水產(chǎn)品腐敗菌與保鮮技術(shù)研究進(jìn)展

姜興為 ，楊憲時

（1.中國水產(chǎn)科學(xué)研究院東海水產(chǎn)研究所，上海 200090；2.上海海洋大學(xué)食品學(xué)院，上海 200090）

化學(xué)污染和物理損傷等很多因素可使食品變質(zhì)，然而一個重要的原因是食品中的微生物在生長繁殖過程中產(chǎn)生了人們不喜歡或無法接受的異味。據(jù)估計(jì)全球每年損失的食物中有25%是由微生物造成的，腐敗微生物的研究在全球范圍內(nèi)都廣受關(guān)注。水產(chǎn)品營養(yǎng)豐富味道鮮美，深受人們喜愛。由于其營養(yǎng)物質(zhì)和水分含量高、pH值接近中性，加之肌肉中結(jié)締組織較少且容易變?yōu)閴A性，水產(chǎn)品極易腐敗變質(zhì)。因此，開發(fā)有效的保藏方法對減少因微生物腐敗而造成的損失至關(guān)重要。

1 水產(chǎn)品微生物生態(tài)學(xué)

食品是一個動態(tài)變化的微生態(tài)系統(tǒng)，在儲藏過程中pH、氛圍氣體、營養(yǎng)物質(zhì)和微生物菌相會發(fā)生一定的改變。由于原材料、加工過程中各項(xiàng)參數(shù)以及儲藏條件都不盡相同，每種食品都有自己特定的微生物菌相。雖然剛捕獲時水產(chǎn)品的菌相差別很大，但是水產(chǎn)鮮品及加工后的水產(chǎn)品可根據(jù)相似的微生物學(xué)生態(tài)分為幾大類。在自然存放的水產(chǎn)品中革蘭氏陰性發(fā)酵菌是優(yōu)勢腐敗菌，而冰藏后優(yōu)勢腐敗菌則變?yōu)楦锾m氏陰性嗜冷菌[1]。CO2包裝可以抑制需氧腐敗菌的生長，但是磷發(fā)光桿菌和乳酸菌可以在這種環(huán)境生存[2]。在水產(chǎn)品中添加微量NaCl、略微使其酸化和真空包裝后冷藏（如冷熏魚），可抑制革蘭氏陰性需氧菌，而乳酸菌和革蘭氏陰性發(fā)酵菌則成為產(chǎn)品的優(yōu)勢菌[2]。增加食品的保藏強(qiáng)度，比如將半保藏水產(chǎn)品酸化或者添加山梨酸和苯甲酸等防腐劑，可使乳酸菌和酵母菌變?yōu)閮?yōu)勢菌。干制或干腌可抑制水產(chǎn)品中大部分細(xì)菌的生長，這類產(chǎn)品的變質(zhì)是絲狀真菌或昆蟲引起的。許多水產(chǎn)品在加工過程中會進(jìn)行輕微的加熱處理，產(chǎn)芽孢菌可以在這類產(chǎn)品中生長，尤其在加工過程中沒有經(jīng)過加鹽處理。

2 水產(chǎn)品腐敗

水產(chǎn)品的腐敗主要表現(xiàn)在某些細(xì)菌降解游離氨基酸生成胺、硫化物、醛、酮、酯、有機(jī)酸等，產(chǎn)生不良味道使產(chǎn)品變得感官上不可接受[3]。大部分海水魚中都含有氧化三甲胺（TMAO），許多腐敗菌進(jìn)行呼吸作用時可利用TMAO作為電子載體并使其轉(zhuǎn)變?yōu)槿装罚═MA）。水產(chǎn)品腐敗時微生物產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物與畜肉和禽肉中產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物差別不大，但是水產(chǎn)品腐敗產(chǎn)生的TMA具有鮮魚腐敗時典型的氨臭味，這也是水產(chǎn)品腐敗時其味道區(qū)別于其他肉類的原因。產(chǎn)氣單孢菌、嗜冷腸桿菌、磷發(fā)光桿菌、腐敗希瓦氏菌都可以降解TMAO產(chǎn)生TMA。有些腐敗菌的代謝產(chǎn)物可作為水產(chǎn)品的質(zhì)量判定指標(biāo)。相對于速度慢的微生物學(xué)方法，利用化學(xué)指標(biāo)來判斷水產(chǎn)品鮮度速度要快得多。但是化學(xué)方法也有一定的局限性，有些代謝產(chǎn)物的含量較低只有在接近腐敗的時候才可測定。水產(chǎn)品常用的單一化學(xué)指標(biāo)有總揮發(fā)性鹽基氮（TVBN）、TMA和次黃嘌呤。有時也用K值和生物胺含量來指示某些水產(chǎn)品的新鮮程度。由多種代謝產(chǎn)物構(gòu)成的復(fù)合化學(xué)指標(biāo)已經(jīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法鑒定了出來，它們與水產(chǎn)品的感官品質(zhì)和貨架期相關(guān)性更好[4]。將這種復(fù)雜化學(xué)成分分析、感官評價(jià)和多變量統(tǒng)計(jì)分析結(jié)合將成為未來食品腐敗研究的重要領(lǐng)域。

3 水產(chǎn)品特定腐敗菌

水產(chǎn)品在剛捕獲時會受到多種微生物的污染，但只有很少部分細(xì)菌參與腐敗過程，這些適合生存、繁殖并產(chǎn)生腐敗臭味代謝產(chǎn)物的菌群，就是該產(chǎn)品的特定腐敗菌 （Specific spoilage organism，SSO）[5]。儲藏初期SSO數(shù)量非常少，占菌落總數(shù)的比例也很小，但是其生長速度比其他細(xì)菌快，并且隨著儲藏時間的增加在菌落總數(shù)中的比例不斷增加。

3.1 特定腐敗菌的分類與鑒定

在對某種SSO鑒定時，產(chǎn)生異味的定性能力（腐敗潛在性）和產(chǎn)生腐敗代謝物的定量能力（腐敗能力）的鑒定是必要的。比較不同細(xì)菌接種到相同的無菌模式產(chǎn)品后TMA、生物胺或揮發(fā)性氨類物質(zhì)產(chǎn)量因子的大小也是很有用的[6]。腐敗能力是指一種特定腐敗菌在某種條件下（pH、溫度、水分活度和氛圍氣體）生長繁殖和產(chǎn)生腐敗代謝產(chǎn)物的能力。腐敗菌和它們腐敗能力的鑒定將在本質(zhì)上促進(jìn)水產(chǎn)品貨架期的預(yù)測以及延長。目前微生物菌相中的大部分細(xì)菌是通過傳統(tǒng)方法和表型實(shí)驗(yàn)鑒定的。用16S rRNA基因序列鑒定的結(jié)果和傳統(tǒng)方法的鑒定結(jié)果一致。腐敗希瓦氏菌是在1985年以James M Shewan的名字命名的，他在水產(chǎn)品腐敗領(lǐng)域研究了數(shù)十年。目前希瓦氏菌中嗜溫性的耐鹽菌落被證明是海藻希瓦氏菌（Shewanella algae），而嗜冷性的希瓦氏菌則分為腐敗希瓦氏菌（Shewanella putrefaciens）和波羅地希瓦氏菌（Shewanella baltica）[7]。磷發(fā)光桿菌也是重要的水產(chǎn)品腐敗菌，產(chǎn)生熒光和不產(chǎn)生熒光的菌落可通過簡單的生化實(shí)驗(yàn)來鑒定。用生化實(shí)驗(yàn)來鑒定乳酸桿菌和肉食桿菌結(jié)果是不可靠的，但是采用十二烷基硫酸鈉-聚丙稀酰胺凝膠電泳方法（SDS-PAGE）對其全細(xì)胞蛋白進(jìn)行電泳可將乳酸菌鑒定的準(zhǔn)確度精確至種[8]。目前和水產(chǎn)品腐敗有關(guān)的酵母菌和霉菌的分類鑒定還較少。

3.2 特定腐敗菌的檢測方法

國內(nèi)外大量文獻(xiàn)都顯示，水產(chǎn)品的剩余貨架期可以用特定腐敗菌的數(shù)量來預(yù)測，因此它們的檢測方法引起了人們的極大興趣。目前人們已經(jīng)根據(jù)某種細(xì)菌腐敗反應(yīng)時產(chǎn)生的某些指示性或選擇性標(biāo)準(zhǔn)，開發(fā)出了幾種特定腐敗菌的檢測方法。這些方法包括用來檢測產(chǎn)H2S的腐敗希瓦氏菌的鐵瓊脂，將磷發(fā)光桿菌在含有TMAO的液體培養(yǎng)基中培養(yǎng)，通過測定培養(yǎng)基電導(dǎo)率的變化來確定磷發(fā)光桿菌的數(shù)量[9]。另外鮮魚中假單胞菌的數(shù)量也可以用阻抗法來測定，但是到目前為止還沒有專門培養(yǎng)乳酸菌和腸桿菌的選擇性培養(yǎng)基。

當(dāng)一種特定腐敗菌檢測方法的最低檢測限度為102SSO/g時，它才對預(yù)測貨架期有實(shí)際的幫助。以免疫學(xué)為基礎(chǔ)的檢測方法由于靈敏度太差（106～107SSO/g）并不能應(yīng)用于實(shí)際。以16S rRNA探針為基礎(chǔ)的檢測方法也存在著不足，它的局限性是有些發(fā)光細(xì)菌對環(huán)境高度敏感?？茖W(xué)家還開發(fā)了一種以聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng)（PCR）為基礎(chǔ)的腐敗希瓦氏菌鑒定方法，它可以區(qū)分腐敗希瓦氏菌（S.putrefaciens）和海藻希瓦氏菌（S.algae）。聚合酶抑制物可以更換且它在實(shí)驗(yàn)室間的重現(xiàn)性非常好，在未來PCR技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒎浅V。以腐敗菌專用培養(yǎng)基為基礎(chǔ)的檢測方法具有很好的敏感性，在將來的一段時間內(nèi)此方法將會是腐敗菌最重要的檢測方法。

3.3 腐敗菌之間的相互作用

水產(chǎn)品在儲藏過程中腐敗菌逐漸成為優(yōu)勢菌的主要原因?yàn)楫a(chǎn)品中理化狀況適合它們生長。腐敗菌只有達(dá)到一定的數(shù)量后（>106～107cfu/g）水產(chǎn)品才會出現(xiàn)明顯的腐敗，不同微生物之間的相互作用（拮抗和共生）可以影響它們的生長和新陳代謝。雖然魚體肌肉中營養(yǎng)物質(zhì)含量充足，但是鐵離子的含量卻是有限的，微生物在生長過程中會在細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生含鐵復(fù)合物。假單胞菌嗜鐵素結(jié)合鐵離子的能力特別強(qiáng)，假單胞菌的這一特性為分離選擇它們提供了可能。乳酸菌在生長過程中會產(chǎn)生乳酸和細(xì)菌素，而且會和其他細(xì)菌競爭營養(yǎng)物質(zhì)，所以它可以抑制其他細(xì)菌的生長。利用乳酸菌的這一特性可以將其從輕微保藏的水產(chǎn)品中分離出來。輕微保藏的水產(chǎn)品發(fā)生腐敗時，乳酸菌和腸桿菌可以相互影響。乳酸菌可以將精氨酸降解成鳥氨酸，而腸桿菌則可以將鳥氨酸降解為尸胺。當(dāng)乳酸菌存在時腸桿菌產(chǎn)生尸胺的量是腸桿菌單獨(dú)存在時產(chǎn)生尸胺量的10至15倍[10]。另一個腐敗菌之間相互作用的例子就是有些革蘭氏陰性腐敗菌會產(chǎn)生像?；呓z氨酸內(nèi)酯這樣的化學(xué)傳遞信號。?；呓z氨酸內(nèi)酯在食品腐敗中的作用現(xiàn)在還不清楚，但是很多研究表明在食品腐敗的很多過程（果膠糖分解、蛋白質(zhì)肽鍵水解、脂解作用和殼多糖分解活性）都和?；呓z氨酸內(nèi)酯有關(guān)。水產(chǎn)品中許多腐敗菌都會代謝產(chǎn)生?；呓z氨酸內(nèi)酯，探索它在水產(chǎn)品腐敗中作用將是未來研究的重要領(lǐng)域。

4 水產(chǎn)品的保鮮方法

4.1 低溫保藏

水產(chǎn)品不論采取何種保藏方式都是以低溫儲藏為基礎(chǔ)的，它是最簡單有效的保藏方式，包括冷藏、凍藏、微凍和深度冷卻后冰藏。由于冷藏只能在一定范圍內(nèi)抑制腐敗菌的活動，對水產(chǎn)品的保鮮效果不是很好，只適合短時間儲藏。凍藏在水產(chǎn)品中的應(yīng)用較多，一般水產(chǎn)品常采用-18℃的凍藏溫度，而對一些品質(zhì)要求高的水產(chǎn)品則需選用-25℃甚至更低溫度。凍藏會造成水產(chǎn)品肌肉冷凍變性，而且在水產(chǎn)品細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的大冰晶會損傷細(xì)胞，造成解凍時汁液流失多，鮮度及感官質(zhì)量變差。微凍保鮮是指將水產(chǎn)品保藏在凍結(jié)點(diǎn)（-3℃）的一種輕度冷凍保鮮，也稱作部分凍結(jié)。微凍保鮮的目的是在避免凍結(jié)損害的情況下盡量將水產(chǎn)品的溫度降低。長期以來，人們普遍認(rèn)為-1～-5℃是最大冰晶生成溫度帶，微凍儲藏會因緩慢凍結(jié)而影響食品的質(zhì)量。微凍時精確控溫會造成生產(chǎn)流通成本上升，所以目前微凍技術(shù)還沒有廣泛應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)。深度冷卻后冰藏是指鮮魚捕獲后立即放入-10℃的鹽水中，運(yùn)抵工廠后進(jìn)行挑選分級，然后將魚放入泡沫箱中冰藏。鮮魚的宰殺方式對其品質(zhì)有較大的影響，深度冷卻能使活魚立即進(jìn)入冷休克狀態(tài)并且魚體溫度能快速下降至0℃以下。冰溫保鮮不僅能將水產(chǎn)品細(xì)胞維持在活體狀態(tài)，還能有效抑制有害微生物的活動及各種酶的活性。隨著人們對水產(chǎn)品品質(zhì)要求的提高，水產(chǎn)品的市場價(jià)格逐漸形成了“活的最貴，冰鮮次之，冷凍最便宜”的格局，冰鮮水產(chǎn)品的比例將不斷提高。

4.2 保鮮劑保鮮

水產(chǎn)品采用可食性涂膜進(jìn)行保鮮近年來在國內(nèi)外引起了廣泛的重視，這種保護(hù)膜是以海藻酸鈉、褐藻酸鈣、殼聚糖等天然材料作為涂膜劑，膜和食物可以一起食用，用于蝦仁、扇貝柱的保鮮，會使蝦仁、扇貝柱的肉質(zhì)更加細(xì)嫩口感更好[11]，用于冰鮮魚保鮮可使其貨架期延長[12-13]。Nisin（乳酸鏈球菌素）和溶菌酶是從微生物中提取出來的天然抑菌素，它們可以被人體消化吸收。Nisin對于抑制脂肪的酸敗和G細(xì)菌及大腸桿菌的增殖方面具有明顯的效果，而溶菌酶對于控制細(xì)菌總數(shù)的增殖、減緩TVBN值的增加具有重要的作用。薛長湖將Nisin和溶菌酶配合使用，能有效延長貽貝和牡蠣的貨架期[14-15]。從天然植物中提取的許多物質(zhì)也對水產(chǎn)品保鮮有較好的效果。如從茶葉中提取的茶多酚被公認(rèn)為是一種安全的食品添加劑。用茶多酚處理的帶魚段和去內(nèi)臟鯽魚在鮮度指標(biāo)內(nèi)的貯藏期明顯延長[16]，此外植物香辛料的提取物也被證明有抑菌作用。

4.3 氣調(diào)保藏

有些水產(chǎn)品的腐敗機(jī)理已經(jīng)有了很深入的了解，成為研究通過抑制SSO來延長水產(chǎn)品貨架期的科學(xué)基礎(chǔ)。氣調(diào)包裝（MAP）就是SSO靶向抑制的方法之一，它是采用人工混合氣體代替包裝袋內(nèi)的空氣，通過抑制需氧腐敗菌的生長來延長食品保鮮期。氣調(diào)包裝對禽畜肉的保鮮效果較好，但對鮮魚的保鮮效果不好。用CO2包裝來保藏冰溫海水魚，雖然CO2可以抑制腐敗希瓦氏菌和假單胞菌的生長，在理論上可以大大延長鮮魚的貨架期，然而經(jīng)CO2包裝的鮮魚磷發(fā)光桿菌變?yōu)閮?yōu)勢腐敗菌，它即可以耐受CO2又可以降解TMAO，造成經(jīng)過CO2包裝和沒有經(jīng)過CO2包裝的鮮魚腐敗速率幾乎一樣。但是磷發(fā)光桿菌對低溫比較敏感，可以通過凍結(jié)處理加以抑制從而大大延長這類產(chǎn)品的貨架期。國外有文獻(xiàn)表明經(jīng)過冷凍后的冷藏MAP鱈魚片貨架期可延長大約一倍[17]。

4.4 輻照保鮮

輻照保鮮就是利用射線輻照起到殺滅腐敗菌的作用，從而達(dá)到保持水產(chǎn)品品質(zhì)及延長貨架期的目的。食品輻照已被證明是一種高效、安全的加工手段，可有效地應(yīng)用于食品保藏。水產(chǎn)品腐敗菌中大部分是革蘭氏陰性菌，而革蘭氏陰性菌對射線較為敏感。國外關(guān)于冰鮮魚的輻照保鮮研究得出輻照劑量為1 kGy時就可以起到很好的保鮮效果[18]，水產(chǎn)品的貨架期可延長一倍以上而對脂肪氧化和營養(yǎng)物質(zhì)的影響很小。輻照保鮮有以下優(yōu)點(diǎn)：殺菌效果顯著，劑量可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)；即使輻照劑量較高（大于10 kGy），水產(chǎn)品感官變化也不顯著；沒有非水產(chǎn)品物質(zhì)殘留；產(chǎn)生的熱量極少；放射線穿透能力強(qiáng)、均勻、瞬間即逝，而且對其輻照過程可以進(jìn)行準(zhǔn)確控制；水產(chǎn)品輻照處理時，對包裝無嚴(yán)格要求，可以在水產(chǎn)品包裝以后進(jìn)行處理，防止再次污染問題。

5 結(jié)論與展望

水產(chǎn)品腐敗的很多方面都已經(jīng)進(jìn)行了十分透徹的研究，尤其是只有一種腐敗菌對腐敗起作用的水產(chǎn)品。輕微保藏的水產(chǎn)品在腐敗過程中多種腐敗菌相互作用，它們的腐敗機(jī)理至今還不是十分清楚，這類產(chǎn)品貨架期預(yù)測模型的開發(fā)和完善將是今后研究的重點(diǎn)領(lǐng)域。此外，不同水產(chǎn)品特定腐敗菌準(zhǔn)確而快速檢測方法的開發(fā)也是今后的研究重點(diǎn)。透徹了解特定腐敗菌的概念將有助于針對這類細(xì)菌尋找有效的保藏方法。特定腐敗菌這一概念還可以延伸至食品微生物學(xué)的其他領(lǐng)域，傳統(tǒng)上人們一直認(rèn)為食品微生物學(xué)是相當(dāng)穩(wěn)定的研究領(lǐng)域，大部分情況下是通過檢測菌落總數(shù)或者是否出現(xiàn)某一特定的致病菌來判斷食品的品質(zhì)。

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