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      以拮抗微生物抑制病原菌 保障果蔬食用安全
      來源:中國安全食品網 2022/7/15 15:37:53

      江蘇大學食品與生物工程學院副院長 張紅印

        果蔬對促進人類營養均衡起著至關重要的作用。隨著我國人民生活水平的提高及營養知識的普及,果蔬的消費量大幅增加。果蔬在采后貯運階段易因病原菌侵染而產生病害,造成腐爛變質。傳統上,通過使用化學殺菌劑防治果蔬采后病害,但殺菌劑的殘留易對消費者的健康造成危害。為了保障果蔬的食用安全,利用拮抗微生物對果蔬采后病害進行生物防治的方法成為研究熱點。中食智庫專家、江蘇大學食品與生物工程學院副院長張紅印表示,目前,我國在拮抗微生物的篩選、生物防治的機制、提高生物防治效力以及拮抗微生物制劑化方面均取得了較大進展,加快了果蔬采后病害生物防治的商業化進程,對于助力我國果蔬產業的快速、健康發展和鄉村振興具有重要意義。

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      果蔬采后病害及其危害

        果蔬作為人們日常飲食中必不可少的一類食物,可以提供其他類食物所缺乏或含量較少的維生素、礦物質和生物活性成分等營養健康成分。隨著國民經濟的發展,人們對果蔬的需求量越來越大,對果蔬品種的需求也不再局限于當地特產,果蔬的供應期也從當季供應變成全年供應。大多數果蔬的種植具有地域性和季節性的特點。因此果蔬采后往往需要長時間貯藏和遠距離運輸。

        果蔬具有脆嫩多汁等特性,在采后貯運和銷售過程中極易遭受病原菌侵染而產生病害,導致果實腐爛變質,給產業帶來了巨大的經濟損失,如蘋果和梨的青霉病和灰霉病,桃、杏、李、櫻桃的灰霉病和軟腐病,柑橘類的綠霉病和青霉病,葡萄的灰霉病和黑斑病,番茄的灰霉病和黑斑病等。

        病原真菌侵染不僅會導致果蔬腐爛變質,更重要的是很多病原真菌會產生次生代謝產物——真菌毒素,從而污染果蔬及其加工品(果汁、果酒等),對消費者健康造成危害,如展青霉素、赭曲霉毒素A等。因此,必須采取有效、安全的措施防治果蔬采后病害。

      應用多種防治方法

        傳統的防治果蔬采后病害的方法包括物理方法和化學方法。

        物理方法主要是通過低溫貯藏、熱處理、氣調貯藏、臭氧處理等方式,抑制病原微生物的活性或直接殺死病原微生物。低溫貯藏是果蔬采后保鮮最常見的物理方法,但是低溫貯藏對設備要求高、能耗大,間接地提高了控制果蔬采后病害的成本。熱處理可以顯著降低果蔬采后病害的發病率,但該方法易對果蔬的感官品質產生不良影響,且能源消耗較高。因此,雖然這些方法操作簡易、效果較好,但在實際應用中卻受到限制。

        化學方法主要是利用傳統的化學殺菌劑(如仲丁胺、多菌靈、咪唑、甲基托布津等)來抑制或殺死病原微生物,其作用機理清楚、效價高,在實際使用中能顯著降低病原菌侵染造成的果蔬腐爛,降低經濟損失,是控制果蔬采后病害常用且有效的傳統方法。然而,對傳統化學殺菌劑的過度依賴導致了各種問題的出現,如病原菌耐藥性的產生、對生態環境的破壞,尤其是殺菌劑的殘留對于食用者健康的危害,越來越受到食品科技工作者及國家相關監管機構的關注。

        《中國居民平衡膳食寶塔(2022)》將食物分為谷薯類、蔬菜水果、畜禽魚蛋奶類、大豆和堅果類以及烹調用油鹽五大類。因此,果蔬類食品的食用安全性不容小覷。必須尋找可替代化學殺菌劑的安全、有效的新方法防治果蔬采后病害,以保障人們日常食用果蔬的安全性。

        生物防治方法是利用拮抗微生物通過物種之間的相互作用來抑制病原菌的生長繁殖,從而控制果蔬采后病害,抑制真菌毒素的產生。生物防治方法因具有安全、對環境友好和不引起病原菌產生耐藥性等優點,逐漸成為控制果蔬采后病害研究的熱點,并有望在將來取代化學殺菌劑的使用。

        截至目前,科研人員已分離出數百種拮抗微生物,包括細菌、霉菌和酵母菌等。其中,拮抗酵母菌由于抑菌能力強、安全性高、對營養要求低、生長繁殖快、對逆境具有較強的耐受能力,而成為控制果蔬采后病害的常用菌種。拮抗酵母菌對大多數化學殺菌劑不敏感,與某些化學物質(如植酸)結合使用還能提高其防治效果,也能與其他控制方法相容,目前已廣泛用于葡萄、梨果、蘋果、柑橘、草莓、番茄、蘆筍等多種果蔬采后病害的控制,且已取得了良好的效果。

      利用拮抗酵母防治機制

        拮抗酵母控制果蔬采后病害的機制主要包括以下三個方面。

        一是拮抗酵母與病原菌競爭營養與空間,從而抑制病原菌生長。拮抗酵母適應性強,繁殖速度快,能夠比病原菌更快地占據果實傷口、表面或者表皮氣孔等空間位點并進行繁殖,使得病原菌無法獲得足夠的空間和營養物質,從而抑制果蔬病害的發生。

        二是拮抗酵母對果蔬采后病害病原菌的重寄生作用。電子顯微鏡下能夠清楚地看到拮抗酵母黏附于病原菌菌絲體上,導致菌絲畸形,并且部分菌絲結構遭到破壞,有明顯的凹陷和坍塌。

        三是誘導提高果蔬抗病性。與前兩者相比較,這是一種相對復雜的作用機制。拮抗酵母可以通過激活宿主防御反應相關信號轉導通路、誘導防御反應基因和蛋白的表達;誘導提高果蔬抗氧化能力;誘導果蔬產生抗病性物質的方式,提高果蔬的抗病性。

      提高拮抗酵母生物防治效力

        雖然已有的研究結果表明,拮抗酵母菌在防治果蔬采后病害方面具有較好的效果,但與化學殺菌劑相比,其防治效力仍不夠理想。因此,需要不斷探索提高拮抗酵母對果蔬采后病害防治效力的措施。

        拮抗酵母與其他方法如物理方法、化學添加物以及低劑量化學殺菌劑等結合使用,可提高其生物防治效力。其中,與物理方法結合使用較為常見,如與臭氧結合使用,可顯著提高羅倫隱球酵母對草莓灰霉病的防治效果;與化學物質結合使用目前也取得了顯著的效果。

        單一拮抗菌的抗菌譜窄且對生存環境依賴性較高,為了提高拮抗菌的生物防治效力,基于復合拮抗菌的果蔬病害控制研究已成為熱點。兩種拮抗酵母羅倫隱球酵母和紅冬孢酵母結合使用,對柑橘采后病害的生物防治效果要顯著優于各自單獨使用時的效果;漢遜德巴利酵母和細菌嗜根寡養單胞菌結合使用,也可有效抑制甜瓜果腐病的發生。附生及內生微生物在果蔬防御中可能發揮著重要作用,因此,利用微生物組學等技術手段分析果蔬附生及內生菌群落變化,篩選核心微生物,有利于構建復合微生物菌群,以增強其對果蔬病害控制效力。

      加快產業化進程

        對果蔬病害進行生物防治研究的最終目的是將拮抗微生物應用于實際生產中,因此拮抗微生物制劑的制備是關鍵環節之一。制劑在制備、運輸和保存過程中易受到高溫、干燥、氧化等不良因素的影響,導致活菌數下降,從而影響其穩定性、貨架期及生物防治效力。這可通過建立高活力拮抗微生物制劑的制備技術來解決。優良的制備技術不僅能夠提高制劑中拮抗微生物的存活率、增強其穩定性,同時能減少生產成本,對于加速拮抗微生物在果蔬病害防治中的實際應用非常重要。

        微生物制劑可分為液體制劑和固體制劑兩種形式。液體制劑雖然成本相對較低,但保存期較短,生物防治效力不穩定。海藻糖、半乳糖、脫脂乳粉等作為保護劑應用于液體制劑的制備可顯著提高拮抗微生物的活性及保藏期。固體制劑具有保藏期長、不易受污染,便于貯藏、運輸及質量控制等優點,其制備常用冷凍干燥法和噴霧干燥法等。冷凍干燥法制備的固體制劑活菌數高,是目前較為常用的固體制劑制備方法,但該方法干燥時間長,且成本較高。噴霧干燥具有干燥迅速、工藝簡單、可連續化生產等優點,所需費用比冷凍干燥法低6—10倍,干燥時間也顯著縮短,通過該方法制備的固體制劑通常能在低溫和常溫下長時間保持高活性。

        目前,國外已有部分生物防治制劑產品投入商業使用。我國對于果蔬采后病害生物防治的研究起步較晚,尚處于推廣試用階段,在實際生產中還未有大規模應用。因此,果蔬采后病害生物防治的研究和應用技術的開發尚需要科研人員繼續努力,加快其產業化進程,助力于我國果蔬安全的保障,服務于國家健康戰略。

       

      《中國食品報》(2022年07月15日04版)

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