生物保鮮劑結(jié)合鍍冰衣技術(shù)在魚類凍藏保鮮中的研究進(jìn)展

彭春，王雙雙，譚模，荊新雅，肖滿，吳小禾

（1.湖北工業(yè)大學(xué) 生物工程與食品學(xué)院，湖北 武漢 430068；2.中山火炬職業(yè)技術(shù)學(xué)院 健康產(chǎn)業(yè)學(xué)院，廣東 中山 528436）

我國(guó)水資源豐富，魚類產(chǎn)量高，截至2021 年年底，我國(guó)養(yǎng)殖水產(chǎn)總產(chǎn)量5 394.41 萬(wàn)t，其中魚類約占52.36%[1]。由于魚類自身水分含量高和營(yíng)養(yǎng)成分豐富的特點(diǎn)，導(dǎo)致其在貯藏和運(yùn)輸途中易受微生物和自身內(nèi)源酶的影響，會(huì)發(fā)生魚體品質(zhì)下降甚至腐敗變質(zhì)。因此，常常需要對(duì)魚體進(jìn)行保鮮處理[2]，常見的魚類保鮮方式主要有冷凍保鮮、氣調(diào)保鮮、輻射保鮮、化學(xué)保鮮、生物保鮮等[3]。

冷凍保鮮常常應(yīng)用于魚類保鮮中，其是利用冷凍的方式，將魚體的中心溫度降至-18 ℃或以下，并在該溫度下貯藏運(yùn)輸?shù)囊环N水產(chǎn)品保鮮技術(shù)，具有應(yīng)用廣、成本低的特點(diǎn)[4]。冷凍保鮮是利用低溫抑制魚體中微生物生長(zhǎng)和酶的活性，降低化學(xué)反應(yīng)速率，從而維持魚肉品質(zhì)并延長(zhǎng)其貨架期[5]。但是由于長(zhǎng)時(shí)間凍結(jié)和高不飽和脂肪酸難凝固等原因，在冷凍貯藏過(guò)程中魚肉仍會(huì)發(fā)生冰晶生長(zhǎng)、蛋白質(zhì)變性、脂質(zhì)氧化等不良變化，降低了魚產(chǎn)品品質(zhì)[5-7]。

為了進(jìn)一步有效抑制魚體新鮮度和品質(zhì)的下降，常常將魚體進(jìn)行鍍冰衣處理[8]，在冰衣液中加入生物保鮮劑，可以彌補(bǔ)純水冰衣抗氧化和抑菌性不足的問(wèn)題，從而提高魚類在貯藏期間的品質(zhì)[9]。本文綜述了生物保鮮劑結(jié)合鍍冰衣技術(shù)在魚類冷凍貯藏中的研究進(jìn)展，對(duì)生物保鮮劑的來(lái)源、種類以及生物保鮮劑結(jié)合鍍冰衣技術(shù)對(duì)魚類保鮮效果的研究進(jìn)行總結(jié)，并對(duì)魚類冷凍結(jié)合生物保鮮研究方向進(jìn)行展望，以期為魚類在低溫下保藏提供理論參考。

1 鍍冰衣結(jié)合凍藏保鮮技術(shù)

鍍冰衣技術(shù)是通過(guò)將魚體溫度降至凍結(jié)點(diǎn)以下，利用快速噴淋或浸漬冰衣液的方式[10]，在魚肉表面形成一層薄冰的保鮮方法[11]。制備形式有單層鍍冰衣和雙層鍍冰衣?，F(xiàn)多數(shù)是單層冰衣的應(yīng)用，雙層冰衣研究較少，但雙層冰衣的保鮮效果更具優(yōu)勢(shì)[12]。一般冰衣量為10%～20%（占魚體凈重的百分比）[13]。鍍冰衣保鮮具有成本低、操作過(guò)程簡(jiǎn)單、可適用于不同魚類等優(yōu)點(diǎn)[14]。鍍冰衣結(jié)合凍藏對(duì)魚體保鮮的影響見表1。

表1 鍍冰衣結(jié)合凍藏對(duì)魚體保鮮的影響Table 1 Effect of ice-glazing technology combined with frozen storage on fish preservation

鍍冰衣對(duì)魚體保鮮機(jī)理主要是利用冰衣可以減少魚體水分流失、阻隔氧氣、減緩魚體中脂肪和蛋白質(zhì)的氧化、防止干耗和凍結(jié)燒等不良現(xiàn)象[17]。Gandotra 等[15]研究了鍍冰衣結(jié)合凍藏對(duì)倫敦魚片質(zhì)量的影響，將倫敦魚片在-12 ℃下凍藏30 d，發(fā)現(xiàn)有冰衣樣品比無(wú)冰衣樣品的蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、水分含量分別高2.02%、1%和5.3%；硫代巴比妥酸（thiobarbituric acid，TBA）、游離脂肪酸（free fatty acid，F(xiàn)FA）和菌落總數(shù)（total plate count，TPC）分別低4.02 mg MDA/kg、8.51%和4.00 lg（CFU/g），表明鍍冰衣能降低脂質(zhì)氧化，減少魚體水分損失，提高魚片凍藏期間的品質(zhì)。趙啟蒙等[16]將鯰魚進(jìn)行鍍冰衣和凍藏處理，發(fā)現(xiàn)在-18 ℃凍藏60 d 時(shí)，有冰衣的樣品持水率比無(wú)冰衣樣品高3.2%，總揮發(fā)性鹽基氮（total volatile basic nitrogen，TVB-N）和彈性降低率分別低1.64 mg/100 g 和2.9%；另外，在-25 ℃凍藏60 d 時(shí)，與無(wú)冰衣樣品相比，有冰衣的樣品持水率高3.6%，總揮發(fā)性鹽基氮和彈性降低率分別低0.42 mg/100 g 和3.2%，表明鍍冰衣結(jié)合凍藏能減緩魚體品質(zhì)下降，且溫度越低保鮮效果越好。

2 鍍冰衣結(jié)合生物保鮮劑凍藏保鮮

生物保鮮劑是指從植物、動(dòng)物、微生物中提取的生物體自身組成成分或代謝產(chǎn)物，按其來(lái)源可分為植物源、動(dòng)物源、微生物源保鮮劑[18]。天然保鮮劑的作用機(jī)理主要是兩個(gè)方面，一是通過(guò)改變微生物細(xì)胞膜的滲透性、中斷蛋白質(zhì)合成和細(xì)胞代謝來(lái)抑制腐敗微生物的生長(zhǎng)，二是通過(guò)和自由基結(jié)合從而終止自由基的自氧化反應(yīng)，或調(diào)節(jié)某些氧化酶和抗氧化酶的活性來(lái)抑制蛋白和脂質(zhì)氧化[19]。生物保鮮劑相比人工合成保鮮劑，具有價(jià)格低、來(lái)源廣、毒性低、易降解、穩(wěn)定性好、抗菌性強(qiáng)、作用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛研究，并成功應(yīng)用于冷凍全魚、冷凍魚片和魚糜的保鮮中[20]。不同生物保鮮劑的保鮮機(jī)制與特點(diǎn)見表2。

表2 不同生物保鮮劑的保鮮機(jī)制與特點(diǎn)Table 2 Preservation mechanism and characteristics of different biological preservatives

2.1 植物源保鮮劑結(jié)合鍍冰衣凍藏保鮮

相比其他來(lái)源保鮮劑，植物源保鮮劑應(yīng)用最廣泛。植物源保鮮劑是從花草、水果、蔬菜和海藻等植物中提取的生物活性成分，如精油、多酚、多糖、醌類與生物堿類，其具有顯著的抗氧化和抗菌活性[28-29]。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)上千種植物具有抗菌特性，并從植物中提取了上萬(wàn)種抗菌化合物[30]。通常是利用固-液萃取、水蒸氣提取法、溶劑浸提法、超臨界CO2萃取法來(lái)提取，可使用萃取助劑、超聲波輔助、微波輔助等提高提取率[31]。藍(lán)蔚青等[32]將迷迭香水溶性提取物加入冰衣液中，對(duì)卵形鯧鲹進(jìn)行鍍冰衣，并在-20 ℃下凍藏5 個(gè)月，發(fā)現(xiàn)含1.0 g/L 和2.0 g/L 迷迭香的冰衣樣品中的總巰基含量（22.7%和24.8%）高于純水冰衣樣品（19%），且總揮發(fā)性鹽基氮和硫代巴比妥酸均低于純水冰衣樣品，表明含迷迭香的冰衣能有效減緩魚體凍藏期間的品質(zhì)下降。Lin 等[33]利用茶的水提取物冰衣液對(duì)鰹魚片進(jìn)行鍍冰衣，然后在-20 ℃下凍藏16 周，發(fā)現(xiàn)含5%綠茶和5%茯苓茶的冰衣能降低冷凍鰹肉中蛋白質(zhì)和脂質(zhì)氧化；相比純水冰衣樣品，含綠茶和茯苓茶的樣品中的揮發(fā)性氮（volatile based nitrogen，VBA）分別降低了3.0 mg/100 g 和2.6 mg/100 g；硫代巴比酸反應(yīng)物（thiobarbituric acid reactants，TBARS）分別降低了7.49 nmol/g和7.83 nmol/g。Trigo 等[34]利用無(wú)皂苷藜麥乙醇提取物對(duì)大西洋鯖魚鍍冰衣，然后在-18 ℃下凍藏8 個(gè)月，與純水冰衣樣品相比，含無(wú)皂苷藜麥的樣品過(guò)氧化值（peroxide value，POV）和熒光比值（fluorescence ratio，F(xiàn)R）分別降低0.92 mmol/kg 和0.24，表明無(wú)皂苷藜麥水乙醇提取物能抑制魚肉中脂質(zhì)的水解和氧化。

上述植物源保鮮劑的保鮮機(jī)理：1） 抗菌活性，能抑制微生物的生長(zhǎng)[23，35]。2）抗氧化作用，能清除自由基、有效抑制自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)、延緩脂肪氧化[36-37]。3）改變酶的活性。如大多數(shù)植物多酚具有很強(qiáng)的抗氧化性，其能抑制氧化酶的酶活性，同時(shí)提高抗氧化酶的酶活性[25]。

2.2 動(dòng)物源保鮮劑結(jié)合鍍冰衣凍藏保鮮

動(dòng)物源生物保鮮劑是從各種動(dòng)物體中提取出的成分[3]，如殼聚糖、魚精蛋白、蜂膠等，其具有抗菌、抗氧化、生物可降解、成膜性強(qiáng)等特點(diǎn)[38]。動(dòng)物源性生物保鮮劑具有廣譜抑菌性，能影響生物膜內(nèi)細(xì)菌細(xì)胞的活力和完整性，并降低總胞外多糖含量，從而破壞生物膜基質(zhì)的結(jié)構(gòu)[39]。并且其通過(guò)清除自由基及良好的成膜性隔絕空氣，減少氧化變質(zhì)速度[40]。動(dòng)物源保鮮劑中研究最廣泛的是殼聚糖，這是一種從甲殼類動(dòng)物殼中提取的線性生物聚合物，殼聚糖通過(guò)氨基正電荷與帶負(fù)電的微生物細(xì)胞膜相互作用導(dǎo)致細(xì)菌膜破裂，從而抑制細(xì)菌生長(zhǎng)[41]。利用含殼聚糖的冰衣液對(duì)魚類冷凍保鮮被廣泛報(bào)道，均發(fā)現(xiàn)其能有效抗菌，抑制氧化反應(yīng)。Soares 等[42]利用殼聚糖冰衣貯藏三文魚魚片6 個(gè)月，發(fā)現(xiàn)總活菌數(shù)（total viable count，TVC）相比純水冰衣減小0.7～2.0 lg（CFU/g），且感官品質(zhì)更佳。除此之外還有利用魚類自身水解物作為抗菌劑。Ezquerra-Brauer 等[43]利用含大型魷魚皮的親脂性提取物的冰衣液保鮮大西洋鮐魚，在-18℃下儲(chǔ)存6 個(gè)月，含有提取物的冰衣樣品的過(guò)氧化值比純水冰衣樣品低0.91 mmol/kg。Cavonius 等[44]利用鯡魚肉汁對(duì)鯡魚魚片鍍冰衣，在-20 ℃存放52 周，含有鯡魚肉汁的冰衣樣品的過(guò)氧化值和硫代巴比酸反應(yīng)物比無(wú)冰衣樣品分別低4 117 μmol/kg 和116 μmol MDA/kg，表明含有鯡魚肉汁的冰衣能有效減少鯡魚魚片的脂質(zhì)氧化。Taheri[45]利用彩虹沙丁魚蛋白水解物（濃度4%）對(duì)黑鯧魚片進(jìn)行鍍冰衣處理，與未處理樣品相比，其過(guò)氧化值降低7 meq/kg，硫代巴比酸反應(yīng)物降低3.3 mg MDA/kg，蛋白質(zhì)羰基值降低0.25 μmol/g，可接受度感官評(píng)分增加1.25 分，硬度感官評(píng)分增加0.75 分。雖然動(dòng)物源保鮮劑抑菌效果好，但存在著成本較高、提取率較低等缺點(diǎn)，需進(jìn)一步提高其提取工藝[25]。

2.3 微生物源保鮮劑結(jié)合鍍冰衣凍藏保鮮

微生物源保鮮劑是一種以菌治菌的保鮮方式，具有繁殖快、生長(zhǎng)周期短、不受季節(jié)限制、易培養(yǎng)等優(yōu)點(diǎn)[46]。微生物可以代謝產(chǎn)生多種抗生素、細(xì)菌素、過(guò)氧化氫和有機(jī)酸等抑菌物質(zhì)[3]，國(guó)內(nèi)外研究較多的是乳酸菌及其代謝產(chǎn)物[47]。保鮮機(jī)理一方面是通過(guò)合成乳酸[48]，降低pH 值的方式來(lái)抑制細(xì)菌的生長(zhǎng)，另一方面是通過(guò)靜電作用穿透細(xì)胞壁，到達(dá)細(xì)胞膜并結(jié)合其表面脂質(zhì)成分，改變細(xì)胞膜滲透性，從而引起細(xì)胞質(zhì)流出而殺死細(xì)菌[27，49]。Sarika 等[50]利用乳酸菌的細(xì)菌素對(duì)鱈魚進(jìn)行鍍冰衣保鮮，在-18 ℃儲(chǔ)存28 d 后，發(fā)現(xiàn)與純水冰衣相比，感官評(píng)分更高。游離脂肪酸、總揮發(fā)性鹽基氮等指標(biāo)也比純水冰衣更低，說(shuō)明其能有效保護(hù)魚肉品質(zhì)。但將微生物源保鮮劑加入冰衣液的凍藏保鮮研究較少，需進(jìn)一步探索。

2.4 復(fù)合生物保鮮劑結(jié)合鍍冰衣凍藏保鮮

由于單一的生物保鮮劑保鮮效果有限，所以復(fù)合生物保鮮劑成為研究熱點(diǎn)。復(fù)合保鮮劑是指不同功能的生物保鮮劑的混合物，其保鮮機(jī)理是根據(jù)柵欄技術(shù)原理，發(fā)揮保鮮劑的協(xié)同作用，提高保鮮效果[51]。藍(lán)蔚青等[52]利用含15.0 g/L 殼聚糖結(jié)合2.0 g/L 迷迭香水溶性提取物的冰衣對(duì)卵形鯧鲹鍍冰衣，在-20 ℃凍藏5 個(gè)月，抑菌效果明顯，菌落總數(shù)最低；與純水冰衣相比，樣品的硫代巴比妥酸、總揮發(fā)性鹽基氮、K 值分別降低1.01 mg/kg、4.8 mg/100 g、10.8%；另外，黏度降低808.53，硬度增加3 016.87 g，彈性增加0.1。Luo 等[53]利用Nisin、殼聚糖、植酸的混合酸性溶液，對(duì)太平洋秋刀魚進(jìn)行鍍冰衣，在-18 ℃凍藏12 個(gè)月，通過(guò)正交試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過(guò)0.5 g/L Nisin、5 g/L 殼聚糖和0.2 g/L 植酸冰衣處理的樣品，在凍藏后新鮮度和品質(zhì)最高。He 等[54]利用殼聚糖和兒茶素復(fù)合物對(duì)羅非魚進(jìn)行鍍冰衣處理，在-1.5 ℃下凍藏10 d 時(shí)，5.0 g/L 殼聚糖冰衣樣品的菌落總數(shù)（total colonies counts，TCC）為4.0 lg（CFU/g），5.0 g/L殼聚糖和3.0 g/L 兒茶素的復(fù)合冰衣樣品菌落總數(shù)低于3.5 lg（CFU/g），說(shuō)明復(fù)合冰衣抗菌性更強(qiáng)。在第25 天，殼聚糖冰衣樣品過(guò)氧化值為2.54 mmol/kg，而復(fù)合冰衣樣品僅有0.85 mmol/kg；殼聚糖冰衣樣品硫代巴比酸反應(yīng)物為1.268 mg MDA/kg，而復(fù)合冰衣樣品為0.749 mg MDA/kg，上述結(jié)果表明殼聚糖和兒茶素復(fù)合液具有抗氧化性，是一種良好的保鮮劑。

不同來(lái)源的生物保鮮劑結(jié)合鍍冰衣對(duì)魚體保鮮效果總結(jié)見表3。

表3 生物保鮮劑結(jié)合鍍冰衣對(duì)魚體保鮮的影響Table 3 Effect of biological preservatives combined with ice-glazing technology on fish preservation

3 總結(jié)與展望

目前，人們對(duì)魚類的消費(fèi)需求極大增加，對(duì)魚類營(yíng)養(yǎng)、健康、安全的要求逐步提高。因此，魚類的保鮮技術(shù)成為研究的重點(diǎn)。生物保鮮劑因其天然、安全、高效等優(yōu)點(diǎn)成為生鮮魚類保鮮領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。復(fù)合生物保鮮劑是結(jié)合不同類型的生物保鮮劑，利用他們之間的協(xié)同增效作用，可以更全面、更高效地保持魚類產(chǎn)品的食用品質(zhì)。保鮮方法也將由貯藏時(shí)間較短的冷藏保鮮向貯藏時(shí)間更長(zhǎng)的冷凍保藏發(fā)展，而生物保鮮劑結(jié)合冰衣液的凍藏保鮮具有潛在優(yōu)勢(shì)。

魚類的生物保鮮劑結(jié)合鍍冰衣凍藏保鮮是一種天然、安全、高效的魚類保鮮技術(shù)，具有保鮮效果好的優(yōu)點(diǎn)。但仍面臨一些挑戰(zhàn)，比如目前大量研究集中在生物保鮮劑結(jié)合冰衣對(duì)魚類保鮮效果上，對(duì)生物保鮮劑從冰凍層到凍結(jié)肌肉層的分子遷移動(dòng)力學(xué)研究較少，需要深入研究；在魚肉冷凍體系中，生物保鮮劑的抗菌性和抗氧化性如何發(fā)揮作用的機(jī)理研究較少，需要深入揭示；大多數(shù)植物保鮮劑都含有色素和氣味，會(huì)對(duì)魚類產(chǎn)品的感官和風(fēng)味產(chǎn)生不良影響，因此，尋找合適的植物源生物保鮮劑是未來(lái)研究的方向之一；對(duì)生物保鮮劑進(jìn)行復(fù)配并應(yīng)用于特定的魚類產(chǎn)品，也是未來(lái)研究的方向之一。