含有壳聚糖的保鲜剂在水产品保鲜中应用的研究进展

周倩倩，谢 晶

(上海水产品加工及贮藏工程技术研究中心，上海冷链装备性能与节能评价专业技术服务平台，食品科学与工程国家级实验教学示范中心(上海海洋大学)，上海海洋大学食品学院，上海201306)

水产品腐败变质主要是因为酶促反应、内源化学反应和微生物生长等因素。水产品中丰富的游离氨基酸、多不饱和脂肪酸、维生素、矿物质等会在腐败微生物的作用下发生水解，使一些新鲜度指标如挥发性盐基氮(TVB－N)、氧化三甲胺(TMAO)和微生物菌落数迅速增加，造成水产品的腐败变质［1－2］。

低温、化学防腐、生物保鲜剂涂膜是水产品常用保鲜方式。在冷冻过程中，可能发生脂质氧化、表面脱水、蛋白质变性等不良变化，影响冷冻鱼的营养和感官品质，从而影响水产品的可接受性［3－4］，因此短期贮藏一般会选择冷藏。尽管化学保鲜可以在一定程度上控制酶活性和微生物繁殖，但也可能在食品中引入一些不确定的化学污染物［5］，因此，在选择化学添加剂之前，需要严格的风险评估过程。壳聚糖是生物保鲜剂中常用的动物源生物保鲜剂，它无毒、可生物降解、有生物相容性、有抗微生物和抗真菌活性，同时还能够和维生素、矿物质和多糖等物质混合使用［6］，作为涂膜保鲜剂，能够降低水产品贮藏过程中的脂质氧化和水分损失，还可作为防止失水和空气氧化的屏障。

目前，国内外对于壳聚糖和植物保鲜剂复合使用的研究较多，但壳聚糖和其他生物保鲜剂的结合，以及和其他保鲜方式的结合研究仍较少。本文归纳总结了含有壳聚糖的保鲜剂、壳聚糖纳米涂膜、壳聚糖和其他保鲜方式结合在水产品保鲜中的应用，并对物流过程中该类保鲜剂的应用前景进行了展望。

1 壳聚糖的保鲜机制

壳聚糖是天然的阳离子多糖，也是丰富和可再生的资源之一，存在于真菌的细胞壁、绿藻、小球藻、酵母和原生动物以及昆虫角质层中，尤其是在甲壳类的外骨骼中含量较多。壳聚糖是几丁质的脱乙酰化衍生物，是纤维素之后第二多的天然多糖。它是由N－乙酰氨基葡萄糖和D－葡糖胺两种单糖通过β－(1→4)糖苷键连接而成的线性高分子多糖。壳聚糖中这两种单糖的相对量差异很大，因此会产生不同程度脱乙酰度的壳聚糖，范围为75%～95%，分子量在50～2000 kDa范围内，具有不同的粘度和酸度系数［7］。

壳聚糖在其骨架上具有三个官能部分:C2上的氨基和C3与C6上的伯羟基和仲羟基。这些官能团在壳聚糖的各种功能中发挥重要作用:在酸性条件下，由于质子化现象，氨基使其能够与微生物的带负电表面组分相互作用，使细胞内物质泄漏导致细胞死亡;壳聚糖聚合物通过氨基、羟基离子和配位键与对细菌生长繁殖起重要作用的金属阳离子相互作用导致细菌死亡［7－9］。壳聚糖还具有抗氧化性:金属螯合能力使低分子量壳聚糖中的氨基可与外部自由基反应形成更稳定的大分子基团，因而有极佳的羟基自由基清除活性;壳聚糖中游离氨基的存在使其具有成膜性，能够阻止氧气渗透，阻碍脂质氧化和水分的流失［7，10］。

2 壳聚糖和其他生物保鲜剂的复合使用

2.1 植物源保鲜剂

植物资源种类多且廉价，常用的植物保鲜剂有中草药提取物、食用香料提取物等，它们能够抑制微生物的正常代谢繁殖，安全性高，能够赋予水产品特有的香味，同时对人体具有保健功能。石榴皮、甘草、绿茶等提取物因具有活性基团，能够清除自由基、抑菌，近年来受到了广泛的关注。

2.1.1 石榴皮提取物 石榴皮提取物易收集提取，具有很强的去除自由基、防止脂蛋白氧化的能力。将其用壳聚糖包裹进行水产品保鲜，能够使保鲜剂具有更好的保鲜效果。Alsaggaf等［11］用壳聚糖与石榴皮提取物(Pomegranate peel extract，PPE)一起作为可食性涂膜涂在尼罗罗非鱼片上，发现这种涂膜延缓了挥发性盐基总氮(TVB－N)、过氧化值(POV)和硫代巴比妥酸(TBA)的变化，贮藏过程中整个微生物数量急剧下降;石榴皮提取物增强了其涂膜抗菌活性，且感官评价和整体质量都较好。袁高峰等［12］用壳聚糖和PPE来贮藏南美白对虾，发现壳聚糖涂膜结合PPE处理抑制了其黑变，感官评分、菌落总数和TVB－N均低于单独使用壳聚糖涂膜，证实了壳聚糖涂膜和石榴皮提取物之间的协同作用。Berizi等［13］在冻藏期前先用壳聚糖和不同浓度的PPE浸泡虹鳟鱼60 s，结果发现2%PPE和壳聚糖结合可有效防止脂肪和蛋白质氧化，且感官和质地特性有显著改善，使虹鳟鱼冻结保藏期长达6个月。综上可知，在壳聚糖中加入PPE，使其具有优于单一保鲜剂的保鲜性能。

2.1.2 甘草提取物 甘草是一种重要的天然抗菌化合物，其具有的还原基团可以延缓脂质的氧化，抑制微生物的生长繁殖。Qiu等［14］研究了壳聚糖、壳聚糖和柠檬酸、壳聚糖和甘草提取物分别对新鲜日本海鲈鱼鱼片在4℃下保藏12 d的保鲜效果，当对照鱼片的TVB－N值超过最大限度时，实验组的TVB－N值仍非常低，显著延长了鱼片冷藏的货架期。Qiu等［15］用壳聚糖、壳聚糖和柠檬酸、壳聚糖和甘草提取物分别涂膜处理卵形鲳鲹，与对照样品相比，壳聚糖和甘草提取物或柠檬酸结合可以抑制脂质氧化，实验组表现出较低的POV值和TBA值。王玉婷等［16］优化保鲜大黄鱼的复配组合(壳聚糖、茶多酚、柠檬酸)，经响应面法得出最佳复合保鲜剂配比为:壳聚糖15.92 g/L，茶多酚4.48 g/L，柠檬酸3.58 g/L，柠檬酸、甘草提取物和壳聚糖联合应用可显著延缓腐败菌单核细胞增生李斯特菌的生长，显著增强壳聚糖的抗氧化活性［17］，且甘草提取物具有比柠檬酸更强的作用。总之，甘草提取物和壳聚糖之间存在显著的交互作用，增强了保鲜效果，但也应注意甘草的苦涩感可能会对水产品的口味造成影响。

2.1.3 其他植物源保鲜剂 具有抗氧化能力的天然植物保鲜剂可延缓水产品腐败变质。Yuan等［18］研究壳聚糖包衣与绿茶提取物(Green tea extract，GTE)联合应用在南美白对虾9 d的冰期贮藏中，与对照组相比，GTE和壳聚糖涂膜对黑变有明显的抑制作用，且菌落总数、pH和TVB－N值均有所降低，表明壳聚糖涂层与GTE结合可用于抑制黑色素沉淀，并在冰藏期间延缓了虾的劣变。Li等［19］研究牛至大豆油、大蒜素与壳聚糖复配对在(4±0.5)℃贮藏条件下日本海鲈鱼品质的影响，结果表明，壳聚糖+牛至大豆油+大蒜素可以减少菌落总数，抑制总挥发性盐基氮的提高、蛋白质分解，降低过氧化值、TBA值。Li等［20］研究葡萄籽提取物和茶多酚作为天然防腐剂与壳聚糖结合对冷藏期间红鼓(Sciaenops ocellatus)鱼片的保鲜效果，结果显示，与冷藏对照组相比，冷藏实验组可以延长货架期6～8 d。茶多酚和葡萄籽提取物都具有清除自由基的能力和抗氧化、抗微生物特性，含壳聚糖和茶多酚的涂膜效果略好于壳聚糖和葡萄籽提取物的效果，且已被广泛用于食品工业。

目前，很多植物提取物已被食品工业广泛应用，其与壳聚糖结合用于涂膜或浸泡已开始应用于水产品的保鲜。基于植物种类的多样性和水产品品种与特性的差异，今后还有待于开发新型具有高抗氧化和抗菌活性的天然复合生物保鲜剂，来延长水产品的货架期，提高水产品的品质。

2.2 动物源保鲜剂

目前，与壳聚糖复合使用结合的动物源保鲜剂还不常见，有报道的应用于水产品保鲜较多的是鱼明胶。鱼明胶可生物降解，在低含水量下具有优异的成膜性和抗氧化性，明胶本身还可以补充水产品中的蛋白质，并且价格相对较低。Nowzari等［21］研究了壳聚糖－明胶涂膜抑制冷藏(4±1)℃虹鳟(Oncorhynchus mykiss)鱼片酸败的作用，经TVB－N和微生物检测可知，壳聚糖－明胶复合物和双层涂膜能明显减少细菌对虹鳟鱼片的污染，贮藏结束时的过氧化值和硫代巴比妥酸值均低于对照样品，鱼片保持了良好的质地，脂质的氧化降低，鱼肉的保质期延长。Feng等［22］用壳聚糖－明胶涂膜保鲜金鲳，得出0.4%壳聚糖+7.2%明胶的可食性涂膜在冷藏过程中对鱼片的保存效果最好，其涂膜可以通过抑制肌原纤维的降解来发挥其保护作用。Farajzadeh等［23］研究了明胶和壳聚糖涂膜对对虾保质期的影响，与对照组相比，复合涂膜通过减少细菌总数和嗜冷细菌数而延长了虾的货架期，抑制了其TVB－N的升高，感官品质延长了5 d。此外，徐晨等［24］用鱼精蛋白－壳聚糖复合保鲜剂来保鲜贮藏草鱼，结果显示，0.8%鱼精蛋白溶液+1%壳聚糖涂膜后保鲜效果最好，与对照组相比，货架期延长了约4 d。

综上所述，鱼明胶、壳聚糖均属于动物源保鲜剂，具有很多相同性能，如抗菌抑菌、成膜性，复合使用可增强壳聚糖对水产品保鲜的效果。目前，对于动物源保鲜剂两两结合的涂膜保鲜研究较少，在制造复合膜的过程中，应利用其良好的成膜性，通过改变保鲜剂的配方优化涂膜保鲜剂，以隔绝空气氧化和水分丧失、隔绝微生物污染。

2.3 微生物源保鲜剂

常用于水产品保鲜的微生物源保鲜剂有乳酸链球菌素(Nisin)、溶菌酶、酶制剂等。Hui等［25］和 He等［26］研究了壳聚糖与不同浓度Nisin在4℃下贮藏大黄鱼对其品质的保持作用，均得到1%脱乙酰壳多糖与0.6%乳酸链球菌肽结合具有最佳的保鲜效果，其对腐败希瓦氏菌生长和生物膜形成具有显著的抑制作用，该组合能够减少大黄鱼的氨基酸损失和腐败产物如 TVB－N、腐胺和尸胺的积累。Wu等［27］制备了壳聚糖－Nisin(CS－乳链菌肽)微胶囊，用其保鲜小黄鱼，与对照相比，CS－乳链菌肽微胶囊能够抑制微生物生长，经测定菌落总数表明能使小黄鱼贮藏期延长6～9 d。徐楚等［28］用壳聚糖、茶多酚和溶菌酶三者结合来贮藏高白鲑鱼片，结果表明，4.0 g/kg壳聚糖+0.1 g/kg茶多酚+0.5 g/kg溶菌酶保鲜效果最佳，其TBA值、K值和菌落总数等均处于较低水平，且在冰藏条件下可将鱼一级鲜度延长至4 d。Jasour等［29］研究评估了壳聚糖溶液中的乳过氧化物酶体系对冷藏(4±1)℃期间虹鳟鱼品质和保质期延长的涂膜效果，涂膜后的鱼片保存期限延长了至少4 d。

综上可知，壳聚糖和微生物源保鲜剂复合使用具有协同作用，可以明显延长水产品的货架期。虽然微生物生长繁殖速度快，但其代谢产物易受周围环境的影响，而且其他一些天然酶制剂具有专一性，需要的条件温和且价格昂贵，因此在此方面的研究较少。

3 壳聚糖纳米涂膜

壳聚糖由于乙酰化程度不同，其分子量大小、粒径大小也会不同，通过制备纳米壳聚糖颗粒，可增大其与水产品的接触面积，增强保鲜效果。Ramezani等［30］研究比较了壳聚糖与纳米壳聚糖涂膜对鲢鱼片质量的影响，结果表明，在贮藏期间，纳米壳聚糖表现出比壳聚糖更高的抗菌活性和更强的抑制TVB－N的能力，这可能是由于纳米颗粒具有更大的表面积和较高的细菌细胞亲和力。Ceylan等［31］用电纺壳聚糖纳米纤维(Chitosan nanofibers，CN)和液体烟雾电纺壳聚糖纳米纤维(Electrospun chitosan nanofibers，LSCN)包裹鲈鱼鱼片，微生物指标显示，CN的抗菌效果高于LSCN，纳米纤维支架对于延缓微生物生长非常有效，抗菌效果要增强40%～50%。Zarei等［32］研究了桔皮和石榴皮提取物与壳聚糖纳米粒子组合对鲢鱼鱼片品质的涂膜效果，结果表明，桔子或石榴皮提取物与壳聚糖纳米粒子的组合显著抑制了鱼片的脂质氧化，延长了冷藏期间鱼片的保质期。Ceylan等［33］采用静电纺丝技术将壳聚糖纳米纤维(CN)和麝香草酚负载壳聚糖纳米纤维(Thymol loaded chitosan nanofibers，TLCN)涂膜鱼片，实验中对十几种氨基酸进行了测定，结果表明，用TLCN涂膜的鱼片氨基酸含量最高，氨基酸组成方面更稳定，对于氨基酸丰富的水产品来说，用纳米纤维涂膜鱼片可能是一种新型的保鲜方法。吴春华［34］研究了壳聚糖－没食子酸衍生物(Chitosan－g－gallicacid，CG)涂膜冷藏银鲳鱼，结果显示，CG处理能显著抑制细菌的生长繁殖，降低TVB－N值，延缓脂质氧化，延长货架期3～6 d。刘琳［35］研究了4℃下纳米壳聚糖涂膜对南美白对虾的保鲜效果，结果表明，从各项指标来看，TVB－N值、K值、硬度弹性均较好地显示了该涂膜的保鲜效果。

综上所述，纳米壳聚糖涂膜保鲜效果明显优于壳聚糖直接涂膜。近几年，壳聚糖纳米粒子越来越被关注，研究内容一般有壳聚糖纳米粒子溶液的制备、壳聚糖电纺纤维的制备、壳聚糖的修饰、涂膜效果等，以使壳聚糖更好地用于延缓水产品的脂肪氧化、抑制微生物生长。目前，大规模制作纳米壳聚糖颗粒的生产工艺还未成熟，而且制作纳米壳聚糖纤维的设备价格昂贵。

4 壳聚糖和其他保鲜方式的结合

栅栏技术已成为目前保鲜技术的研究热点，可将已筛选并优化的栅栏因子相互结合对水产品进行保鲜，发挥最大的协同效应。孙丽霞［36］研究了壳聚糖包裹茶多酚、Nisin后再结合气调保鲜对大黄鱼的冷藏效果，结果表明，结合组延缓了大黄鱼K值、pH及TVB－N值的增加，使货架期达到了20 d，显著优于单种保鲜方式的处理组。Chouljenko等［37］研究了壳聚糖纳米粒子结合真空包装对低温冻虾品质特性的影响，与其他单种处理组相比，复合处理组可保持虾的颜色、质地和水分含量，并显著降低了脂质氧化。杨胜平等［38］使用了复合生物保鲜剂涂膜和气调包装结合对带鱼进行保鲜，结果表明:0.4%茶多酚和1.0%壳聚糖复合涂膜后再用气调包装(60%CO2、10%O2、30%N2)为最佳处理组，带鱼冷藏货架期得到了明显延长，且感官品质好。张超［39］先采用1 mg/L臭氧水对縊蛏进行杀菌预处理，再用壳聚糖涂膜后结合气调进行保鲜，结果显示，结合组可有效地抑菌，减缓了TVB－N、K值等鲜度指标的增加，使复合处理组货架期达到了16 d以上。谢晶等［40］使用复配抗氧化剂(羧甲基壳聚糖、水溶性迷迭香提取物、维生素E)结合超高压技术冷藏带鱼，结果显示，复合保鲜技术的保鲜效果均优于单一保鲜技术，且超高压处理结合水溶性迷迭香提取物和维生素E应用于带鱼后保鲜效果最好。

由此可知，壳聚糖保鲜剂和物理保鲜相结合具有显著的协同作用，但是国内外对此的研究较少，除了上述气调、超高压、低温等外，今后还可以尝试在用壳聚糖复合保鲜剂涂膜之前，结合辐射、臭氧水等多种前处理，实现多维度提高保鲜性能。

5 总结与展望

本文综述了含有壳聚糖的保鲜剂、壳聚糖纳米涂膜、壳聚糖和其他保鲜方式结合在水产品保鲜中的应用。壳聚糖在保鲜中的应用目前局限于其天然形式，这种形式具有几个限制，如:壳聚糖在中性pH下低溶解度、低表面积、低孔隙度以及高浓度使用有涩感等。相对于直接利用壳聚糖涂膜进行保鲜，在其中加入其他生物保鲜剂进行涂膜，其中含有的活性物质更能增加其保鲜性能、延长贮藏时间、维持良好品质。此外，可通过化学修饰改变、高端设备制造纳米壳聚糖纤维、优化壳聚糖粒径等方式来增大壳聚糖与水产品的接触面积，增强其保鲜性能，降低对水产品感官品质的不良影响。另外，因单一栅栏因子的冷藏保鲜效果有限，利用多个已优化的栅栏因子的协同效应将会是今后水产品保鲜工艺的发展趋势。