栅栏技术在水产品加工与贮藏中应用的研究进展

郭燕茹，顾赛麒，王 帅，李 立，王锡昌*，陶宁萍

（上海海洋大学食品学院，上海 201306）

栅栏技术在水产品加工与贮藏中应用的研究进展

郭燕茹，顾赛麒，王 帅，李 立，王锡昌*，陶宁萍

（上海海洋大学食品学院，上海 201306）

栅栏技术是多种科学技术的有机结合，旨在食品加工与贮藏过程中，从多个方面抑制脂肪氧化和微生物生长繁殖以达到最大贮藏期。本文阐述栅栏技术在水产品加工与贮藏中应用的研究进展，并讨论新型抗菌包装和冷杀菌两种新技术在水产品加工与贮藏中的应用，展望未来栅栏技术在水产品中的研究方向。

栅栏技术；抗菌包装；冷杀菌；水产品

据统计2012年我国水产品总量达到5907.68万t[1]，同比增长5.43%，连续10余年位居世界第一。但我国目前加工现状是深加工[1]比例比较小（30%以上），水产品经济效益明显低于其他畜禽肉制品。

我国水产品加工主要集中在鱼体的分割加工、鱼肉的加工利用，例如市售冷冻鱼片、鱼糜制品和烟熏制品等水产品。由于鱼体本身具有较高的水分含量，富含多不饱和脂肪酸，中性的pH值，并且内源性组织蛋白酶[2]含量丰富，鱼肉组织鲜嫩[3]，使得较其他畜禽肉制品更容易变质腐败。因此在水产品加工过程中改善加工工艺，防止多不饱和脂肪酸的氧化酸败、控制组织酶的分解活性和抑制腐败菌的生长繁殖问题十分迫切，保鲜防腐和延长货架期是目前水产品加工亟待解决的难题。

栅栏技术能够将多种保鲜技术[4]科学地结合在一起，从而阻止氧化酸败等不良化学变化并抑制微生物的生长繁殖，延长食品货架期。在肉类[5]和果蔬[6]等食品加工工业中已经广泛应用，能够达到很好的抑菌抗氧化效果。目前相关研究将新型工艺结合到栅栏技术中，如将控释技术[7]运用到食品包装中制备的抗菌包装膜，使食品保鲜效果持久，安全性高；应用冷杀菌[8]工艺克服了营养流失、感官降低的缺点，提高食品品质，均具有较好的开发应用前景。本文综述栅栏技术及基于新技术的栅栏技术在水产品中应用的研究进展并重点分析新型抗菌包装材料和冷杀菌工艺的未来发展方向。

1 栅栏技术

1.1 栅栏技术的原理

栅栏技术[4]是由德国肉类研究中心Leistner于1978年率先提出来的，其作用机理是利用可防止致病菌和病原菌生长繁殖的各个因素及其交互作用来抑制微生物腐败，进而保证食品的可贮性和卫生安全[9]。栅栏技术是一种实现多种科学技术方法和加工工艺有机结合的手段，有利于保证食品营养、健康、风味和安全，这些技术协同作用，使食品变质和腐败可能性降到最低。

1.2 栅栏因子

栅栏技术的应用即在食品加工贮藏过程中通过控制多种工艺，实现产品的品质和贮藏指标，而多个控制点又称之为栅栏因子。栅栏技术的应用需要正确选择栅栏因子[10]。常见的栅栏因子包括水分活度、氧化还原电势、杀菌温度、防腐剂、贮藏条件等。栅栏技术单凭每个栅栏因子的优化并不能达到最佳的保鲜效果，不同栅栏因子的协同作用往往也会优于多个栅栏因子的单纯叠加，这就是栅栏效应[11]。

2 水产品中常见栅栏因子的应用

栅栏因子选择是基于该产品的基本营养组分组成和特定腐败菌[12]而定的，主要是一些好氧性细菌[12]导致其腐败变质，如假单胞菌、无色杆菌、黄杆菌和芽孢杆菌，故水产品在加工贮藏过程中主要筛选以下几种栅栏因子（表1）。

栅栏技术在水产品加工贮藏[26]中的应用在国内外已经有相关研究，而且效果显著。常规的栅栏技术的应用可以得到长期贮藏的即食水产品和海鲜调味料等。Kanatt等[27]通过控制即食性虾米的水分活度为0.85±0.02，包装并辐照2.5 kGy剂量的γ射线，处理得到的虾米在质构和感官方面没有显著性差异，在（25±3）℃贮藏温度下可存放2个月（对照组15 d）；李云捷等[28]研究表明当柠檬酸添加量为0.20%、复合防腐剂（山梨酸钾、Nisaplin质量比为1∶1）添加量为0.10%、在45 ℃干燥4 h、杀菌前的低温处理时间36 h、采用二次杀菌方式（95 ℃、40 min，中间在冰水混合物中冷却10 min）时，半干鲢鱼片制品在室温（20 ℃）条件下可保藏5 个月。

3 水产品中新型栅栏因子的应用

3.1 抗菌包装技术

目前国内外对食品包装的研究主要朝着抗菌包装[29]的方向发展。抗菌包装即是在包装材料中添加抗菌剂，通过在包装膜中的渗透性将抗菌剂缓慢释放到食品中。由于在食品包装中的抗菌剂浓度远远大于被包裹食品，所以抗菌剂由高浓度的包装膜中向低浓度的食品中缓慢迁移。使抗菌剂在食品中不超过最高限制使用量，实现长期的抗菌剂对食品补充，保鲜效果持久。吕飞等[30]通过对比肉桂油-海藻酸钠涂膜或薄膜，Nisin海藻酸钠涂膜或薄膜以及肉桂油+Nisin海藻酸钠涂膜或薄膜对黑鱼的保鲜效果检测，结果表明：膜液处理和薄膜处理均能不同程度地维持黑鱼品质，膜液处理尤其是含有肉桂油的膜液处理能显著抑制微生物生长，维持较低挥发性盐基氮值，抑制脂肪氧化。

最新研究表明将控释技术[31]应用于包装体系的新型抗菌包装材料的制备不仅可以达到抑制微生物生长和抗氧化的效果，而且保鲜效果更持久。控释技术是借鉴给药系统的控释和缓释，将抗菌剂包裹在控释包装材料内缓慢释放，制备含有抗菌剂的微胶囊，再添加到具有成模性的基质材料中，最终得到控释抗菌包装袋。这种抗菌包装袋可以防止受环境和食品本身性质改变而导致的抗菌剂失活，抗菌剂长期的迁移释放到食品中，其防腐效果可以持久保持。Jipa等[32]研究表明以山梨酸为抗菌剂的单层和多层控释抗菌膜，其膨胀率、水蒸气透湿性和水溶性随山梨酸浓度的增加而增加，而随着细菌纤维素粉浓度的增加而降低。通过对大肠杆菌K12-MG 1655的抗性研究表明，在抗菌方面颇有前景。Metin等[33]通过以醋酸纤维素作为基材制备山梨酸钾的单层和多层控释包装膜，结果表明随着醋酸纤维素浓度降低，山梨酸钾的释放速率降低，湿铸件和干燥温度均提高，可作为食品包装材料并控制和延长山梨酸钾的释放。

新型抗菌包装材料的抗菌剂是主要选择天然抗菌剂，如姜黄素、Nisin[34]和植物精油（essential oil）[35]等，植物精油[36]是一种具有高效抗菌性的天然防腐剂，主要成分是酚及酚的衍生物和黄酮类物质。Tunc等[37]使用香荆芥酚为抗菌剂，以甲基纤维素制备纳米复合包装材料，通过检测其对大肠杆菌和金黄色酿脓葡萄球菌的抗性研究发现具有抑菌性，并且膜矩阵中蒙脱土浓度和贮藏温度均会影响香荆芥酚的释放速率。Gómez-Estaca等[38]结合高压处理（300 MPa、20 ℃、15 min）与含有抗菌剂（牛至精油/迷迭香精油/壳聚糖）的功能性可食用膜对冷熏沙丁鱼包装，结果表明含有植物精油的可食用膜包装使鱼肌肉具有很强的抗氧化性，其中以明胶-壳聚糖制备控释材料的可食用膜包装则抗菌性更显著，其结果表明高压结合活性包装具有抗氧化和抑菌功效。

表1 水产品常见栅栏因子Table1 Common hurdle factors for aquatic products

3.2 冷杀菌工艺

基于受热使热敏性营养成分损失比较严重，食品固有的感官、色泽、风味和质构方面均受到不同程度的影响，近年来食品杀菌更倾向于使用尽量保持食品固有性状不发生改变的冷杀菌[8,39]技术。冷杀菌是主要通过物理方式（生物杀菌除外）达到杀死微生物的目的，如静水压、磁力摆动和γ射线照射等，主要包括超高压杀菌、辐照杀菌、磁力杀菌、脉冲强光杀菌和二氧化钛等杀菌技术。李学鹏等[39]综述不同冷杀菌技术的优劣并阐述在水产品中的应用进展。

冷杀菌工艺由于本身操作技术要求高，对食品的形态和外观都有限制，故在食品工业应用不普遍，如超高压主要是在果汁[8]等液体食品中使用，辐照杀菌[39]对食品安全性存在安全隐患。国内外有关冷杀菌技术在水产品中的应用较多处于研究阶段：Aubourg等[40]研究在冷冻前使用150 MPa的静水压处理大西洋鲭鱼，能够抑制脂肪氧化，并且提高冷冻鱼肉的质量，对色泽没有影响，感官分析和微波熟制后对鱼片分析，其风味和口感与新鲜鱼片类似。Juan等[41]研究了超高压对金枪鱼的货架期的影响，结果表明经310 MPa的处理，金枪鱼在4 ℃和－20 ℃条件下分别可保存23 d和93 d以上。张晓艳等[42]使用1 kGy低剂量辐照常温（25 ℃）贮藏的淡腌大黄鱼，结果表明低剂量辐照处理可延长淡腌大黄鱼的货架期，相对于对照组的9 d和11 d，实验组的货架期可分别延长至16 d和20 d；辐照处理后淡腌大黄鱼的菌落总数显著减少，在贮藏期间实验组数量始终比对照组少；辐照处理可显著减缓淡腌大黄鱼挥发性盐基氮的增加；对脂肪氧化的影响较小。

基于冷杀菌操作强度大，对操作人员技术要求比较高，目前相关研究学者将栅栏技术的理念运用到冷杀菌工艺中，提出联合冷杀菌[43]技术的概念。联合冷杀菌技术，即降低两种杀菌工艺的强度并有机结合从而达到高效的杀菌效果，也渐渐被研究。如抗菌包装和静水压（high hydrostatic pressure，HHP）[44-45]的结合，辐照和真空包装等。Martin等[46]对虹鳟鱼片高剂量辐照处理并结合真空包装检测货架期，结果表明随着剂量增加贮藏期有明显延长，在3.5 ℃条件下贮藏下保质期分别是28、42、70、98d。Jofré等[47]使用400 MPa处理熟制汉堡包，检测得到沙门氏菌数从104CFU/g降低到＜10 CFU/g，并且可以在6 ℃条件下保持3 个月。而结合抗菌包装（Nisin）和H HP才能够控制病原菌的生长。因此，抗菌包装、HHP和低温贮藏能够长期保持即食性食品的安全性。

4 结 语

栅栏技术在水产品加工贮藏中的应用虽然已经达到了一定的效果，但一般水分含量较高的水产制品并不能实现长期的贮存，因此在水产品加工和贮藏过程中应该针对水产品本身生理特点和特定腐败微生物而优选栅栏因子。

水产品的保鲜将朝着开发天然、无毒无害的保鲜剂并结合抗菌包装和冷杀菌的方向发展。生物杀菌（保鲜剂）不仅降低了对水产品的处理强度，最大限度的保证品质；而且天然保鲜剂几乎不存在安全隐患。抗菌包装可以避免大量防腐剂和水产品的直接接触，又能够达到持续的释放，实现长久保鲜。冷杀菌在杀灭水产品中微生物的同时，最大限度的减少固有成分物质的流失，提高水产品价值。

基于以上综述，本文提出新型栅栏技术的概念，即在选用天然保鲜剂的情况下，将新型抗菌包装技术和冷杀菌工艺融入到栅栏技术中使之提高水产品货架期。在保证食品安全的前提下最大限度地保持食品固有的营养和感官特性（色泽、风味、质构等），使水产品品质达到营养、感官、保健三大功效。由于单一冷杀菌工艺强度大，操作技术要求高，故尝试将两种或多种冷杀菌工艺科学结合在一起，降低其强度，但仍然可以保证杀菌完全并达到食品安全卫生的标准，甚至优于原有杀菌效果。

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Research Advances in Application of Hurdle Technology for Aquatic Products Processing and Storage

GUO Yan-ru, GU Sai-qi, WANG Shuai, LI Li, WANG Xi-chang*, TAO Ning-ping
(College of Food Science and Technology, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China)

Hurdle technology is a combination of multiple techniques which is intended to maximize the storage life of foods by inhibiting fat oxidation and the growth of harmful microorganisms through multiple mechanisms during food processing and storage. The purpose of this article is to review the latest advances in the application of hurdle technology as well as new antibacterial packaging and cold sterilization for the processing and storage of aquatic products. Moreover, future trends in the development and application of hurdle technology in aquatic products are also proposed.

hurdle technology; antibacterial packing; cold sterilization; aquatic product

TS255.36

A

1002-6630（2014）11-0339-04

10.7506/spkx1002-6630-201411065

2013-07-04

上海市科委工程中心建设项目（11DZ2280300）；上海市教委重点学科建设项目（J50704）；上海高校知识服务平台上海海洋大学水产动物遗传育种中心项目（ZF1206）

郭燕茹（1990—），女，硕士研究生，研究方向为食品营养与品质评价。E-mail：GYR900818@163.com

*通信作者：王锡昌（1964—），男，教授，博士，研究方向为食品营养与品质评价。E-mail：xcwang@shou.edu.cn