殼聚糖在肉類(lèi)貯藏及保鮮中的應(yīng)用進(jìn)展

甄宗圓，唐子深，李志杰，李先保

1(安徽科技學(xué)院 食品工程學(xué)院，安徽 滁州，233100)2(棗莊學(xué)院 食品科學(xué)與制藥工程學(xué)院，山東 棗莊，277160)

中國(guó)近30年肉類(lèi)總產(chǎn)量和消費(fèi)量均位列世界第一[1]。肉和肉制品中富含多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，是均衡膳食的重要組成部分。然而，肉類(lèi)產(chǎn)品極易在運(yùn)輸和貯藏中滋生腐敗菌，如處理不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品鮮度降低、肉質(zhì)變差甚至腐敗變質(zhì)，產(chǎn)生有毒物質(zhì)。保鮮劑作為防腐抑菌的方式之一，因其價(jià)格低廉和使用方便深受生產(chǎn)者青睞。近年來(lái)，消費(fèi)者對(duì)肉類(lèi)產(chǎn)品品質(zhì)和安全性的需求日益增加，合成保鮮劑、防腐劑的保鮮效果及潛在風(fēng)險(xiǎn)逐漸受到關(guān)注，肉類(lèi)保鮮領(lǐng)域迫切需要高效的新型天然保鮮劑。與其他常規(guī)保鮮劑相比，殼聚糖不僅具有優(yōu)異的抗氧化性和抗菌性，還可以通過(guò)多種工藝和天然抗氧化劑、抑菌劑進(jìn)行復(fù)配結(jié)合形成復(fù)合膜，其優(yōu)良的保鮮性能能夠很好地滿足市場(chǎng)需求。本研究對(duì)殼聚糖的保鮮機(jī)理、保鮮工藝以及影響因素3個(gè)方面進(jìn)行了綜述。

1 殼聚糖的保鮮機(jī)理

1.1 減緩脂質(zhì)氧化

1.2 抑制微生物

殼聚糖具有優(yōu)良的抗菌性，可以有效地抑制多種微生物的繁衍，延緩肉及肉制品的腐敗劣變。殼聚糖抑菌保鮮是依靠其分子上的—NH2+能質(zhì)子轉(zhuǎn)化形成抑菌基團(tuán)—NH3+。一方面，這些陽(yáng)離子基團(tuán)能夠作用于細(xì)菌或真菌帶陰離子的細(xì)胞質(zhì)或帶負(fù)電荷的細(xì)胞膜/壁，改變其通透性，從而影響微生物活性；另一方面，殼聚糖還可以通過(guò)陽(yáng)離子氨基螯合金屬抑制細(xì)胞內(nèi)酶的活性，以及絡(luò)合細(xì)胞質(zhì)DNA/mRNA導(dǎo)致蛋白質(zhì)合成的抑制[8]；因此，殼聚糖的抑菌效果首先取決于微生物細(xì)胞膜/璧和細(xì)胞質(zhì)的組成和帶電荷情況。如研究表明，殼聚糖對(duì)大腸桿菌、假單胞菌和葡萄球菌等微生物有顯著的抑制效果。隨著殼聚糖濃度升高，對(duì)大腸桿菌、乳酸菌抑制作用持續(xù)增加，而對(duì)假單胞菌、葡萄球菌的抑制效果則為先升后降[9]。基于殼聚糖的抑菌機(jī)理，對(duì)其表面的氨基進(jìn)行修飾，提高表面活性，可增強(qiáng)其抑菌性能。如將殼聚糖中的氨基基團(tuán)替換成季銨基團(tuán)而得到的殼聚糖衍生物——?dú)ぞ厶羌句@鹽。翟緯坤等[10]采用溶液流延法制備聚乙烯醇/殼聚糖季銨鹽(聚乙烯醇/殼聚糖季銨鹽)薄膜并應(yīng)用于黃骨魚(yú)保鮮，發(fā)現(xiàn)殼聚糖季銨鹽的添加顯著抑制菌落總數(shù)和維持肉樣感官。添加2%殼聚糖季銨鹽的聚乙烯醇包裝可延長(zhǎng)魚(yú)肉的貨架期3 d左右。除了化學(xué)修飾，許多研究表明，殼聚糖通過(guò)復(fù)配改性和納米改性后比單一保鮮劑對(duì)于肉類(lèi)的抑菌作用更加顯著。李楠等[4]研究發(fā)現(xiàn)，相比于殼聚糖對(duì)照組，殼聚糖-三七葉黃酮復(fù)合保鮮劑處理的冷鮮黃牛肉菌落總數(shù)及揮發(fā)性鹽基氮含量的增速均較低，保鮮期延長(zhǎng)2 d。對(duì)于殼聚糖抑制作用較弱的微生物，也可通過(guò)復(fù)配改善抑菌效果。如殼聚糖膜對(duì)革蘭氏陰性大腸桿菌和革蘭氏陽(yáng)性金黃色葡萄球菌的抗菌活性較弱，如果在膜中添加丁香酸則可增強(qiáng)抗菌效果，延長(zhǎng)保鮮期5 d[11]。另外，納米改性同樣也可增強(qiáng)殼聚糖的抗菌性能。WANG等[12]采用殼聚糖包埋納米膠囊對(duì)冷卻豬肉進(jìn)行保鮮，菌落總數(shù)顯示殼聚糖組貨架期可延長(zhǎng)至15 d，比對(duì)照組多出7 d，表明其對(duì)貯藏豬肉具有良好的抗菌作用。

2 殼聚糖在肉類(lèi)保鮮中的應(yīng)用

肉及肉制品富含營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，外源環(huán)境中的腐敗菌極易在產(chǎn)品的貯藏及運(yùn)輸中對(duì)其造成影響，使肉的鮮度品質(zhì)下降甚至腐敗變質(zhì)。殼聚糖本身具有抑菌功能，加之良好的生物相容性，使其可以與多種抗菌劑、抗氧化劑結(jié)合，通過(guò)不同的工藝、種類(lèi)對(duì)殼聚糖進(jìn)行改性可以進(jìn)一步增強(qiáng)其保鮮性能。

2.1 殼聚糖單獨(dú)應(yīng)用于保鮮

殼聚糖的抗菌性和抗氧化性使其具備一定的保鮮性能。殼聚糖涂抹在食品表面后，能形成一層保鮮膜，該保鮮膜對(duì)空氣中的水分子和氣體分子均具有選擇透過(guò)性，穿透阻力的增強(qiáng)和保濕性能提升，使肉及肉制品內(nèi)的氧氣含量降低，二氧化碳含量增加，抑制了產(chǎn)品的呼吸作用、生物代謝以及水分流散，延長(zhǎng)了食品的保質(zhì)期。添加殼聚糖的聚乙烯醇薄膜包裝應(yīng)用于雞胸肉的保藏，結(jié)果顯示處理組揮發(fā)性鹽基氮值最低、pH 值最小和感官評(píng)分最高，該復(fù)合膜保藏的雞胸肉第7天仍屬于次鮮肉，相比空白組貨架期延長(zhǎng)了2 d[13]。研究發(fā)現(xiàn)殼聚糖生物保鮮劑雖然能夠有效地延長(zhǎng)冷鮮牛肉的貯存期，但其保鮮效果差于復(fù)合保鮮劑[14-15]。同樣，在燒雞、培根和火腿等肉制品的保鮮研究中, 復(fù)配/復(fù)合保鮮劑的性能普遍優(yōu)于單一保鮮劑，保鮮效果更為顯著[16-17]。

2.2 殼聚糖與其他保鮮劑的復(fù)配

復(fù)配工藝是以殼聚糖為主要基質(zhì)，添加增塑劑、抗菌劑等，再利用分子之間的相互作用，形成一層具有保鮮性能的致密薄膜。改性后的殼聚糖復(fù)合膜抑菌效果和膜的穩(wěn)定性得到了顯著增強(qiáng)。根據(jù)所使用的基材不同，分為多糖、蛋白質(zhì)及其他物質(zhì)。

2.2.1 殼聚糖與多糖

2.2.2 殼聚糖與蛋白質(zhì)

以蛋白為基材的復(fù)合膜是通過(guò)氫鍵、二硫鍵、疏水作用等連接而成的，復(fù)合膜具有一定力學(xué)性能及阻隔性。蛋白質(zhì)成膜基材主要包括大豆蛋白、明膠、膠原蛋白等植物分離蛋白和動(dòng)物分離蛋白。如大豆分離蛋白，其具有優(yōu)良的膨脹性以及保濕性。崔心禹等[25]發(fā)現(xiàn)在可食膜中加入大豆分離蛋白和殼聚糖，采用微波處理的手段可改善膜的械性能和阻水性。明膠作為生物大分子涂膜保鮮劑，具有良好的成膜性，與殼聚糖共混可制成可生物降解的食品保鮮復(fù)合膜，廣泛應(yīng)用于肉及肉制品貯藏中。張立挺等[26]在制備1.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))殼聚糖和1.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))明膠復(fù)合膜液過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，膜液對(duì)于大腸桿菌和金黃色葡萄球菌具有抑制作用。膠原蛋白經(jīng)過(guò)水解后形成膠原蛋白肽，具有抗氧化和抑菌等諸多生物活性[27]。用膠原蛋白/殼聚糖復(fù)合膜對(duì)新鮮鴨肉進(jìn)行涂膜處理, 相較于對(duì)照組, 涂膜組在肉樣貯藏過(guò)程中有著顯著的抑菌作用，肉品的品質(zhì)大幅提高[28]。

2.2.3 殼聚糖與其他

其他基材主要以脂質(zhì)類(lèi)為主，脂質(zhì)類(lèi)可食性膜難溶于水而具有較強(qiáng)的疏水特性，但其極性低易受限。研究發(fā)現(xiàn)甘油二酯和殼聚糖各2%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))混合物混合，對(duì)腐敗菌大腸桿菌和金黃色葡萄球菌均具有抑制作用，可以通過(guò)抑制油脂的氧化和微生物的生長(zhǎng)，延緩冷鮮肉的腐敗和顏色的變化，效果優(yōu)于空白及2種成分單獨(dú)使用[29]。采用納米粒封裝的形式，可進(jìn)一步提高殼聚糖與脂質(zhì)的保鮮活性和穩(wěn)定性，例如，劉善智等[30]利用離子交聯(lián)法，在殼聚糖、三聚磷酸鈉和迷迭香精油質(zhì)量濃度分別為2、1.5和2 mg/mL，體積比5∶2∶1，pH 4的條件下制備迷迭香精油殼聚糖納米制劑并應(yīng)用于草魚(yú)肉的冷藏保鮮，結(jié)果顯示菌落總數(shù)微生物及脂質(zhì)氧化均受到抑制，貨架期為8 d以上，相比對(duì)照組延長(zhǎng)3～4 d，其保鮮效果優(yōu)于迷迭香精油和殼聚糖納米粒的單獨(dú)使用。殼聚糖與脂質(zhì)復(fù)配可與其他保鮮方法協(xié)同發(fā)揮作用，如利用肉桂精油有效的提升了殼聚糖涂膜性能，協(xié)同聚偏二氯乙烯低氧氣調(diào)(50% CO2+35% O2+15% N2)包裝+0 ℃貯藏，有效抑制圓香黑豬肉pH、總揮發(fā)性鹽基氮含量、菌落總數(shù)、假單胞菌數(shù)、熱殺索絲菌數(shù)、汁液損失率的上升，同時(shí)可顯著減緩紅度值a*和彈性的下降，延長(zhǎng)了冷鮮肉的貨架期約4 d[31]。

另一類(lèi)經(jīng)常與殼聚糖復(fù)配的物質(zhì)為植物源活性物質(zhì)，如茶多酚和沒(méi)食子酸。這類(lèi)物質(zhì)有較強(qiáng)的抗氧化能力，安全無(wú)毒，復(fù)配結(jié)合后的保鮮性能強(qiáng)于單一保鮮劑[32]。如在殼聚糖中加入茶多酚復(fù)配結(jié)合后，殼聚糖復(fù)合保鮮能抑制肌肉內(nèi)源酶活性，延緩魚(yú)肉的品質(zhì)劣變進(jìn)程[33]。同樣，劉均等[34]也發(fā)現(xiàn)加入茶多酚后，復(fù)合膜可以有效抑制三文魚(yú)中細(xì)菌增殖和脂質(zhì)氧化，延長(zhǎng)貨架期。殼聚糖和沒(méi)食子酸的包裝薄膜同樣可以維持肉的品質(zhì)，抑制揮發(fā)性鹽基氮的產(chǎn)生，保護(hù)肉質(zhì)的顏色[35-36]。

2.3 殼聚糖的改性納米工藝

相較于多糖、蛋白、脂類(lèi)等天然高分子物質(zhì)，經(jīng)過(guò)納米工藝改性后制得的殼聚糖納米復(fù)合膜在強(qiáng)度、殺菌性和阻隔性有著顯著的優(yōu)勢(shì)。如多糖物質(zhì)與殼聚糖形成復(fù)合膜后，強(qiáng)度、成膜性和保鮮性能能得到加強(qiáng)，但部分存在結(jié)構(gòu)較為松散，阻隔性能差的問(wèn)題[37]。有報(bào)道稱(chēng)利用水熱合成法制備的鈦酸納米管TNTs對(duì)果膠/殼聚糖復(fù)合膜進(jìn)行改性，發(fā)現(xiàn)其可以填補(bǔ)殼聚糖分子與多糖鏈之間的間隙，使復(fù)合膜結(jié)構(gòu)更加致密[38]。納米粒子能夠改善殼聚糖薄膜的微觀結(jié)構(gòu)和理化性能，使其能夠顯著減緩肉類(lèi)的感官評(píng)分值和質(zhì)構(gòu)指標(biāo)下降[39]。ZHANG等[40]將含龍蒿精油或龍蒿精油納米粒對(duì)殼聚糖-明膠復(fù)合膜進(jìn)行改性，可顯著抑制豬肉片的品質(zhì)劣變。納米復(fù)合膜表現(xiàn)出令人滿意的機(jī)械性能和疏水性，對(duì)于肉及肉制品的保鮮及貯藏具有較大的潛力[41]。

3 影響殼聚糖保鮮效果的因素

殼聚糖抗菌效果溫和成膜機(jī)械強(qiáng)度高，阻隔性能好，但也存在一些制約因素，如本體分子質(zhì)量、脫乙酰度、外界 pH及質(zhì)量濃度等。

3.1 脫乙酰度

圖1 殼聚糖的化學(xué)結(jié)構(gòu)和碳位置的命名(C1-C6)Fig.1 Chemical structure of chitosan and denomination of carbon position (C1-C6)注：DDA表示脫乙酰度

3.2 pH值

pH值對(duì)殼聚糖的性能影響較明顯，不僅會(huì)改變殼聚糖自身狀態(tài)以及抗菌性能，還會(huì)使殼聚糖的改性發(fā)生變化。例如，殼聚糖的黏度會(huì)隨著pH值的增大，先減小后增大，當(dāng)pH為4.9時(shí)黏度降到最低。ROCHA等[46]以殼聚糖和透明質(zhì)酸為主要原料，利用層層組裝技術(shù)制備薄膜。在酸性(pH 4.5)至中性(pH 7.2)條件下，隨著pH增加，薄膜的厚度、粗糙度和疏水性增加。通過(guò)改變pH和殼聚糖的脫乙酰度可制備厚度、粗糙度、親水性等指標(biāo)不同的薄膜，從而實(shí)現(xiàn)有針對(duì)性的應(yīng)用。殼聚糖的抗菌活性是由于質(zhì)子化氨基的存在。因此，pH強(qiáng)烈影響殼聚糖的抗菌效果，pH越低(

3.3 分子質(zhì)量與質(zhì)量濃度

殼聚糖的質(zhì)量濃度會(huì)影響殼聚糖保鮮膜成膜的時(shí)間長(zhǎng)短，以及成膜的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率。凡玉杰等[52]發(fā)現(xiàn)殼聚糖復(fù)合膜的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率隨著殼聚糖質(zhì)量濃度的增大而增大。殼聚糖質(zhì)量濃度過(guò)高時(shí)，所形成的膜厚度就比較大，濃度過(guò)低所形成的膜很薄，不易成膜，而且抗菌性能也比較差。有學(xué)者使用不同質(zhì)量濃度的殼聚糖對(duì)冷卻豬肉進(jìn)行處理，發(fā)現(xiàn)隨著質(zhì)量濃度的增加殼聚糖的抑菌效果越來(lái)越明顯[53]，但也并非質(zhì)量濃度越高保鮮效果就越好，肉的種類(lèi)以及復(fù)配溶液都會(huì)影響質(zhì)量濃度的選擇。

4 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)國(guó)內(nèi)的保鮮技術(shù)愈發(fā)成熟，各種新型、綠色的保鮮技術(shù)在不斷地發(fā)展。因殼聚糖具有抗菌性和抗氧化性，成為很好的保鮮基材。同時(shí)，其良好的生物相溶性使其能和多糖、蛋白質(zhì)等物質(zhì)結(jié)合，提升復(fù)合膜的機(jī)械性能和抑菌效果。但是，簡(jiǎn)單復(fù)配的復(fù)合膜通常機(jī)械性能較差，不易推廣應(yīng)用，通過(guò)納米工藝能夠有效地增強(qiáng)殼聚糖復(fù)合膜的性能。目前，納米殼聚糖保鮮膜的研究尚處于起步階段，還存在一些問(wèn)題，殼聚糖納米化后與有機(jī)物之間的作用機(jī)理尚不明確，有待深入研究?？傊瑲ぞ厶窃谌忸?lèi)保鮮領(lǐng)域中有著巨大的研究?jī)r(jià)值，希望未來(lái)能夠通過(guò)引入更多的反應(yīng)基材及研究新的改性工藝，使殼聚糖在肉類(lèi)的貯藏及保鮮領(lǐng)域中得到更好的應(yīng)用。