含有殼聚糖的保鮮劑在水產(chǎn)品保鮮中應(yīng)用的研究進(jìn)展

周倩倩，謝 晶

(上海水產(chǎn)品加工及貯藏工程技術(shù)研究中心，上海冷鏈裝備性能與節(jié)能評價專業(yè)技術(shù)服務(wù)平臺，食品科學(xué)與工程國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心(上海海洋大學(xué))，上海海洋大學(xué)食品學(xué)院，上海201306)

水產(chǎn)品腐敗變質(zhì)主要是因?yàn)槊复俜磻?yīng)、內(nèi)源化學(xué)反應(yīng)和微生物生長等因素。水產(chǎn)品中豐富的游離氨基酸、多不飽和脂肪酸、維生素、礦物質(zhì)等會在腐敗微生物的作用下發(fā)生水解，使一些新鮮度指標(biāo)如揮發(fā)性鹽基氮(TVB－N)、氧化三甲胺(TMAO)和微生物菌落數(shù)迅速增加，造成水產(chǎn)品的腐敗變質(zhì)［1－2］。

低溫、化學(xué)防腐、生物保鮮劑涂膜是水產(chǎn)品常用保鮮方式。在冷凍過程中，可能發(fā)生脂質(zhì)氧化、表面脫水、蛋白質(zhì)變性等不良變化，影響冷凍魚的營養(yǎng)和感官品質(zhì)，從而影響水產(chǎn)品的可接受性［3－4］，因此短期貯藏一般會選擇冷藏。盡管化學(xué)保鮮可以在一定程度上控制酶活性和微生物繁殖，但也可能在食品中引入一些不確定的化學(xué)污染物［5］，因此，在選擇化學(xué)添加劑之前，需要嚴(yán)格的風(fēng)險(xiǎn)評估過程。殼聚糖是生物保鮮劑中常用的動物源生物保鮮劑，它無毒、可生物降解、有生物相容性、有抗微生物和抗真菌活性，同時還能夠和維生素、礦物質(zhì)和多糖等物質(zhì)混合使用［6］，作為涂膜保鮮劑，能夠降低水產(chǎn)品貯藏過程中的脂質(zhì)氧化和水分損失，還可作為防止失水和空氣氧化的屏障。

目前，國內(nèi)外對于殼聚糖和植物保鮮劑復(fù)合使用的研究較多，但殼聚糖和其他生物保鮮劑的結(jié)合，以及和其他保鮮方式的結(jié)合研究仍較少。本文歸納總結(jié)了含有殼聚糖的保鮮劑、殼聚糖納米涂膜、殼聚糖和其他保鮮方式結(jié)合在水產(chǎn)品保鮮中的應(yīng)用，并對物流過程中該類保鮮劑的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

1 殼聚糖的保鮮機(jī)制

殼聚糖是天然的陽離子多糖，也是豐富和可再生的資源之一，存在于真菌的細(xì)胞壁、綠藻、小球藻、酵母和原生動物以及昆蟲角質(zhì)層中，尤其是在甲殼類的外骨骼中含量較多。殼聚糖是幾丁質(zhì)的脫乙?；苌铮抢w維素之后第二多的天然多糖。它是由N－乙酰氨基葡萄糖和D－葡糖胺兩種單糖通過β－(1→4)糖苷鍵連接而成的線性高分子多糖。殼聚糖中這兩種單糖的相對量差異很大，因此會產(chǎn)生不同程度脫乙酰度的殼聚糖，范圍為75%～95%，分子量在50～2000 kDa范圍內(nèi)，具有不同的粘度和酸度系數(shù)［7］。

殼聚糖在其骨架上具有三個官能部分:C2上的氨基和C3與C6上的伯羥基和仲羥基。這些官能團(tuán)在殼聚糖的各種功能中發(fā)揮重要作用:在酸性條件下，由于質(zhì)子化現(xiàn)象，氨基使其能夠與微生物的帶負(fù)電表面組分相互作用，使細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)泄漏導(dǎo)致細(xì)胞死亡;殼聚糖聚合物通過氨基、羥基離子和配位鍵與對細(xì)菌生長繁殖起重要作用的金屬陽離子相互作用導(dǎo)致細(xì)菌死亡［7－9］。殼聚糖還具有抗氧化性:金屬螯合能力使低分子量殼聚糖中的氨基可與外部自由基反應(yīng)形成更穩(wěn)定的大分子基團(tuán)，因而有極佳的羥基自由基清除活性;殼聚糖中游離氨基的存在使其具有成膜性，能夠阻止氧氣滲透，阻礙脂質(zhì)氧化和水分的流失［7，10］。

2 殼聚糖和其他生物保鮮劑的復(fù)合使用

2.1 植物源保鮮劑

植物資源種類多且廉價，常用的植物保鮮劑有中草藥提取物、食用香料提取物等，它們能夠抑制微生物的正常代謝繁殖，安全性高，能夠賦予水產(chǎn)品特有的香味，同時對人體具有保健功能。石榴皮、甘草、綠茶等提取物因具有活性基團(tuán)，能夠清除自由基、抑菌，近年來受到了廣泛的關(guān)注。

2.1.1 石榴皮提取物 石榴皮提取物易收集提取，具有很強(qiáng)的去除自由基、防止脂蛋白氧化的能力。將其用殼聚糖包裹進(jìn)行水產(chǎn)品保鮮，能夠使保鮮劑具有更好的保鮮效果。Alsaggaf等［11］用殼聚糖與石榴皮提取物(Pomegranate peel extract，PPE)一起作為可食性涂膜涂在尼羅羅非魚片上，發(fā)現(xiàn)這種涂膜延緩了揮發(fā)性鹽基總氮(TVB－N)、過氧化值(POV)和硫代巴比妥酸(TBA)的變化，貯藏過程中整個微生物數(shù)量急劇下降;石榴皮提取物增強(qiáng)了其涂膜抗菌活性，且感官評價和整體質(zhì)量都較好。袁高峰等［12］用殼聚糖和PPE來貯藏南美白對蝦，發(fā)現(xiàn)殼聚糖涂膜結(jié)合PPE處理抑制了其黑變，感官評分、菌落總數(shù)和TVB－N均低于單獨(dú)使用殼聚糖涂膜，證實(shí)了殼聚糖涂膜和石榴皮提取物之間的協(xié)同作用。Berizi等［13］在凍藏期前先用殼聚糖和不同濃度的PPE浸泡虹鱒魚60 s，結(jié)果發(fā)現(xiàn)2%PPE和殼聚糖結(jié)合可有效防止脂肪和蛋白質(zhì)氧化，且感官和質(zhì)地特性有顯著改善，使虹鱒魚凍結(jié)保藏期長達(dá)6個月。綜上可知，在殼聚糖中加入PPE，使其具有優(yōu)于單一保鮮劑的保鮮性能。

2.1.2 甘草提取物 甘草是一種重要的天然抗菌化合物，其具有的還原基團(tuán)可以延緩脂質(zhì)的氧化，抑制微生物的生長繁殖。Qiu等［14］研究了殼聚糖、殼聚糖和檸檬酸、殼聚糖和甘草提取物分別對新鮮日本海鱸魚魚片在4℃下保藏12 d的保鮮效果，當(dāng)對照魚片的TVB－N值超過最大限度時，實(shí)驗(yàn)組的TVB－N值仍非常低，顯著延長了魚片冷藏的貨架期。Qiu等［15］用殼聚糖、殼聚糖和檸檬酸、殼聚糖和甘草提取物分別涂膜處理卵形鯧鲹，與對照樣品相比，殼聚糖和甘草提取物或檸檬酸結(jié)合可以抑制脂質(zhì)氧化，實(shí)驗(yàn)組表現(xiàn)出較低的POV值和TBA值。王玉婷等［16］優(yōu)化保鮮大黃魚的復(fù)配組合(殼聚糖、茶多酚、檸檬酸)，經(jīng)響應(yīng)面法得出最佳復(fù)合保鮮劑配比為:殼聚糖15.92 g/L，茶多酚4.48 g/L，檸檬酸3.58 g/L，檸檬酸、甘草提取物和殼聚糖聯(lián)合應(yīng)用可顯著延緩腐敗菌單核細(xì)胞增生李斯特菌的生長，顯著增強(qiáng)殼聚糖的抗氧化活性［17］，且甘草提取物具有比檸檬酸更強(qiáng)的作用?？傊?，甘草提取物和殼聚糖之間存在顯著的交互作用，增強(qiáng)了保鮮效果，但也應(yīng)注意甘草的苦澀感可能會對水產(chǎn)品的口味造成影響。

2.1.3 其他植物源保鮮劑 具有抗氧化能力的天然植物保鮮劑可延緩水產(chǎn)品腐敗變質(zhì)。Yuan等［18］研究殼聚糖包衣與綠茶提取物(Green tea extract，GTE)聯(lián)合應(yīng)用在南美白對蝦9 d的冰期貯藏中，與對照組相比，GTE和殼聚糖涂膜對黑變有明顯的抑制作用，且菌落總數(shù)、pH和TVB－N值均有所降低，表明殼聚糖涂層與GTE結(jié)合可用于抑制黑色素沉淀，并在冰藏期間延緩了蝦的劣變。Li等［19］研究牛至大豆油、大蒜素與殼聚糖復(fù)配對在(4±0.5)℃貯藏條件下日本海鱸魚品質(zhì)的影響，結(jié)果表明，殼聚糖+牛至大豆油+大蒜素可以減少菌落總數(shù)，抑制總揮發(fā)性鹽基氮的提高、蛋白質(zhì)分解，降低過氧化值、TBA值。Li等［20］研究葡萄籽提取物和茶多酚作為天然防腐劑與殼聚糖結(jié)合對冷藏期間紅鼓(Sciaenops ocellatus)魚片的保鮮效果，結(jié)果顯示，與冷藏對照組相比，冷藏實(shí)驗(yàn)組可以延長貨架期6～8 d。茶多酚和葡萄籽提取物都具有清除自由基的能力和抗氧化、抗微生物特性，含殼聚糖和茶多酚的涂膜效果略好于殼聚糖和葡萄籽提取物的效果，且已被廣泛用于食品工業(yè)。

目前，很多植物提取物已被食品工業(yè)廣泛應(yīng)用，其與殼聚糖結(jié)合用于涂膜或浸泡已開始應(yīng)用于水產(chǎn)品的保鮮。基于植物種類的多樣性和水產(chǎn)品品種與特性的差異，今后還有待于開發(fā)新型具有高抗氧化和抗菌活性的天然復(fù)合生物保鮮劑，來延長水產(chǎn)品的貨架期，提高水產(chǎn)品的品質(zhì)。

2.2 動物源保鮮劑

目前，與殼聚糖復(fù)合使用結(jié)合的動物源保鮮劑還不常見，有報(bào)道的應(yīng)用于水產(chǎn)品保鮮較多的是魚明膠。魚明膠可生物降解，在低含水量下具有優(yōu)異的成膜性和抗氧化性，明膠本身還可以補(bǔ)充水產(chǎn)品中的蛋白質(zhì)，并且價格相對較低。Nowzari等［21］研究了殼聚糖－明膠涂膜抑制冷藏(4±1)℃虹鱒(Oncorhynchus mykiss)魚片酸敗的作用，經(jīng)TVB－N和微生物檢測可知，殼聚糖－明膠復(fù)合物和雙層涂膜能明顯減少細(xì)菌對虹鱒魚片的污染，貯藏結(jié)束時的過氧化值和硫代巴比妥酸值均低于對照樣品，魚片保持了良好的質(zhì)地，脂質(zhì)的氧化降低，魚肉的保質(zhì)期延長。Feng等［22］用殼聚糖－明膠涂膜保鮮金鯧，得出0.4%殼聚糖+7.2%明膠的可食性涂膜在冷藏過程中對魚片的保存效果最好，其涂膜可以通過抑制肌原纖維的降解來發(fā)揮其保護(hù)作用。Farajzadeh等［23］研究了明膠和殼聚糖涂膜對對蝦保質(zhì)期的影響，與對照組相比，復(fù)合涂膜通過減少細(xì)菌總數(shù)和嗜冷細(xì)菌數(shù)而延長了蝦的貨架期，抑制了其TVB－N的升高，感官品質(zhì)延長了5 d。此外，徐晨等［24］用魚精蛋白－殼聚糖復(fù)合保鮮劑來保鮮貯藏草魚，結(jié)果顯示，0.8%魚精蛋白溶液+1%殼聚糖涂膜后保鮮效果最好，與對照組相比，貨架期延長了約4 d。

綜上所述，魚明膠、殼聚糖均屬于動物源保鮮劑，具有很多相同性能，如抗菌抑菌、成膜性，復(fù)合使用可增強(qiáng)殼聚糖對水產(chǎn)品保鮮的效果。目前，對于動物源保鮮劑兩兩結(jié)合的涂膜保鮮研究較少，在制造復(fù)合膜的過程中，應(yīng)利用其良好的成膜性，通過改變保鮮劑的配方優(yōu)化涂膜保鮮劑，以隔絕空氣氧化和水分喪失、隔絕微生物污染。

2.3 微生物源保鮮劑

常用于水產(chǎn)品保鮮的微生物源保鮮劑有乳酸鏈球菌素(Nisin)、溶菌酶、酶制劑等。Hui等［25］和 He等［26］研究了殼聚糖與不同濃度Nisin在4℃下貯藏大黃魚對其品質(zhì)的保持作用，均得到1%脫乙酰殼多糖與0.6%乳酸鏈球菌肽結(jié)合具有最佳的保鮮效果，其對腐敗希瓦氏菌生長和生物膜形成具有顯著的抑制作用，該組合能夠減少大黃魚的氨基酸損失和腐敗產(chǎn)物如 TVB－N、腐胺和尸胺的積累。Wu等［27］制備了殼聚糖－Nisin(CS－乳鏈菌肽)微膠囊，用其保鮮小黃魚，與對照相比，CS－乳鏈菌肽微膠囊能夠抑制微生物生長，經(jīng)測定菌落總數(shù)表明能使小黃魚貯藏期延長6～9 d。徐楚等［28］用殼聚糖、茶多酚和溶菌酶三者結(jié)合來貯藏高白鮭魚片，結(jié)果表明，4.0 g/kg殼聚糖+0.1 g/kg茶多酚+0.5 g/kg溶菌酶保鮮效果最佳，其TBA值、K值和菌落總數(shù)等均處于較低水平，且在冰藏條件下可將魚一級鮮度延長至4 d。Jasour等［29］研究評估了殼聚糖溶液中的乳過氧化物酶體系對冷藏(4±1)℃期間虹鱒魚品質(zhì)和保質(zhì)期延長的涂膜效果，涂膜后的魚片保存期限延長了至少4 d。

綜上可知，殼聚糖和微生物源保鮮劑復(fù)合使用具有協(xié)同作用，可以明顯延長水產(chǎn)品的貨架期。雖然微生物生長繁殖速度快，但其代謝產(chǎn)物易受周圍環(huán)境的影響，而且其他一些天然酶制劑具有專一性，需要的條件溫和且價格昂貴，因此在此方面的研究較少。

3 殼聚糖納米涂膜

殼聚糖由于乙酰化程度不同，其分子量大小、粒徑大小也會不同，通過制備納米殼聚糖顆粒，可增大其與水產(chǎn)品的接觸面積，增強(qiáng)保鮮效果。Ramezani等［30］研究比較了殼聚糖與納米殼聚糖涂膜對鰱魚片質(zhì)量的影響，結(jié)果表明，在貯藏期間，納米殼聚糖表現(xiàn)出比殼聚糖更高的抗菌活性和更強(qiáng)的抑制TVB－N的能力，這可能是由于納米顆粒具有更大的表面積和較高的細(xì)菌細(xì)胞親和力。Ceylan等［31］用電紡殼聚糖納米纖維(Chitosan nanofibers，CN)和液體煙霧電紡殼聚糖納米纖維(Electrospun chitosan nanofibers，LSCN)包裹鱸魚魚片，微生物指標(biāo)顯示，CN的抗菌效果高于LSCN，納米纖維支架對于延緩微生物生長非常有效，抗菌效果要增強(qiáng)40%～50%。Zarei等［32］研究了桔皮和石榴皮提取物與殼聚糖納米粒子組合對鰱魚魚片品質(zhì)的涂膜效果，結(jié)果表明，桔子或石榴皮提取物與殼聚糖納米粒子的組合顯著抑制了魚片的脂質(zhì)氧化，延長了冷藏期間魚片的保質(zhì)期。Ceylan等［33］采用靜電紡絲技術(shù)將殼聚糖納米纖維(CN)和麝香草酚負(fù)載殼聚糖納米纖維(Thymol loaded chitosan nanofibers，TLCN)涂膜魚片，實(shí)驗(yàn)中對十幾種氨基酸進(jìn)行了測定，結(jié)果表明，用TLCN涂膜的魚片氨基酸含量最高，氨基酸組成方面更穩(wěn)定，對于氨基酸豐富的水產(chǎn)品來說，用納米纖維涂膜魚片可能是一種新型的保鮮方法。吳春華［34］研究了殼聚糖－沒食子酸衍生物(Chitosan－g－gallicacid，CG)涂膜冷藏銀鯧魚，結(jié)果顯示，CG處理能顯著抑制細(xì)菌的生長繁殖，降低TVB－N值，延緩脂質(zhì)氧化，延長貨架期3～6 d。劉琳［35］研究了4℃下納米殼聚糖涂膜對南美白對蝦的保鮮效果，結(jié)果表明，從各項(xiàng)指標(biāo)來看，TVB－N值、K值、硬度彈性均較好地顯示了該涂膜的保鮮效果。

綜上所述，納米殼聚糖涂膜保鮮效果明顯優(yōu)于殼聚糖直接涂膜。近幾年，殼聚糖納米粒子越來越被關(guān)注，研究內(nèi)容一般有殼聚糖納米粒子溶液的制備、殼聚糖電紡纖維的制備、殼聚糖的修飾、涂膜效果等，以使殼聚糖更好地用于延緩水產(chǎn)品的脂肪氧化、抑制微生物生長。目前，大規(guī)模制作納米殼聚糖顆粒的生產(chǎn)工藝還未成熟，而且制作納米殼聚糖纖維的設(shè)備價格昂貴。

4 殼聚糖和其他保鮮方式的結(jié)合

柵欄技術(shù)已成為目前保鮮技術(shù)的研究熱點(diǎn)，可將已篩選并優(yōu)化的柵欄因子相互結(jié)合對水產(chǎn)品進(jìn)行保鮮，發(fā)揮最大的協(xié)同效應(yīng)。孫麗霞［36］研究了殼聚糖包裹茶多酚、Nisin后再結(jié)合氣調(diào)保鮮對大黃魚的冷藏效果，結(jié)果表明，結(jié)合組延緩了大黃魚K值、pH及TVB－N值的增加，使貨架期達(dá)到了20 d，顯著優(yōu)于單種保鮮方式的處理組。Chouljenko等［37］研究了殼聚糖納米粒子結(jié)合真空包裝對低溫凍蝦品質(zhì)特性的影響，與其他單種處理組相比，復(fù)合處理組可保持蝦的顏色、質(zhì)地和水分含量，并顯著降低了脂質(zhì)氧化。楊勝平等［38］使用了復(fù)合生物保鮮劑涂膜和氣調(diào)包裝結(jié)合對帶魚進(jìn)行保鮮，結(jié)果表明:0.4%茶多酚和1.0%殼聚糖復(fù)合涂膜后再用氣調(diào)包裝(60%CO2、10%O2、30%N2)為最佳處理組，帶魚冷藏貨架期得到了明顯延長，且感官品質(zhì)好。張超［39］先采用1 mg/L臭氧水對縊蟶進(jìn)行殺菌預(yù)處理，再用殼聚糖涂膜后結(jié)合氣調(diào)進(jìn)行保鮮，結(jié)果顯示，結(jié)合組可有效地抑菌，減緩了TVB－N、K值等鮮度指標(biāo)的增加，使復(fù)合處理組貨架期達(dá)到了16 d以上。謝晶等［40］使用復(fù)配抗氧化劑(羧甲基殼聚糖、水溶性迷迭香提取物、維生素E)結(jié)合超高壓技術(shù)冷藏帶魚，結(jié)果顯示，復(fù)合保鮮技術(shù)的保鮮效果均優(yōu)于單一保鮮技術(shù)，且超高壓處理結(jié)合水溶性迷迭香提取物和維生素E應(yīng)用于帶魚后保鮮效果最好。

由此可知，殼聚糖保鮮劑和物理保鮮相結(jié)合具有顯著的協(xié)同作用，但是國內(nèi)外對此的研究較少，除了上述氣調(diào)、超高壓、低溫等外，今后還可以嘗試在用殼聚糖復(fù)合保鮮劑涂膜之前，結(jié)合輻射、臭氧水等多種前處理，實(shí)現(xiàn)多維度提高保鮮性能。

5 總結(jié)與展望

本文綜述了含有殼聚糖的保鮮劑、殼聚糖納米涂膜、殼聚糖和其他保鮮方式結(jié)合在水產(chǎn)品保鮮中的應(yīng)用。殼聚糖在保鮮中的應(yīng)用目前局限于其天然形式，這種形式具有幾個限制，如:殼聚糖在中性pH下低溶解度、低表面積、低孔隙度以及高濃度使用有澀感等。相對于直接利用殼聚糖涂膜進(jìn)行保鮮，在其中加入其他生物保鮮劑進(jìn)行涂膜，其中含有的活性物質(zhì)更能增加其保鮮性能、延長貯藏時間、維持良好品質(zhì)。此外，可通過化學(xué)修飾改變、高端設(shè)備制造納米殼聚糖纖維、優(yōu)化殼聚糖粒徑等方式來增大殼聚糖與水產(chǎn)品的接觸面積，增強(qiáng)其保鮮性能，降低對水產(chǎn)品感官品質(zhì)的不良影響。另外，因單一柵欄因子的冷藏保鮮效果有限，利用多個已優(yōu)化的柵欄因子的協(xié)同效應(yīng)將會是今后水產(chǎn)品保鮮工藝的發(fā)展趨勢。