复合生物保鲜技术及其在生鲜食品中的应用研究进展

蔡路昀，吕艳芳，李学鹏，励建荣，*，李婷婷

（1.渤海大学食品科学研究院，辽宁省食品安全重点实验室，辽宁锦州121013；2.大连民族学院生命科学学院，辽宁大连116600）

生鲜食品是指由种植、采摘、养殖、捕捞形成的，未经加工或经初级加工，可供人类食用的生鲜农产品，主要是“生鲜三品”，即：果蔬、生鲜水产和生鲜肉。我国生鲜食品资源丰富，其中果蔬总产量2012年达到9.5亿吨，自2001年以来一直居世界首位[1]。水产品总产量已经连续23年位居世界第一位，占世界总产量的1/3[2]。2011年，我国肉类总产量为7957万吨，同比增长0.4%。生鲜食品营养丰富，如新鲜果蔬富含人体所需各种维生素和矿物质，生鲜水产具有低脂肪高蛋白的特点，生鲜肉则是人类动物源蛋白的主要来源。然而，生鲜食品自身不断进行着各种理化酶促反应，其质量下降很快，货架期短，使得生鲜食品腐烂损失十分严重。

目前，常应用于生鲜食品保鲜的技术有低温保鲜、化学保鲜、气调保鲜以及生物保鲜等，其中天然无毒的生物保鲜技术是目前食品保鲜领域的研究热点之一。复合生物保鲜技术是指科学、合理地利用两种或两种以上生物保鲜剂或者生物保鲜与其他保鲜技术相结合的手段对食品进行保鲜的方法。单一生物保鲜剂一般很难有效地抑制或杀灭食品中的所有微生物，依据栅栏原理，将不同种类的生物保鲜剂或者多种保鲜手段综合运用，发挥其协同效应，不仅可以增强其抑菌效果，而且可以降低单一保鲜剂用量过量的风险，增加食品安全性，将对食品风味和营养价值的影响减到最小。

本文以生鲜食品为主要概述对象，介绍了近年来复合生物保鲜技术及其保鲜机理的研究现状，旨在为我国食品领域安全高效新型保鲜技术的开发以及创新思路的开拓提供参考依据。

1 生鲜食品的品质变化特点

1.1 采后果蔬的品质变化特点

采后果蔬产品易于腐败变质，导致果蔬品质劣变的主要包括微生物、植物生理和化学方面等因素。a.由微生物引起的败坏通常表现为霉变、酸败、发酵、软化、腐烂、膨胀、产气、变色等。果蔬营养丰富，容易滋生微生物，导致果蔬败坏的微生物主要有细菌、霉菌和酵母菌等。其中，生鲜果蔬的污染菌主要有霉菌，包括青霉属、芽孢霉属、交链孢霉属和木霉属等。b.生理败坏起因于果蔬的呼吸作用。采收后的果蔬仍是活着的有机体，还在进行一系列的生命活动。其中，呼吸作用是果蔬采后最主要的生命活动。由于果蔬采后呼吸作用源于其本身的营养物质和水分，因此采后生命活动导致其营养物质消耗，水分减少，从而使果蔬品质逐渐下降。此外，果蔬呼吸作用会产生乙烯气体，该气体导致果蔬黄化、软化、腐败变质。c.化学败坏是因果蔬内部的化学成分与氧气、水等物质发生化学反应而引起的。这些不良的化学反应包括氧化、还原、分解、合成、溶解等，会导致产品变色、变味、软烂、维生素损失等质量问题。d.果蔬产品的变色包括酶促褐变、非酶褐变，叶绿素和花色素的变色或褪色，胡萝卜素的氧化以及金属离子引发的变色，变味主要表现为贮藏过程中芳香物质的损失和异味的产生，软烂主要是果蔬中的原果胶物质水解所致[1]。

1.2 生鲜水产死后的品质变化特点

生鲜水产在死后品质的变化大体可分为3个阶段：a.僵硬阶段。鱼贝类死后停止呼吸，在缺氧条件下糖原酵解产生的乳酸积聚，使pH下降，同时肌酸磷酸（CP）和三磷酸腺苷（ATP）也先后开始分解。ATP的消失使组成肌原纤维的肌球蛋白和肌动蛋白产生收缩并失去伸长性，鱼体呈僵硬状态。僵硬现象发生的时间与持续时间的长短因鱼的种类、死前的生理状态、死后的处理方法和保藏温度等的差异而有所不同。一般僵硬始于死后数分钟或数小时后，持续数小时至数十小时后变软。在僵硬阶段，鱼体的鲜度是完全良好的。b.自溶阶段。一般指肌肉中蛋白质在组织蛋白酶作用下发生分解。自溶作用会使僵硬解除后的肌肉组织更加软化，蛋白质分解后肽类和氨基酸等物质增加，这些都为鱼体内的细菌繁殖创造了适宜的条件。在此阶段鱼类原有的良好风味易变化和消失，鲜度降低。c.腐败阶段。鱼体腐败是各种腐败菌类繁殖到一定程度的结果。鱼体内及其体表沾染上的各种微生物的分解作用活跃，产生了各种酶。在这些酶的作用下，鱼肌肉成分进一步被分解，具体过程是：氨基酸等物质在酶的作用下分解生成氨和胺类、硫化氢、吲哚、低级脂肪酸等各种具有腐臭特征的产物；当这些腐败分解产物达到一定数量时，鱼体即进入腐败阶段[3]。

1.3 生鲜肉的品质变化特点

生鲜肉的品质变化主要表面在三个方面：色泽的消褪；微生物的污染与繁殖；脂肪的氧化酸败。a.肉的颜色主要取决于肉中的两大色素蛋白-肌红蛋白和血红蛋白，在放血充分的情况下，肉的颜色主要由肌红蛋白的种类和数量来决定。肌红蛋白本身是紫红色的，其中的血红素铁是二价的，6位键是空的，暴露在氧气中，血红素铁的6位键与氧结合后，生产鲜红色的氧合肌红蛋白，不过这时的铁仍是二价，继续氧化一段时间后，则二价铁变成三价铁，生成氧化肌红蛋白，呈褐色。这个变化过程也就是肉色消退的变化机制。b.脂类氧化是肉品腐败变质的原因之一。脂肪的氧化主要发生部位在细胞膜磷脂，脂类氧化的程度与脂类含量、不饱和程度有密切关系。肉类食品中的不饱和脂肪酸主要有油酸、亚油酸、亚麻酸和花生酸，这些脂肪酸的自身氧化可产生各种过氧化物，由于醛类物质在脂肪氧化过程中迅速生成，且其风味阈值比碳水化合物、呋喃和醇类都低，因此醛类物质被认为是肉类正常风味损失的主要原因。c.肉品营养丰富，是微生物容易生长繁殖的介质。肉品微生物主要有：葡萄球菌、链球菌、棱菌、杆状菌、大肠杆菌、假单胞菌等，真空包装是防止包装食品中微生物繁殖的有效方法，但真空包装的食品往往难以达到预期的贮存效果，常会有发粘、变臭和气体引起的膨胀等腐败现象。微生物变化的影响因素有氧、光线、pH、辐照、包装等[4]。

2 复合生物保鲜技术在生鲜食品上的应用研究进展

生物保鲜技术一直受到国内外研究人员的普遍关注，近年来发展尤为迅猛，目前主要集中在果蔬、生鲜水产和生鲜肉等生鲜食品上，尤其在果蔬、生鲜水产上开展了大量的研究，是目前复合生物保鲜技术研究的热点对象，研究成果显著。下面根据生物保鲜剂的4个不同来源（动物、植物、微生物、药物）对复合生物保鲜技术的应用与研究进展进行系统阐述。

2.1 基于动物源的复合生物保鲜技术

动物源生物保鲜剂包括蜂胶、溶菌酶、壳聚糖以及乳铁蛋白等。

蜂胶中含有丰富的松属素、高良姜素、山奈素、对香豆苯甲酸酯、咖啡酸酯和黄酮化合物，这些物质对多种细菌、真菌、病毒和原虫具有抑制和杀灭能力。同时，蜂胶具有较好的成膜作用，是一种良好的天然成膜剂。俞益芹等[5]采用蜂胶、L-半胱氨酸、柠檬酸复合保鲜剂对双孢蘑菇进行涂膜处理，结果表明，由1.0g蜂胶、0.4g L-半胱氨酸、0.4g柠檬酸、0.1g蔗糖酯（每100mL）复配后的保鲜剂可以有效抑制双孢蘑菇的褐变，降低失水率，抑制呼吸强度，可以较大限度地减少双孢蘑菇的营养损失，保鲜效果良好，能有效延长双孢蘑菇的货架期。

溶菌酶是采用生物工程技术进行克隆提取得到的一种天然酶，一般从鸡蛋清中提取，安全绿色，无抗药性，可分解溶壁微球菌、巨大芽孢杆菌、黄色八叠球菌等革兰氏阳性菌。由于单一壳聚糖溶液并不能达到完全抑菌的效果，在壳聚糖溶液中加入一定比例的溶菌酶对蘑菇进行复合保鲜，发现经过涂膜处理的蘑菇在室温下保存8d后外观色泽依然保持良好，相比于对照组在2d后就出现变黑、腐败，处理组在保存8d后才刚开始出现微生物菌落[6]。

壳聚糖通常是从虾、蟹、昆虫外壳中提取甲壳素经脱乙酰化反应后而得到，是由大部分氨基葡萄糖和少量N-乙酰氨基葡萄糖通过β-1，4-糖苷键连接起来的直链多糖，具有良好的成膜性和抑菌性。李海燕等[7]将壳聚糖、抗坏血酸、抗氧化剂植酸、中草药复合物以一定比例复配成复合保鲜剂，草莓经此复合保鲜液处理后，显著降低了常温贮藏期间的失重率、腐烂率，延缓了可溶性固形物、维生素C和可滴定酸含量的下降，且各项保鲜指标均优于1.25%壳聚糖的单独涂膜处理。Velickova等[8]以壳聚糖组合蜂蜡的方式对草莓在常温下进行了保鲜实验，结果显示，复合膜尤其是三层复合膜（蜂蜡-壳聚糖-蜂蜡）显著减少了草莓的水分损失，降低了呼吸速率，从而延缓了草莓的新陈代谢。曹荣等[9]将壳聚糖与防黑变成分进行复配，研制出一种不含亚硫酸盐的复合型防黑变保鲜剂，使得对虾的货架期延长了1倍，且成本低廉。

乳铁蛋白具有广泛的生物学活性，包括广谱抗菌作用、消炎、抑制肿瘤细胞生长及调节机体免疫反应等，被认为是一种新型抗菌、抗癌药物和极具开发潜力的食品、化妆品添加剂，美国食品药品管理局早已允许乳铁蛋白作为食品添加剂用于运动、功能性食品。Chiu等[10]利用不同浓度乳铁蛋白溶液加入到猪肉中，经过了9d的贮藏后，猪肉中的总铁含量上升，TBARS值、菌落总数显著下降，表明乳铁蛋白具有良好的抗氧化和抑菌能力，因此，可以考虑将乳铁蛋白与壳聚糖进行复合涂膜保鲜，利用壳聚糖良好的成膜性能，配合乳铁蛋白的广谱抑菌性和抗氧剂性能对生鲜食品进行复合生物保鲜。

2.2 基于植物源的复合生物保鲜技术

植物源生物保鲜剂包括魔芋葡甘聚糖、刺槐豆胶、阿拉伯胶、大豆分离蛋白、茶多酚、迷迭香提取物、葡萄籽提取物、海带多酚等。

魔芋葡甘聚糖来源于食品蔬菜魔芋，是一种天然的高分子可溶性膳食纤维，不含热量，可抑制脂肪酸的合成，是极佳的减肥食品。庞杰等[11]以魔芋葡甘聚糖以基材，结合卡拉胶进行改性，再加入茶多酚制成可食用性膜，应用于食用菌及柑橘类等果蔬的保鲜中，使得食用菌贮藏4d后失重率仅为5.5%，柑橘类水果贮藏2周后腐烂率低于2%，保鲜效果明显。

刺槐豆胶，又称长角豆胶，是由生长在地中海一带的刺槐树种子加工而成的一种植物胶，它最重要的特点是与琼脂、丹麦琼脂、卡拉胶及黄原胶等亲水胶体有良好的凝胶协同效应，可使复合后的用量水平很低并改善凝胶组织结构。以刺槐豆胶、猪屎豆胶、黄原胶为涂膜基质配制而成的复合涂膜保鲜剂，对常温下的杨梅进行保鲜研究，结果表明，复合保鲜剂相比于对照，果实裂果率、霉烂率、失重率和呼吸速率明显降低；有机酸、维生素C等营养成分转化、流失的速度减慢，有效地降低丙二醛（MDA）、花青素含量和相对电导率的升高，使多酚氧化酶（PPO）、过氧化物酶（POD）、苯丙氨酸解氨酶（PAL）活性处于较低的水平，延缓了果实的衰老，从而延长了其货架期，综合考虑后得出，刺槐豆胶与黄原胶涂膜保鲜剂的效果要优于猪屎豆胶与黄原胶复合涂膜保鲜剂[12]。

大豆分离蛋白是以低温脱溶大豆粕为原料生产的一种全价蛋白类食品添加剂，蛋白含量在90%以上，氨基酸种类有近20种，并含有人体必需氨基酸，不含胆固醇，是植物蛋白中为数不多的可替代动物蛋白的品种之一。大豆分离蛋白具有较高的粘度、可塑性和弹性，既可做水的载体，也可做风味剂、糖及其他配合物的载体，这对食品加工极为有利。以大豆分离蛋白、壳聚糖和褐藻酸钠为涂膜材料，对鲜切马铃薯片进行保鲜，对其生理变化进行测定。结果表明，大豆分离蛋白复合涂膜可有效减少水分损失，降低失重率，保持硬度，阻止微生物和氧气的进入，抑制褐变，并有效保持鲜切马铃薯片的感官品质[13]。孙庆申等[14]利用大豆分离蛋白与亚硫酸钠、吐温80、甘油等制成的大豆分离蛋白复合膜能明显减弱草莓的蒸腾作用，进而降低烂果率并抑制其呼吸强度。

茶多酚是从茶叶中提取的一种纯天然的多酚类物质，具有良好的抗氧化能力，其抗氧效价比维生素E的抗氧效价高10～20倍，是一种理想的无毒的天然食品抗氧化剂，也是目前被广泛使用的一种生物保鲜剂。Feng等[15]利用茶多酚涂膜联合臭氧水对黑鲷进行保鲜处理，结果表明，茶多酚与臭氧水的联合处理效果要优于两者任何一个的单独处理，有效地减少了核苷酸降解，脂肪氧化，蛋白质分解和微生物的繁殖，并维持了较好的感官品质。Li等[16]研究了茶多酚与壳聚糖的复合涂膜对贮藏在4℃下大黄鱼的保鲜，最终将大黄鱼的保质期延长了8～10d。

迷迭香提取物是一种高效的天然抗氧化剂，是一种单线态氧抑制剂，含有黄酮、鼠尾草酚、鼠尾草酸、迷迭香酸和迷迭香酚。Li等[17]研究了用0.2%的迷迭香处理鲫鱼，能够抑制腐败微生物的生长，抑制挥发性盐基氮等物质的生成，有效延长鲫鱼的货架期。霍晓娜等[18]利用迷迭香提取物、茶多酚、蜂胶等天然抗氧化剂配制成两种复合抗氧化液（水溶性和脂溶性）对冷却的猪肉进行抗氧化及保鲜效果研究，结果表明，两种复合抗氧化剂都可以有效地控制脂肪氧化，显著降低氧化酸败异味的产生。同时发现，天然脂溶性复合抗氧化剂（迷迭香提取物+生育酚+脂溶性蜂胶）对鲜肉有明显抑菌和防腐作用，从而起到了抗氧化和保鲜双重功效。而水溶性复合抗氧化剂（水溶性蜂胶+抗坏血酸+茶多酚）并没有抑菌作用，建议在应用时，添加天然抑菌剂（如Nisin），以期达到抑制微生物生长，更好地延长货架期的目的。

葡萄籽提取物合有大量多酚类物质，具有抗氧化和抗菌活性，能够降低生鲜肉中脂质氧化，抑制有害微生物的生长。Li等[19]研究了葡萄籽提取物结合壳聚糖对冷藏温度下的美国红鱼进行涂膜保鲜，结果表明葡萄籽提取物与壳聚糖复合膜将美国红鱼的保质期延长了6～8d，两者协同效应应用于生鲜食品的储藏保鲜上有很大的潜力。Xu等[20]也利用葡萄籽提取物与壳聚糖的联合作用对葡萄进行了保鲜涂膜，结果发现，两种生物保鲜剂无论是单独、还是联合使用，都显著减少了葡萄采后由于真菌所造成的果实腐烂，同时进一步证实了两种生物保鲜剂在食品保鲜上确实存在着一种协调效应。

海带多酚具有较强的抗氧化活性，是一类潜在的海洋生物天然抗氧化剂。采用超声波、微波复合浸提的方法预处理海带，用大孔吸附树脂纯化海带多酚，发现海带多酚对·OH清除活性显著高于茶多酚，DPPH·清除活性与茶多酚相当；其还原力和抑制亚油酸过氧化能力高于茶多酚。通过研究海带多酚对南美白对虾的保鲜效果，得出海带多酚可有效地延缓南美白对虾pH的升高，抑制其细菌总数和TVB-N值的增加，保持较好的感官质量。与对照组相比，应用海带多酚可延长南美白对虾货架期48h，使其保鲜期达到144h以上[21]。海带是一种廉价的海洋植物，来源十分丰富，目前茶多酚已经被广泛应用于食品保鲜中，海带多酚是一种极具开发潜力的天然海洋生物抗氧剂。

2.3 基于微生物源的复合生物保鲜技术

微生物可以产生抗生素、细菌素、溶菌酶、蛋白酶和过氧化氢以及有机酸等，如乳酸链球菌素（Nisin），纳他霉素（Natamycin），黄原胶、棘托竹荪菌丝体提取液等。

乳酸链球菌素是一种天然的、高效的、安全的食品防腐剂，能够有效抑制大部分革兰氏阳性菌。为了延长鲜切木瓜的保鲜时间，将合适水平的Nisin、那他霉素、香兰素、氯化钙、薄荷油、壳聚糖复配成壳聚糖复合涂膜液，并配合采用紫外线处理技术，考察其对鲜切木瓜的理化品质和微生物生长的影响，研究结果表明：涂膜及紫外线处理可较好地保持鲜切木瓜的色泽，抑制褐变，保持较高的可溶性固形物含量，减少贮藏过程中的水分损失，抑制霉菌、酵母菌和细菌的增长，此复合涂膜配方与紫外线处理可使货架期至少达到6d[22]。张德权等[23]将Nisin、溶菌酶和乳酸钠应用于冷却羊肉的复合保鲜，真空包装后贮藏在4℃下，结果发现Nisin的抑菌效果最好，同时Nisin与溶菌酶之间存在着极显著的交互效应。将Nisin、溶菌酶、乳酸钠、双乙酸钠作为复合防腐剂加入到烧鸡中，在真空包装后，烧鸡在常温下的保质期可达到20～25d[24]。

纳他霉素是由链霉菌发酵生成的多烯类抗菌素，可有效地抑制酵母菌和霉菌的生长，对哺乳动物细胞的毒性极低。刘美迎等[25]利用不同浓度的纳他霉素复合壳聚糖对葡萄进行涂膜处理，结果表明，复合涂膜能显著抑制葡萄的腐烂率，与对照相比，复合涂膜处理较好的维持了总酚水平，增强了苯丙氨酸解氨酶（PAL）、超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）的活性，抑制多酚氧化酶（PPO）活性和丙二醛（MDA）的上升，通过对葡萄果实呼吸作用的调控来最终延缓采后果实的衰老。Jiang等[26]在阿拉伯胶中加入纳他霉素对香菇进行复合涂膜保鲜，结果证明纳他霉素的加入增强了单一保鲜剂的涂膜效果，使得香菇的货架期延长到了16d。

黄原胶是一种由假黄单胞菌属发酵产生的单孢多糖，是目前国际上集增稠、悬浮、乳化、稳定于一体的性能最优越的生物胶。李瑜等[27]对黄原胶单一膜及黄原胶-壳聚糖复合膜对蒜米的保鲜效果进行了研究，探索了两种膜对蒜米常温贮藏期间主要理化特性变化的影响。结果显示，不同浓度的单一膜和复合膜都可有效抑制蒜米的呼吸强度，保持大蒜米的水分含量、硬度、可滴定酸含量和还原糖含量。单一膜中10.0g/L的黄原胶保鲜蒜米效果较好，黄原胶-壳聚糖复合膜的保鲜效果最为理想。

棘托竹荪菌丝体提取液有效成分主要为多糖、多种氨基酸及微量元素，具有特殊的防腐作用。杨威等[28]以壳聚糖、棘托竹荪菌丝体提取液为主的复合保鲜液，对双孢蘑菇进行常温贮藏保鲜，结果表明，这种复合保鲜剂对双孢蘑菇的保鲜效果较好，有效地抑制了双孢蘑菇的蒸腾作用、呼吸作用以及营养成分的过度损失，可将双孢蘑菇保鲜3～4d。

2.4 基于药源的复合生物保鲜技术

药源生物保鲜剂包括凤仙草提取液、白及胶、生姜提取液、连翘提取液、黄连提取液、香辛料（丁香和桂皮等）提取液等。

曾荣等[29]研究了凤仙透骨草提取液与羟甲基纤维素（CMC）复合可食性涂膜对蜜桔的保鲜效果，结果显示：与CMC涂膜相比，复合涂膜处理显著抑制了果实的采后腐烂及水分损失，延缓了可溶性固形物、可滴定酸及抗坏血酸含量的下降，同时可以诱导几丁质酶和1，3-葡聚糖酶活性的上升。

白及胶是兰科植物白及的根状茎的胶质提取物，即白及甘露聚糖，可供药用，有止血补肺、生肌止痛之效。李晓璐等[30]利用自制白及胶、纳米TiO2、自制抑菌剂为原料制得白及胶复合保鲜液用于芒果保鲜，测得的各项指标均优于国内同类产品鲜立克保鲜液，有效延缓了芒果的失重、转黄、腐烂，延长了果实的贮藏寿命。

生姜以药食俱佳见称，能起到某些抗菌素的作用，尤其是对沙门氏菌效果更好。郭艳华[31]以生姜提取物为主要原料，复合其他天然抗氧化剂对常温下的樱桃番茄进行保鲜研究，与对照相比，生姜复合抗氧化剂能减少樱桃番茄水分的散失，降低霉变率，维持较高的营养成分。甘瑾等[32]利用高良姜提取液、连翘提取液、丁香提取液对灵武长枣进行中草药提取液复合保鲜处理，与对照相比，腐烂率、软化率都有所降低，经过30d常温贮藏后的枣子仍具有较好的脆度和风味。

丁香和桂皮等香辛料的提取液有抑菌效果，张璐等[33]用丁香提取液、桂皮提取液、茶多酚作为复合天然保鲜剂对多宝鱼在3℃和15℃下进行保鲜处理，通过pH、TVB-N、优势腐败菌数（假单胞菌）的检测，证明此复合天然保鲜剂延长了多宝鱼的保鲜期。朱江等[34]以丁香、黄连等的提取液为抑菌剂，配合卡拉胶、蔗糖酯等乳化剂为成膜剂，对黄桃进行常温保鲜实验，结果表明，复配的复合保鲜剂能够抑制黄桃的呼吸作用，延缓果实的成熟劣变，具有较好的保鲜效果，最终将黄桃的货架期延长了2d以上。

3 展望

生鲜食品的保鲜需要综合应用各种防腐保鲜措施，发挥各自的优势，以期达到最佳的保鲜效果。如：低温、气调包装、生物保鲜剂、低剂量辐照保鲜、基因工程等各种保鲜技术的复合应用是目前的研究方向。未来生鲜食品的保鲜技术将朝着天然生物保鲜剂结合新型包装及灭菌／减菌处理技术方向发展。生物保鲜剂因其天然、安全、高效等优点成为食品保鲜领域的研究热点，将最终取代化学保鲜剂。但是单一生物保鲜剂常常不能有效地抑制和杀灭所有微生物，从而限制了在食品保鲜中的应用。将不同生物保鲜剂综合利用，使其充分发挥各自的协同效应，不仅可以增强其抑菌效果，而且可减少单一保鲜剂的使用量，降低成本。因此，复合生物保鲜技术是当前乃至未来生鲜食品保鲜研究的主要方向之一。

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