柵欄技術(shù)在水產(chǎn)品加工與貯藏中應(yīng)用的研究進(jìn)展

郭燕茹，顧賽麒，王 帥，李 立，王錫昌*，陶寧萍

（上海海洋大學(xué)食品學(xué)院，上海 201306）

柵欄技術(shù)在水產(chǎn)品加工與貯藏中應(yīng)用的研究進(jìn)展

郭燕茹，顧賽麒，王 帥，李 立，王錫昌*，陶寧萍

（上海海洋大學(xué)食品學(xué)院，上海 201306）

柵欄技術(shù)是多種科學(xué)技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，旨在食品加工與貯藏過(guò)程中，從多個(gè)方面抑制脂肪氧化和微生物生長(zhǎng)繁殖以達(dá)到最大貯藏期。本文闡述柵欄技術(shù)在水產(chǎn)品加工與貯藏中應(yīng)用的研究進(jìn)展，并討論新型抗菌包裝和冷殺菌兩種新技術(shù)在水產(chǎn)品加工與貯藏中的應(yīng)用，展望未來(lái)柵欄技術(shù)在水產(chǎn)品中的研究方向。

柵欄技術(shù)；抗菌包裝；冷殺菌；水產(chǎn)品

據(jù)統(tǒng)計(jì)2012年我國(guó)水產(chǎn)品總量達(dá)到5907.68萬(wàn)t[1]，同比增長(zhǎng)5.43%，連續(xù)10余年位居世界第一。但我國(guó)目前加工現(xiàn)狀是深加工[1]比例比較小（30%以上），水產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)效益明顯低于其他畜禽肉制品。

我國(guó)水產(chǎn)品加工主要集中在魚體的分割加工、魚肉的加工利用，例如市售冷凍魚片、魚糜制品和煙熏制品等水產(chǎn)品。由于魚體本身具有較高的水分含量，富含多不飽和脂肪酸，中性的pH值，并且內(nèi)源性組織蛋白酶[2]含量豐富，魚肉組織鮮嫩[3]，使得較其他畜禽肉制品更容易變質(zhì)腐敗。因此在水產(chǎn)品加工過(guò)程中改善加工工藝，防止多不飽和脂肪酸的氧化酸敗、控制組織酶的分解活性和抑制腐敗菌的生長(zhǎng)繁殖問(wèn)題十分迫切，保鮮防腐和延長(zhǎng)貨架期是目前水產(chǎn)品加工亟待解決的難題。

柵欄技術(shù)能夠?qū)⒍喾N保鮮技術(shù)[4]科學(xué)地結(jié)合在一起，從而阻止氧化酸敗等不良化學(xué)變化并抑制微生物的生長(zhǎng)繁殖，延長(zhǎng)食品貨架期。在肉類[5]和果蔬[6]等食品加工工業(yè)中已經(jīng)廣泛應(yīng)用，能夠達(dá)到很好的抑菌抗氧化效果。目前相關(guān)研究將新型工藝結(jié)合到柵欄技術(shù)中，如將控釋技術(shù)[7]運(yùn)用到食品包裝中制備的抗菌包裝膜，使食品保鮮效果持久，安全性高；應(yīng)用冷殺菌[8]工藝克服了營(yíng)養(yǎng)流失、感官降低的缺點(diǎn)，提高食品品質(zhì)，均具有較好的開(kāi)發(fā)應(yīng)用前景。本文綜述柵欄技術(shù)及基于新技術(shù)的柵欄技術(shù)在水產(chǎn)品中應(yīng)用的研究進(jìn)展并重點(diǎn)分析新型抗菌包裝材料和冷殺菌工藝的未來(lái)發(fā)展方向。

1 柵欄技術(shù)

1.1 柵欄技術(shù)的原理

柵欄技術(shù)[4]是由德國(guó)肉類研究中心Leistner于1978年率先提出來(lái)的，其作用機(jī)理是利用可防止致病菌和病原菌生長(zhǎng)繁殖的各個(gè)因素及其交互作用來(lái)抑制微生物腐敗，進(jìn)而保證食品的可貯性和衛(wèi)生安全[9]。柵欄技術(shù)是一種實(shí)現(xiàn)多種科學(xué)技術(shù)方法和加工工藝有機(jī)結(jié)合的手段，有利于保證食品營(yíng)養(yǎng)、健康、風(fēng)味和安全，這些技術(shù)協(xié)同作用，使食品變質(zhì)和腐敗可能性降到最低。

1.2 柵欄因子

柵欄技術(shù)的應(yīng)用即在食品加工貯藏過(guò)程中通過(guò)控制多種工藝，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的品質(zhì)和貯藏指標(biāo)，而多個(gè)控制點(diǎn)又稱之為柵欄因子。柵欄技術(shù)的應(yīng)用需要正確選擇柵欄因子[10]。常見(jiàn)的柵欄因子包括水分活度、氧化還原電勢(shì)、殺菌溫度、防腐劑、貯藏條件等。柵欄技術(shù)單憑每個(gè)柵欄因子的優(yōu)化并不能達(dá)到最佳的保鮮效果，不同柵欄因子的協(xié)同作用往往也會(huì)優(yōu)于多個(gè)柵欄因子的單純疊加，這就是柵欄效應(yīng)[11]。

2 水產(chǎn)品中常見(jiàn)柵欄因子的應(yīng)用

柵欄因子選擇是基于該產(chǎn)品的基本營(yíng)養(yǎng)組分組成和特定腐敗菌[12]而定的，主要是一些好氧性細(xì)菌[12]導(dǎo)致其腐敗變質(zhì)，如假單胞菌、無(wú)色桿菌、黃桿菌和芽孢桿菌，故水產(chǎn)品在加工貯藏過(guò)程中主要篩選以下幾種柵欄因子（表1）。

柵欄技術(shù)在水產(chǎn)品加工貯藏[26]中的應(yīng)用在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有相關(guān)研究，而且效果顯著。常規(guī)的柵欄技術(shù)的應(yīng)用可以得到長(zhǎng)期貯藏的即食水產(chǎn)品和海鮮調(diào)味料等。Kanatt等[27]通過(guò)控制即食性蝦米的水分活度為0.85±0.02，包裝并輻照2.5 kGy劑量的γ射線，處理得到的蝦米在質(zhì)構(gòu)和感官方面沒(méi)有顯著性差異，在（25±3）℃貯藏溫度下可存放2個(gè)月（對(duì)照組15 d）；李云捷等[28]研究表明當(dāng)檸檬酸添加量為0.20%、復(fù)合防腐劑（山梨酸鉀、Nisaplin質(zhì)量比為1∶1）添加量為0.10%、在45 ℃干燥4 h、殺菌前的低溫處理時(shí)間36 h、采用二次殺菌方式（95 ℃、40 min，中間在冰水混合物中冷卻10 min）時(shí)，半干鰱魚片制品在室溫（20 ℃）條件下可保藏5 個(gè)月。

3 水產(chǎn)品中新型柵欄因子的應(yīng)用

3.1 抗菌包裝技術(shù)

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)食品包裝的研究主要朝著抗菌包裝[29]的方向發(fā)展?？咕b即是在包裝材料中添加抗菌劑，通過(guò)在包裝膜中的滲透性將抗菌劑緩慢釋放到食品中。由于在食品包裝中的抗菌劑濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于被包裹食品，所以抗菌劑由高濃度的包裝膜中向低濃度的食品中緩慢遷移。使抗菌劑在食品中不超過(guò)最高限制使用量，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期的抗菌劑對(duì)食品補(bǔ)充，保鮮效果持久。呂飛等[30]通過(guò)對(duì)比肉桂油-海藻酸鈉涂膜或薄膜，Nisin海藻酸鈉涂膜或薄膜以及肉桂油+Nisin海藻酸鈉涂膜或薄膜對(duì)黑魚的保鮮效果檢測(cè)，結(jié)果表明：膜液處理和薄膜處理均能不同程度地維持黑魚品質(zhì)，膜液處理尤其是含有肉桂油的膜液處理能顯著抑制微生物生長(zhǎng)，維持較低揮發(fā)性鹽基氮值，抑制脂肪氧化。

最新研究表明將控釋技術(shù)[31]應(yīng)用于包裝體系的新型抗菌包裝材料的制備不僅可以達(dá)到抑制微生物生長(zhǎng)和抗氧化的效果，而且保鮮效果更持久?？蒯尲夹g(shù)是借鑒給藥系統(tǒng)的控釋和緩釋，將抗菌劑包裹在控釋包裝材料內(nèi)緩慢釋放，制備含有抗菌劑的微膠囊，再添加到具有成模性的基質(zhì)材料中，最終得到控釋抗菌包裝袋。這種抗菌包裝袋可以防止受環(huán)境和食品本身性質(zhì)改變而導(dǎo)致的抗菌劑失活，抗菌劑長(zhǎng)期的遷移釋放到食品中，其防腐效果可以持久保持。Jipa等[32]研究表明以山梨酸為抗菌劑的單層和多層控釋抗菌膜，其膨脹率、水蒸氣透濕性和水溶性隨山梨酸濃度的增加而增加，而隨著細(xì)菌纖維素粉濃度的增加而降低。通過(guò)對(duì)大腸桿菌K12-MG 1655的抗性研究表明，在抗菌方面頗有前景。Metin等[33]通過(guò)以醋酸纖維素作為基材制備山梨酸鉀的單層和多層控釋包裝膜，結(jié)果表明隨著醋酸纖維素濃度降低，山梨酸鉀的釋放速率降低，濕鑄件和干燥溫度均提高，可作為食品包裝材料并控制和延長(zhǎng)山梨酸鉀的釋放。

新型抗菌包裝材料的抗菌劑是主要選擇天然抗菌劑，如姜黃素、Nisin[34]和植物精油（essential oil）[35]等，植物精油[36]是一種具有高效抗菌性的天然防腐劑，主要成分是酚及酚的衍生物和黃酮類物質(zhì)。Tunc等[37]使用香荊芥酚為抗菌劑，以甲基纖維素制備納米復(fù)合包裝材料，通過(guò)檢測(cè)其對(duì)大腸桿菌和金黃色釀膿葡萄球菌的抗性研究發(fā)現(xiàn)具有抑菌性，并且膜矩陣中蒙脫土濃度和貯藏溫度均會(huì)影響香荊芥酚的釋放速率。Gómez-Estaca等[38]結(jié)合高壓處理（300 MPa、20 ℃、15 min）與含有抗菌劑（牛至精油/迷迭香精油/殼聚糖）的功能性可食用膜對(duì)冷熏沙丁魚包裝，結(jié)果表明含有植物精油的可食用膜包裝使魚肌肉具有很強(qiáng)的抗氧化性，其中以明膠-殼聚糖制備控釋材料的可食用膜包裝則抗菌性更顯著，其結(jié)果表明高壓結(jié)合活性包裝具有抗氧化和抑菌功效。

表1 水產(chǎn)品常見(jiàn)柵欄因子Table1 Common hurdle factors for aquatic products

3.2 冷殺菌工藝

基于受熱使熱敏性營(yíng)養(yǎng)成分損失比較嚴(yán)重，食品固有的感官、色澤、風(fēng)味和質(zhì)構(gòu)方面均受到不同程度的影響，近年來(lái)食品殺菌更傾向于使用盡量保持食品固有性狀不發(fā)生改變的冷殺菌[8,39]技術(shù)。冷殺菌是主要通過(guò)物理方式（生物殺菌除外）達(dá)到殺死微生物的目的，如靜水壓、磁力擺動(dòng)和γ射線照射等，主要包括超高壓殺菌、輻照殺菌、磁力殺菌、脈沖強(qiáng)光殺菌和二氧化鈦等殺菌技術(shù)。李學(xué)鵬等[39]綜述不同冷殺菌技術(shù)的優(yōu)劣并闡述在水產(chǎn)品中的應(yīng)用進(jìn)展。

冷殺菌工藝由于本身操作技術(shù)要求高，對(duì)食品的形態(tài)和外觀都有限制，故在食品工業(yè)應(yīng)用不普遍，如超高壓主要是在果汁[8]等液體食品中使用，輻照殺菌[39]對(duì)食品安全性存在安全隱患。國(guó)內(nèi)外有關(guān)冷殺菌技術(shù)在水產(chǎn)品中的應(yīng)用較多處于研究階段：Aubourg等[40]研究在冷凍前使用150 MPa的靜水壓處理大西洋鯖魚，能夠抑制脂肪氧化，并且提高冷凍魚肉的質(zhì)量，對(duì)色澤沒(méi)有影響，感官分析和微波熟制后對(duì)魚片分析，其風(fēng)味和口感與新鮮魚片類似。Juan等[41]研究了超高壓對(duì)金槍魚的貨架期的影響，結(jié)果表明經(jīng)310 MPa的處理，金槍魚在4 ℃和－20 ℃條件下分別可保存23 d和93 d以上。張曉艷等[42]使用1 kGy低劑量輻照常溫（25 ℃）貯藏的淡腌大黃魚，結(jié)果表明低劑量輻照處理可延長(zhǎng)淡腌大黃魚的貨架期，相對(duì)于對(duì)照組的9 d和11 d，實(shí)驗(yàn)組的貨架期可分別延長(zhǎng)至16 d和20 d；輻照處理后淡腌大黃魚的菌落總數(shù)顯著減少，在貯藏期間實(shí)驗(yàn)組數(shù)量始終比對(duì)照組少；輻照處理可顯著減緩淡腌大黃魚揮發(fā)性鹽基氮的增加；對(duì)脂肪氧化的影響較小。

基于冷殺菌操作強(qiáng)度大，對(duì)操作人員技術(shù)要求比較高，目前相關(guān)研究學(xué)者將柵欄技術(shù)的理念運(yùn)用到冷殺菌工藝中，提出聯(lián)合冷殺菌[43]技術(shù)的概念。聯(lián)合冷殺菌技術(shù)，即降低兩種殺菌工藝的強(qiáng)度并有機(jī)結(jié)合從而達(dá)到高效的殺菌效果，也漸漸被研究。如抗菌包裝和靜水壓（high hydrostatic pressure，HHP）[44-45]的結(jié)合，輻照和真空包裝等。Martin等[46]對(duì)虹鱒魚片高劑量輻照處理并結(jié)合真空包裝檢測(cè)貨架期，結(jié)果表明隨著劑量增加貯藏期有明顯延長(zhǎng)，在3.5 ℃條件下貯藏下保質(zhì)期分別是28、42、70、98d。Jofré等[47]使用400 MPa處理熟制漢堡包，檢測(cè)得到沙門氏菌數(shù)從104CFU/g降低到＜10 CFU/g，并且可以在6 ℃條件下保持3 個(gè)月。而結(jié)合抗菌包裝（Nisin）和H HP才能夠控制病原菌的生長(zhǎng)。因此，抗菌包裝、HHP和低溫貯藏能夠長(zhǎng)期保持即食性食品的安全性。

4 結(jié) 語(yǔ)

柵欄技術(shù)在水產(chǎn)品加工貯藏中的應(yīng)用雖然已經(jīng)達(dá)到了一定的效果，但一般水分含量較高的水產(chǎn)制品并不能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期的貯存，因此在水產(chǎn)品加工和貯藏過(guò)程中應(yīng)該針對(duì)水產(chǎn)品本身生理特點(diǎn)和特定腐敗微生物而優(yōu)選柵欄因子。

水產(chǎn)品的保鮮將朝著開(kāi)發(fā)天然、無(wú)毒無(wú)害的保鮮劑并結(jié)合抗菌包裝和冷殺菌的方向發(fā)展。生物殺菌（保鮮劑）不僅降低了對(duì)水產(chǎn)品的處理強(qiáng)度，最大限度的保證品質(zhì)；而且天然保鮮劑幾乎不存在安全隱患。抗菌包裝可以避免大量防腐劑和水產(chǎn)品的直接接觸，又能夠達(dá)到持續(xù)的釋放，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)久保鮮。冷殺菌在殺滅水產(chǎn)品中微生物的同時(shí)，最大限度的減少固有成分物質(zhì)的流失，提高水產(chǎn)品價(jià)值。

基于以上綜述，本文提出新型柵欄技術(shù)的概念，即在選用天然保鮮劑的情況下，將新型抗菌包裝技術(shù)和冷殺菌工藝融入到柵欄技術(shù)中使之提高水產(chǎn)品貨架期。在保證食品安全的前提下最大限度地保持食品固有的營(yíng)養(yǎng)和感官特性（色澤、風(fēng)味、質(zhì)構(gòu)等），使水產(chǎn)品品質(zhì)達(dá)到營(yíng)養(yǎng)、感官、保健三大功效。由于單一冷殺菌工藝強(qiáng)度大，操作技術(shù)要求高，故嘗試將兩種或多種冷殺菌工藝科學(xué)結(jié)合在一起，降低其強(qiáng)度，但仍然可以保證殺菌完全并達(dá)到食品安全衛(wèi)生的標(biāo)準(zhǔn)，甚至優(yōu)于原有殺菌效果。

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Research Advances in Application of Hurdle Technology for Aquatic Products Processing and Storage

GUO Yan-ru, GU Sai-qi, WANG Shuai, LI Li, WANG Xi-chang*, TAO Ning-ping
(College of Food Science and Technology, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China)

Hurdle technology is a combination of multiple techniques which is intended to maximize the storage life of foods by inhibiting fat oxidation and the growth of harmful microorganisms through multiple mechanisms during food processing and storage. The purpose of this article is to review the latest advances in the application of hurdle technology as well as new antibacterial packaging and cold sterilization for the processing and storage of aquatic products. Moreover, future trends in the development and application of hurdle technology in aquatic products are also proposed.

hurdle technology; antibacterial packing; cold sterilization; aquatic product

TS255.36

A

1002-6630（2014）11-0339-04

10.7506/spkx1002-6630-201411065

2013-07-04

上海市科委工程中心建設(shè)項(xiàng)目（11DZ2280300）；上海市教委重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目（J50704）；上海高校知識(shí)服務(wù)平臺(tái)上海海洋大學(xué)水產(chǎn)動(dòng)物遺傳育種中心項(xiàng)目（ZF1206）

郭燕茹（1990—），女，碩士研究生，研究方向?yàn)槭称窢I(yíng)養(yǎng)與品質(zhì)評(píng)價(jià)。E-mail：GYR900818@163.com

*通信作者：王錫昌（1964—），男，教授，博士，研究方向?yàn)槭称窢I(yíng)養(yǎng)與品質(zhì)評(píng)價(jià)。E-mail：xcwang@shou.edu.cn