殼聚糖在水產(chǎn)品保鮮中應用研究進展

劉嘉莉藍蔚青,2,3劉大勇張 溪謝 晶,2,3

(1. 上海海洋大學食品學院，上海 201306；2. 上海水產(chǎn)品加工及貯藏工程技術(shù)研究中心，上海 201306； 3. 食品科學與工程國家級實驗教學示范中心﹝上海海洋大學﹞，上海 201306； 4. 江蘇中洋生態(tài)魚類股份有限公司，江蘇 南通 226600)

中國是世界第一水產(chǎn)養(yǎng)殖大國、漁業(yè)生產(chǎn)大國和水產(chǎn)品貿(mào)易大國，水產(chǎn)品總產(chǎn)量自1989年以來連續(xù)28年居世界第一，其產(chǎn)量占全球總量的35%，水產(chǎn)品養(yǎng)殖量約占全球總量的70%[1]。中國水產(chǎn)品品種豐富，人均年消費量也十分可觀。水產(chǎn)品中通常含水量70%～80%，粗蛋白15%～22%，脂肪以DHA、EPA等不飽和脂肪酸為主，還含有人體必需的維生素、礦物質(zhì)與微量元素，營養(yǎng)價值高[2]。然而，水產(chǎn)品表皮保護能力差、酶活性較強，體表、鰓和消化系統(tǒng)中含有大量腐敗菌，貯藏過程中處理措施不當易使其腐敗變質(zhì)甚至產(chǎn)生有毒胺類。

目前水產(chǎn)品保鮮方式主要有低溫保鮮、氣調(diào)保鮮、輻照保鮮、高壓電場保鮮、保鮮劑保鮮等。其作用機理與主要優(yōu)缺點如表1所示。

在表1所述保鮮方式中，保鮮劑由于其來源廣、強抗氧化性與強抑菌性等優(yōu)點而得到研究者的重視。目前可將保鮮劑分為化學保鮮劑與生物保鮮劑，化學保鮮劑雖能抑制水產(chǎn)品中的酶活性和微生物繁殖，但其殘留物質(zhì)可能對人體有害，因而逐漸退出歷史舞臺；生物保鮮劑因其天然、安全性高等，在水產(chǎn)品保鮮中的應用日益廣泛[8]。其中，殼聚糖就屬于動物源生物保鮮劑，該生物保鮮劑近年來逐漸得到國內(nèi)外學者的關(guān)注，并逐漸用于水產(chǎn)品保鮮研究中。

殼聚糖(Chitosan)是由自然界普遍分布的幾丁質(zhì)(Chitin)經(jīng)脫乙?；幚砗笾频玫奶烊桓叻肿泳酆衔铮渫ㄟ^β-D-1,4糖苷鍵連接，是自然界存在唯一的堿性氨基多糖[9]。制備殼聚糖的主要原料源于水產(chǎn)加工廠廢棄的蝦殼和蟹殼中的甲殼素，通過傳統(tǒng)化學法，經(jīng)過脫鈣、去蛋白、脫色與脫乙酰等過程制備[10]。殼聚糖來源廣泛，產(chǎn)量豐富，僅次于纖維素，取材方便且成本低，利用價值高，現(xiàn)已被廣泛應用于醫(yī)藥、食品、化工、化妝品、水處理、金屬提取及回收等領域[11]。殼聚糖的生物降解性與相容性好，能降低血液中膽固醇含量，提高機體免疫能力，活化細胞，還能調(diào)節(jié)機體環(huán)境，同時具有優(yōu)良的廣譜抑菌性[12]。其抑菌性主要與分子量、脫乙酰度、殼聚糖濃度、pH值、溫度和金屬離子等因素有關(guān)，抑菌機理主要為破壞細菌細胞壁、影響DNA功能與螯合金屬離子[13]。由于殼聚糖無毒無害，還可降解，作為食品添加劑加入食品后不會產(chǎn)生毒副作用，因而可作為一種天然、安全的生物保鮮劑被廣泛使用。本文在介紹水產(chǎn)品常用保鮮方式的基礎上，綜述了殼聚糖在水產(chǎn)品保鮮方面的研究進展，以期為該資源的開發(fā)利用提供理論參考。

表1 水產(chǎn)品常用保鮮方式

1 殼聚糖在水產(chǎn)品保鮮中的研究進展

殼聚糖具有良好的抑菌性，可阻隔細胞內(nèi)外物質(zhì)傳遞，抑制細菌生長；其可與外膜陰離子結(jié)合，改變細胞膜通透性，導致內(nèi)容物泄出；同時可螯合對微生物生長有利的金屬離子，減少毒素產(chǎn)生；殼聚糖還具有良好成膜性，可形成可食性膜并通過微氣調(diào)環(huán)境調(diào)節(jié)氧氣含量，抑制微生物呼吸作用；此外，殼聚糖分子具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，保水性好，能減緩水產(chǎn)品中水分蒸發(fā)，維持水產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)與風味，適用于水產(chǎn)品保鮮[14]。目前，國內(nèi)外已有相關(guān)學者[15-18]將殼聚糖作為保鮮劑，通過不同作用機制來實現(xiàn)延長水產(chǎn)品貨架期的目的。

1.1 抑制微生物生長

殼聚糖可有效抑制腐敗菌的生長繁殖，延緩水產(chǎn)品的品質(zhì)劣變。劉雪飛等[15]發(fā)現(xiàn)殼聚糖液對魷魚腐敗菌的最小抑菌濃度(Minimal inhibit concentration，MIC)為4.8 mg/mL，抑菌效果較好。潘艷艷等[16]采用1%殼聚糖對鱸魚涂膜處理后冰藏，其菌落總數(shù)(Total viable count，TVC)在第21天時達6.01 lg CFU/g，而對照組樣品在第15天時即達到6.06 lg CFU/g。Ximena等[17]利用95%脫乙酰度殼聚糖涂抹剝皮蝦，并置于4 ℃保存，結(jié)果得出處理組樣品在12 d時，菌落數(shù)減少約1個對數(shù)值，能有效抑制其乳酸菌和嗜冷菌生長。Shabnam等[18]將85%脫乙酰度殼聚糖保鮮膜應用于虹鱒魚魚片冷藏，結(jié)果發(fā)現(xiàn)殼聚糖能有效抑制樣品中單核細胞增生李斯特菌的生長。

1.2 減緩脂質(zhì)氧化

有研究指出通過指標測定可得出殼聚糖可有效延緩水產(chǎn)品的脂質(zhì)氧化。如陳林林等[19]添加1.8%殼聚糖處理鯉魚魚糜，得出其在冷藏12 d時硫代巴比妥酸值(Thiobarbituric Acid，TBA)由0.21 mg MDA/kg增至2.88 mg MDA/kg，能明顯減緩樣品的脂質(zhì)氧化。李婷婷等[20]研究得出1.5%殼聚糖涂膜處理可抑制冷藏大黃魚貯藏期間TBA值的上升速率，其在第20天時TBA值為0.5 mg MDA/kg，產(chǎn)品貨架期可延長5～6 d。Alexander等[21]用5 g/L水溶性殼聚糖處理蝦并于-20 ℃冷凍，得出貯藏120 d時硫代巴比妥酸反應產(chǎn)物(Thiobarbituric Acid Reactive Substances，TBARS)含量低于其他組樣品，可有效抑制過氧化物形成。

1.3 延緩蛋白質(zhì)降解速率

相關(guān)研究表明，殼聚糖可通過延緩蛋白質(zhì)降解來保持水產(chǎn)品的質(zhì)構(gòu)特性。如李穎暢等[22]使用1%殼聚糖處理秘魯魷魚魚丸，得出該組樣品冷藏期間的總揮發(fā)性鹽基氮值(Total Volatile Basic Nitrogen，TVB-N)與pH值遠低于對照組，殼聚糖能使蛋白質(zhì)降解受到明顯抑制，魚丸硬度與凝膠性能隨之提高。Sun等[23]研究發(fā)現(xiàn)1.0%殼聚糖膜能有效抑制冷藏草魚片中的鹽溶性蛋白質(zhì)降解，保護其質(zhì)構(gòu)，該膜可作為其低溫貯藏的潛在包裝材料。Tahra等[24]得出2%殼聚糖處理熏制鰻魚魚片后，其TVB-N值49 d后達14.9 mg N/100 g，低于最大允許水平，延長貨架期14 d。

1.4 抑制酶活性

組織蛋白酶和鈣蛋白酶是魚片質(zhì)地軟化的主因。Yu等[25]用2%殼聚糖處理草魚片，得出其能使冷藏組樣品的組織蛋白酶B與B+L活性值降至初始值的58%與65%，蛋白水解和魚片軟化程度也相應降低。潘承慧等[26]用1%殼聚糖處理南美白對蝦，結(jié)果發(fā)現(xiàn)殼聚糖處理能使樣品在-2 ℃下的保鮮期延長4 d，同時其對多酚氧化酶也有較好抑制作用，能防止蝦體黑變。Enayat等[27]將虹鱒魚置于2%殼聚糖液中經(jīng)-18 ℃下冷凍處理，得出其能顯著降低蛋白質(zhì)水解酶活性，凍藏期達6個月。

1.5 其他保鮮機制

此外，殼聚糖還能表現(xiàn)出有效改善水產(chǎn)品感官特性的特點。如封晴霞等[28]提出1.5%殼聚糖涂膜可有效減少蝦體異味，改善其質(zhì)構(gòu)色澤，可延長其貨架期2～3 d。李圣艷等[29]比較了不同保鮮劑對三文魚冰藏品質(zhì)變化的影響，得出0.5 g/L殼聚糖對魚肉色澤的保持效果最佳。楊少玲等[30]研究了殼聚糖等3種保鮮劑處理對金槍魚凍藏期間品質(zhì)變化的影響，得出15 g/L殼聚糖溶液對其有明顯的抑菌作用，能延緩樣品K值升高，改善其色澤。Mohammed等[31]將2%殼聚糖膜處理羅非魚片，結(jié)果得出殼聚糖的螯合活性可維持冷藏魚片的感官品質(zhì)，貨架期延至15 d。

2 存在不足與解決方式

近年來，國內(nèi)外文獻[32-33]表明殼聚糖具有良好的抑菌性和成膜性。其雖具有良好的保鮮效果，但單一使用仍存在抑菌效果有限，抗氧化能力不足，貯藏時間短等缺點。因此，可考慮將殼聚糖結(jié)合不同類型的生物保鮮劑或者其他技術(shù)用于水產(chǎn)品保鮮處理，能有效保持水產(chǎn)品的綜合品質(zhì)，延長貨架期[34]。

2.1 與其他生物保鮮劑復配

2.1.1 改善抑菌效果 將部分保鮮劑與殼聚糖混合使用，可獲得很強的抑菌協(xié)同性。如徐楚等[35]將4.0 g/kg殼聚糖結(jié)合0.1 g/kg茶多酚、0.5 g/kg溶菌酶處理高白鮭魚片，得出復合保鮮劑能明顯延緩0 ℃下樣品的菌落增長，冷藏4 d后菌落總數(shù)達4.07 lg CFU/g，貨架期延長了4 d。陳文慧等[36]將1.5%殼聚糖結(jié)合0.1%茶多酚、0.05% 溶菌酶用于羅非魚冷藏保鮮，結(jié)果得出其能有效抑制樣品中的細菌繁殖，第10天的感官品質(zhì)仍在二級鮮度。徐晨等[37]得出0.5%魚精蛋白結(jié)合1%殼聚糖對草魚片的保鮮效果最佳，其冷藏10 d時的菌落總數(shù)為5.53 lg CFU/g，未超出鮮度范圍，貨架期可至少延長4 d。

2.1.2 提升抗氧化能力 白藜蘆醇是具有抗氧化作用的多酚化合物，將其與殼聚糖混合使用，能有效提升殼聚糖的抗氧化活性。如宋素珍等[38]使用1.0%殼聚糖結(jié)合0.2% 白藜蘆醇處理0 ℃下貯藏的魷魚，結(jié)果得出該處理貯藏第20天時TBA值為1.09 mg MDA/kg，與殼聚糖處理組差異顯著，并可延長貨架期8 d。Olaia等[39]以煙熏歐洲海鱸魚為原料，得出1.0 g/100 mL殼聚糖結(jié)合白藜蘆醇可明顯延緩脂質(zhì)氧化，第4周的TBARS值為0.216 mg Eq.MDA/kg。Qiu等[40]將1%甘草提取物與1.5% 殼聚糖結(jié)合處理日本鱸魚魚片后冷藏，以蒸餾水處理樣品為對照組，結(jié)果得出殼聚糖復配組樣品的TBARS值為0.50 mg MDA/kg，明顯低于對照組樣品，日本鱸魚皮片的貨架期延至12 d。

2.1.3 提高殼聚糖膜穩(wěn)定性 中國可食性涂膜技術(shù)發(fā)展歷史悠久，最早于12世紀采用蜂蠟涂抹于水果表面保鮮，可防止水分流失，增加產(chǎn)品表面光澤[41]。殼聚糖涂膜雖具有較好的阻隔性、機械穩(wěn)定性與抗菌性，但其拉伸強度低、水蒸氣透過率高，因此以殼聚糖為原料，添加一些具有抗氧化、抑菌、增塑等作用物質(zhì)制作的殼聚糖復合膜，可有效提高其力學性能，降低其溶解度和水溶性，增強其抗菌活性，效果明顯優(yōu)于單一殼聚糖涂膜[42]。

部分學者已將殼聚糖復合膜應用于水產(chǎn)品中，其中于林等[43]使用經(jīng)茶多酚改性的殼聚糖—膠原蛋白復合膜處理斜帶石斑魚，結(jié)果得出冷藏處理組樣品在第20天時菌落總數(shù)剛超出臨界值，復合膜能明顯抑制樣品中的微生物生長，延長其貨架期8 d。戶帥鋒等[44]以3%殼聚糖與3%山梨酸復合制成抗菌膜，用于黑魚魚塊冷藏保鮮，得出在第8天菌數(shù)達5.5 lg CFU/g，到第10天才超過最大可接受值，貨架期延長4 d。凡玉杰等[45]由響應面優(yōu)化得出冷藏銀鯧魚最佳復合膜配方為殼聚糖5 g/L、海藻酸鈉7 g/L與乳酸鏈球菌素0.3 g/L，該復合膜能有效延長貨架期至13 d。Xiao 等[46]得出0.4%殼聚糖與3.6%魚明膠制得的復合膜可抑制金鯧魚魚片在冷藏中肌纖維降解，抑制其菌數(shù)增長。國外也有學者研究殼聚糖復合膜，其中Ehsan等[47]研究了2.5 g/L殼聚糖結(jié)合1%唇香草精油、1%石榴皮提取物、1%納米纖維素顆粒制成的復合膜對鮮蝦冷藏處理中單增李斯特菌存活率與貨架期的影響，結(jié)果得出與未經(jīng)處理樣品相比，該復合膜能使樣品菌落數(shù)降低2～3個對數(shù)值，至少使貨架期延至11 d。Soyoung等[48]將2%殼聚糖與賴氨酸涂膜用于太平洋白蝦，得出其可有效減少冷藏樣品中的嗜溫菌與嗜冷菌數(shù)，延長保質(zhì)期至12 d。

2.2 與其他處理方式相結(jié)合

在常規(guī)處理已不再滿足當前市場對水產(chǎn)品保鮮要求的前提下，部分新技術(shù)應運而生。如朱嚴華等[49]用2.0 g/mL 殼聚糖液浸漬處理新鮮巨型槍烏賊，再進行高溫煎烤，得出其甲醛含量為4.79 mg/kg，說明魷魚在煎烤過程中結(jié)合殼聚糖可明顯抑制甲醛生成，抑制率高達89%，且能改善其質(zhì)構(gòu)，提高口感。吳春華[50]通過VC/H2O2氧化還原體系引發(fā)自由基，以接枝法將1 g/L沒食子酸嵌入到脫乙酰度90%～92%殼聚糖分子骨架上，作為包裝材料處理冷藏鯧魚，可延長貨架期3～6 d。關(guān)志強等[51]將0.5%檸檬酸鈉、0.2%木糖、3.0%殼聚糖組合成無磷保水劑處理羅非魚片，由低場核磁共振得出其解凍損傷率和硬度分別為2.17%和2.5 N，保水性良好。Wu等[52]用1%殼聚糖—Nisin微膠囊處理小黃花魚，在-3 ℃下低溫貯藏30 d后，其TVB-N值遠低于對照組樣品，可延長其貨架期6～9 d。Hui等[53]研究發(fā)現(xiàn)1%殼聚糖+0.6% Nisin處理大黃花魚，得出其在冷藏第8天時菌落總數(shù)才超出上限，抑菌效果好，該處理還可抑制產(chǎn)品中的蛋白質(zhì)降解與核酸變性。

國外也通過殼聚糖處理的新方法提高保鮮效果，其中Fathima等[54]以聚乙二醇為交聯(lián)劑，聚乙烯醇為增塑劑，在聚乳酸基體中嵌入1%納米殼聚糖處理4 ℃冷藏鮮蝦，發(fā)現(xiàn)聚乳酸能提高涂膜的機械性能、阻隔性和抗菌性。Zafer等[55]將液體煙霧和百里香酚包裹在殼聚糖納米纖維中，用電紡納米纖維包裹6 ℃貯藏的海鱸魚魚片，得出其可延緩好氧菌、嗜冷菌、酵母和霉菌生長，抑制60%細菌生長。Franklin等[56]將0.5%殼聚糖溶于1%乙酸中制備殼聚糖溶液，并采用真空翻滾溶液10 min后處理鯰魚魚片，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其可抑制好氧菌增殖，使魚肉滲透性有效提高，延長冷藏貨架期8 d。Zahra等[57]通過試驗得出2%納米殼聚糖涂膜對冷藏下的鰱魚片抑菌效果優(yōu)于單一殼聚糖處理組。

由此可見，殼聚糖復合保鮮應用前景廣闊，其可使各種保鮮劑的作用得以發(fā)揮，其保鮮效果比單一使用效果更好。然而，復合保鮮技術(shù)在中國的應用還較晚，其在水產(chǎn)品中的應用研究還不多，多數(shù)仍處于試驗階段，存在一些不足。如不同種類的水產(chǎn)品其貯藏特性存在差異，目前殼聚糖保鮮劑對特定水產(chǎn)品的最優(yōu)配方仍無法確定；殼聚糖膜吸濕性高，當空氣濕度大時會加速微生物增殖；涂層太厚又會阻礙氣體交換，產(chǎn)生異味等，這都需后期開展大量研究，以盡量完善其不足。目前可使用的生物保鮮劑還比較單一，在一定程度上限制了殼聚糖復合保鮮劑的應用，需要深入研究，以提升其在水產(chǎn)品中的綜合保鮮性能。

3 前景與展望

殼聚糖來源豐富，制取方便，使用安全，且其抑菌性、保鮮性良好，成膜性強，將其作為生物保鮮劑應用于水產(chǎn)品保鮮，發(fā)展?jié)摿薮?。殼聚糖與其他保鮮劑復配使用，將能優(yōu)勢互補，提升其綜合保鮮效果；也可結(jié)合其他技術(shù)處理形成殼聚糖衍生物，如納米顆粒與微膠囊等技術(shù)的融入，將能擴大殼聚糖在水產(chǎn)品保鮮方面的應用范圍。目前關(guān)于殼聚糖復合膜作為包裝材料的研究還不多，研究深度尚不夠，制膜效率低、膜機械性能差與涂層保持時間不長等缺點仍然存在，因此需要進一步開展研究，改善其綜合效果?？傊诖罅Τ珜А笆秤冒踩?、綠色環(huán)?！崩砟畹漠斚拢瑲ぞ厶悄茉诤笃谶M一步發(fā)揮其作用，更好地用于水產(chǎn)品的保鮮加工領域中。