殼聚糖在食品保鮮方面的研究進(jìn)展

＊高穎俊李志穎

（蘇州大學(xué) 紡織與服裝工程學(xué)院 江蘇 215000）

引言

隨著生活品質(zhì)的提高，食品安全問題越來越為人所重視[1]。而在貯藏、運(yùn)輸和銷售過程中由于微生物、氧氣等因素的影響，食品在保鮮方面受到諸多限制[2]。因此，任何減少這些問題的解決方案對于提高生鮮食品的可獲得性，降低成本，減少經(jīng)濟(jì)損失都至關(guān)重要[1]。近年來，殼聚糖及其衍生物在食品保鮮方面的研究獲得了較多關(guān)注[3]。

殼聚糖是幾丁質(zhì)經(jīng)脫乙酰作用生成的一類線性聚陽離子多糖，由D-氨基葡萄糖通過β-（1→4）糖苷鍵連接組成，其中D-氨基葡萄糖主要以N-乙酰-D-氨基葡萄糖的形式存在[4]。殼聚糖對許多種類的細(xì)菌和真菌都具有較好的抗菌性能[5]。其高分子鏈中正電荷的強(qiáng)度對其抗菌活性有很大的影響[6]。殼聚糖還具有抗氧化[7]、高成膜性[8]、生物可降解、生物相容性[9]等諸多優(yōu)勢。本文以涂層、多孔膜、納米纖維膜和凝膠四種殼聚糖的應(yīng)用形態(tài)及殼聚糖衍生物的應(yīng)用為分類標(biāo)準(zhǔn)對在食品保鮮方面近5年的部分文獻(xiàn)進(jìn)行了綜述，以期為殼聚糖在食品保鮮中的進(jìn)一步研究提供參考依據(jù)與思路。

在實(shí)際應(yīng)用中，殼聚糖因其性能方面的限制，很少單獨(dú)使用[10]。由于機(jī)械性能較差、氣體和水蒸氣滲透性較高等一些缺點(diǎn)，殼聚糖常與其他聚合物結(jié)合使用[11]。由于殼聚糖膜的抗氧化和抗菌活性相對較低，許多研究集中在添加一些活性化合物如多酚類和精油等來改善殼聚糖膜的性能，以期延長食品貨架期[12]。本文以涂層、多孔膜、納米纖維膜和凝膠四種殼聚糖的應(yīng)用形態(tài)為分類標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行綜述。

1.涂層

Zhang等人[13]通過離子凝膠法制備了一系列殼聚糖和龍蒿精油以不同質(zhì)量比混合的龍蒿精油納米粒子，后借助紫外-可見分光光度法并根據(jù)公式計(jì)算出龍蒿精油的封裝率。結(jié)果表明，殼聚糖和龍蒿精油質(zhì)量比為1:0.8的納米粒子擁有高達(dá)35.57%封裝率。涂膜處理能顯著抑制豬肉片的品質(zhì)劣變。

Xiong等人[14]開發(fā)了一種添加葡萄籽提取物和尼生素的殼聚糖-明膠可食用涂層，并研究其對在4℃下冷藏20天期間新鮮豬肉保鮮效果的影響。結(jié)果表明，1%殼聚糖能有效抑制豬肉氧化和微生物腐敗；1%殼聚糖結(jié)合3%明膠增強(qiáng)了上述保鮮效果；而向上述質(zhì)量分?jǐn)?shù)的殼聚糖-明膠涂層中添加0.5%的葡萄籽提取物，則進(jìn)一步增強(qiáng)了肉的抗氧化活性。

Li等人[15]開發(fā)了結(jié)合納米材料硅或鈦的殼聚糖涂膜，并應(yīng)用于檢測藍(lán)莓鮮果在商業(yè)貯藏溫度下的潛在變化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，基于納米二氧化鈦的納米涂層對藍(lán)莓鮮果的失重率（2.22%）和可滴定酸度（0.45%檸檬酸）有最合適的取值且對多酚氧化酶（659.45 U/ming）和過氧化酶（20.39U/ming）的滅活效果較好。而添加了納米二氧化硅的殼聚糖涂膜能保持最小的酸度變化（2.61）且能夠最大限度地減少中溫需氧菌、酵母菌和霉菌（3.73～3.98log CFU/g）的生長。因此，殼聚糖納米材料膜可以保持食品的營養(yǎng)物質(zhì)并控制微生物生長，延長藍(lán)莓鮮果的貨架期。

Martins da Costa等人[16]將紫山藥淀粉（PYS）、殼聚糖（CS）和甘油共混得到一系列可生物降解膜，并將其作為食品涂層進(jìn)行表征。在蘋果上涂抹YS/CS膜在4周內(nèi)能夠保持果實(shí)品質(zhì)，因?yàn)橥坎糦S/CS膜的蘋果失重率顯著低于未涂布的蘋果。YS/CS薄膜作為一種新型的生物可降解涂層，在食品包裝行業(yè)具有很大的應(yīng)用前景。

2.多孔膜

Wang等人[17]開發(fā)了基于殼聚糖/馬鈴薯蛋白/亞麻籽油/氧化鋅納米粒子（ZnO-NPs）的生物聚合物膜以期改善生肉在貯藏期間的品質(zhì)。結(jié)果表明共混膜表現(xiàn)出優(yōu)異的阻濕性能。Fcpzl對生肉的保護(hù)效果最好。在7天的貯藏過程中，F(xiàn)cpzl能夠降低pH和菌落總數(shù)的上升速度，保持良好的感官特性。

Nie等人[18]制備了一系列殼聚糖/磷酸鹽穩(wěn)定的無定形碳酸鈣（CS/ACCP）和殼聚糖/海藻酸鈉/ACCP（CS/Alginate/ACCP）復(fù)合膜，并考察了ACCP和Alginate/ACCP納米粒子對復(fù)合膜理化性能的影響。結(jié)果表明，復(fù)合納米粒子能夠顯著提高CS膜的致密性、疏水性和機(jī)械性能，增強(qiáng)其紫外阻隔能力、耐水性和水蒸氣阻隔能力。CS復(fù)合膜不僅具有優(yōu)異（72%）的抑菌（大腸桿菌）性能，還具有良好（15天）的水果（砂糖橘）保鮮性能。

K.等人[19]合成了含有芒果葉提取物（MLE）的殼聚糖膜，并研究不同質(zhì)量百分比的MLE（1%～5%）對殼聚糖-MLE復(fù)合膜形貌、光學(xué)性質(zhì)、水接觸和力學(xué)特性的影響。總酚含量、DPPH自由基清除能力、鐵離子還原能力和ABTS自由基清除能力等抗氧化活性評價(jià)表明，復(fù)合膜的抗氧化活性隨著MLE添加量的增加而提高。研究結(jié)果突出了添加MLE的殼聚糖膜有作為用于食品保鮮方面的活性包裝膜的潛在前景。

3.納米纖維膜

Lin等人[20]通過SEM和AFM分析證明了菊花精油（CHEO）通過靜電紡絲成功地?fù)饺氲綒ぞ厶羌{米纖維（CS/NF）中，同時探究了CHEO對單增李斯特菌的抑菌機(jī)理。CHEO使單增李斯特菌的細(xì)胞膜通透性增加且還能夠抑制其呼吸代謝。釋放效率研究表明CHEO可以從CHEO/CS/NF中緩慢釋放，達(dá)到長效抗菌效果。在牛肉上測試了CHEO納米纖維對單增李斯特菌的抗菌應(yīng)用，在4℃、12℃和25℃條件下，儲存7天后的抑制率分別為99.91%、99.97%和99.95%。這些結(jié)果均說明CHEO/CS/NF可以延長牛肉的貨架期，在食品包裝中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

Liu等人[21]通過將ε-聚賴氨酸（ε-PL）摻入明膠/殼聚糖基聚合物中制備了抗菌納米纖維膜。實(shí)驗(yàn)表明，所有納米纖維膜均具有無序且直徑分布良好的纖維結(jié)構(gòu)。ε-PL的加入可以降低溶液的黏度，增加溶液的電導(dǎo)率，導(dǎo)致納米纖維的直徑減小，還可以提高薄膜的熱穩(wěn)定性，降低薄膜的水蒸氣透過率和氧氣透過率，且ε-PL不易從納米纖維薄膜中釋放出來。明膠/殼聚糖/ε-聚賴氨酸（質(zhì)量比為6:1:0.125）納米纖維膜通過破壞細(xì)菌細(xì)胞膜，比明膠/殼聚糖納米纖維膜能更有效地抑制6種食源性致病菌。結(jié)果表明，明膠/殼聚糖/ε-PL納米纖維膜可以作為食品包裝材料來降低食源性致病菌的風(fēng)險(xiǎn)。

Duan等人[22]采用靜電紡絲技術(shù)制備了基于明膠/殼聚糖和姜黃素的新型活性智能包裝納米纖維（GA/CS/CUR），研究了不同含量CUR（0.1%～0.3%，m/m）的摻入對電紡納米纖維微觀結(jié)構(gòu)和功能特性的影響。適當(dāng)水平的CUR（0.2%，m/m）的加入導(dǎo)致了更強(qiáng)的分子間相互作用，從而增強(qiáng)了所得納米纖維的熱穩(wěn)定性和拉伸強(qiáng)度。且CUR的加入顯著提高了GA/CS/CUR納米纖維的抗氧化活性和抗菌活性。

4.凝膠

水凝膠因其柔軟性、彈性、柔韌性和吸濕性，適合于各種食品應(yīng)用。在食品包裝系統(tǒng)中，水凝膠可以控制包裝內(nèi)部的濕度，避免環(huán)境變化引起的水分損失,提高產(chǎn)品質(zhì)量和穩(wěn)定性，延長貨架期[23]。

Liu等人[24]的研究結(jié)果表明，含有1%聚乳酸的明膠/殼聚糖水凝膠有效滅活了食源性致病菌，金黃色葡萄球菌和大腸桿菌，表現(xiàn)出良好的生物相容性，有效延長了冷鮮雞肉的貯藏時間。Tian等人[25]通過添加β-酸和硅，采用自由基聚合法成功制備了水凝膠薄膜。研究結(jié)果表明，添加劑的加入增強(qiáng)了薄膜的抗紫外能力和抗菌性能。

5.結(jié)語

殼聚糖因其抗菌性、生物可降解性、高成膜性等特性被廣泛研究，在食品保鮮領(lǐng)域同樣有大量應(yīng)用，但單純的殼聚糖膜在實(shí)際應(yīng)用中存在諸多限制。對殼聚糖進(jìn)行接枝改性或與其他聚合物共混能夠改善膜的性能從而更好地保持食品的品質(zhì)和感官特性、延長食品的貨架期。如今，研究者們通過實(shí)驗(yàn)證明了殼聚糖復(fù)合膜擁有某些優(yōu)越的性能、有望使用在食品保鮮領(lǐng)域，但很多并未從根本上對性能的機(jī)理進(jìn)行探索和解釋、未進(jìn)行實(shí)際針對性的食品保鮮應(yīng)用研究。