海藻多糖用于食品涂膜保鮮的研究現(xiàn)狀

侯萍 馬軍 李銘 樊偉偉 陳冬梅

摘 要 海藻多糖具有抑菌、抗病毒和抗氧化等多種生物活性，可用于食品的涂膜保鮮。本文概述了海藻多糖的生物活性及其保鮮機(jī)理，并將目前已發(fā)現(xiàn)的具有活性的海藻多糖種類及其在食品涂膜保鮮中的應(yīng)用現(xiàn)狀、保鮮效果等進(jìn)行綜述，同時(shí)對(duì)其未來發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞 海藻多糖 ；涂膜保鮮 ；食品

中圖分類號(hào) TS202 Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2016.04.018

Research Progress of Seaweed Polysaccharide for Food Preservation

HOU Ping1） MA Jun2） LI Ming1） FAN Weiwei1） CHEN Dongmei1）

（1 Sanya Aviation and Tourism College， Sanya， Hainan 572000；

2 Hainan Tropical Ocean University， Sanya， Hainan 572022）

Abstract Seaweed polysaccharide has proverbial biological activity，such as antibacterial， antiviral， and antioxidant， which can be used for the coating preservation of food. In this paper， these studies on the bioactivity and fresh-keeping mechanism of the seaweed polysaccharides are outlined， the species and fresh-keeping effect of active seaweed polysaccharide in food fresh-keeping application status are reviewed， and the development trends of the seaweed polysaccharide in food preservation are also prospected.

Keywords seaweed polysaccharide ； coating preservation ； food

目前，在食品保鮮領(lǐng)域采用的技術(shù)手段按原理可分為物理保鮮和化學(xué)保鮮2大類，物理保鮮技術(shù)主要有氣調(diào)保鮮、低溫保鮮、電離輻射保鮮、高壓保鮮等；化學(xué)保鮮技術(shù)主要有：涂膜保鮮、保鮮劑保鮮等。其中氣調(diào)保鮮技術(shù)較難掌握；低溫保鮮法能耗高，設(shè)備昂貴；化學(xué)保鮮劑易殘留，對(duì)食品造成二次污染。涂膜保鮮是一種操作簡(jiǎn)便、投資低、安全環(huán)保的綠色保鮮方法[1]。用于涂膜的材料中多糖類物質(zhì)所占比重最高。目前用于涂膜材料的多糖根據(jù)原料來源可分為植物來源（如樹膠、海藻酸鈉、卡拉膠、瓜爾膠、蘆薈膠、魔芋膠）、動(dòng)物來源（殼聚糖和甲殼素及其衍生物、蜂膠）、微生物來源（NPS多糖、黃原膠、茁霉多糖）等3類[2]。其中海藻多糖來自海洋藻類植物，是多糖研究中的新興領(lǐng)域。研究證明含具有保鮮效果的多糖的海藻種類很多，包括海帶、麒麟菜、馬尾藻、石莼、羊棲菜、紫菜、巨藻、泡葉藻、墨角藻等，它們具有原料來源廣泛、成本低、安全性高等優(yōu)點(diǎn)，且海藻多糖具有抑菌、抗病毒、抗氧化等活性[3-5]，保鮮效果好，已成為涂膜保鮮原材料中的新焦點(diǎn)。

1 涂膜保鮮的保鮮機(jī)理

導(dǎo)致食品在貯藏過程中劣變的因素主要有2方面：外因有微生物的污染及環(huán)境中氧氣和溫、濕度的影響等；內(nèi)因主要是食品貯藏過程中的呼吸作用導(dǎo)致的果實(shí)衰老和水分蒸騰，呼吸使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)被消耗，產(chǎn)生CO2、排出水分。此外，內(nèi)源酶也會(huì)使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)生氧化和分解，導(dǎo)致食品品質(zhì)下降。

海藻多糖由于以下的物理和生物活性，使得其被制成涂膜劑后，能夠起到阻隔微生物并抑制其生長和繁殖的作用；同時(shí)還可以調(diào)節(jié)內(nèi)部酶活性，減少生鮮食品的衰老和水分蒸發(fā)，從而保持食品的新鮮度及品質(zhì)。

1.1 成膜性和阻氣性

從分子結(jié)構(gòu)上來說，海藻多糖分子之間相互交聯(lián)可形成致密的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有易成膜的特點(diǎn)，多糖膜可在單果上形成微環(huán)境，減少O2的進(jìn)入和CO2的排出。隨著果蔬呼吸作用的進(jìn)行，微環(huán)境內(nèi)部CO2濃度增加，O2濃度降低，有效地抑制果蔬的呼吸、代謝，水分蒸發(fā)也會(huì)隨之減少，從而減緩果蔬的衰老和蒸騰，延長了果蔬的保鮮期。另外，海藻多糖良好的成膜性能夠在一定程度上減輕表皮的機(jī)械損傷。

1.2 抑菌性

海藻多糖可在果蔬表面形成具有抑菌活性的保護(hù)層，起到減少外源微生物侵染、抑制微生物生長和繁殖的作用。用HPLC對(duì)紅藻和褐藻多糖進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)紅藻和褐藻的多糖具明顯的抑菌活性[6]。田鑫等[7]在鴨毛藻、孔石莼、酸藻和松節(jié)藻中分離到能夠抑制大腸桿菌的多糖，在鴨毛藻、酸藻、海黍子和松節(jié)藻小黏膜藻中分離到抗金黃色葡萄球菌的多糖。陳灼華等[8]研究發(fā)現(xiàn)9種海藻多糖具有抗細(xì)菌活性，其中中國凹頂藻、岡村凹頂藻、帚狀絨線藻、鼠尾藻、羊棲菜、羊棲菜、網(wǎng)地藻、厚網(wǎng)藻等8種海藻多糖對(duì)枯草芽抱桿菌和金黃色葡萄球菌具有抗菌活性，石花菜多糖對(duì)枯草芽孢桿菌具有抑制作用。在其中選取成本低廉、易獲取的海藻原料，利用海藻多糖良好的抑菌效果及其成膜特性來阻隔微生物，配制出的海藻多糖保鮮膜制劑會(huì)起到較好的抑菌效果。

1.3 抗病毒活性

許多果蔬在生長期間會(huì)受到病毒的侵染而產(chǎn)生病變，不能正常發(fā)育和成熟，最后導(dǎo)致果蔬品質(zhì)不佳甚至失去其商品價(jià)值。海藻多糖的抗病毒活性可減少果蔬生長期間和采摘后病毒對(duì)組織的侵染。Hayashi等[9]發(fā)現(xiàn)，巖藻多糖對(duì)單純皰疹病毒具有防御作用，從綠色海藻中提取的硫酸酯多糖也具有抗病毒活性[10]。張穎等[11]對(duì)孔石莼、刺松藻、海帶、亨氏馬尾藻、小石花菜、龍須菜、蜈蚣藻等南海7種海藻的多糖進(jìn)行抗病毒活性研究，發(fā)現(xiàn)7種海藻多糖均表現(xiàn)出良好的抗病毒活性，其中孔石莼多糖、蜈蚣藻多糖可明顯抑制單純皰疹Ⅰ型病毒，孔石莼多糖、小石花菜多糖可明顯抑制柯薩奇病毒。

1.4 抗氧化和抑制內(nèi)源酶

果蔬在貯藏過程中，氧氣和內(nèi)源酶會(huì)使?fàn)I養(yǎng)成分發(fā)生分解和氧化褐變，導(dǎo)致食品感官品質(zhì)下降。海藻多糖具有抗氧化活性，能抑制活性氧自由基的生成[12]和多酚氧化酶引起的酶促褐變[13-14]，減緩果蔬采后的衰老和變色，還可以減緩肉禽、魚蝦類食品的脂肪氧化，降低脂質(zhì)過氧化物含量。研究發(fā)現(xiàn)綠藻中的硫酸多糖、褐藻中的褐藻多糖[15]、海帶多糖[16]均具有功能性強(qiáng)且無毒性的強(qiáng)抗氧化活性。

2 海藻多糖用于食品保鮮的研究現(xiàn)狀

近幾年，已有將海藻多糖用于制作保鮮膜的相關(guān)研究，經(jīng)與其他多糖比較可知，海藻多糖保鮮效果更好。王瑞等[17]以冷卻牛肉為試驗(yàn)對(duì)象，分別以2%的海藻酸鈉、殼聚糖和羧甲基纖維素鈉等3種多糖為膜材對(duì)冷卻牛肉進(jìn)行涂膜保鮮，通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，用海藻酸鈉膜處理的牛肉可貯藏16 d，保質(zhì)期最長，保鮮效果最好。所以，與另外2種多糖相比，海藻多糖是更為理想的牛肉涂膜保鮮材料。

董書閣等[18]申請(qǐng)發(fā)明專利，即以石莼多糖作為主要原料，加入丁香、黃連，其中石莼多糖濃度為100～200 g/L，生產(chǎn)出保鮮效果好、健康、安全、無副作用的天然食品保鮮劑。程麗林等[19]用海帶多糖制成復(fù)合溶液，用其對(duì)辣椒進(jìn)行涂膜保鮮，配方為2%海帶多糖、0.4%殼聚糖、0.2%魔芋葡甘聚糖，該復(fù)合膜可顯著緩解辣椒的失重和腐爛率，并使辣椒保持有較高的葉綠素和VC含量。郭守軍等[20]以蜈蚣藻多糖為涂膜基質(zhì)，以CaCl2和甘油為成膜助劑，配制成涂膜保鮮劑，在常溫、相對(duì)濕度68%～86%的條件下，蜈蚣藻多糖涂膜保鮮的楊梅與對(duì)照組相比，其果實(shí)裂果率、霉?fàn)€率、失重率明顯降低，且抑制了果實(shí)的呼吸，減慢了有機(jī)酸、VC等營養(yǎng)成分流失的速度，抑制了多酚氧化酶、過氧化物酶、苯丙氨酸解氨酶的活性，進(jìn)而起到延緩果實(shí)衰老的作用。李穎暢等[21]用濃度為0.8%的紫菜多糖處理對(duì)蝦，在冷藏過程中對(duì)蝦的細(xì)菌總數(shù)、pH值、揮發(fā)性鹽基氮、硫代巴比妥酸值和K值顯著降低，感官評(píng)分提高，貨架期延長3～4 d。郭恒等[22]研究了一種復(fù)合防腐劑對(duì)海參的保鮮功效，防腐劑的配比為：馬尾藻0.4%、烏梅0.3%、乳酸鏈球菌素0.05%、地膚子0.04%， 研究結(jié)果表明，該復(fù)合防腐劑可有效抑制海參的菌落總數(shù)，使得海參10 d之內(nèi)的菌落總數(shù)符合標(biāo)準(zhǔn)，且對(duì)海參的主要腐敗微生物假單胞菌具有良好的抑制效果。有學(xué)者將海藻酸鈉用于草莓[23]和哈密瓜[24]保鮮，結(jié)果發(fā)現(xiàn)貯藏期內(nèi)保鮮膜對(duì)果實(shí)的失重率、腐爛率、感官評(píng)價(jià)、硬度、維生素C等指標(biāo)具有明顯的改善作用，能夠使果實(shí)保持良好的感官品質(zhì)，抑制果肉中霉菌和酵母菌的繁殖，延長貨架期。

綜上所述，海藻多糖在果蔬、肉制品、魚蝦和一些高檔海產(chǎn)品中都已被證實(shí)具有較好的保鮮效果，特別是針對(duì)一些不適用其他保鮮方法的食品，如熱帶水果芒果、荔枝、香蕉等不適用低溫保藏，藍(lán)莓、草莓等不去皮直接食用的水果不適宜用化學(xué)保鮮劑，海藻多糖在這類食品中的保鮮應(yīng)用就有著不可替代的優(yōu)勢(shì)。

3 展望

海藻多糖在食品保鮮的應(yīng)用中也存在一些缺陷，因此限制了海藻多糖的應(yīng)用，可通過對(duì)膜的改性和配制復(fù)合膜進(jìn)行改良。例如海藻多糖膜的厚度過大和膜的致密性過強(qiáng)，會(huì)使果蔬發(fā)生無氧呼吸，積累乙醇和醛，導(dǎo)致果蔬口味變差，可考慮加入輔助劑改善膜的透氣性。Rhim等[25]報(bào)道稱，添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%～50%的納米礦物材料（如黏土、二氧化硅、滑石等）于保鮮涂膜劑中，可以改善膜的透氣性[26]和抑制微生物的生長[27]。海藻多糖的水溶性會(huì)使保鮮膜的透濕性增強(qiáng)，可加入多價(jià)金屬離子，這樣有助于海藻酸鹽立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的形成，改善海藻酸鹽膜本身的親水性、機(jī)械阻力、凝聚力和硬度。在海藻多糖涂膜保鮮材料中添加適量的抗菌物質(zhì)可以增強(qiáng)其涂膜保鮮的效果。有研究表明，在涂膜保鮮劑中添加抗菌物質(zhì)，可以有效地降低食品中微生物的繁殖及延緩其腐敗變質(zhì)，如山梨酸、苯甲酸、苯甲酸鈉以及一些細(xì)菌素等[28]。

此外，分子修飾在海藻多糖研究中將發(fā)揮更大的作用。有研究表明，海藻多糖的抗病毒活性與其硫酸基團(tuán)的數(shù)量有關(guān)，所以對(duì)海藻多糖進(jìn)行硫酸基團(tuán)的修飾能夠提高多糖的保鮮效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 曲俐俐，王加晶，王宏偉. 食品保鮮技術(shù)的現(xiàn)狀及前景[J]. 食品工業(yè)，2015，36（8）：239-242.

[2] 王伏超，李軍國，董穎超，等. 多糖及改性多糖作為涂膜保鮮材料的研究進(jìn)展[J]. 食品科學(xué)，2012，33（5）：299-304.

[3] 王 玨，許曉曦，王 紅. 海藻多糖防輻射機(jī)制研究進(jìn)展[J]. 食品工業(yè)科技，2011，（5）：418-421.

[4] 楊成君，李 俐，李曉林. 褐藻多糖硫酸酯對(duì)老齡小鼠GSH和GR含量的影響[J]. 中國實(shí)驗(yàn)診斷學(xué)，2010，14（10）：1 549-1 550.

[5] 黃 震，遲秀文，束振華，等. 海藻多糖對(duì)小鼠巨噬細(xì)胞的免疫調(diào)節(jié)作用[J]. 遼寧中醫(yī)藥大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，13（4）：253-254

[6] 周華杰，馬興亮，崔秀花，等. 海藻粉及其活性多糖的研究進(jìn)展[J]. 中國飼料添加劑，2013，129（3）：9-12.

[7] 田 鑫，李秀霞，吳科陽，等. 海藻多糖提取純化及生物活性的研究進(jìn)展[J]. 食品與發(fā)酵科技，2015，51（6）：81-85.

[8] 陳灼華，鄭怡莊，惠 如. 10種紅藻和褐藻抗細(xì)菌抗真菌活性的研究[J]. 福建師范大學(xué)學(xué)報(bào)，1994，10（4）：75-79.

[9] Hayashi K， Nakano T， Hashimoto M， et al. Defensive effects of a fucoidan from brown alga Undaria pinnatifida against herpes simplex virus infection[J]. International Immuno Pharmacology， 2008， 8（1）： 109-116.

[10] Batista Gonzalez A E， Silva A M D O E， Vidal-Novoa A， et al. Analysis of in vitro and in vivo antioxidant properties of hydrophilic fractions from the seaweed halimeda monile[J]. Journal of Food Biochemistry， 2012， 36（2）： 189-197.

[11] 張 穎，岑穎洲，黃日明，等. 南海七種海藻多糖的抗病毒活性初步研究[J]. 病毒學(xué)報(bào)，2006，22（4）： 282-285.

[12] Hassan S， El-Twab S A， Hetta M， et al. Improvement of lipid profile and antioxidant of hypercholesterolemic albino rats by polysaccharides extracted from the green alga Ulva lactuca Linnaeus[J]. Saudi Journal of Bio-logical Sciences， 2011， 18（4）： 333-340.

[13] Alves A， Sousa R A， Reis R L. In Vitro Cytotoxicity assessment of ulvan， a polysaccharide extracted from green algae[J]. Phytotherapy Research， 2013， 27（8）： 1 143-1 148.

[14] Rodrigues J A G， Vanderlei E D O， de Araujo I W F， et al. In vivo toxico-logical evaluation of crude sulfated polysaccharide from the green seaweed Caulerpa cupressoides var. lycopodium in Swiss mice[J]. Acta Scientiarum Technology，2013， 35（4）： 603-610.

[15] 馮珍鴿，王 力，吳永沛，等. 褐藻中巖藻聚糖的化學(xué)成分及其對(duì)超氧離子的抑制作用[J]. 食品研究與開發(fā)，2010，31（3）： 66-68.

[16] Lu J H， You L J， Lin Z Y， et al. The antioxidant capacity of polysaccharide from Laminaria japonica by citric acid extraction[J]. International Journal of Food Sci-ence & Technology， 2013， 48（7）： 1 352-1 358.

[17] 王 瑞，孔保華，夏秀芳，等. 不同多糖對(duì)冷卻牛肉涂膜保鮮效果研究[J]. 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)， 2011，42（8）：13-18.

[18] 董書閣，侯文燕，董靜靜，等. 一種利用石莼資源化開發(fā)的天然食品保鮮劑及制備方法[P]. 中國： 201310604488. 2014-02-19.

[19] 程麗林，聶小寶，王慶國，等. 海帶多糖復(fù)合涂膜對(duì)辣椒保鮮效果的研究[J]. 食品工業(yè)科技，2015，7（36）：342-345.

[20] 郭守軍，葉文斌，楊永利，等. 蜈蚣藻多糖與卡拉膠復(fù)合涂膜保鮮劑對(duì)楊梅常溫貯藏的影響[J]. 食品科學(xué)，2010，18（31）：394-400.

[21] 李穎暢，王亞麗，呂艷芳，等. 紫菜多糖提取物對(duì)冷藏對(duì)蝦品質(zhì)的影響[J]. 現(xiàn)代食品科技，2015，3（31）：116-120.

[22] 郭 恒，霍健聰，俞曉雯. 一種天然防腐劑對(duì)裸五角瓜參的保鮮效果研究[J]. 肉類工業(yè)，2014（12）：42-45.

[23] 安 磊，劉 曼. 3種多糖對(duì)草莓的保鮮作用[J]. 食品科學(xué)技術(shù)學(xué)報(bào)，2015，33（3）：64-68.

[24] 周 研，曾媛媛，王錫昌，等. 2種復(fù)合涂膜對(duì)哈密瓜的采后保鮮效果[J]. 西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)， 2016，44（1）：134-138.

[25] Rhim J W， NG Perry K W. Natural Biopolymer-based nanocomposite films for packaging applications[J]. Critical Reviews in Food Science and Nutrition， 2007， 47（4）： 411-433.

[26] Casariego A， Souza B W S， Cerqueira M A， et al. Chitosan/clay films tproperties as affected by biopolymer and clay micro/nanoparticles' concentrations[J]. Food Hydrocolloids， 2009， 23（7）： 1 895-1 902.

[27] Shotornvit R， Rhimm J， Hong S. Effect of nano-clay type on the physical and antimicrobial properties of whey protein isolate/clay composite films[J]. Journal of Food Engineering， 2009， 91（3）： 468-473.

[28] Sorrentino A， Gorrasi G， Vittoria V. Potential perspectives of bio-nanocomposites for food packaging applications[J]. Trends in Food Science and Technology， 2007， 18（2）： 84-95.