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以拮抗微生物对付病原菌 护果蔬健康保食用安全

时间:2022-09-18 16:54  作者:admin  来源:未知  查看:  
内容摘要:果蔬对促进人类营养均衡起着至关重要的作用。随着我国人民生活水平的提高及营养知识的普及,果蔬消费量大幅增加。果蔬在采后贮运阶段易因病原菌侵染而产生病害,造成腐烂变质。传统上通过使用化学杀菌剂防治果蔬采后病害,但杀菌剂的残留易对消费者健康造成...

  果蔬对促进人类营养均衡起着至关重要的作用。随着我国人民生活水平的提高及营养知识的普及,果蔬消费量大幅增加。果蔬在采后贮运阶段易因病原菌侵染而产生病害,造成腐烂变质。传统上通过使用化学杀菌剂防治果蔬采后病害,但杀菌剂的残留易对消费者健康造成危害。为了保障果蔬的食用安全性,利用拮抗微生物对果蔬采后病害进行生物防治的方法成为研究的热点。

  中食智库专家、江苏大学食品与生物工程学院副院长张红印表示,目前,我国在拮抗微生物的筛选、生物防治的机制、提高生物防治效力以及拮抗微生物制剂化方面均取得了较大进展,加快果蔬采后病害生物防治的商业化进程,对于助力我国果蔬产业的快速、健康发展和乡村振兴具有重要意义。

  作为人们日常饮食中必不可少的一类食物,果蔬可以提供其他类食物所缺乏或含量较少的维生素、矿物质和生物活性成分等营养健康成分。大多数果蔬的种植具有地域性和季节性的特点。随着国民经济的发展,人们对果蔬的需求量越来越大,对果蔬品种的需求也不再局限于当地特产,果蔬的供应期也从当季供应变成全年供应。目前,我国果蔬种植面积和产量位居世界首位。

  果蔬具有脆嫩多汁等特性,在采后贮运和销售过程中极易遭受病原菌侵染而产生病害,导致果实腐烂变质,给产业带来巨大经济损失,比如苹果和梨的青霉病和灰霉病,桃、杏、李、樱桃的灰霉病和软腐病,柑橘类的绿霉病和青霉病,葡萄的灰霉病和黑斑病,番茄的灰霉病和黑斑病等。病原真菌侵染不仅会导致果蔬腐烂变质,更重要的是很多病原真菌会产生有毒的次生代谢产物——真菌毒素,从而污染果蔬及其加工品(果汁、果酒等),对消费者健康造成危害,比如扩展青霉侵染苹果产生展青霉素(又称棒曲霉素)、炭黑曲霉侵染葡萄产生赭曲霉毒素A(OTA)等。因此,必须采取有效、安全的措施防治果蔬采后病害。

  传统的防治果蔬采后病害的方法包括物理法和化学法。物理方法主要是通过低温贮藏、热处理、气调贮藏、臭氧处理等方式,抑制病原微生物的活性或直接杀死病原微生物。低温贮藏是果蔬采后保鲜最常见的物理手段,但是低温贮藏对设备要求高,能耗大,间接地提高了控制果蔬采后病害的成本。热处理可以显著降低果蔬采后病害的发病率,但该方法易对果蔬的感官品质产生不良影响,且能源消耗较高。因此,虽然这些方法操作简易、效果较好,但在实际应用中却受到限制。

  化学方法主要是利用传统的化学杀菌剂(如仲丁胺、多菌灵、咪唑、甲基托布津等)来抑制或杀死病原微生物,其作用机理清楚,效价高,在实际使用中能显著降低病原菌侵染造成的果蔬腐烂,降低经济损失,是控制采后病害常用且有效的传统方法。然而,对传统化学杀菌剂的过度依赖导致了各种问题的出现,如病原菌耐药性的产生、对生态环境的破坏,尤其是杀菌剂的残留对于食用者健康的危害,越来越受到食品科技工作者及国家相关监管机构的关注。

  膳食宝塔将食物分为谷物类,果蔬类,畜禽肉、水产品和蛋类,奶及奶制品、大豆、坚果类,油、盐、糖类五大类。因此,果蔬类食品的食用安全性不容小觑。必须寻找可替代化学杀菌剂的安全、有效的新方法防治果蔬采后病害,以保障老百姓日常食用果蔬的安全性。

  生物防治法是利用拮抗微生物通过物种之间的相互作用来抑制病原菌的生长繁殖,从而控制果蔬采后病害,抑制真菌毒素的产生。生物防治法因具有安全、对环境友好和不引起病原菌产生耐药性等优点,逐渐成为控制果蔬采后病害研究的热点,并有望在将来取代化学杀菌剂的使用。到目前为止,科研人员已分离出数百种拮抗微生物,包括细菌、霉菌和酵母菌等。其中,拮抗酵母菌由于抑菌能力强、安全性高、对营养要求低、生长繁殖快、对逆境具有较强的耐受能力,而成为控制果蔬采后病害的常用菌种。拮抗酵母菌对大多数化学杀菌剂不敏感,与某些化学物质(如植酸)结合使用还能提高其防治效果,也能与其他控制方法相容,目前已广泛用于葡萄、梨果、苹果、柑橘、草莓、番茄、芦笋等多种果蔬采后病害的控制,且已取得了良好的效果。

  拮抗酵母菌控制果蔬采后病害的机制主要包括三个方面:一、拮抗酵母与病原菌竞争营养与空间,从而抑制病原菌生长。拮抗酵母适应性强,繁殖速度快,能够比病原菌更快地占据果实伤口、表面或者表皮气孔等空间位点并进行繁殖,使得病原菌无法获得足够的空间和营养物质,从而抑制果蔬病害的发生。二、拮抗酵母对果蔬采后病害病原菌的重寄生作用。电子显微镜下能够清楚地看到拮抗酵母黏附于病原菌菌丝体上,导致菌丝畸形,并且部分菌丝结构遭到破坏,有明显的凹陷和坍塌。三、诱导提高水果抗病性。与前两者相比较,这是一种相对复杂的作用机制。拮抗酵母可以通过激活宿主防御反应相关信号转导通路、诱导防御反应基因和蛋白的表达;诱导提高水果抗氧化能力;诱导水果产生抗病性物质的方式,提高水果的抗病性。

  虽然已有的研究结果表明,拮抗酵母菌在防治果蔬采后病害方面具有较好的效果,但与化学杀菌剂相比,其防治效力仍不够理想。因此,需要不断探索提高拮抗酵母对水果采后病害防治效力的措施。

  拮抗酵母与其他方法如物理方法、化学添加物以及低剂量化学杀菌剂等结合使用,可提高其生物防治效力。其中,与物理方法结合使用较为常见,比如,与臭氧结合使用,可显著提高罗伦隐球酵母(Cryptococcus laurentii)对草莓灰霉病的防治效果;与化学物质结合使用目前也取得了显著的效果,比如,茶多酚(TP)与H. uvarum结合使用可有效减少葡萄灰霉病的发生。

  单一拮抗菌的抗菌谱窄且对生存环境依赖性较高,为了提高拮抗菌的生物防治效力,基于复合拮抗菌的果蔬病害控制研究已成为研究热点。两种拮抗酵母罗伦隐球酵母和红冬孢酵母(Rhodosporidiumpaludigenum)结合使用对柑橘采后病害的生防效果要显著优于各自单独使用时的效果;汉逊德巴利酵母(Debaryomyces hansenii)和细菌嗜根寡养单胞菌(Stenotrophomonas rhizophila)结合使用也可有效抑制甜瓜果腐病的发生。附生及内生微生物在果蔬防御中可能发挥着重要作用,因此,利用微生物组学等技术手段分析果蔬附生及内生菌群落变化,筛选核心微生物,有利于构建复合微生物菌群,以增强其对果蔬病害控制效率。

  对果蔬病害进行生物防治研究的最终目的是将拮抗微生物应用于实际生产中,因此拮抗微生物制剂的制备是关键环节之一。制剂在制备、运输和保存过程中易受到高温、干燥、氧化等不良因素的影响,导致活菌数下降,从而影响其稳定性、货架期及生防效力。这可通过建立高活力拮抗微生物制剂的制备技术来解决。优良的制备技术不仅能够提高制剂中拮抗微生物的存活率、增强其稳定性,同时能减少生产成本,对于加速拮抗微生物在果蔬病害防治中的实际应用非常重要。

  微生物制剂可分为液体制剂和固体制剂两种形式。液体制剂虽然成本相对较低,但保存期较短,生防效力不稳定。海藻糖、半乳糖、脱脂乳粉等作为保护剂应用于液体制剂的制备可显著提高拮抗微生物的活性及保藏期。固体制剂具有保藏期长、不易受污染,便于贮藏、运输及质量控制等优点,其制备常用冷冻干燥法和喷雾干燥法等。冷冻干燥法制备的固体制剂活菌数高,是目前较为常用的固体制剂制备方法,但该方法干燥时间长,且成本较高。喷雾干燥具有干燥迅速、工艺简单、可连续化生产等优点,所需费用比冷冻干燥法低6--10倍,干燥时间也显著缩短,通过该方法制备的固体制剂通常能在低温和常温下长时间保持高活性。

  目前,国外已有部分生防制剂产品投入商业使用,如Aspire(美国)、Yeild Plus(南非)、Shemer(以色列)和Candifruit(西班牙)等。我国对于果蔬采后病害生物防治的研究起步较晚,目前尚处于推广试用阶段,在实际生产中还未有大规模应用。因此,果蔬采后病害生物防治的研究和应用技术的开发尚需要科研工作者们继续努力,加快其产业化进程,助力于我国果蔬安全的保障,服务于国家大健康战略。

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