海藻糖對生鮮類食品保鮮的機理及其應用研究

王帥靜，朱延光，藍尉冰，于玥，侯殿志，陳華磊，黃雙霞，陳山*

（1.廣西大學糖業(yè)工程技術(shù)研究中心，南寧 530004；2.廣西大學輕工與食品工程學院，南寧 530004；3.廣西蔗糖產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，南寧 530004）

海藻糖對生鮮類食品保鮮的機理及其應用研究

王帥靜1，2，3，朱延光1，2，3，藍尉冰1，2，3，于玥1，2，3，侯殿志1，2，3，陳華磊1，2，3，黃雙霞1，2，3，陳山1，2，3*

（1.廣西大學糖業(yè)工程技術(shù)研究中心，南寧 530004；2.廣西大學輕工與食品工程學院，南寧 530004；3.廣西蔗糖產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，南寧 530004）

海藻糖是一種具有維持細胞滲透壓，防止水分流失的非還原性二糖，由于其獨特的生物特性被廣泛應用于食品保鮮上，成為一種集調(diào)味與保護功能為一體的食品添加劑。生鮮類食品因其季節(jié)性、易腐性、地域性等特點，導致腐壞惡臭現(xiàn)象十分嚴重，開發(fā)一種天然安全保鮮劑逐漸成為研究熱點。文章綜述了海藻糖的生物學特性、安全性評價及對肉類、果蔬及水產(chǎn)品等生鮮食品保鮮的機理及在調(diào)味品行業(yè)的應用，以期為生鮮食品的保鮮提供理論上的指導。

海藻糖；安全性；生鮮食品；保鮮機理；應用

海藻糖又稱酵母糖、覃糖，是一種安全的天然糖類，同時也是一種內(nèi)生的滲透劑，在高滲環(huán)境中可以很好地維持生物體的生命活動［1，2］。其特殊結(jié)構(gòu)使之能夠保護細胞質(zhì)膜，維持滲透壓和防止細胞內(nèi)營養(yǎng)成分流失，能在缺水環(huán)境下形成玻璃化結(jié)構(gòu)，維持細胞正常生命結(jié)構(gòu)［3，4］，同時海藻糖不具有還原性，由2個葡萄糖分子組成，呈白色粉末狀，吸濕性好，天然無毒，性質(zhì)穩(wěn)定，受熱時不會發(fā)生脫水與降解，不發(fā)生焦糖化反應和美拉德反應，海藻糖還具有低熱量、低甜度等特點，因此有較高的潛在使用價值［5，6］。Green等［7］提出了海藻糖具有更高的保護生物大分子的作用，這與它的玻璃態(tài)的形成有關(guān)，而且糖類對生物體保護作用的效力從強到弱依次是海藻糖、麥芽糖、蔗糖和葡萄糖，符合它們的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度（Tg）從高到低的次序，海藻糖的生物保護作用優(yōu)于其他糖類就源于其具有較高的Tg值。Tadanori S等［8］進行原位觀察試驗也表明了海藻糖能夠比蔗糖更有效地改善冰晶形態(tài)的不穩(wěn)定性和抑制其生長速度。另有學者研究發(fā)現(xiàn)：海藻糖的代謝途徑與人體攝入的乳糖相似，可以吸收進入腸道細胞，當海藻糖酶的活性不高于6.0 U／g時，攝入的海藻糖（口服量）將不能被有效代謝，并且人體會對活性不高于5 U／g的海藻糖酶產(chǎn)生耐受性［9］。Allison等［10］研究發(fā)現(xiàn)海藻糖在體內(nèi)的代謝途徑與其他食用糖的代謝途徑基本一致，人體攝入海藻糖后，在小腸內(nèi)海藻糖酶能催化水解海藻糖生成兩分子D-葡萄糖，繼而將其吸收和代謝掉，因此海藻糖可作為一種安全的糖類被放心食用。社會不斷進步，科技不斷發(fā)展，人們的消費觀念及生活方式也產(chǎn)生了很大變化，在飲食安全上表現(xiàn)得尤為突出，生鮮食品逐漸獲得青睞源于其新鮮美味且營養(yǎng)均衡，已慢慢成為人們生活中必不可少的食物。然而，生鮮食品易腐性、季節(jié)性及地域性等特征限制了其貯藏環(huán)境、市場供應和產(chǎn)品研發(fā)，由于其保存技術(shù)不成熟造成的腐爛惡臭現(xiàn)象也十分嚴重，因此天然安全保鮮技術(shù)的研究與開發(fā)已迫在眉睫。將被美國食品藥品監(jiān)督管理局認定為安全可食用的海藻糖添加于食品中不僅能夠很好地保持食物的酸、甜、苦、辣、咸、鮮，增加口感，更能對苦澀味、腥臭味等起到減輕和掩蓋的作用，其在食品保鮮及調(diào)味領(lǐng)域已占有一席之地。

1 海藻糖的生物保護機制及安全性評價

海藻糖是由兩分子葡萄糖通過α，α-1，1-糖苷鍵連接而成的一種非還原性二糖，理論上應有α，β-1，1-；β，β-1，1-和α，α-1，1-3種同分異構(gòu)體，但目前為止，只分離得到了α，α-海藻糖［11］，即目前自然界以游離態(tài)存在的只有α，α-型海藻糖，不過其他兩種可依靠化學方法合成，其分子結(jié)構(gòu)式見圖1。

圖1 海藻糖的結(jié)構(gòu)

1.1 海藻糖的生物保護機制

海藻糖是一種性質(zhì)非常穩(wěn)定的生物應激代謝產(chǎn)物，對生物體具有保護作用。雖然目前就海藻糖對生物大分子的保護機制并沒有明確的說法，但存在4種假說解釋海藻糖穩(wěn)定生物分子的機制：其一，生物體內(nèi)的大分子物質(zhì)如蛋白質(zhì)和糖類等均被一層水膜包圍著以保護其功能和特性不被改變，而海藻糖能與生物膜分子中的磷脂鍵形成共價鍵——氫鍵可代替水膜，用于保護處于冷凍和干燥條件下的生物分子不被破壞。Crowe等［12］將以上機制稱為“水代替”假說，Crowe及Carpenter等［13］對傅里葉紅外轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的研究更加論證了這一假說。其二，Green等在1989年提出“玻璃態(tài)”假說，即海藻糖水溶液在干燥環(huán)境下濃度越大其黏度也越大，當達到一定程度且未結(jié)晶時，其海藻糖／水混合物就會呈現(xiàn)玻璃化，這種現(xiàn)象稱為“玻璃態(tài)”。當生物體缺水時，海藻糖會緊緊包裹相鄰的分子從而形成一種碳水化合物玻璃體結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)與玻璃狀的冰非常相似，擴散系數(shù)很低，分子運動和分子生物學特性也很微弱，能夠使生物的空間結(jié)構(gòu)保持不變，有維持生物體系生命特征的作用。其三，Timasheff［14］提出“優(yōu)先排阻”假說，他們認為海藻糖直接與蛋白質(zhì)表面的水分子相結(jié)合而不是作用于空間結(jié)構(gòu)，這種結(jié)合形式能夠減小蛋白質(zhì)溶劑化層的半徑，并且因分子結(jié)構(gòu)更加緊密、構(gòu)象更加穩(wěn)定而能有效抵御外界環(huán)境的變化，維持生命體的新陳代謝。海藻糖因具有良好的水合體積能在溶液中結(jié)合更多的水分子［15］，有研究稱海藻糖的水化體積大約為蔗糖、麥芽糖、葡萄糖和果糖的2.5倍，因此也證明了海藻糖保護大生物分子的機制要優(yōu)于其他低聚糖。其四，有學者研究發(fā)現(xiàn)海藻糖與其他分子具有協(xié)同作用。Singer等［16］研究酵母細胞時發(fā)現(xiàn)海藻糖與一些分子伴侶在細胞熱耐受中發(fā)揮了協(xié)調(diào)作用。Miller［17］以乳酸脫氫酶為研究體系，發(fā)現(xiàn)一些離子能與海藻糖產(chǎn)生協(xié)同作用，對該酶產(chǎn)生更強勁的保護效果。

1.2 海藻糖的安全性評價

海藻糖用于食品添加劑使用時，人們在關(guān)注其有效性的同時也應考慮其對人體的安全性。國內(nèi)外不少專家都對海藻糖的安全性進行了相關(guān)試驗，以張晶［18］、梁春華［19］、Richards等［20］為代表在海藻糖的急性毒性、長期毒性及生殖性毒性方面進行了試驗，試驗結(jié)果顯示經(jīng)海藻糖處理的小鼠與未處理的小鼠沒有顯著差異。Richards等還進行了海藻糖的致突變試驗，結(jié)果表明海藻糖沒有致突變性。陳暉等［21］對海藻糖用于藥物的安全性進行了評估，結(jié)果表明：海藻糖對SD大鼠急性經(jīng)口毒性表現(xiàn)為無毒，對家兔皮膚及眼睛也無刺激性，連續(xù)90天對SD大鼠肌肉注射未觀察到產(chǎn)生明顯毒性，高于200 mg／kg為無毒劑量，因此海藻糖是安全無毒的藥用輔料。根據(jù)研究者所做的毒性試驗，可知海藻糖是毒性極低的安全糖類，長期使用不會對人類有顯著危害，對食品藥品等領(lǐng)域使用海藻糖提供了理論上的支持。

2 海藻糖的保鮮機理及應用

生鮮食品的概念源于外資零售企業(yè)，是指由種植、采摘、養(yǎng)殖、捕撈形成的，未經(jīng)加工或經(jīng)初級加工，可供人類食用的生鮮農(nóng)產(chǎn)品。目前具有代表性的是“生鮮三品”，即：肉類、果蔬和水產(chǎn)品。由于貯藏保鮮及加工技術(shù)的落后，我國生鮮食品腐爛惡臭現(xiàn)象嚴重。而海藻糖對肉類等油脂成分中的不飽和脂肪酸的分解有抑制作用，可防止因不飽和脂肪酸分解而產(chǎn)生的酸臭味；海藻糖還能影響味覺，對食物的香味、咸味有協(xié)同增效作用，還能緩和與掩蓋部分不良味道，如果蔬、茶葉的澀苦味；海藻糖在動植物中能起到穩(wěn)定組織細胞結(jié)構(gòu)的作用，能防止蛋白質(zhì)變性，抑制腐腥臭味的產(chǎn)生，而且即使在失水的情況下仍能保持原有的組織或細胞構(gòu)造不因干燥或凍結(jié)而受到傷害，達到維持組織細胞結(jié)構(gòu)的目的，因而具有保持生鮮肉類及果蔬的組織穩(wěn)定和持久保鮮的作用。

2.1 對肉類的保鮮機理及應用

富含油脂的肉類在加工保藏過程中很容易發(fā)生酸敗，產(chǎn)生一定刺激性的臭味。油脂酸敗是長鏈的不飽和脂肪酸分解斷裂成短鏈的脂肪酸、醛類和酮類等，并且在分解過程中產(chǎn)生一些具有不愉快特殊氣味的中間產(chǎn)物如過氧化氫等，導致了脂肪氧化酸敗的臭味。海藻糖抑制不飽和脂肪酸分解產(chǎn)生揮發(fā)性醛的機理是通過抑制不飽和脂肪酸的自動氧化從而抑制氫過氧化物等起始產(chǎn)物的形成［22］。海藻糖對肉類的保鮮是通過在室溫下形成的一種特殊的能析出粘液的膜將肉類滋潤并封存起來，同時能殺死源頭細菌和后來的染菌，這種膜不僅能輻射外來熱量而且在常溫下非常穩(wěn)定［23］。海藻糖不會發(fā)生美拉德反應，因此不影響食品的色澤、風味及質(zhì)地等，具有抗逆保鮮作用，在肉類保鮮領(lǐng)域深受歡迎，將海藻糖均勻涂布在將要脫水的肉制品中，能夠有效保留肉類的營養(yǎng)風味及維生素等，肉類水合后又能恢復其原有性狀［24］。蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)對肉制品的保鮮有很大影響，蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)為網(wǎng)狀疏松式，能夠有效截留水分，達到肉類保鮮目的［25］，而海藻糖用于保護肉制品中蛋白質(zhì)分子的天然結(jié)構(gòu)是非常有效的，而且能長期保持其品質(zhì)和化學性質(zhì)穩(wěn)定不變，從而保證肉類的色澤、風味和營養(yǎng)等特性。

在肉類食品中加入海藻糖能有效抑制脂肪酸敗，從而保證肉類食品長時間保持鮮嫩柔軟，并能有效抑制異味的產(chǎn)生。日本學者奧和之等［26］發(fā)現(xiàn)海藻糖能很好地抑制脂肪酸敗，研究表明海藻糖通過抑制不飽和脂肪酸的自動氧化，減少由于脂肪酸敗形成的不良氣味，從而達到保持肉制品營養(yǎng)和風味的目的。張曉燕等［27］研究表明含有海藻糖的生物可降解薄膜對冷鮮肉的保鮮及護色作用更加明顯，且能減緩揮發(fā)性鹽基氮的累積速率，抑制了蛋白質(zhì)變性、脂肪酸敗及腐臭味的產(chǎn)生，從而對冷鮮肉的新鮮度、色澤及風味起到了很好的保持作用；宋樹鑫等［28］研究了海藻糖對冷鮮豬肉的保鮮優(yōu)勢，結(jié)果表明海藻糖處理的豬肉貨架期明顯高于其他兩實驗組及空白對照組，經(jīng)海藻糖處理過的濾紙片周圍也未出現(xiàn)抑菌圈，說明雖然海藻糖并非直接作用于腐敗微生物，但是能有效避免因腐敗菌而導致的變質(zhì)惡臭等現(xiàn)象的發(fā)生；王立立［29］采用真空包裝和添加海藻糖相結(jié)合的方式研究了海藻糖對冷鮮肉的矯味保鮮作用，結(jié)果表明：濃度為6%的海藻糖復合保鮮液比濃度為4%的海藻糖溶液保鮮期長，但因復合保鮮液中存在醋酸等異味，綜合感官評定，認為濃度為4%的海藻糖溶液較為理想。

2.2 對果蔬的保鮮機理及應用

果蔬等被采摘后仍是一個活的有機體，在加工及貯藏環(huán)節(jié)還能進行呼吸作用、休眠等復雜的生命活動?？刂乒吒瘮≈饕ㄟ^以下3個途徑［30］：一是要控制果蔬的呼吸作用，延緩其變質(zhì)進程，主要通過改善貯藏環(huán)境溫度和氣體來實現(xiàn)；二是抑制微生物的生長，通過添加殺菌劑以及控制貯藏環(huán)境條件等實現(xiàn)；三是通過對貯藏環(huán)境濕度的控制以及細胞間水分的結(jié)構(gòu)化來調(diào)控果蔬水分的蒸發(fā)。海藻糖能夠抑制果蔬褐變，穩(wěn)定果蔬組織，保持果蔬新鮮度及口感，防止果蔬因生命活動導致的腐敗變質(zhì)。海藻糖對果蔬的保鮮機理主要是形成保護膜質(zhì)，將海藻糖通過浸漬、涂刷及噴灑等方式涂覆在果蔬表面，海藻糖風干后會形成具有通透性和阻氣性的透明無色膜層，該膜層通過覆蓋果蔬表面微孔減小表皮空隙從而抑制果蔬的呼吸，并能夠?qū)Ω鞣N分子增加穿透阻力［31］。另外，該膜層能有效阻止外界空氣進入膜層內(nèi)，防止氧氣與果蔬內(nèi)的酶作用引發(fā)褐變，同時果蔬組織內(nèi)CO2與O2比例增加，呼吸強度變?nèi)酰终舭l(fā)過程變得緩慢，從而達到延長果蔬采后的壽命的作用［32］。同時海藻糖還具有甜味劑、護色劑和預防齲齒等功能，在果蔬應用方面有很好的開發(fā)前景。

果蔬被采摘后其體內(nèi)仍然在發(fā)生著糖酵解、三羧酸循環(huán)（TCA）和電子傳遞鏈等系列酶反應過程［33］。這些反應放出熱量會影響貯藏溫度，使果蔬生命活動變得旺盛，從而加速營養(yǎng)元素的消耗，降低果蔬的貨架期。Jing W等［34］探討了海藻糖對草莓和辣椒的保鮮作用，以海藻糖為主要原料并配合牛血清蛋白對草莓和辣椒在25℃條件下進行涂膜保鮮試驗，結(jié)果表明：當海藻糖與牛血清蛋白含量均為2.5 g時組成的膜進行涂膜保鮮時效果最佳。莫祺紅等［35］發(fā)明了一種防褐變的泡菜制備方法，有效利用了海藻糖能夠抑制褐變反應及具有護色的功能，不僅保持了泡菜的口感，而且增加了泡菜的鮮味。張崇霞［36］研究了殼聚糖、植酸、海藻糖及三者復配對羅伯遜臍橙采后的保鮮效果及機理，結(jié)果表明殼聚糖濃度、植酸濃度和海藻糖濃度分別為2%，1%，3%的實驗組在延緩臍橙的后熟及衰老過程中最為有效，并在色澤、香味、異味、組織狀態(tài)及滋味的感官評分中得分最高，且該組最有利于烯類物質(zhì)的生成和保持，從而使得臍橙果實香氣更加濃郁。蘇艷蘭等［37］對白果軟包裝生鮮制品的加工工藝進行了研究，通過感官測定，確定最佳配方濃度為食鹽0.5%、海藻糖2%、檸檬酸0.2%，其中海藻糖很好地保持了白果的色澤、風味和質(zhì)地，并增強了香甜味，同時緩和與掩蓋了部分不良味道，減少了白果的苦澀味。

2.3 對水產(chǎn)品的保鮮機理及應用

魚類等水產(chǎn)品在保鮮和加工環(huán)節(jié)很容易因微生物和化學反應而腐敗變質(zhì)產(chǎn)生苦腥味，腐敗菌等微生物將魚類體表粘液作為培養(yǎng)基生長繁殖，分泌大量的蛋白酶使魚肉中的蛋白質(zhì)分解從而導致魚肉組織被破壞，魚肉質(zhì)地變得疏松并且產(chǎn)生吲哚、糞臭素、硫醇、氨及硫化氫等臭味物質(zhì)，同時魚肉顏色會發(fā)黃變褐［38］。當魚肉中的蛋白質(zhì)被酶水解后會形成苦味肽，球蛋白分子中的疏水性氨基酸藏在蛋白質(zhì)分子內(nèi)部，當分子被水解時疏水性氨基酸暴露出來接觸味蕾產(chǎn)生苦味，因此抑制蛋白質(zhì)的變性能有效解決魚肉制品苦腥味的產(chǎn)生［39］。海藻糖保護蛋白質(zhì)分子的原理是通過其自身分子進入魚類等水產(chǎn)品體內(nèi)，游離的羥基與水結(jié)合，自身發(fā)生膨脹，冰晶生成速率減緩，體系的共晶點降低，并增加了肌肉組織結(jié)構(gòu)各組分之間的距離，增大了含水分區(qū)域，阻止肌肉內(nèi)部水分流失并利用形成的三維空間穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，從而增強蛋白質(zhì)的穩(wěn)定性來達到防止魚片的蛋白質(zhì)變性，同時海藻糖具有高的玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變溫度也對其產(chǎn)生作用［40］。Tadanori S等［41］發(fā)現(xiàn)水在含有海藻糖的條件下結(jié)冰時形成的冰晶具有能有效減少對魚肉損傷的作用，他們觀察了蔗糖溶液和海藻糖溶液在顯微鏡下所呈現(xiàn)的冰晶形態(tài)。

圖2 蔗糖溶液與海藻糖溶液在過冷條件下形成的冰晶性狀

由圖2可知，蔗糖溶液冰晶體邊緣銳利，容易刺破肌肉細胞，而海藻糖溶液晶體形態(tài)相對圓潤，也不易刺傷細胞，而且尺寸較小。

徐永霞等［42］以感官評分作為評價指標，采用響應面法研究了海藻糖溶液對白鰱魚的脫腥效果，結(jié)果表明海藻糖與檸檬酸分別以4.5%，0.43%的濃度浸泡38 min，不僅能很好地保存白鰱魚的營養(yǎng)成分，而且脫腥后肉的硬度、膠著度和咀嚼度明顯下降，彈性、粘聚性及回復性變化不大。粟桂嬌等［43］分別使用酵母發(fā)酵、風味酶處理、活性炭吸附及海藻糖處理等酶法對羅非魚進行脫色、脫苦、除腥研究，結(jié)果表明海藻糖在脫苦、除腥方面效果最佳。張朝敏等［44］研究比較了茶多酚、海藻糖和茶多酚-海藻糖脫腥液對白鰱魚肉品質(zhì)的影響，結(jié)果表明經(jīng)過脫腥液處理能夠很好延長白鰱魚的貨架期，抑制細菌的生長。

3 展望

調(diào)味保鮮行業(yè)目前正面臨著向多功能純天然集矯味保鮮功能為一體的方向發(fā)展的關(guān)鍵時期，天然安全添加劑的使用能及時為其注入新的活力，牽引著調(diào)味品行業(yè)不斷進行轉(zhuǎn)型升級，雖然海藻糖在這方面的研究與應用逐步深入，但還有一些問題存在：如海藻糖膜過厚且涂膜不均，導致果蔬類食品進行厭氧呼吸，多糖也有可能為微生物的生長繁殖提供良好的培養(yǎng)條件，因此可對海藻糖進行衍生改性，研發(fā)相應的加工工藝和設(shè)備，實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)；也可將海藻糖與天然材料復配，在保證安全的前提下，提高產(chǎn)品的營養(yǎng)價值和實用功能；還可對海藻糖的保鮮矯味等功能進行風險評估及毒理學實驗，為今后工業(yè)化的生產(chǎn)提供理論依據(jù)，同時，由于技術(shù)和價格等因素的限制，目前全球能夠正常生產(chǎn)海藻糖的廠家少之又少，遠不能滿足龐大的市場需求，因此研究海藻糖合成途徑促進規(guī)模批量生產(chǎn)，滿足市場需求，提高經(jīng)濟效益，同時改善化學食品添加劑對環(huán)境和人體帶來的危害，對調(diào)味品的質(zhì)量保障體系升級有良好的推動作用。

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Study on the Mechanism of Trehalose for Fresh Food Preservation and lts Application

WANG Shuai-jing1，2，3，ZHU Yan-guang1，2，3，LAN Wei-bing1，2，3，YU Yue1，2，3，HOU Dian-zhi1，2，3，CHEN Hua-lei1，2，3，HUANG Shuang-xia1，2，3，CHEN Shan1，2，3*
（1.Center for Sugar Industry Engineering and Technology Research，Guangxi University，Nanning 530004，China；2.Light Industry and Food Engineering College，Guangxi University，Nanning 530004，China；3.Guangxi Sugar Industry Collaborative Innovation Center，Nanning 530004，China）

Trehalose，a non-reducing disaccharide，is able to maintain the extracellular osmolarity and prevent water loss.It is widely applied in food preservation due to its unique biological features，becomes a kind of food additive with the seasoning and protection functions.The spoilage of fresh food is serious because of its seasonal，perishable and regional characteristics.Therefore，it is necessary to develop a natural and safe preservative in modern society.Review the biological characteristics and safety evaluation of trehalose.In addition，review the mechanism of trehalose for fresh food preservation such as meat，fruits，vegetables and aquatic products and its application in condiment industry，in order to provide the theoretical guidance for fresh food preservation.

trehalose；safety；fresh food；preservation mechanism；application

TS245.9

A

10.3969／j.issn.1000-9973.2017.10.036

1000-9973（2017）10-0165-06

2017－04－17 *通訊作者

王帥靜（1992－），女，河南洛陽人，碩士，研究方向：糖廠副產(chǎn)物的綜合利用與糖類藥物開發(fā)。