭香精油对其进行气相熏蒸，可使鲜湿面在25、4 ℃下的保质期分别从单独微波处理的64 h、17 d延长至4 d、24 d，同时，湿面的酸度降低。谢佩文[18]先用热处理将鲜湿面水分降到25%左右，再用茴香脑与百里香酚复配物对其进行气相熏蒸，结果表明，茴香脑与百里香酚复配物与热处理复合处理具有互补增效作用，能明显延长鲜湿面的保质期，当复合香料体积分数为0.05 μL/mL时，经热处理的鲜湿面在30 ℃贮藏8 d，霉菌数和菌落总数均<10 CFU/g。吴克刚等[19]发现糖醇(山梨糖醇和海藻糖质量比例3∶2，添加量为6%制作生鲜湿面)、热处理(105 ℃ 加热生鲜湿面8 min)及复配精油气相熏蒸(百里香酚与肉桂醛复配，体积分数为0.05 μL/mL)三者复合处理具有协同增效作用，可使生鲜湿面具有更长的货架期。

植物精油及单离香料与其他技术复合处理不但有利于延长鲜湿面的保质期，同时也有利于提高鲜湿面贮藏期的品质。周小伟[16]研究发现，面粉微波处理后制成的鲜湿面，经精油气相熏蒸后，无论是在常温25 ℃还是在冷藏4 ℃条件下贮藏，鲜湿面的整体感官评分、湿度、白度均优于空白组，而酸度则得以有效控制。

1.4 茶多酚

茶多酚是从茶叶中提取的多酚类物质的总称，对多种食源性致病菌均有较好的抑制效果，近年来在食品贮藏保鲜中被广泛应用[20]。

1.4.1 茶多酚独立处理应用分析

目前，茶多酚主要以溶于和面用水中的方式在生鲜湿面杀菌保鲜中得以应用。喻凤香等[21]将0、0.2%、0.4%、0.6%的茶多酚溶于和面用水中，用米糠面粉混合粉(米糠过40目筛、添加量30%)制作即食型米糠方便湿面，结果发现，0.4%的添加量能有效控制其酸败，0.6%的添加量能有效延缓其褐变过程。胡思等[22-23]将0.3%、0.6%、0.9%、1.2%的茶多酚溶于小麦粉和面用水中，制成生鲜面，发现茶多酚可有效延长生鲜面的保质期，且保鲜效果随茶多酚添加量的增加而增强，添加量为0.3%时抑菌效果并不明显，添加量增大至0.6%时抑菌效果已显著增强，但添加量超过0.9%后抑菌效果增加不显著。添加量为0.9%时，生鲜面在4、25 ℃贮藏条件下保质期分别由 9.1 d、8.5 h延长至 17.0 d、30.5 h左右；面条的拉断力、硬度和咀嚼性等质构参数随添加量的增加先增加后减小，在添加量为0.9%时均达到最大。但由于茶多酚极易溶于水，具有强亲水性，使面条蒸煮损失率升高。

1.4.2 茶多酚与其他技术复合处理应用分析

目前，茶多酚与其他保鲜剂复合处理在水产和畜肉等制品中均有研究，但在生鲜湿面防腐保鲜方面，还未见报道。但张珂[24]研究了茶多酚与醇溶蛋白相互作用对生鲜面品质及保鲜效果的影响，发现茶多酚与醇溶蛋白相互作用对生鲜面的蒸煮品质、质构特性及保鲜效果均有一定的影响：当固定茶多酚添加量为0.9%，醇溶蛋白添加量为0、0.3%、0.5%、0.7%、1.0%五个浓度梯度时，生鲜面蒸煮损失率均高于空白组，且随醇溶蛋白添加量的增大蒸煮损失率逐渐降低；醇溶蛋白添加量为0.5%时，面条的拉断力、硬度和咀嚼性最低，且明显低于空白组，高于或低于0.5%时，面条的硬度和咀嚼性都高于0.5%组。这可能是由于0.9%茶多酚和0.5%醇溶蛋白混合时结合率最大，产物对面条拉断力、硬度和咀嚼性有降低作用；茶多酚与醇溶蛋白结合对生鲜面抑菌效果弱于单纯添加茶多酚，其具体作用机理还有待于进一步研究。

除了抑菌作用，茶多酚还可吸附食品中的异味，保护食品中的维生素及色素，此外，还具有防癌、降血压、抗衰老等保健功能。但目前，茶多酚在生鲜湿面防腐保鲜中的研究还较少，未来值得深入研究。

1.5 其他植物源防腐剂

1.5.1 大豆球蛋白碱性多肽

大豆球蛋白碱性多肽是从大豆球蛋白中分离提取的一种阳离子肽，具有性质稳定、高效抗菌性等特点[25]，对金黄色葡萄球菌、李斯特菌、枯草芽孢杆菌、肠炎沙门氏菌及大肠杆菌等革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌均有明显的抑制作用[26]。HOU等[27]研究发现，大豆球蛋白碱性多肽能有效抑制黑曲霉和青霉菌的菌丝生长和孢子萌发，并能提高鲜湿面条的感官评分，2.0 mg/mL的添加量可使鲜湿面条在4 ℃条件下保藏4 d。大豆球蛋白碱性多肽作为一种良好的天然防腐剂应用于鲜湿面条的贮藏保鲜中，不仅能显著抑制鲜湿面中致病菌的生长，延缓其腐败变质，延长其保质期，还能改善其感官品质及质构特性，提高其营养价值[25]，具有广阔的发展前景。

1.5.2 荸荠皮提取物

荸荠皮提取物含有甾醇类、黄酮类、酯类和有机酸类等抑菌物质，对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、李斯特菌和巨大芽孢杆菌均具有抑制作用[28]，可有效延长食品的货架期。姚晓玲等[29]发现荸荠皮提取物对保鲜面团抑菌效果良好，添加量为 0.5%时，面团的保质期长于添加量为 0.3%的山梨酸钾和添加量为 0.02%的乳酸链球菌素，且对面团的色泽、气味和组织结构几乎没有影响。

作为药食兼用的食物，荸荠深受消费者喜欢。我国荸荠资源丰富，据报道，我国荸荠产量占世界总产量的95%以上[30]，研究发现荸荠皮的抑菌效果优于其果肉[31]，因而将荸荠皮提取物作为防腐剂用于生鲜湿面的保鲜，市场潜力巨大。

亚麻籽中含有多种对人体有益的成分，同时也具有一定的抑菌功效[32]。XU等[33]将亚麻籽粉以0%、6%、9%、12%、15%的添加到鲜湿面中，发现亚麻籽粉具有较好的抑菌活性，其抑菌作用随浓度的增加而增强，9%或更高质量分数的亚麻籽粉可显著降低鲜湿面在贮藏过程中的霉菌数，有效延长鲜湿面的保质期。

1.5.4 葡萄籽、柠檬提取物

葡萄籽提取物中含有丰富的多酚类物质，安全无毒，可广泛应用于食品保鲜领域[34]。柠檬提取物具有较强的生物活性，能有效抑制真菌、细菌及病毒的生长繁殖，且没有毒副作用[35]。DEL NOBILE等[36]发现葡萄籽、柠檬提取物在一定程度上均能抑制通心面中微生物的生长。

我国植物资源丰富，许多植物提取物具有抑菌抗菌等生物活性。按抑菌活性成分的不同，植物提取物可分为生物碱类、有机酸类、挥发油类、黄酮类、多酚类、多糖类、皂苷类与单宁类8大类[37]。但是目前植物源防腐剂在生鲜湿面防腐保鲜中的研究多是对植物提取物抑菌特性及保鲜效果的研究，对抑菌成分的研究还不够深入，也缺乏按抑菌成分的不同进行的系统分类研究。

2 植物源防腐剂的抑菌机理

目前国内外对植物源防腐剂的抑菌机理研究还不够深入，总结现有的研究成果，主要有以下3个方面[3,37-39]：

2.1 破坏细胞壁和细胞膜体系

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，使细胞壁和细胞膜的结构被破坏，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。许多学者通过实验证实了上述抑菌机理。张添菊[39]通过研究麝香草酚、肉桂醛、绿原酸3种植物防腐剂对单增李斯特菌细胞膜通透性及损伤情况的影响，研究了植物防腐剂的抑菌机理，结果发现，3种防腐剂均使细胞膜上蛋白质缺失，细胞膜上离子通道被打开，细胞膜通透性发生改变并受到不同程度的损伤，菌体内重要蛋白及细胞液发生泄露。陈琛等[40]发现茶多酚的抑菌机理是破坏细菌细胞膜的结构、增强细胞膜的通透性，导致细胞内容物外泄，从而达到杀菌抑菌的目的。

2.2 破坏蛋白质和遗传物质的结构

通过破坏微生物细胞膜的结构，小分子的防腐剂穿过细胞膜与细胞内的极性物质结合，使蛋白质合成受阻，DNA无法复制，遗传物质及遗传因子的合成改变，从而影响微生物体内功能性蛋白或酶的活性，抑制其生长。ULANOWSKA等[41]和GRADISAR等[42]发现多酚类植物防腐剂进入受试细胞后，能够抑制DNA和RNA的合成，降低细胞遗传物质的表达。

2.3 干扰细胞内能量代谢过程

通过抑制微生物的呼吸作用，使所有的合成代谢活动受阻，动态膜结构不能维持，代谢方向趋于水解，最终导致细胞自溶。相关研究发现，萜类植物防腐剂可能是通过影响微生物的呼吸作用而起到抑菌作用的，而植物精油可通过破坏线粒体的膜等造成线粒体结构异常，破坏细胞的能量代谢从而达到抑菌杀菌的目[43]。此外，植物源防腐剂还可以通过干预微生物细胞信号的传导过程使能量代谢过程受到干扰。

尽管植物源防腐剂的抑菌机理总的来讲可总结为以上3个方面，但其抑菌机制却十分复杂。不但不同防腐剂的抑菌机理不尽相同，同一防腐剂的抑菌机理也可能不是通过单一方面起作用的，且随其浓度不同，同一防腐剂的抑菌机理也可能不尽相同。王海涛[44]发现大豆异黄酮是通过破坏金黄色葡萄球菌细胞膜和细胞壁的完整性，抑制其呼吸代谢，同时还通过抑制酶的活性来进一步抑制菌体蛋白质、DNA和RNA的合成来实现抑菌的目的。陈帅等[45]研究发现，不同浓度的肉桂醛抑菌机理不尽相同：低浓度的肉桂醛是通过与细胞内的蛋白等因子相结合，抑制遗传物质的聚合，阻止细胞的分化而起到抑菌作用；半致死浓度的肉桂醛是通过抑制细胞内三磷酸腺苷蛋白酶的活性，影响细胞的供能及生物膜的合成而达到抑菌的目的；致死浓度的肉桂醛是通过抑制细胞膜上酶的活性，调节细胞膜流动性，破坏细胞的正常代谢而达到抑菌作用的。

3 结语与展望

生鲜湿面的防腐保鲜是当前面条工业化生产面临的重大挑战。添加防腐剂是解决该问题的常用方法。随着人们对健康饮食和食品安全意识的增强，植物源天然防腐剂的开发成为食品科学的研究热点之一。香辛料、中草药提取物、植物精油、单离香料、茶多酚、大豆球蛋白碱性多肽、亚麻籽粉、荸荠皮、葡萄籽和柠檬提取物等植物源天然防腐剂独立处理或与其他技术相结合对生鲜湿面均具有良好的杀菌保鲜效果。因此，植物源天然防腐剂的开发应用将会成为未来生鲜湿面防腐保鲜领域中的一个重要方向。

但是目前，植物源天然防腐剂的开发及其在生鲜湿面防腐保鲜的应用还存在以下问题：(1)有些植物源天然防腐剂的抑菌机理尚不明确，对生鲜湿面防腐保鲜的研究多集中在对保鲜效果的研究，缺乏对保鲜机制的深入探讨;(2)目前研究或投入使用的大部分植物源防腐剂为粗提物，为成分不明确的混合物，对其主要抑菌有效成分的研究还不够清楚;(3)国内外针对植物提取物中各类有效成分的提取工艺与配方暂时还未得到完善，提取过程或多或少会对其有效成分造成破坏,导致提取效率降低，也会有一些不需要的化合物掺杂，使提取纯度降低，对植物提取物的稳定性与有效性产生不利影响[37];(4)植物源防腐剂间及其与其他防腐剂和防腐保鲜技术协同增效作用的研究还不够深入。因此，在今后的工作中，应加强这些方面的研究工作。此外，还应对其现有标准或规定等内容不断地进行补充、完善，以推动植物源天然防腐剂在生鲜湿面防腐保鲜中的应用。

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