植物精油-壳聚糖可食性涂层在冷鲜肉保鲜中的应用研究进展

杨丰硕 陈宇鑫 高煜 周铁莉 孙茂成

摘 要：可食性涂层主要以天然、安全的壳聚糖作为成膜基质，负载活性成分在食物表面形成不可见的薄膜，是一种具有广阔应用前景的新型防腐保鲜技术。植物精油是一类传统的天然活性物质，具有较强的抗氧化和抗菌活性，因此负载植物精油的可食性涂层用于解决冷鲜肉货架期短的问题，具有巨大的应用潜力。本文首先介绍冷鲜肉腐败变质的主要原因，讨论植物精油-壳聚糖可食性涂层的抗菌和抗氧化机制，然后总结该涂层技术在冷鲜猪肉、牛肉、鸡肉和鱼肉保鲜中的应用研究进展，最后对该技术的局限性提出建设性建议并且展望了未来的发展趋势，旨在为植物精油-壳聚糖可食性涂层在冷鲜肉保鲜中的应用提供理论参考。

关键词：壳聚糖；植物精油；可食性涂层；抗氧化；抗菌；冷鲜肉保鲜

Progress in the Application of Plant Essential Oil-Chitosan Edible Coatings for the Preservation of Chilled Meat

YANG Fengshuo1， CHEN Yuxin1， GAO Yu1， ZHOU Tieli1， SUN Maocheng1，2，*

（1. College of Food Science and Technology， Changchun University， Changchun 130022， China; 2. Key Laboratory of Intelligent Rehabilitation and Barrier-Free for the Disabled， Ministry of Education， Changchun University， Changchun 130022， China）

Abstract： Edible coating is a new food preservation technology with great application potential， which mainly uses chitosan， being natural and safe， as a film-forming matrix to load active ingredients， forming an invisible thin layer on the food surface. Plant essential oils are a class of natural active substances with strong antioxidant and antimicrobial activities， so edible coatings loaded with plant essential oils show great potential for solving the problem of the short shelf-life of chilled meat. This paper introduces the spoilage mechanism of chilled meat， discusses the antimicrobial and antioxidant mechanisms of plant essential oil-chitosan edible coatings， summarizes recent progress in the application of this coating technology in the preservation of chilled pork， beef， chicken and fish meat， and finally discusses the limitations of this technology. The authors propose some constructive suggestions and give an outlook on future trends， hoping to provide a theoretical reference for the application of plant essential oil-chitosan edible coatings in the preservation of chilled meat.

Keywords： chitosan; plant essential oil; edible coatings; antioxidant; antimicrobial; chilled meat preservation

DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20240119-020

中圖分类号：TS251.5  文献标志码：A 文章编号：1001-8123（2024）02-0063-07

引文格式：

杨丰硕， 陈宇鑫， 高煜， 等. 植物精油-壳聚糖可食性涂层在冷鲜肉保鲜中的应用研究进展[J]. 肉类研究， 2024， 38（2）： 63-69. DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20240119-020.    http：//www.rlyj.net.cn

YANG Fengshuo， CHEN Yuxin， GAO Yu， et al. Progress in the application of plant essential oil-chitosan edible coatings for the preservation of chilled meat[J]. Meat Research， 2024， 38（2）： 63-69. （in Chinese with English abstract） DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20240119-020.    http：//www.rlyj.net.cn

冷鲜肉是指生产、加工、流通和分销过程中始终处于0～4 ℃冷藏的生鲜肉，是我国肉类市场主要销售形式之一[1]。由于冷鲜肉中的水分和不饱和脂肪酸等营养物质含量较高，即使是低温贮藏也极易发生品质下降，甚至腐败变质[2]。化学保鲜剂因具有成本低和用量少的优点，曾被广泛用于延长冷鲜肉的货架期[3-4]。然而，随着消费者对食品添加剂的关注日益增加，以及食品安全问题频发，化学保鲜剂的应用受限。

可食性涂层是通过浸渍或喷涂等方法使涂膜液覆盖在食物表面形成不可见的薄膜，从而起到防腐保鲜的作用[5-6]。此类膜在食用前无需清洗，且具有良好的生物降解性和绿色无污染等优点[7-9]，相比传统的化学保鲜方式具有明显优势。壳聚糖是可食性涂层的主要成膜基质之一，是主要来自于虾和蟹类外壳的天然多糖，具有绿色健康、良好的生物相容性和成膜性等特点[10-13]。但是，壳聚糖的抗氧化和抗菌性欠佳。植物精油主要是从植物的根、叶和果实等部位提取的次生代谢产物，具有较强的抗菌和抗氧化作用[14-15]，因此可以弥补壳聚糖的上述不足。

本文总结引起冷鲜肉腐败变质的主要原因，分析讨论植物精油-壳聚糖可食性涂层的抗菌和抗氧化活性和机制，阐述植物精油-壳聚糖可食性涂层在冷鲜肉保鲜中的应用研究现状、局限性和未来发展趋势。

1 冷鲜肉腐败的主要原因

冷鲜肉腐败通常表现为颜色由鲜红转为暗红甚至棕绿，失去光泽，表面发黏，散发出腐臭味，甚至出现长霉的现象[16]。这主要是因为冷鲜肉中富含腐败微生物生长所需的营养物质，从而导致微生物大量增殖[17]。此外，冷鲜肉中含有丰富的蛋白质和脂质，极易被其自身具有及腐败菌产生的蛋白酶和脂肪酶降解和氧化[18]。

1.1 微生物引起的冷鲜肉腐败变质

微生物污染是引起冷鮮肉腐败变质的重要因素之一。在饲养、屠宰、处理和贮运等过程中，畜禽都可能受到有害微生物的侵染。因此，冷鲜肉中微生物污染可根据微生物的来源主要分为2 种途径，即内源性微生物污染和外源性微生物污染。

1.1.1 内源性微生物污染

内源性微生物污染是指食用动物在宰杀前受到来自被屠宰动物自身的污染[19]。在动物的消化道、呼吸道、口腔及皮肤等部位均存在微生物[20]。当动物正常生长时，其自身的免疫系统可以有效控制有害微生物的生长、侵入和扩散；当动物被屠宰后，机体免疫能力丧失，体内携带的有害微生物将大量繁殖并入侵到各个部位，从而导致冷鲜肉被微生物污染。王军宏[21]研究发现，健康动物体内存在大量微生物。正常情况下不会导致畜禽生病，但是其体内稳态一旦被破坏，内源微生物便会大量繁殖，导致畜禽生病，从而容易引起食品安全问题。张冬杰等[22]运用高通量测序分析健康动物的新鲜粪便样品，发现动物的排泄物中携带有害微生物。这些微生物在屠宰和加工过程中极易扩散，从而易造成肉品的腐败变质。

1.1.2 外源性微生物污染

外源性微生物污染是指由外界环境入侵至动物体内的微生物，即不是来自被屠宰动物自身的微生物污染[23]。动物被屠宰的过程中，胴体不仅被长时间暴露在空气中，而且还时常需要用大量清水冲洗和预冷。这会使空气和水中的微生物直接附着在胴体上[24]。此外，冷鲜肉在加工和贮运等过程中也可能被外界微生物污染。例如，由于工人的不卫生操作，导致冷鲜肉直接或间接受到微生物污染[25]。闵红等[26]研究禽肉企业各屠宰工序及环境条件造成的微生物污染情况。结果发现，空气和预冷水中的微生物数量较高，而且分割及加工车间、分离案板及操作工人身上均不同程度携带微生物。

李萍等[27]在屠宰场对屠宰前后不同阶段的藏猪胴体，以及屠宰过程中屠宰车间地面、排酸车间地面、清洗用水、刀具和工人手套等各接触面中的微生物情况进行检测。结果发现，屠宰后的藏猪胴体表面较未屠宰藏猪的相同部位表面微生物数量明显升高，而与胴体接触的车间地面和操作工人所用器具则是主要的污染源。冷鲜肉在屠宰加工等过程中接触到的外源性微生物是导致其微生物污染的重要原因。此外，冷鲜肉在销售环节大多数暴露于外界环境中，因此也极易受到环境微生物的污染。

1.2 脂质和蛋白质的氧化

在冷鲜肉中，脂质的氧化和自由基的产生是引起脂肪酸败和异味产生的主要原因[28]。脂质氧化是氧与脂肪酸双键的反应，主要分为3 个阶段[29]：

1）起始：RH＋O2→R·＋OOH·

2）传递：R·＋O2→ROO·ROO·＋RH→ROOH＋R·

3）终止：R·＋R·→R—RR·＋ROO·→ROORROO·＋ROO·→ROOR＋O2

上述3 个阶段表明，脂质氧化得到的氢过氧化物是重要的起始反应物，是不稳定化合物，可进一步引起二次氧化反应，产生二次氧化产物，如戊醛、己醛、丙二醛和4-羟基壬烯酸等[30]，这些产物会破坏冷鲜肉的营养和感官品质。

冷鲜肉腐败也是一种蛋白质氧化流失的现象[31]。蛋白质氧化主要是在肉自身蛋白酶及滋生微生物所产生蛋白酶的作用下，导致总挥发性盐基氮（total volatile base nitrogen，TVB-N）含量升高，以及生成一些多肽、醛和酸等小分子物质[32]，从而导致肉释放出臭味等刺激性气味。

2 植物精油-壳聚糖可食性涂层的保鲜机制

植物精油-壳聚糖可食性涂层的保鲜作用主要通过抗菌和抗氧化实现，其作用机制见图1。

2.1 抗菌机制

壳聚糖和植物精油对可食性涂层的抗菌性均发挥重要作用。壳聚糖对一些细菌的生长有一定的抑制作用，其抗菌机制主要有3 种[33-35]：一是在食物表面形成保护层，减少氧气传递和水分散失，减缓微生物的代谢活动；二是壳聚糖分子中游离氨基的正电荷与细菌表面肽聚糖的负电荷相互作用使细胞壁的完整性受到破坏，导致细胞膜的通透性增加直至渗漏；三是壳聚糖进入到菌体细胞中，通过干扰DNA的复制和转录抑制微生物的生长繁殖。然而，常常需要其他的抗菌剂和壳聚糖复合使用，从而增强涂层的抗菌活性。

植物精油具有强大的抗菌能力，其抑菌成分主要包括酚类、萜类、黄酮类、生物碱和多糖类等化合物[36]。植物精油的潜在抗菌机制主要有3 个方面[37-39]：一是破坏有害微生物的呼吸和能量代谢。植物精油可以进入细胞内，破坏菌体线粒体膜，使呼吸作用受到抑制，阻碍细胞正常供能，最终导致细胞死亡；二是对细菌细胞膜、细胞壁的作用。植物精油中的酚类物质会破坏其细胞壁结构，而亲脂性的植物精油能轻易穿透细菌细胞膜的磷脂双分子层，使内容物渗出，引起细胞死亡；三是对遗传物质和蛋白质的影响。植物精油通过抑制细菌DNA的正常复制和转录过程，进而使遗传物质和蛋白质合成代谢减少，从而达到抑菌效果。表1列举了常见植物精油对肉品腐败菌的抗菌活性。

2.2 抗氧化机制

脂质和蛋白质氧化是继微生物滋生后使冷鲜肉腐败变质的主要原因。有研究表明，壳聚糖具有一定的抗氧化能力，可能是由于壳聚糖的残余游离氨基能与自由基反应形成稳定的大分子自由基[46]。但单独壳聚糖涂层的抗氧化能力较低，常与其他抗氧化活性成分复合使用。植物精油具有良好的抗氧化性能，其发挥抗氧化活性主要依赖于其生物活性成分，如萜烯类化合物、芳香族化合物、脂肪族化合物及含硫化合物等[47]。

植物精油具有较好的自由基清除能力。目前，植物精油抗氧化作用机制主要有4 种[48-50]：一是直接作用于自由基。植物精油多含有多酚类物质，酚羟基可将活泼氢原子传递给自由基，使自由基变成活性较低的物质并将其清除；二是作为供氢体抑制脂质的过氧化。植物精油中的基团中含有酚羟基，可通过氢原子的转移作为质子供体与自由基结合生成较稳定的自由基；三是螯合金属离子。植物精油可阻断某些过渡金属离子与过氧化氢发生反应，避免生物氧化过程；四是调节转录。植物精油能够提高抗氧化酶的表达，从而缓解由于氧化应激造成的组织和细胞损伤。因此植物精油的加入会增强壳聚糖涂层的抗氧化活性。表2列举了部分植物精油的抗氧化活性。

3 植物精油-壳聚糖可食性涂层在冷鲜肉保鲜中的应用

由于植物精油-壳聚糖涂层具有无毒无害和性质稳定的优点，在冷鲜肉的防腐保鲜方面表现出巨大的应用潜力。近年来，已经有许多研究集中将植物精油-壳聚糖可食性涂层广泛应用于实际的冷鲜肉系统，以延长货架期、减少致病菌和保持较好的感官特性等。应用研究举例见表3。

3.1 在冷鲜猪肉中的应用

猪肉因美味和营养而受到广大消费者的喜爱，是我国主要的市售红肉。周强等[57]用含有肉桂精油的壳聚糖复合涂层液处理冷鲜猪肉。研究发现，在贮藏过程中，虽然各实验组冷鲜猪肉的菌落总数和TVB-N含量均呈上升趋势，但与空白对照组相比，使用含有肉桂精油-壳聚糖复合涂层液冷鲜肉的微生物指标和TVB-N含量更低。对照GB 4789.2—2016《食品安全国家标准 食品微生物学检验 菌落总数测定》中的规定（新鲜肉的菌落总数≤6.0（lg（CFU/g））），经肉桂精油-壳聚糖复合涂层液处理的冷鲜肉贮藏第9天的菌落总数仍维持在新鲜肉的水平，而未处理的冷鲜肉早已腐败。Hu Jing等[58]研究肉桂精油-壳聚糖复合纳米涂层对冷鲜猪肉的保鲜效果。结果同样发现，使用肉桂精油-壳聚糖复合纳米涂层处理的猪肉微生物生长、pH值、POV和TBARS值与空白对照组相比显著降低。直至贮藏期结束，经过复合涂层处理猪肉的质地、气味和整体可接受性也并未有明显下降。由此可见，植物精油-壳聚糖涂层具有延长冷鲜猪肉货架期的潜力。

3.2 在冷鲜牛肉中的应用

牛肉也是我国部分地区居民消费的主要红肉产品之一。然而，牛肉在贮藏过程中极易发生腐败变质，使营养价值降低甚至导致食源性疾病的发生。欧丽娟等[62]分别将迷迭香精油、葡萄籽油、茴香籽精油及柠檬精油加入到壳聚糖涂层中，研究在贮藏过程中对冷鲜牛肉品质的影响。结果表明，4 种植物精油-壳聚糖复合涂层处理对牛肉中菌落总数、TBARS值和TVB-N含量的上升均有一定的抑制作用。其中，柠檬精油复合涂层处理对牛肉的菌落总数和TBARS值的抑制作用最强，贮藏20 d的菌落总数仍属于新鲜肉的标准，而加入葡萄籽油的复合涂层对TVB-N含量的抑制作用最强。?or?evi?等[63]将冬季香薄荷精油加入到壳聚糖涂层进行复配，再应用于冷鲜牛肉贮藏。研究结果显示，相较于未作处理的空白肉样，经复合涂层处理牛肉的菌落总数在涂层处理完成后已显著减少，且贮藏20 d后，使用复合涂层处理牛肉的菌落总数仍未接近最大可接受水平。此外，复合涂层对保持牛肉的颜色、气味、整体可接受度和氧化稳定性等也有一定积极作用。因此，植物精油-壳聚糖可通过抑制冷鲜牛肉的微生物滋生以及蛋白质和脂质的氧化，从而延长冷鲜牛肉的货架期。

3.3 在冷鲜鸡肉中的应用

近年来，鸡肉成为我国最主要的白肉种类，并且我国的鸡肉生产和消费仍呈现出快速、持续增长的趋势。郑玉玺等[67]选取荔枝木质精油和壳聚糖制备可食性涂层，对冷鲜鸡肉进行保鲜研究。研究发现，尽管所有组鸡肉的菌落总数和TVB-N含量都随贮藏时间的延长有一定上升，但是经复合涂层液处理鸡肉的菌落总数和TVB-N含量的上升速率明显低于空白对照组。此外，该复合涂层对冷鲜鸡肉的汁液流失率和感官品质也有较好的改善作用，这说明荔枝木质精油-壳聚糖复合涂层可以用于延长冷鲜鸡肉的货架期。Yaghoubi等[68]将青蒿精油加入到壳聚糖中，应用于冷鲜鸡肉的防腐保鲜。结果表明，与未处理的空白肉样相比，青蒿精油-壳聚糖复合涂层可显著降低鸡肉贮藏过程中微生物数量、TBARS值和TVB-N含量的上升速率，特別是对于微生物生长的抑制作用最好。经过青蒿精油-壳聚糖复合涂层液处理的鸡肉贮藏9 d时的菌落总数才接近最大可接受水平，而仅用蒸馏水处理的肉样则在贮藏3 d时菌落总数已超过最大可接受水平。可见，植物精油-壳聚糖具有抑制冷鲜鸡肉腐败变质的作用。

3.4 在冷鲜鱼肉中的应用

鱼肉也是人们喜爱的白肉种类，富含不饱和脂肪酸。但是冷鲜鱼肉的易腐败变质问题仍然有待解决。韩春阳等[71]用含有肉桂精油的壳聚糖复合涂层液处理冷鲜罗非鱼肉。研究发现，在贮藏过程中，虽然各组鱼肉的菌落总数和TVB-N含量均呈上升趋势，但相比于未处理组鱼肉，肉桂精油-壳聚糖复合涂层液不仅能更有效地控制鱼肉微生物的数量，而且对鱼肉氧化腐败的抑制效果也更显著。此外，肉桂精油-壳聚糖复合涂层处理的冷鲜鱼肉在贮藏9 d时菌落总数仍维持在新鲜肉的水平，而空白对照组在贮藏4 d时就已经超过限量标准。Li Yuan等[72]研究发现，柑橘精油-壳聚糖复合涂层可以明显减缓鲭鱼肉贮藏期间总活菌数、TBARS值和TVB-N含量的上升速率。此外，相比于单独使用壳聚糖涂层，含有柑橘精油的复合涂层对鲭鱼的保鲜效果更为突出。这表明植物精油-壳聚糖复合涂层对保持冷鲜鱼肉的品质具有一定的效果。

4 结 语

冷鲜肉由于具有营养丰富和水分含量高等特点，在贮藏运输中极易造成脂类、蛋白质氧化和微生物污染。因此研发适用于冷鲜肉的新型保鲜技术对促进冷鲜肉行业的发展尤为关键。植物精油-壳聚糖可食性涂层作为一种天然可再生的生物材料，具有良好的抗氧化和抗菌能力，符合绿色健康食品的理念，在冷鲜肉防腐保鲜方面具有巨大的应用潜力。

然而，植物精油-壳聚糖可食性涂层在冷鲜肉中的应用推广仍然面临一些挑战：1）目前植物精油成本较高，推广精油植物的大面积种植和革新现有的生产方法才有望大幅降低生产成本；2）植物精油在壳聚糖涂层中可能存在分散不均匀的问题，将精油制备成微胶囊或纳米乳液也许可以解决该问题；3）植物精油的芳香性气味可能影响冷鲜肉的风味，有必要进一步探索经过植物精油-壳聚糖可食性涂层处理的冷鲜肉在烹调或加工过程中的风味特性及调控方法；4）植物精油-壳聚糖可食性涂层是否适用于所有的冷鲜肉品类，其对羊肉、鸭肉和鹅肉等其他冷鲜肉的保鲜效果有待探索；5）尽管在实验室规模的研究结果显示出植物精油-壳聚糖可食性涂层在冷鲜肉保鲜中具有显著作用，但有待大规模的商品化研究进行验证；6）尽管植物精油是使用历史悠久的天然产物，但是并不意味着绝对安全，因此有必要明确各种精油的毒理学性质和食用的安全剂量，以及法律法规制定植物精油在食品中的应用准则。总之，随着这些问题的逐步解决，相信植物精油-壳聚糖可食性涂层在冷鲜肉等食品防腐保鲜方面应用会更加广泛。

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基金項目：吉林省教育厅科学研究项目（JJKH20240751KJ）；长春大学攀登计划项目（zkp202108）；长春大学创新创业训练项目（D202306071250429268）

第一作者简介：杨丰硕（2002—）（ORCID： 0009-0000-3001-6060），男，本科生，研究方向为食品加工与贮藏。E-mail： yfs18906338023@foxmail.com

*通信作者简介：孙茂成（1984—）（ORCID： 0000-0002-1807-9859），男，讲师，博士，研究方向为食品加工与贮藏。E-mail： msunchina@foxmail.com