冷鏈物流中海水魚的腐敗機(jī)制及保鮮技術(shù)研究進(jìn)展

梅 俊， 許振琨， 郁慧潔， 謝 晶

（上海海洋大學(xué) 食品學(xué)院，上海 201306）

海水動物產(chǎn)品是優(yōu)質(zhì)動物蛋白的重要來源之一，其高蛋白質(zhì)、低熱量、高不飽和脂肪酸的特點深受消費者喜愛， 是居民膳食結(jié)構(gòu)的重要組成部分。我國是水產(chǎn)品生產(chǎn)和消費大國，其中海水魚產(chǎn)品在眾多水產(chǎn)資源中占據(jù)重要地位。 據(jù)《2021 年中國漁業(yè)統(tǒng)計年鑒》 數(shù)據(jù)顯示，2020 年我國海水魚養(yǎng)殖174.98 萬噸，捕撈648.78 萬噸。 消費者對海水魚產(chǎn)品的需求不斷增加，促進(jìn)了我國深遠(yuǎn)海水魚類捕撈產(chǎn)業(yè)和海水魚養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 冷鏈物流泛指冷藏冷凍類食品在生產(chǎn)、加工、貯藏、運輸和銷售等環(huán)節(jié)始終處于規(guī)定的低溫環(huán)境下，以保障食品質(zhì)量的供應(yīng)鏈系統(tǒng)。 在此期間，水產(chǎn)品特別是海水魚產(chǎn)品極易在微生物和酶的作用下發(fā)生腐敗變質(zhì)，產(chǎn)生不良口感、色澤與風(fēng)味，導(dǎo)致品質(zhì)劣變，失去商品價值[1]。探明海水魚冷鏈物流腐敗機(jī)制，開發(fā)新型海水魚保鮮技術(shù)，降低海水魚冷鏈物流中的損失，是提高我國海水魚市場競爭力的關(guān)鍵。

海水魚死后不久就會發(fā)生內(nèi)源性酶促反應(yīng)、氧化和微生物活動， 并導(dǎo)致感官和營養(yǎng)特性發(fā)生變化，從而縮短保質(zhì)期[2]。 變質(zhì)被描述為海水魚的初始狀態(tài)的任何變化，包括令人不快的氣味、味道、外觀或質(zhì)地。 海水魚的腐敗可分為自溶性腐敗、氧化腐敗和微生物腐敗。 其中，微生物腐敗是海水魚冷鏈物流中腐敗變質(zhì)的主要原因。 作者對海水魚冷鏈物流中發(fā)生腐敗的機(jī)制進(jìn)行探討，通過海水魚包裝前的減菌處理，以減少海水魚表面微生物數(shù)目，結(jié)合冷鏈物流的抑菌技術(shù)，延長海水魚在冷鏈物流中的貨架期。

1 海水魚冷鏈物流中的腐敗機(jī)制

我國海水魚的流通銷售多以冷鮮或冷凍形式進(jìn)行，雖然海水魚在冷鏈物流中可以保持較長時間的新鮮度，但海水魚的腐敗變質(zhì)難以避免。 研究表明，海水魚在冷鏈物流中的腐敗變質(zhì)主要由自溶性腐敗、氧化腐敗和微生物腐敗引起。

1.1 自溶性腐敗

1.2 氧化腐敗

如圖1 所示，冷鏈物流中海水魚脂質(zhì)氧化主要包括啟動、傳播和終止3 個階段[5]。 海水魚的氧化過程可以通過催化劑（光、熱和金屬離子等）促進(jìn)脂肪酸中雙鍵附近氫原子的失去以形成自由基，開始啟動階段。 在傳播階段，自由基與氧反應(yīng)形成過氧自由基，過氧自由基再次與其他脂質(zhì)分子反應(yīng)形成氫過氧化物和新的自由基。 當(dāng)有大量自由基形成非自由基產(chǎn)物時，該過程終止。 冷鏈物流中海水魚脂質(zhì)氧化啟動和傳播機(jī)制有多種，包括自氧化、脂氧合酶作用、微粒體酶作用、光敏氧化和過氧化物酶作用等。 其中，自氧化被定義為大氣中的氧氣與脂質(zhì)的自發(fā)反應(yīng)，是導(dǎo)致冷鏈物流中海水魚氧化變質(zhì)的最常見原因[6]。 自氧化的主要產(chǎn)物是脂質(zhì)氫過氧化物，然而，由于它們不穩(wěn)定，氫過氧化物會分解產(chǎn)生復(fù)雜的次級氧化產(chǎn)物混合物，例如醛、酮、醇、烴、揮發(fā)性有機(jī)酸和環(huán)氧化合物等，導(dǎo)致肌肉酸敗和品質(zhì)劣變[7]。 氧化通常涉及氧與脂肪酸雙鍵的反應(yīng)，而海水魚中含有較高的多不飽和脂肪酸（polyunsaturated fatty acids，PUFA）特別容易氧化。 此外，海水魚肌肉中的鐵結(jié)合蛋白，如血紅蛋白、鐵蛋白、肌紅蛋白、含鐵血黃素、轉(zhuǎn)鐵蛋白等含有金屬離子，在海水魚冷鏈物流中會被釋放出來，并在啟動和（或）激活脂質(zhì)氧化中發(fā)揮重要作用[8]。 脂質(zhì)氧化產(chǎn)物也可以造成蛋白質(zhì)變性、蛋白質(zhì)電泳譜的修飾、營養(yǎng)損失、內(nèi)源性抗氧化系統(tǒng)損失和熒光化合物的產(chǎn)生。 因此，脂質(zhì)氧化導(dǎo)致消費者對海水魚的接受度下降。

圖1 脂質(zhì)氧化步驟的概述Fig. 1 An overview of the steps of lipid oxidation

1.3 微生物腐敗

海水魚的生化成分為微生物生長提供了理想條件，使得微生物腐敗是冷鏈物流中海水魚品質(zhì)劣變的主要原因，導(dǎo)致海水魚損失高達(dá)25%~30%。 微生物生長和新陳代謝會產(chǎn)生腐胺、組胺和尸胺等生物胺，以及具有刺激性和有害異味的有機(jī)酸、硫化物、醇、醛和酮等化合物[9]。 每種海水魚都有自己獨特的微生物群，這取決于微生物環(huán)境、原材料、加工條件、儲存條件以及微生物耐受保存條件的能力等[10]。海水魚在冷鏈物流中，并不是所有的微生物都會使海水魚變質(zhì)， 只有一小部分會導(dǎo)致海水魚腐敗變質(zhì)， 稱之為特定腐敗微生物 （specifics spoilage organisms，SSOs）。 特定腐敗微生物可以通過非蛋白氮的同化作用產(chǎn)生揮發(fā)性風(fēng)味化合物，產(chǎn)生令人不快和不受歡迎的異味[11]。 特定腐敗微生物因海水魚種類和貯藏條件會發(fā)生變化，表1 中列出了不同海水魚在不同冷鏈物流條件下的特定腐敗微生物。

表1 海水魚在冷鏈物流中的特定腐敗微生物情況Table 1 Specifics spoilage organisms of marine fish in cold chain logistics

2 減菌技術(shù)

海水魚在冷鏈物流運輸之前經(jīng)歷了捕撈、宰殺、 清洗等過程， 其微生物污染來源包括空氣、水源、內(nèi)臟、宰殺工具、工作人員等，污染的方式和程度取決于加工和處理方法、衛(wèi)生控制措施及貯藏和配送環(huán)境。 此外，海水魚在冷鏈運輸中受運輸時間與運輸條件的影響也會發(fā)生腐敗變質(zhì)。 為盡量減少海水魚宰殺過程中的微生物污染，保證海水魚的質(zhì)量和安全，國內(nèi)外許多專家致力于減菌技術(shù)與措施的應(yīng)用研究。 減菌技術(shù)是海水魚冷鏈物流中亟須采取的關(guān)鍵技術(shù)，合理的減菌措施可以減少海水魚的初始微生物數(shù)量，提高其在冷鏈物流中的安全性并延長貨架期。

2.1 臭氧水

臭氧是一種可直接接觸食品的高效殺菌劑，通過對微生物細(xì)胞成分的逐步氧化，破壞成分中的脂肪酸和蛋白質(zhì)。 臭氧的殺菌機(jī)制主要是兩種滅活機(jī)制，包括：1）肽、蛋白質(zhì)和酶的巰基、氨基酸氧化成更小的肽；2）多不飽和脂肪酸氧化成酸過氧化物，最終導(dǎo)致細(xì)胞滲漏而死亡[20]。 已經(jīng)證明了臭氧對革蘭氏陽性菌和革蘭氏陰性菌都具有致命性，尤其是革蘭氏陰性菌。 而海水魚冷鏈物流中的特定腐敗微生物多為革蘭氏陰性菌，因此，臭氧適合海水魚加工的減菌處理。 Aponte 等利用臭氧處理大口羊舌鲆（Arnoglossus laterna），發(fā)現(xiàn)臭氧對嗜冷菌、產(chǎn)H2S菌、氣單胞菌和布羅絲菌屬具有顯著的殺菌作用[21]。Zhao 等研究發(fā)現(xiàn)臭氧流態(tài)冰顯著抑制微生物生長，延緩大黃魚（Pseudosciaena crocea）硫代巴比妥酸（thiobarbituric acid，TBA）、總揮發(fā)性鹽基氮（total volatile basic nitrogen，TVB-N）、K值和生物胺的升高，有效提高大黃魚的質(zhì)量[22]。 但是，臭氧非常不穩(wěn)定，即使暴露在光線下也會降解，在實際應(yīng)用中需要現(xiàn)場生產(chǎn)；其次，臭氧不溶于水，因此需要特殊的混合裝置。 這限制了臭氧在海水魚減菌處理中的工業(yè)應(yīng)用。

2.2 電解水

電解水是通過在電解水發(fā)生裝置中電解稀NaCl（有時是KCl 或MgCl2）溶液而產(chǎn)生的，由于其有效的殺菌活性， 已經(jīng)成為最有前途的殺菌劑之一。 根據(jù)電解水裝置的種類、電解質(zhì)和電解參數(shù)，可以生成不同的電解水類型。 根據(jù)生成溶液的pH，電解水可分為酸性電解水（pH 2.2~2.7）、弱酸性電解水（pH 2.7~5.0）、微酸性電解水（pH 5.0~6.5）、中性電解水 （pH 6.5~7.5） 和堿性電解水 （pH 11.0~13.8）。電解水的基本特性包括有效氯濃度（available chlorine content，ACC）、pH 和氧化還原電位（oxidation reduction potential，ORP），被認(rèn)為是直接影響電解水消毒效果的3 個主要因素。 弱酸性電解水僅通過電解HCl 或在無膜電子水反應(yīng)器中與NaCl 結(jié)合產(chǎn)生[23]。在pH 為5.0~6.5 和ORP 為800~900 mV 的情況下，其活性成分是HOCl（10~80 mV），其殺菌效果是同等濃度ClO-的80 倍[24]。 弱酸性電解水的pH 由于腐蝕性較小，使其成為優(yōu)于酸性電解水的首選殺菌劑。 Li 等利用弱酸性電解水（ACC 為31 mg/L、pH為6.1、ORP 為947.6 mV）處理暗紋東方鲀（Takifugu obscurus），經(jīng)過處理的暗紋東方鲀初始菌落數(shù)下降1 lg（CFU/g），同時，假單胞菌、腐敗希瓦氏菌和乳酸菌數(shù)量也有所降低[25]。 Jung 等利用弱酸性電解水（ACC 為45 mg/L、pH 為5.07）和葡萄柚籽提取物處理尖吻黃蓋鰈（Pleuronectes herzensteini），能明顯抑制尖吻黃蓋鰈冷藏期間的菌落總數(shù) （total viable count，TVC）、Pseudomonas、 產(chǎn)H2S 菌的增長， 減緩TVB-N 和K值的升高， 保持其良好的感官品質(zhì)[26]。但是，有研究認(rèn)為酸性電解水可以改變蛋白質(zhì)的二級結(jié)構(gòu)，從而影響冷鏈物流中海水魚的質(zhì)量[27]。

電解水殺菌主要是電解水中的活性氯引起的，包括HOCl 和ClO-（見圖2）。 由于細(xì)胞膜脂雙層的疏水性，帶電荷的ClO-難以穿過細(xì)胞膜自由進(jìn)入細(xì)胞（見圖2 中A），同時，細(xì)胞壁對ClO-也有一定的阻隔作用。 HClO 為中性，且相對分子質(zhì)量小，可以通過被動擴(kuò)散自由進(jìn)入微生物內(nèi)部，然后直接從內(nèi)部破壞微生物的核酸和蛋白質(zhì)（見圖2 中B 和C）。因此，HClO 的殺菌能力比ClO-強。 除HClO 和ClO-外，電解水也會產(chǎn)生O3和H2O2等活性氧物質(zhì)，也會破壞微生物細(xì)胞膜的脂質(zhì)成分和蛋白質(zhì)，從而破壞細(xì)胞膜的通透性。 同時，O3和H2O2也可直接穿過微生物的細(xì)胞壁和細(xì)胞膜，與蛋白質(zhì)反應(yīng)破壞微生物的代謝過程，導(dǎo)致微生物迅速失活[27]。

圖2 電解水中ClO-、HClO、H2O2、O3 對微生物的作用機(jī)制[27]Fig. 2 Mechanisms of ClO - ，HClO，H2O2 and O3 of electrolyzed water against microorganisms

2.3 低溫等離子體

低溫等離子體是物質(zhì)的第4種狀態(tài)，可以由不同的能源產(chǎn)生，包括輻射能（伽馬輻射、X 射線、電磁輻射）、電能、光能（紫外線等）和熱能等，能夠電離氣體，產(chǎn)生自由基、帶電粒子和紫外線輻射[28]。 低溫等離子體的主要殺菌機(jī)制有：1）增加細(xì)胞膜和細(xì)胞壁的滲透性（孔的形成、滲透性增加和破裂等），導(dǎo)致細(xì)胞成分（鉀、核酸和蛋白質(zhì)等）的泄漏；2）損傷細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)；3）破壞核酸的結(jié)構(gòu)和組成[29]。低溫等離子體的殺菌性能受多種因素控制或影響，包括電壓、頻率、處理時間、工作氣體成分、后處理時間（暴露時間）和樣品表面積等[30]。關(guān)于低溫等離子體對海水魚品質(zhì)的影響見表2。真菌孢子因為細(xì)胞壁更厚，化學(xué)成分也不同，不受等離子體處理的影響。 多糖類物質(zhì)，如幾丁質(zhì)、纖維素和核膜保護(hù)的二倍體基因組的非編碼區(qū)（內(nèi)含子），是降低DNA 和細(xì)胞壁的損傷額外屏障。 活性氧和活性氮可以加速海水魚脂質(zhì)氧化，促進(jìn)不飽和脂肪酸分解和修飾為脂質(zhì)過氧化物。 受低溫等離子體作用物的影響，不同海水魚的脂質(zhì)氧化有所增加。 有研究者在利用低溫等離子體延長鯖魚貨架期時發(fā)現(xiàn)低溫等離子體系統(tǒng)在80 kV 下處理5 min 會加速與蛋白質(zhì)氧化有關(guān)的羰基化合物的形成[31]。 Koddy 等評估了低溫等離子體對帶魚（Trichiurus lepturus）肌肉蛋白特性的影響，發(fā)現(xiàn)處理樣品中的羰基含量顯著增加，比對照樣品高約3 倍。 但是，肌肉蛋白的質(zhì)地分布、持水能力和顏色特性顯著改善[32]。

“留白”一詞最初源于中國傳統(tǒng)國畫藝術(shù)，是許多藝術(shù)種類的重要表現(xiàn)手法之一．詩人稱“空白”為“含蓄”，書法家稱其為“飛白”，畫家稱其為“留白”或“布白”，音樂家叫它為“煞聲”[1]．留白藝術(shù)即指創(chuàng)作者在作品中有意預(yù)留空白之處，為觀者、讀者或聆聽者留下自主想象的空間．留白藝術(shù)的運用使得觀者欣賞作品時能融入自身的思考與理解，不僅僅是被動地接受創(chuàng)作者的意圖，而是有主動再創(chuàng)作的機(jī)會．

2.4 輻照殺菌

輻照殺菌是一種非熱殺菌技術(shù)，通過將食品暴露于一定量的機(jī)械或自然來源的電離輻射下以實現(xiàn)微生物的滅活。 輻照殺菌主要有電子束 （ebeam）、X 射線和γ 射線3種。 水產(chǎn)品的加工中通常采用γ 射線進(jìn)行輻照處理[33]。在直接輻射中，電離輻射會破壞目標(biāo)微生物的DNA， 隨后通過抑制DNA合成來阻止細(xì)胞分裂。 間接效應(yīng)是由輻照與水分子的相互作用而發(fā)生的。 這種相互作用將導(dǎo)致活性分子的產(chǎn)生，例如羥基自由基，隨后與產(chǎn)生氧氣的氧化劑結(jié)合，氧化劑的積累最終會導(dǎo)致細(xì)胞裂解[34]。由世界衛(wèi)生組織、國際原子能機(jī)構(gòu)和聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織建立的食品輻照聯(lián)合專家委員會已經(jīng)證明了食品輻照在特定劑量（10 kGy 以下）下的安全性，因此，在輻照過程中要精確控制輻照劑量，以免造成感官和營養(yǎng)價值的重大損失。 Shankar 等利用γ輻射（1 kGy）處理太平洋無須鱈魚（Merlucciussp.）發(fā)現(xiàn)γ 輻射可以顯著降低微生物含量，且外觀沒有明顯變化，但是pH 略微降低[35]。Mahmoud 等研究發(fā)現(xiàn)X 射線（1.0 kGy/min）可以顯著降低金槍魚魚片中Salmonella和腐敗菌群， 金槍魚受到X 射線照射時其顏色發(fā)生明顯變化，但在冷藏過程中未觀察到對照樣品和處理樣品的顏色或硬度有顯著差異[36]。

2.5 高靜壓（high hydrostatic pressure，HHP）殺菌技術(shù)

HHP 殺菌技術(shù)是一種非熱技術(shù)，能夠滅活病原微生物和腐敗微生物的營養(yǎng)細(xì)胞， 改變酶活性，從而保持海水魚的新鮮度和營養(yǎng)價值。HHP 滅菌的機(jī)制的主要有：1）蛋白質(zhì)變性和酶失活；2）破壞微生物細(xì)胞的形態(tài)和膜通透性， 造成膜內(nèi)物質(zhì)泄漏；3）基因組成發(fā)生變化等。 當(dāng)HHP 處理造成的損傷超過微生物細(xì)胞自身修復(fù)能力，甚至使原有功能被破壞或者發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的變化時，會影響微生物正常的生理機(jī)能。在施加500~600 MPa 的壓力時可以提供與巴氏殺菌相似的殺菌效果[37]。 楊華等研究超高壓處理對養(yǎng)殖大黃魚保鮮效果的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)養(yǎng)殖大黃魚經(jīng)500 MPa、15 min 處理后進(jìn)行4 ℃冷藏，在第45 天時大黃魚的菌落總數(shù)為5.7×104CFU/mL，TVB-N 和TMA 分別不超過35 mg/hg 和5 mg/hg[38]。

HHP 會影響離子相互作用、疏水性、氫鍵、二硫鍵等非共價鍵，因此，會直接作用于蛋白質(zhì)、酶、脂類、碳水化合物等大分子物質(zhì)，而小分子化合物（維生素、礦物質(zhì)等）不受影響。 其中，海水魚中蛋白質(zhì)是HHP 修飾的關(guān)鍵分子， 其內(nèi)部空間的維度排列可以被壓縮，通過蛋白質(zhì)四級、三級和二級結(jié)構(gòu)的折疊導(dǎo)致蛋白質(zhì)體積的減小，從而導(dǎo)致蛋白質(zhì)的解離、展開、變性、聚集、沉淀和不同強度的糊化[39]。HHP＜150 MPa 時主要影響蛋白質(zhì)四級結(jié)構(gòu)，200 MPa 時主要影響三級結(jié)構(gòu)，而300~700 MPa 的壓力可以誘導(dǎo)二級結(jié)構(gòu)的變化和蛋白質(zhì)變性[40]。 HHP 處理海水魚在滅菌的同時， 也會引起一些不良結(jié)果，如蛋白質(zhì)和脂質(zhì)氧化。HHP 條件下的蛋白質(zhì)氧化與形成的自由基有關(guān)， 自由基會引發(fā)各種氧化反應(yīng)，從而通過必需氨基酸降解和蛋白質(zhì)消化率降低而形成異味并降低營養(yǎng)價值。 Zhou 等利用HHP（200、400、600 MPa，10、30、50 min）誘導(dǎo)鰈魚（Nemipterusspp.） 肌動球蛋白的理化性質(zhì)變化， 結(jié)果發(fā)現(xiàn)HHP導(dǎo)致蛋白質(zhì)聚集體的出現(xiàn)使得肌動球蛋白濁度增加與蛋白質(zhì)溶解度降低，隨著壓力和加壓時間的增加肌動球蛋白表面疏水性增加、 總巰基含量降低、表面活性巰基含量增加[41]。 在HHP 對脂質(zhì)氧化方面，脂質(zhì)氧化不是由于HHP 對脂質(zhì)的直接影響，而是由于氧氣和金屬離子、蛋白質(zhì)或酶等催化劑的聯(lián)合作用。

2.6 光動力殺菌技術(shù)

光動力殺菌技術(shù)基于可見光、光敏劑（可以是內(nèi)源性或外源性的）和分子氧的組合，在有氧的情況下用足夠的光照射光敏劑將產(chǎn)生豐富的活性氧，其進(jìn)一步與微生物細(xì)胞內(nèi)的多個靶點發(fā)生反應(yīng)并最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡。 這個過程（見圖3）產(chǎn)生的活性氧主要是單線態(tài)氧（1O2）、羥自由基（·OH）、超氧陰離子（·O2-）和過氧化氫（H2O2）[42]?；钚匝跖c靶細(xì)胞包膜的相互作用可能引發(fā)膜脂肪酸鏈的脂質(zhì)過氧化，誘導(dǎo)膜結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，例如相分離和孔形成等[43]。對蛋白質(zhì)靶標(biāo)的額外損傷導(dǎo)致蛋白質(zhì)等電點的變化、蛋白質(zhì)氧化和蛋白質(zhì)交聯(lián)， 而活性氧損傷DNA 可能會導(dǎo)致脫氧鳥苷的氧化（dG）產(chǎn)生8-羥基-脫氧鳥苷（8-OHdG）[44]。從自然界獲得的光敏劑主要有金絲桃素、香豆素、呋喃香豆素、葉綠素（Chl）、姜黃素和核黃素（維生素B2）等。 Kim 等利用核黃素作為光敏劑，通過460 nm LED 以0.22 kJ/cm2的強度照射30 min， 可以有效滅活冷熏三文魚表面的Listeria monocytogenes，增加細(xì)胞膜的通透性，導(dǎo)致DNA 泄漏[45]。 同時光動力處理也會導(dǎo)致細(xì)菌細(xì)胞內(nèi)DNA、RNA 和蛋白質(zhì)等成分的損傷。 Gong 等利用姜黃素介導(dǎo)的光動力殺菌技術(shù)，在15 W LED 燈（470 nm）功率條件下， 處理鱘魚 （Acipenser gueldenstaedti Brandt♀×Acipenser schrenckii Brandt♂）90 s，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過光動力殺菌技術(shù)處理的鱘魚微生物數(shù)量減少，在4 ℃冷鏈過程中鱘魚肉氧化程度降低，肉質(zhì)腐爛變慢，腐敗微生物的新陳代謝水平較低，營養(yǎng)成分分解較少[46]。

圖3 光敏過程產(chǎn)生活性氧的機(jī)制Fig. 3 Mechanisms of production of reactive oxygen species from the photosensitisation process

不同減菌技術(shù)處理對冷水魚冷鏈物流中的品質(zhì)見表2。

表2 不同減菌技術(shù)處理對海水魚冷鏈物流中品質(zhì)的影響Table 2 Effects of different bacteria-reducing technologies on the quality of marine fish in the cold chain logistics

續(xù)表2

3 抑菌技術(shù)

利用減菌技術(shù)減少海水魚表面微生物的數(shù)量，然后經(jīng)過（不經(jīng)過）包裝將海水魚送入冷鏈物流。 然而，在冷鏈物流中，海水魚中的微生物處于增長狀態(tài)。 因此，為保證冷鏈物流中海水魚的新鮮品質(zhì)，需要采取一些措施抑制微生物的生長。 目前，常用的抑菌技術(shù)有溫度控制、氣調(diào)包裝、活性包裝等。

3.1 溫度控制

低溫是海水魚貯藏的主要方式， 冷卻貯藏、過冷貯藏和冷凍貯藏可以延緩海水魚的品質(zhì)劣變，更長時間維持海水魚的高品質(zhì)。

3.1.1冷卻貯藏 冷卻貯藏是海水魚最常用的貯藏方式之一，是將海水魚冷卻至接近融冰溫度進(jìn)行保藏。 通過低溫抑制酶的活性和微生物的生長，減緩物理和化學(xué)變化，從而維持海水魚的高品質(zhì)。 但仍有一些嗜冷微生物能緩慢生長繁殖，最終導(dǎo)致海水魚的腐敗變質(zhì)。 在海水魚捕撈中，一般采用碎冰進(jìn)行冷卻貯藏，溫度在0 ℃附近，可以將保質(zhì)期延長至20 d 左右[17]。在零售場所或者家庭中，4 ℃是最常見的貯藏方式，保質(zhì)期會縮短至7 d 左右。 因此，為了延長海水魚的貨架期需要柵欄技術(shù)保鮮，如氣調(diào)包裝、活性包裝等。

3.1.2過冷貯藏 過冷貯藏是一種將海水魚冷卻到低于初始冰點（Tf）1~2 ℃，導(dǎo)致海水魚內(nèi)部5%~30%的水形成冰晶，在海水魚表面形成一層薄冰（1~3 mm），內(nèi)部也會有冰晶生成，也稱為部分冷凍[58]、深度冷凍[59]。過冷貯藏是位于冷凍和冷藏之間，大多數(shù)食物的初始冰點在-0.5~-2.8 ℃，對于漁業(yè)產(chǎn)品，初始冰點在-0.8~-1.4 ℃[3]。過冷貯藏會顯著抑制微生物生長繁殖，延緩海水魚的變質(zhì)，并且在短時間運輸或儲存過程中可能不需要額外添加冰。 在理想情況下，過冷貯藏會導(dǎo)致少量水分轉(zhuǎn)化為冰，因此與冷凍貯藏相比，冰晶造成的冷凍蛋白質(zhì)和結(jié)構(gòu)損傷（肌纖維的分離和斷裂）較少。 同時，在過冷貯藏過程中，由于微生物數(shù)量和酶活性的降低，與冷藏相比，過冷貯藏食品的保質(zhì)期可以延長1.5~4.0 倍[3]。作者所在團(tuán)隊研究發(fā)現(xiàn)， 將海鱸魚（Lateolabrax maculatus）置于4 ℃下冷藏，其貨架期為7 d，而將海鱸魚置于過冷貯藏（-0.9 ℃）下其貨架期可以達(dá)到18 d[60]。

然而，過冷貯藏海水魚也可能對質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面影響。 Bahuaud 等報道過冷貯藏會在大西洋鮭魚（Salmo salar）魚片的外層形成細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞外的冰晶，造成溶酶體破裂，隨后釋放組織蛋白酶B 和L，并且加速了肌纖維之間的分離，導(dǎo)致更高的液體泄漏和肌纖維斷裂；并且在過冷過程中形成的冰晶大到足以破壞魚肌肉的完整性，對形態(tài)變化、細(xì)胞破壞以及細(xì)胞成分的變性有很大的影響，從而導(dǎo)致解凍過程中的質(zhì)地變化和滴水損失增加[61]。Duun 等還發(fā)現(xiàn)，與冰凍鱈魚片相比，過冷貯藏樣品中的液體損失率更高[58]。 高液體損失率與鹽溶性蛋白質(zhì)的含量減少相關(guān)，鹽溶性蛋白質(zhì)含量在過冷貯藏樣品中明顯低于在冰冷樣品。 過冷貯藏過程中波動的溫度也會加速形成的冰晶尺寸的增長，隨著儲存溫度的輕微升高， 小冰晶可能會比大冰晶融化得更快，當(dāng)溫度再次下降時，形成越來越大的晶體。 同時，有研究者發(fā)現(xiàn)大西洋鮭魚（Salmo salar）紅肉片和白肉片在-1.7 ℃下， 其細(xì)胞內(nèi)冰晶的當(dāng)量直徑分別為17、29 μm，形成的冰晶大小存在顯著差異[62]。 在過冷貯藏方式上，Kaale 等研究發(fā)現(xiàn)大西洋鮭魚魚片在沖擊 式 冷 凍 機(jī) 以 慢 速 （-20 ℃、153 W/（m2·K）、4.2 min）或快速（-30 ℃、227 W/（m2·K）、2.1 min）條件下所形成的冰晶等效直徑分別為60、23 μm[63]。

3.1.3冷凍貯藏 冷凍貯藏是將海水魚貯藏于-10℃以下，海水魚中大約有80%的水會轉(zhuǎn)化為冰。 溫度低于-18 ℃時被認(rèn)為是深度冷凍，傳統(tǒng)上，海水魚冷凍貯藏期間的溫度在-18~-30 ℃[64]。 冷凍貯藏可以防止海水魚因微生物和酶的作用而變質(zhì)，保質(zhì)期可長達(dá)一年。 但是冷凍貯藏也會引發(fā)物理和化學(xué)變化導(dǎo)致海水魚結(jié)構(gòu)被破壞，冰晶的大小和位置可能會導(dǎo)致海水魚細(xì)胞受損和品質(zhì)下降。 在冰結(jié)晶過程中，結(jié)合水的損失或活性物質(zhì)的泄漏間接觸發(fā)了生化過程，包括蛋白質(zhì)降解、氧化和聚集，以及脂質(zhì)氧化等。 冰晶的形成是冷凍引起的海水魚品質(zhì)劣變的主要原因。 一般來說，冰晶的大小和分布取決于冷凍速度，而冰晶的數(shù)量很大程度上取決于冷凍貯藏溫度。 在海水魚冷凍貯藏過程中，難以控制的溫度波動易造成冰重結(jié)晶并增加晶體尺寸。 然而，通過避免溫度波動來完全控制冰再結(jié)晶仍然難以實現(xiàn)，因此，利用冷凍保護(hù)劑可以最大限度地減少冷凍引起的海水魚品質(zhì)劣變。 Trigo 等利用不含皂苷的藜麥（Chenopodium quinoa） 提取物作為大西洋鯖魚（Scomber scombrus）的冷凍保護(hù)劑，可以有效抑制大西洋鯖魚在冷凍貯藏過程中的脂質(zhì)氧化和水解，延長其貨架期[65]。藍(lán)蔚青等研究發(fā)現(xiàn)迷迭香提取物鍍冰衣可以顯著抑制卵形鯧鲹（Trachinotus ovatus） 在冷凍貯藏過程中的蛋白質(zhì)氧化變性和脂質(zhì)氧化損傷，有效減少魚體內(nèi)水分流失，延長其貨架期[66]。

3.2 氣調(diào)包裝 （modified atmosphere packaging，MAP）

MAP 是將一定比例的混合氣體充入具有一定阻隔性和密封性的包裝材料中，通過改變海水魚所處的氣體環(huán)境，并利用氣體間的不同作用來抑制冷鏈物流過程海水魚品質(zhì)劣變的生理生化過程，從而達(dá)到延長海水魚保鮮期或貨架期的技術(shù)。 氣調(diào)包裝可以隔離外界微生物，避免二次污染。 此外，氣調(diào)包裝因其可以抑制海水魚中好氧微生物的生長繁殖，降低酶促反應(yīng)速度，減緩脂質(zhì)氧化等，已經(jīng)成為海水魚冷鏈物流中重要的包裝方式之一。MAP 中氣體的比例組成由產(chǎn)品特性、預(yù)期的保質(zhì)期、包裝材料的滲透性和儲存條件等決定[67]。在冷鏈物流中，海水魚中微生物新陳代謝、包裝材料對氣體的特定滲透性，會導(dǎo)致包裝內(nèi)的氣體比例隨著時間和溫度的變化而發(fā)生變化。

二氧化碳（CO2）、氮氣（N2）和氧氣（O2）是MAP中常用的3種氣體，CO2易溶于水和脂肪， 形成碳酸。碳酸可以破壞細(xì)菌的細(xì)胞膜，降低細(xì)胞內(nèi)pH 并裂解細(xì)胞，并通過破壞營養(yǎng)吸收、抑制或減少酶促反應(yīng)以及促進(jìn)細(xì)胞蛋白質(zhì)的理化性質(zhì)改變等影響微生物的生長。CO2對嗜冷菌有效，而且革蘭氏陰性菌對其更為敏感，適合海水魚冷鏈過程MAP 包裝[68]。作者所在團(tuán)隊研究發(fā)現(xiàn)高CO2體積分?jǐn)?shù)的MAP（60%CO2、5%O2、35%N2，體積分?jǐn)?shù)）可以顯著抑制養(yǎng)殖暗紋東方鲀 （Takifugu obscurus） 在冷藏過程（4℃）中的微生物生長，維持暗紋東方鲀水分含量及水分遷移，降低了蛋白質(zhì)的降解[69]。 Chan 等研究發(fā)現(xiàn)高CO2體積分?jǐn)?shù)的MAP （60%CO2、40%N2， 體積分?jǐn)?shù)）可以顯著抑制大西洋鮭魚冷藏過程（0 ℃）中微生物生長，維持較低的pH，且魚體顏色更深、更紅和更黃[70]。 N2可防止包裝塌陷，而O2可減少海水魚體內(nèi)的滲出物并保持肉色[71]。 然而，由于MAP 中O2的存在， 海水魚在冷鏈過程中容易發(fā)生過脂質(zhì)氧化， 將PUFA 和 單不飽和脂肪酸（monounsaturated fatty acid，MUFA）氧化[72]。 其他氣體（Ar、He、Xe、Ne、NO、N2O 等）在氣調(diào)包裝中的應(yīng)用也有所研究，但其主要缺點是成本明顯高于N2（4~5 倍），在實際生產(chǎn)中使用較少[68]。

真空包裝（vacuum package，VP）是指在密封之前從包裝中去除空氣的技術(shù)， 在抽真空過程中，包裝中的O2體積分?jǐn)?shù)降低了97%~99%， 從而抑制了導(dǎo)致海水魚變質(zhì)的需氧微生物增殖。 同時，氧濃度的降低也抑制了冷鏈過程中的脂質(zhì)氧化。Genc 等利用真空處理研究大西洋白姑魚（Argyrosomus regius）在4 ℃冷藏過程中的品質(zhì)變化，發(fā)現(xiàn)真空包裝處理可以顯著抑制好氧微生物的生長和脂質(zhì)氧化，延長貨架期[73]。 Lahreche 等利用真空包裝處理扁舵鰹（Auxis thazard）研究中也發(fā)現(xiàn)真空包裝可以顯著抑制扁舵鰹的脂質(zhì)氧化[74]。

3.3 活性包裝

活性包裝是一種新興技術(shù)，在包裝材料中結(jié)合了除氧劑、抗氧化劑和殺菌劑等活性成分，可以將活性物質(zhì)釋放或吸收到包裝或海水魚周圍環(huán)境中?；钚园b分為兩大類：1）非遷移性活性包裝，無須刻意遷移即可發(fā)揮作用；2）主動釋放包裝，允許非揮發(fā)性化合物受控遷移或揮發(fā)性物質(zhì)釋放到包裝海水魚周圍的環(huán)境中。 目前有以下方法應(yīng)用于活性包裝[75]：1）制得含有揮發(fā)性活性物質(zhì)的小袋/墊；2）將揮發(fā)性和非揮發(fā)性活性物質(zhì)直接摻入活性包裝基材聚合物結(jié)構(gòu)中；3）在與海水魚接觸的活性包裝基材聚合物表面上施加涂層或吸附活性物質(zhì)；4）通過離子或共價鍵等方法將活性物質(zhì)固定在活性包裝基材聚合物中；5）直接應(yīng)用活性包裝基材聚合物（殼聚糖等），其本質(zhì)上可以作為活性物質(zhì)。 選擇合適的活性包裝要考慮活性包裝基材聚合物的類型、 要摻入的活性物質(zhì)和海水魚的物理化學(xué)特性?；钚园b基材聚合物可以為合成或天然來源。 最常用的合成聚合物是低密度聚乙烯和聚苯乙烯，雖然生產(chǎn)成本低，但由于難降解，其廣泛使用易引起環(huán)境問題。 因此，主要由蛋白質(zhì)、多糖、脂質(zhì)等組成的天然聚合物成為研究熱點。 多糖和蛋白質(zhì)的親水性有助于降低防潮性和阻隔性，多糖是合適的氧氣屏障，而蛋白質(zhì)顯示出相對較好的機(jī)械強度，脂質(zhì)顯示出較低的水蒸氣透過性和良好的防潮性能。 基于脂質(zhì)的活性包裝通常是不透明的、蠟質(zhì)的、光滑的，可以保持海水魚的顏色、風(fēng)味。 然而，脂質(zhì)基質(zhì)包裝材料相對較厚且易碎，具有較差的機(jī)械和光學(xué)特性[76]。因此，研究中常用復(fù)合活性包裝基質(zhì)，由至少兩種成分組成，其中單個物質(zhì)的弱點通過添加其他成分來補償。 例如可以通過添加脂質(zhì)來提高多糖和蛋白質(zhì)復(fù)合膜的水蒸氣滲透性，形成兼具親水性和疏水性的活性包裝膜。 此外，通過添加蛋白質(zhì)或多糖來提高脂質(zhì)的機(jī)械強度，甚至可以調(diào)節(jié)可食用材料中的整體傳質(zhì)性能[76]。 再結(jié)合精油、植物提取物、抗菌肽等活性物質(zhì)的使用，活性包裝成功應(yīng)用于冷鏈物流中海水魚的保鮮研究中[77]。

3.3.1抑菌活性包裝 抑菌活性包裝含有殺菌劑或由殺菌基質(zhì)制成，是將殺菌材料（抗生素、精油、花青素、殼聚糖等）摻入或者包含在活性包裝基材中。 同時，納米技術(shù)領(lǐng)域的進(jìn)步、可生物降解及生物相容性材料的發(fā)展促進(jìn)抑菌活性包裝的研發(fā)與應(yīng)用。

細(xì)菌素的殺菌活性根據(jù)每個類別呈現(xiàn)出特殊性。 然而，一般而言，細(xì)菌素可以通過吸附和插入細(xì)胞膜起作用，有助于在膜中形成孔，從而導(dǎo)致膜通透性增加和細(xì)胞成分（金屬離子、ATP、氨基酸和其他化合物）的泄漏[78]。 Sarika 等研究發(fā)現(xiàn)細(xì)菌素GP1（來自Lactobacillus rhamnosusGP1） 可以顯著抑制石斑魚冷藏過程中Aeromonassp.、Lactobacillussp.和Vibriosp.的增長，延緩TVB-N 和TMA 的增加，有效保持石斑魚的鮮度[79]。 Fu 等研究發(fā)現(xiàn)分離自Bacillus coagulansL1208 凝固蛋白L1208 可以抑制大黃魚（Pseudosciaena crocea）冷藏過程中腐敗微生物的生長，延緩蛋白質(zhì)降解、脂質(zhì)氧化和ATP 降解，顯著提高了大黃魚的保鮮效果[80]。但是，細(xì)菌素對于革蘭氏陽性菌的效果要比革蘭氏陰性菌好，而多數(shù)海水魚的特定腐敗微生物是革蘭氏陰性菌，因此限制了細(xì)菌素應(yīng)用于冷鏈物流中海水魚的保鮮。 同時，Anacarso 等研究發(fā)現(xiàn)在接近貯存期結(jié)束時細(xì)菌素活性降低，可能是由于蛋白酶將細(xì)菌素降解或由于細(xì)菌素與食物成分的相互作用[81]，因此，需要開發(fā)控制釋放細(xì)菌素的方法以避免這種現(xiàn)象的發(fā)生。

精油作為活性包裝中的天然殺菌劑得到廣泛研究，醛類、酚類和含氧萜類化合物是精油中主要殺菌活性成分[75]。精油具有疏水性，有利于與微生物細(xì)胞膜和線粒體的脂質(zhì)相互作用，從而降低結(jié)構(gòu)的組織性，使細(xì)胞膜更具滲透性。 滲透性的增加導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)的泄漏，導(dǎo)致微生物死亡，從而延長海水魚冷鏈物流中的貨架期。Lan 等研究發(fā)現(xiàn)牛至精油可以抑制大黃魚（Pseudosciaena crocea）冷藏（4 ℃）過程中的微生物生長繁殖， 減緩脂質(zhì)氧化、TVB-N的升高，延長大黃魚的貨架期[82]。 Echeverría 等利用丁香精油制作活性包裝膜，并將其應(yīng)用于2 ℃冷藏貯藏的藍(lán)鰭金槍魚（Thunnus thynnus），結(jié)果發(fā)現(xiàn)含丁香精油的活性包裝可以抑制微生物生長，特別是有效抑制假單胞菌屬，延緩TVB-N 的增加，更好地保持藍(lán)鰭金槍魚的鮮度品質(zhì)[83]。

植物提取物的殺菌活性可能是由于提取物中多酚吸附在細(xì)菌膜上，導(dǎo)致膜破裂，細(xì)胞內(nèi)容物滲漏，以及與多酚反應(yīng)產(chǎn)生氫過氧化物的共同作用[84]，植物提取物可以通過抑制微生物生長和延緩脂質(zhì)氧化來延長冷鏈物流中海水魚的貨架期。Khodanazary 等研究發(fā)現(xiàn)質(zhì)量分?jǐn)?shù)1%綠茶提取物可以抑制冷藏紅牙魚或（Otolithes ruber）微生物的生長，延緩TVB-N、TBA、過氧 化值（peroxide value，POV）和游離脂肪酸的增加[85]。 Homayounpour 等制作小茴香（Cuminum cyminumL.） 乙醇提取物的納米脂質(zhì)體，將其應(yīng)用于冷藏沙丁魚的保鮮，結(jié)果發(fā)現(xiàn)小茴香提取物脂質(zhì)體可以抑制總活菌數(shù)和乳酸菌的增長，顯著降低了POV、TVB-N、pH 和TBA，更好地維持沙丁魚的鮮度品質(zhì)[86]。

殼聚糖是一種存在于節(jié)肢動物和甲殼動物外骨骼中的聚陽離子生物聚合物。 殼聚糖對包括某些細(xì)菌和真菌在內(nèi)的各種微生物都有很好的抑制作用，其殺菌作用受殼聚糖種類和聚合度、寄主、基質(zhì)的營養(yǎng)成分或化學(xué)成分以及環(huán)境條件等影響[87]。 此外，殼聚糖具有延緩氧氣、水分、溶質(zhì)運輸?shù)哪芰?，可以作為活性包裝膜的基材，單獨或者與其他活性物質(zhì)一起延長冷鏈物流中海水魚的貨架期。 有研究報道了殼聚糖作為活性包裝基材在海水魚保鮮中的應(yīng)用[88-89]，本文中不再討論。

溶菌酶是一種天然存在于奶和禽蛋中的酶，可以破壞革蘭氏陽性菌細(xì)胞壁肽聚糖中N-乙酰氨基葡萄糖和N-乙酰胞壁酸之間的β（1→4）鍵。溶菌酶難以破壞革蘭氏陰性菌外膜的脂多糖層， 其抑制效果較差，但外膜可以被nisin 或乙二胺四乙酸（ethylene diamine tetraacetic acid，EDTA）破壞，從而顯著增加溶菌酶的殺菌譜。 張家濤等利用茶多酚微膠囊/溶菌酶保鮮美國紅魚（Sciaenops ocellatus），保鮮過程中處理組微生物生長繁殖減慢，pH 變化幅度較小，延緩TBA 和TVB-N 的增長，可維持較好的鮮度[90]。 武嬌等以殼聚糖為成膜基材，在經(jīng)原位合成的納米SiOx 改性基礎(chǔ)上，添加溶菌酶，采用流延法制備了復(fù)合保鮮涂膜，并將其應(yīng)用于海鱸魚冷藏保鮮， 抑制了魚片中微生物的生長， 延緩pH、TBA、K值、TVB-N 的增加，延長了貨架期[91]。

3.3.2抗氧化活性包裝 冷鏈物流中的海水魚脂質(zhì)和蛋白質(zhì)氧化會引起品質(zhì)劣變，開發(fā)具有抗氧化活性的包裝，通過抗氧化劑的持續(xù)釋放或者添加氧氣/自由基清除劑可以限制氧化劣變?；钚园b中的抗氧化劑可以根據(jù)反應(yīng)機(jī)制分為釋放型和清除劑型抗氧化劑[92]。 釋放型抗氧化劑以可持續(xù)的速度將活性物質(zhì)從活性包裝材料釋放到海水魚中，在整個冷鏈貯藏期間保持恒定的抗氧化劑濃度，以延長保質(zhì)期。 相比之下，清除型抗氧化劑具有減少或抑制海水魚氧化的預(yù)防機(jī)制。 除了抗氧化劑外，螯合劑、紫外線吸收劑和單線態(tài)氧猝滅劑也可以在活性包裝中使用[93]。

精油是常用的抗氧化劑，其抗氧化活性通過清除活性氧和修飾內(nèi)源性抗氧化系統(tǒng)來實現(xiàn)。 香芹酚、丁香酚和百里香酚等酚類化合物是精油抗氧化活性的主要成分[94]。 酚類化合物延緩魚肌肉中脂質(zhì)氧化主要是由于酚類化合物的氧化還原特性，使其能夠充當(dāng)氫供體、還原劑、單線態(tài)氧猝滅劑以及金屬螯合劑[95]。 多數(shù)精油在冷鏈物流中海水魚保鮮研究中，既可抑制微生物的生長，也會抑制脂質(zhì)氧化。但是，高濃度的精油用作天然殺菌劑/抗氧化劑會導(dǎo)致海水魚感官較差，甚至?xí)疬^敏反應(yīng)[95]。不同活性包裝對海水魚冷鏈物流中品質(zhì)的影響如表3 所示。

表3 不同活性包裝對海水魚冷鏈物流中品質(zhì)的影響Table 3 Effects of different active packages on the quality of marine fish in the cold chain logistics

4 展 望

目前，國內(nèi)外對海水產(chǎn)品在冷鏈物流中的減菌技術(shù)、抑菌技術(shù)的研究已取得長足的進(jìn)步，開發(fā)出一大批如電解水殺菌、低溫等離子體殺菌、高靜壓殺菌、光動力殺菌等減菌技術(shù)以及氣調(diào)包裝、活性包裝等抑菌技術(shù)。 然而，部分殺菌、抑菌技術(shù)的成本過高，制約了其大范圍推廣應(yīng)用。 如電解水殺菌的配套設(shè)備一次性投入較高， 限制了其大范圍應(yīng)用。目前，海水魚傳統(tǒng)的保鮮方法是低溫保鮮，但是單一低溫保鮮技術(shù)存在保存時間短、 能耗高等問題。因此， 在了解海水魚冷鏈物流腐敗機(jī)制的基礎(chǔ)上，采用減菌技術(shù)減少海水魚表面微生物數(shù)量，并結(jié)合抗菌技術(shù)的應(yīng)用，發(fā)揮不同保鮮技術(shù)之間的協(xié)同效用，提高海水魚貨架期，最大限度地保持海水魚固有的營養(yǎng)及感官特性將是未來冷鏈物流中海水魚產(chǎn)品保鮮領(lǐng)域的趨勢。 此外，在提高保鮮效果的基礎(chǔ)上進(jìn)一步降低單一保鮮技術(shù)的運行成本也是未來冷鏈物流中海水魚產(chǎn)品保鮮領(lǐng)域亟須解決的關(guān)鍵問題。