木霉及其代謝產物在果蔬保鮮中的應用研究進展

（哈爾濱商業大學食品工程學院，黑龍江 哈爾濱 150028）

我國果蔬產量和消費量均處于世界前列，但由于果蔬采摘后自身呼吸作用、病原菌侵染、貯運條件等原因，造成約占總產量20%～30%的腐爛[1]。所以，針對果蔬保鮮技術的開發及應用對減少果蔬損耗有重要意義，也有利于國家的經濟發展[2]。果蔬保鮮的常用方法是使用化學保鮮劑，但果蔬經過化學保鮮劑處理后，殘留在果蔬上的化學物質可能危害人體健康[3]。且化學保鮮劑的使用，會造成環境污染。出于對消費者的安全及環境污染考慮，多數的化學保鮮劑被禁用[4]。木霉菌及其代謝產物對引起果蔬腐爛的多種病原菌有很強的抑制作用，與化學保鮮劑相比，具有天然、無毒、無污染等優點，因此以木霉及其代謝產物為基礎的保鮮劑成為果蔬采后貯藏保鮮的研究熱點。本文從木霉的種類、木霉的保鮮機理，木霉及其代謝物在果疏保鮮上的應用以及木霉商業制劑和保鮮產品的開發等方面進行闡述，為木霉在果蔬保鮮方面的應用及研究提供參考。

1 木霉種類、分布、性質

木霉屬真菌廣泛分布于世界各地，生存在富含有機物的土壤中。個別菌種受到地理環境影響，并非普遍存在。如勾狀木霉和擬康寧木霉適應于濕度過高的土壤，而哈茨木霉常見于溫暖氣候地區。木霉也存在于各種植物根系表面，如腐爛的樹皮當中[5]。因木霉資源豐富，木霉的種類十分豐富，已經發現的木霉有250多種[6]。吳紫燕等[7]對我國不同地區農作物土壤進行采樣，從土壤中分離出了9種木霉菌，包括哈茨木霉、棘孢木霉、綠色木霉、漸綠木霉、康寧木霉、深綠木霉、鉤狀木霉、長枝木霉、橘綠木霉。其中棘孢木霉和哈茨木霉數量占比最高。秦文韜等[8]從湖南和湖北采集的土壤樣品中分離出4種新木霉，依據形態學與分子生物學相結合的方法，依次命名為喜溫木霉、華中木霉、大孢木霉和檸檬黃木霉。隨著對木霉的研究深入，越來越多的新種木霉會被發現并命名。

木霉的生存和繁殖能力強，營養物質利用率高，對多種植物病原真菌有拮抗活性，可以防治由致病菌引起的多種植物病害和果蔬腐爛病[9]。如灰霉病、炭疽病、褐斑病、綠霉病、蒂腐病等。木霉菌根系定殖能促進植物生長發育、提高植物對非生物脅迫的抵抗力以及養分的吸收和利用率，使作物產量增加[10]。木霉分泌的有機酸能促進磷酸鹽、微量礦物質和金屬離子在土壤中的溶解[9]，因此，在缺乏這些營養物質的土壤中添加木霉，可以起到生物肥料的作用。此外，木霉還具有降解纖維素，提高植物防御能力等功能。

2 木霉的保鮮機理

木霉抑菌保鮮的機理有：競爭營養和空間、抗菌物質的產生、寄生作用、宿主抗病性的誘導等[11]。

2.1 競爭營養與空間

對碳源、氮源、維生素和礦物質以及氧氣等營養物質和空間的有效競爭是木霉等拮抗微生物對果蔬采后真菌起到抑制作用的一種方式[12]。根據木霉的生長速度快、營養利用率高、適應環境能力強的特點，當木霉定殖在果蔬上，能利用表面營養物質繁殖、生長，迅速占領空間，使果蔬患病率下降[13]。木霉等拮抗微生物保鮮效果還與果蔬的種類有關，不同果蔬含有不同的營養物質，利用率和效果也就不同，但從目前報道的相關文獻來看，木霉都有較好的抑菌作用[14]。常媛等[15]利用從土壤中分離并鑒定的長枝木霉與核盤菌、立枯絲核菌、細鏈格孢菌對峙培養，通過觀察對比，病原菌菌落占據空間有所縮減?？梢宰C明長枝木霉對3種病原菌生長有抑制作用，但對核盤菌的抑制效果最好，抑菌率為77.71%。Card等[16]利用從草莓葉片上分離的深綠木霉LU132制成濃度為1×107/mL孢子懸液噴灑在草莓上，能有效抑制草莓上灰霉病菌的生長，抑菌率為32%。并利用顯微鏡觀察發現，深綠木霉是通過與灰霉菌競爭營養物質發揮抑制作用。

2.2 寄生作用

寄生是一種微生物附著在另一種微生物上，并吸收利用宿主體內的營養物質。木霉也可以通過寄生作用，達到抑菌保鮮的目的。這個寄生的過程為，首先木霉與病原菌接觸、相互識別，之后沿著病原菌菌絲生長，通過分泌水解酶、進入宿主內并利用其中的營養，分解或破壞其結構，導致病原菌死亡[17-18]。Elad等[19]的研究發現哈茨木霉通過寄生方式抑制了引起馬鈴薯白絹病的齊整小核菌生長（Sclerotium rolfsii），也證明木霉能識別并附著在宿主菌絲上是因為一種凝集素的存在，它可以與木霉細胞壁的碳水化合物結合從而起到識別的作用。寄生作用發生的關鍵是細胞壁溶菌酶的產生。因為真菌細胞壁是由糖類化合物（如幾丁質、葡聚糖）和細胞壁蛋白結合組成維持結構的完整性。木霉通過分泌幾丁質酶、葡聚糖酶、蛋白酶等裂解病原真菌細胞壁，起到抑菌作用。如馬桂珍等[20]研究表明，用鏈孢粘帚霉產生的幾丁質酶配制成的粗酶液處理玉米黃斑病、小麥赤霉病菌孢子和立枯絲核菌的菌核，顯著降低了孢子萌發率。Deng等[21]研究發現，哈茨木霉的天冬氨酸蛋白酶在畢赤酵母中表達的重組蛋白酶的酶活性高達321.8 U/mL，并且在含有4.56 μg/mL蛋白酶的PDA平板上培養灰葡萄孢菌、立枯絲核菌、黃曲霉等多種病原菌，發現添加蛋白酶后使病原菌生長受到抑制，抑制率分別為57.3%、34.8%、26.1%。此外，蛋白酶還對導致蘋果、黃瓜、橘子腐爛的灰霉病有抑制效果，也表明天冬氨酸蛋白酶有作果蔬保鮮劑的前景。同時也為直接利用細胞壁溶菌酶保鮮果蔬提供了依據。

2.3 抗生作用

微生物產生的物質能抑制或殺死病原體即為抗生作用，而木霉能產生多種具有抗生作用的物質。到目前為止，從木霉中分離得到有抑菌效果的代謝物有140余種[22]。它們主要分為兩大類：小分子易揮發的物質，主要有芳香族化合物、聚酮類、丁烯酸內酯類等；大分子類物質如木霉素、膠霉素、抗菌肽等[23]。研究發現，從青蒿內分離的哈茨木霉對5種常見于獼猴桃腐爛致病菌，并對木霉發酵液進行分離純化分析，明確乙酸乙酯對病原菌起抑制作用[24]。Khare等[25]研究發現用鈰木霉Gur1孢子數為1×108CFU/g制成的懸浮液浸泡處理鷹嘴豆后，由尖孢鐮刀菌引起的鷹嘴豆枯萎病發病率下降了82.4%，也對鷹嘴豆生長起到促進作用。而鈰木霉有抑菌作用主要依賴其產生的一種哌珀霉素，也證明木霉代謝產生抑菌物質是木霉有拮抗性的一個重要原因。

2.4 誘導抗性

木霉與植物接觸后，誘導植物系統抗病性，也是木霉有抑菌保鮮作用的重要機制。誘導抗病性產生的原因可能在于木霉與植物相互作用，激發了自身的抗性反應，提高植物體內與抗病相關酶的活性[26]。木霉與植物相互作用會產生效應因子（如絲氨酸蛋白酶、木聚糖酶、幾丁質酶等），激活水楊酸、茉莉酸、乙烯信號傳導途徑，觸發機體自身系統獲得抗性反應和誘導系統抗性反應，增強抗病能力[27-28]。徐文[29]研究發現，長枝木霉H9能防治黃瓜的灰霉病，主要是經過木霉處理后黃瓜，使黃瓜體內與茉莉酸、水楊酸合成的相關基因表達量上調，最后茉莉酸和水楊酸含量顯著提高。濃度為1×107/mL綠色木霉T6和T8的孢子懸液涂抹在蘋果上，能降低由擴展青霉引起的腐爛[30]。綠色木霉防腐作用主要是通過誘導蘋果體內過氧化物酶、過氧化氫酶、β-1、3-葡聚糖酶等防御酶活性實現。

3 木霉及代謝產物在果蔬保鮮上的研究

3.1 木霉在果蔬保鮮上的研究

木霉用于果蔬的保鮮最早是在1977年，Tronsmo等[31]利用木霉控制了由葡萄球菌引起的草莓腐爛。之后，因木霉自身對多種病原菌有拮抗作用，利用木霉防治果蔬病害的研究越來越多。Valenzuela等[32]通過體外木霉與炭疽病菌雙重培養試驗，在木瓜損傷處添加濃度為1×106/mL的木霉孢子懸液，證明木霉對木瓜炭疽病的拮抗能力。Panebianco等[33]利用濃度為1×109/mL深綠木霉和假單孢菌混合濾液浸漬處理柑橘，能有效抑制柑橘青霉病，抑制率達到80%以上。Suhanna等[34]用3種不同濃度木霉孢子懸液噴灑在茶堿桿菌侵染的芒果上，與對照組相比，濃度為1×106/mL處理后，腐爛率從46.7%下降到31.7%，濃度為1×103/mL和1×108/mL則效果不明顯。李佩芳等[35]用稀釋600倍后的木霉菌液浸泡處理青椒后，青椒40 d腐敗率為30.84%，而對照組20d的腐敗率為78.80%，已經失去了商品價值。劉淑宇等[36]研究發現用綠色木霉發酵液能降低芒果炭疽病25%發病率，也能延緩反映芒果品質的可溶性固形物（total soluble solids，TSS）、可滴定酸（titrable acidity，TA）等數值的下降。曹森等[37]在采前噴灑3×106CFU/mL哈茨木霉菌和采后噴灑0.5 μL/L的1－甲基環丙烯相結合處理櫻桃番茄，比單獨使用一種方法保鮮效果更明顯，腐敗率為19.81%。高欣等[38]用涂布木霉發酵液的聚乙烯塑料薄膜袋和瓦楞紙箱對黃瓜進行包裝，并每隔兩天隨機抽樣，測定與保鮮相關的各項指標，通過比較得出，包裝材料在涂布發酵液后，黃瓜的營養損失更少且保鮮時間延長了5 d。

3.2 木霉代謝物在果蔬保鮮上的研究

Pascale 等[39]用濃度為 10 μmol/L 哈茨木霉、深綠木霉的代謝產物哈茨酸和6-戊基-α-吡喃酮溶液噴灑處理葡萄，可以使葡萄白粉病的發病率降低60%。Saravanakumar等[40]發現棘孢木霉細胞壁降解酶和次級代謝產物協同防治黃瓜枯萎病的效果更好，防治率達到71.67%。也證明代謝產物和細胞壁降解酶聯用可提高抑菌能力。吳紫燕等[41]利用橘綠木霉發酵代謝產物哌珀霉素制成含量50 mg/L液體制劑浸泡處理獼猴桃，防治了獼猴桃軟腐病的發生，儲藏期也延長了30 d。張量等[42]用漸綠木霉代謝產物中的6-戊基-2H-吡喃酮配制成濃度為400 μg/mL溶液，基本能完全抑制辣椒疫霉菌的生長。張婧迪[43]用濃度為2%木霉菌代謝產物與稀釋5 000倍的0.1%蕓苔素內酯結合使用，對番茄灰霉病防治率達到56.62%。

4 木霉商業制劑及保鮮產品的開發與存在問題

木霉對引起植物病害的多種真菌有拮抗作用、還具有促進植物生長和提高植物抗性等優良特性，所以木霉成為一種被廣泛研究的真菌，也是農業生產上最常用的生物制劑。到目前為止，已有200多種木霉制劑可進行商業化生產，并作為生物農藥、生物肥料、生長促進劑和天然抗性刺激劑銷售[44]。木霉生物制品最多的是亞洲，其次是歐洲、中南美洲和北美等，但大多數標簽都顯示為殺菌作用。國際上可以進行商業化生產的木霉制劑如美國用綠色木霉G-41生產的殺菌劑BW240 W、巴西用棘孢木霉生產的生物制劑Quality WG、南非用哈茨木霉SF生產的商業制劑Bio-Tricho、以色列用哈茨木霉T39發酵制成的可濕性粉劑Trichodex等。國內也有一些木霉商業制劑的生產，多數應用在農業上。如防治番茄灰霉病的木霉菌可濕性粉劑、防治大白菜和黃瓜霜霉病的木霉菌可濕性粉劑[45]等。

根據木霉菌對多種病原菌有拮抗作用這一性質，已經研究出多種木霉殺菌劑，用于防治果蔬采前的真菌病害。因此，也可以把木霉用于果蔬采后防腐保鮮中，制成生物保鮮劑。但在實際開發木霉保鮮劑時又存在許多問題需要解決，如效果不穩定、理論研究不深入等問題[46]。

1）效果不穩定：保鮮劑主要成分是有活性木霉孢子，容易受到外界環境（如溫度、pH值等）、加工技術、使用方法等因素，導致菌種活性發生改變，抑菌效果不穩定。由于木霉自身原因，難以達到性質穩定?？梢酝ㄟ^誘變育種、原生質體融合等技術[47]，得到效果更強且更穩定的木霉菌。在加工技術方面，對木霉菌發酵條件進行優化，培育出效果更穩定、儲存期更長的孢子。

2）理論研究不深入：目前利用木霉在果蔬保鮮上的研究僅處于初級階段，只對一部分果蔬有所研究，發現能延長果蔬儲藏期。而具體是木霉中的哪些物質起到保鮮效果還需要深入研究。

5 前景與展望

木霉不僅可以研制成生物農藥應用在農業上，也能應用于果蔬中，提高采后果蔬抗病性，延長果蔬儲存期、減緩營養物質流失，是一種有應用潛力的真菌。但在實際開發中存在性質不穩定、儲存期短等缺點，尚需深入的研究和改進。如何開發出高效、穩定、抗菌性能較好的木霉保鮮劑是今后的研究重點，也為生物保鮮代替化學保鮮奠定基礎。