生物保鮮劑在水產品保鮮中的應用研究進展

蘇 輝 謝 晶

（1．上海水產品加工與貯藏工程技術研究中心，上海 201306；2．上海海洋大學食品學院，上海 201306）

2012年中國水產品總產量達到5 906萬t［1］，產量比上年增長5%，水產品在國人的日常生活飲食中已占有重要的位置，人們對水產品的喜食程度也進一步增強，故其品質的好壞越來越受到人們的關注。水產品品質發生變化主要是由于其自身含有的大量細菌，如腐敗希瓦氏菌、假單胞菌屬等［2］。這些細菌利用水產品自身的營養物質在適宜的環境中繁殖，最終導致水產品品質的下降，所以對水產品貯藏保鮮技術的研究就顯得尤為重要。

近年來的化學保鮮方法引起的安全性問題越來越突出，生物保鮮技術就這樣逐漸進入人們視野。生物保鮮劑指的是從生物中提取的或利用微生物工程技術改造而獲得的天然的對人體安全的保鮮劑［3］。且隨著科學發展，越來越多的新技術也結合生物保鮮劑一起運用到水產品保鮮領域，例如氣調包裝技術、冰鮮技術等，這些新技術、新方法的結合都有效地延長了水產品的貨架期。文章綜述了水產品保鮮中常用的4種生物保鮮劑的保鮮機理與研究現狀，以及它們組合形成的復合保鮮劑的應用情況，并與其他保鮮技術聯合應用的效果。

1 生物保鮮劑的保鮮機理

生物保鮮劑在水產品中保鮮機理可以籠統概括：殺菌作用、抗氧化作用、抑制酶活作用、成膜作用［2］。每一種生物保鮮劑的保鮮機理有各自側重點，部分生物保鮮劑的保鮮機理已研究到細胞分子階段。這些機理的研究為生物保鮮劑在水產品保鮮中的應用提供了理論保證，使得采用生物保鮮劑保鮮的方法來延長水產品貨架期的這種途徑變得更加透明，安全。

2 常用生物保鮮劑

按照生物保鮮劑定義，生物保鮮劑大致分為三類：①從天然動植物中提取的物質，如茶多酚、大蒜素等；②從微生物產業中得到的工程產品，如乳酸鏈球菌素、溶菌酶等；③原本就存在于各種動物體中且可以通過人工修正、分解、蒸餾等方法制得的產品，如殼聚糖、魚精蛋白等［4］。

2．1 茶多酚

茶多酚（tea polyphenol）是茶葉中含有的多酚類物質的總稱。茶多酚中主要含有兒茶素、花青素、酚酸和黃酮類化合物等物質，這些也是茶葉中重要活性物質。其中兒茶素占茶葉干重的30%～40%［5］，它能夠有效清除自由基，能夠提供氫質子，從而抑制脂肪自由基鏈式反應引起的氧化反應，達到保鮮功效，此外茶多酚還具有清除活性氧，螯合金屬離子和結合氧化酶等作用［6］。近些年來，茶多酚被廣泛的用于水產品保鮮研究中，取得了較好的效果。蔣蘭宏等［7］研究表明經茶多酚溶液處理冷藏的鮮鯉魚肉，TVB－N 值和pH 值均比對照組明顯減小，表明茶多酚能延長鮮鯉魚的保鮮期，且隨著茶多酚濃度的增大，魚肉的TVB－N 值和pH 值均有不同程度的下降，但當茶多酚濃度大于0．60%時，TVB－N 值和pH 值就不再發生大變化。藍蔚青等［8］研究了冷藏條件下帶魚在茶多酚溶液處理后的保鮮效果，在比較了細菌總數、pH值和TVB－N 值等指標后，發現處理組的保鮮效果明顯優于對照組，菌 落 總 數 在10d 后 才 達 到5．50×104CFU／g，TVB－N值也顯示在二級鮮度，說明茶多酚能延長帶魚保鮮期。夏松養等［9］對冷凍金槍魚的研究也表明，經過濃度為6g／L的茶多酚溶液處理過的金槍魚肉在TVB－N 值、pH 值和a＊值等理化指標上相比于對照組有明顯優勢。尤其在鮮度等級時間上，經過茶多酚處理過的金槍魚肉貯藏在－18 ℃下，第30天還能保持一級鮮度，在150d后仍能保持二級鮮度；而對照組在30d后就超過了一級鮮度，150d后早已腐敗。所以說茶多酚具有較強的抗氧化能力及對細菌具有的光譜抑制作用和抑制能力［10］，決定了其在水產品保鮮中的廣泛應用。

2．2 殼聚糖

殼聚糖（chitosan）是通過甲殼素脫乙酰基得到的產物，是氨基葡萄糖和N－乙酞氨基葡萄糖通過β－1，4鍵連接而成的一種聚合物糖類［11］。殼聚糖主要有3 種應用方式：直接添加到食品中、涂抹在食品表面和添加到食品包裝材料中［12］。而殼聚糖應用在水產品保鮮中主要是由于其涂抹在水產品表面能形成一層半透膜，影響細菌吸取營養物質，阻止其代謝產物排泄，進而導致菌體的新陳代謝紊亂，致使細菌死亡，起到抑菌和殺菌的作用；此外，有報道［13］稱低分子量殼聚糖可以通過滲透作用進入細菌內部，破壞細胞質中內含物的膠體狀態，使其絮凝、變性，無法進行正常的生理活動，或者直接干擾其帶負電荷的遺傳物質DNA 和RNA，抑制細菌的繁殖，導致微生物死亡。López－Caballero等［14］研究發現殼聚糖與香精油結合涂抹在鱈魚表面起到抗菌作用，在冷藏條件下很好的延長了其貨架期。李婷婷等［15］研究發現經濃度為2%的殼聚糖溶液涂抹后貯藏在4℃下的美國紅魚片各種鮮度指標均優于對照組，能較好地抑制細菌生長，減緩蛋白質分解和脂肪氧化速度，有效延長貨架期4～6d。楊勝平等［16］用殼聚糖溶液處理帶魚后冷藏，發現處理過的帶魚有較長的貨架期，用濃度為1%的殼聚糖溶液涂膜保鮮效果最佳，能將帶魚的一級鮮度延長2～3d，二級鮮度延長6～7d。李升福等［17］研究了殼聚糖對對蝦的保鮮作用，發現采用濃度為1．5%的殼聚糖溶液涂抹對蝦表面，比涂抹濃度為2．5%的冷藏保鮮效果要好，進而得出并不是殼聚糖濃度越高保鮮效果越好。使用殼聚糖應注意的是一般說來酸溶性殼聚糖保鮮效果優于水溶性的，所以要控制好醋酸濃度防止經殼聚糖處理過的水產品留有較強的酸味，使生物保鮮劑的使用影響到水產品本身的商業價值。

2．3 乳酸鏈球菌素

乳酸鏈球菌素（nisin）是從乳酸鏈球菌發酵產物中提取制備的由34個氨基酸組成的多肽化合物。Nisin的抑菌機理分為兩個方面：①Nisin與細胞膜上lipid II（細菌萜醇－焦磷酸－N－乙酰胞壁酸－五肽－N－乙酰葡萄糖胺）分子結合，形成Nisin－lipid II孔洞復合物，其可與細胞膜作用形成穿孔通道，使細胞內物質流失，從而導致細胞死亡；②lipid II分子是細胞壁合成的重要組成，Nisin與lipid II結合后阻礙了細胞壁的正常合成［18］。尤其對革蘭氏陽性菌，包括葡萄球菌、鏈球菌、棒桿菌、利斯特菌和乳桿菌有抑制作用，對細菌芽孢也具有明顯的抗菌活性［19］。在魚類保鮮方面，也正因為其具有延遲魚中肉毒梭菌芽孢毒素形成的作用，因而被逐漸應用于水產品的保鮮。藍蔚青等［20］將經過不同濃度Nisin處理后的帶魚，貯藏在4 ℃下進行試驗，發現Nisin濃度為0．5g／L時，保 鮮 效 果 最 好，在 貯 藏 第6 天，TVB－N 值 為23．55mg N／100g，能達到二級鮮度標準，同時感官品質未發生顯著變化。羅水忠等［21］研究蝦肉糜發現，把Nisin溶液添加到熟蝦肉糜中，有效減緩了TVC、PC 和TVB－N 值的上升，保質期由2d增至56d，且蝦肉糜的感官沒有受到影響。但不足的是Nisin不抑制革蘭氏陰性菌、酵母和霉菌，使用時一般與其他保鮮劑復合使用來增強抑菌作用，從而獲得較寬的抑菌譜［22］。

2．4 溶菌酶

溶菌酶（lysozyme）別名球蛋白，是一種堿性蛋白質，它能破壞細胞壁中肽聚糖內N－乙酰葡萄糖胺和N－乙酰胞壁酸之間的β－l，4 糖苷鍵，進而在細胞內壓作用下，使細胞破裂［23］。尤其對革蘭氏陽性菌中的枯草桿菌、耐輻射微球菌有較強分解作用，只對大腸埃希菌、普通變形菌和副溶血性弧菌等革蘭陰性菌也有一定程度的溶解作用［24］，并且溶菌酶在選擇性殺滅微生物時，并不作用于食品中的其他物質，這就保證了食品原有營養成分不受損失。同時人體和動物細胞無細胞壁結構也無肽聚糖，故溶菌酶對人體無毒性作用，是安全的生物保鮮劑［25］。Sharma等［26］研究溶菌酶與殼聚寡糖應用于肉糜中，在4 ℃下貯藏15d后，依舊保持良好效果，細菌總數每克為3～4個數量級。藍蔚青等［27］研究表明采用0．5g／L 溶菌酶保鮮液處理后的帶魚段，在貯藏的第8天，其TVB－N 值為（12．52±0．20）mg N／100g，仍能達到二級鮮度標準，且感官品質變化不大，二級鮮度貨架期較對照組延長了3～4d。Enrique等［28］研究發現，溶菌酶抑制南美白對蝦中弧菌屬的能力等同于抑制革蘭氏陽性菌的能力，對于溶藻弧菌、副溶血性弧菌更是有著明顯的抑制作用，從而延長南美白對蝦貨架期?？偠灾?，溶菌酶作為一種酶類，就會有最適作用范圍，使用時要掌握其酶學特性，對癥下藥，要求頗高。且對于大部分的革蘭氏陰性菌來說由于其只有內壁層為肽聚糖，所以溶菌酶對革蘭氏陰性菌作用會有所下降，影響溶菌酶的抑菌效果。

3 復合生物保鮮劑

由于單一的生物保鮮劑保鮮效果有限，有時不能達到預期目的，這就催生出復合生物保鮮劑。它是將多種不同功能的生物保鮮劑按一定的比例混合，形成一種保鮮性能優越的復合生物保鮮劑。復合生物保鮮劑不僅有著單一生物保鮮劑的作用，同時有著協同作用，使生物保鮮劑保鮮效果發揮到最大。

3．1 茶多酚和殼聚糖的復合

茶多酚的抗氧化作用與殼聚糖的抗菌作用結合，使得該復合保鮮劑在水產品保鮮方面的應用越來越來多。劉開華等［29］研究殼聚糖聯合茶多酚對4 ℃貯藏的南灣鳙魚肉的保鮮效果，發現復合保鮮劑組的保鮮效果優于單一保鮮劑組和空白組，且得出1%殼聚糖＋0．3%茶多酚的復合保鮮劑比例保鮮效果最佳，貯藏到第14天時，各指標仍在理想范圍，比空白組延長鳙魚肉貨架期10d以上。Li等［30］運用濃度為1．5%殼聚糖和0．2%茶多酚的復合保鮮劑對冷藏條件下大黃魚進行保鮮研究，得出此兩種生物保鮮劑的復合使用能有效減緩大黃魚各鮮度指標（TVB－N 值、K 值等）的上升，抑制細菌生長，延長大黃魚貨架期8～10d；Li等［31］隨后對冷藏美國紅魚片也進行類似保鮮試驗，在相同配比的復合保鮮劑處理下，美國紅魚片的貨架期比沒有添加保鮮劑組延長6～8d。進一步說明茶多酚與殼聚糖的復合生物保鮮劑的確有著明顯保鮮功效。

3．2 Nisin與溶菌酶的復合

單獨使用溶菌酶時，由于其具有高特異性，不能殺死芽孢從而出現了局限性，因而一般配以其他生物保鮮劑使用［32］。Nisin是常用抗菌性生物保鮮劑，與溶菌酶混合使用會增強其抑菌效果［33］。舒留泉等［34］在縊蟶保鮮研究中發現，Nisin和溶菌酶組成的復合生物保鮮劑保鮮效果比單一的用Nisin或溶菌酶要好，混合組的細菌總數增長最慢。郭良輝等［35］使用Nisin和溶菌酶組成的復合保鮮劑處理三角帆蚌，在比較了感官指標、TVB－N 值和細菌總數后，得到經過復合生物保鮮劑處理過的三角帆蚌的保鮮期要比對照組延長1倍。顧仁勇等［36］對斑點叉尾鮰魚片進行試驗，運用Nisin和溶菌酶作為復合保鮮劑，表明復合保鮮液的最佳配比為0．5% Nisin＋0．3%溶菌酶＋3．0% VC，且用乳酸調節pH 值至4．5，以細菌總數、TVB－N 值、pH 值 以及感官指標綜合衡量，此復合保鮮液處理魚片，結合真空包裝，能使斑點叉尾鮰魚片在0 ℃左右保藏21d。

3．3 殼聚糖、茶多酚和溶菌酶的復合

殼聚糖、茶多酚和溶菌酶組成的復合生物保鮮劑是基于殼聚糖能在水產品表面形成保護層，阻礙外來微生物入侵，茶多酚具有良好的抗氧化性，且Nisin有著對革蘭氏陽性菌較強的抗菌能力，3種生物保鮮劑的復合使用可以發揮協同作用。薛長湖等［37］在研究牡蠣的保鮮中得到使用濃度為1．0%的殼聚糖＋0．5%的茶多酚＋0．06g／L 的溶菌酶組成的復合保鮮劑，牡蠣的細菌總數經過20d才達到對照組11d達到的107CFU／g，貨架期由對照組的10d增加到19d，貨架期幾乎延長了1倍，并且改變了牡蠣冷藏過程中的優勢腐敗菌。藍蔚青等［38］通過正交試驗研究帶魚保鮮，以感官評分、TVB－N 含量、細菌總數、硫代巴比妥酸（TBA）含量和pH值作為評定指標，得出以10．0g／L 殼聚糖、3．0g／L 茶多酚和0．3g／L 溶菌酶配比得到的復合生物保鮮有效延長帶魚貨架期，冷藏貨架期可延長至13～15d。張群利等［39］參考謝晶等［34］的復合保鮮劑配置方法對池沼公魚進行研究，表明在冷藏條件下，經殼聚糖、茶多酚和溶菌酶組成的復合生物保鮮劑處理過的池沼公魚（俗稱“黃瓜魚”），在pH 值和TVB－N 值上均低于空白對照組，復合生物保鮮劑表現出良好的抗脂肪氧化能力，貯藏貨架期從原來空氣包裝的6d延長到13～15d。

4 生物保鮮劑與其他保鮮技術的結合

4．1 生物保鮮劑結合氣調包裝技術

氣調包裝（MAP）是用一種或幾種混合氣體代替食品包裝袋內的空氣，抑制產品腐敗，延長食品貨架期的包裝方法。其作為一種包裝技術，多年來在果蔬保鮮方面發揮著很好的作用，國內氣調保鮮技術在水產品方面還停留在實驗室階段，而在國外已有成熟的應用，它與其他技術的結合應用，尤其在與冰溫技術的結合研究較多，與生物保鮮劑的結合研究還不多見。水產品氣調保鮮技術研究進展中，其沖入的氣體一般為O2、N2、CO2混合氣，其保鮮機理一般理解為充入的高濃度CO2可以抑制一般細菌的生長，延長貨架期［40］；O2能夠抑制厭氧菌的生長繁殖；N2則作為主要的填充氣，可以防止包裝袋的塌陷，最終3 種氣體混合抑制微生物繁殖。MAP能有效減少如沙門氏菌、葡萄狀球菌、產氣莢膜梭菌、彎曲桿菌、副溶血弧菌和腸球菌等這些在空氣包裝中出現的細菌所引起的食用安全問題，而且類志賀鄰單胞菌在MAP包裝中幾乎被完全抑制［41］，更加有效延長水產品貨架期。Duan等［42］研究生物保鮮劑結合氣調包裝技術貯藏鱈魚，發現經過濃度為3%殼聚糖＋20%磷蝦油涂抹過的鱈魚在40%CO2＋60% N2氣體包裝下，貯藏在2～4 ℃，TVB－N 值到9d才達到限制值，比空白對照組延長了4d。甚至貯藏到21d，其菌落總數依舊低于105CFU／g，遠遠低于106CFU／g的限制值。楊勝平等［43］的研究發現只采用復合保鮮劑1．0%殼聚糖＋0．4%茶多酚處理帶魚，經過pH 值、細菌總數、感官評定和TVB－N 值等指標的比較，處理組帶魚貨架期比對照組延長了4～5d，達到12～13d；隨后謝晶等［44］又進行后續研究，使復合生物保鮮劑結合氣調包裝技術，研究表明在上述配比的復合保鮮劑處理后再結合60% CO2＋10%O2＋30% N2氣體比例的氣調包裝技術，可使帶魚的貨架期比僅用復合生物保鮮劑保鮮又增加了8d，可延長至20d，表現出優越的保鮮效果。

4．2 生物保鮮劑結合冰溫技術

冰溫技術（ice－temperature technology）自20 世 紀70年代由日本山根昭美提出后，經過幾十年的發展已成為繼冷藏和氣調貯藏之后的第三代保鮮技術。冰溫帶的定義為0 ℃以下，食品冰點以上的溫度區間，而冰溫技術就是指食品在此溫度帶貯藏的技術，水產品貯藏在冰溫帶中之所以能較好的保藏，是由于細胞中溶解了糖、酸、鹽、氨基酸等物質，這些物質的存在阻礙了水分子的移動結合形成冰晶，所以細胞液冰點要低于純水，水產品在冰溫帶間未結冰［45］，保證了食品的良好口感與風味，并且低溫環境結合生物保鮮劑的使用更加延長了水產品貨架期。李輝等［46］通過生物保鮮劑結合冰溫技術研究褐牙鲆貨架期，結果發現經過復合保鮮劑濃度為1．0%殼聚糖＋0．5%茶多酚＋0．06g／L 溶菌酶處理后貯藏在－0．5 ℃下的褐牙鲆魚肉，細菌總數、K 值、TVB－N 值、pH值的上升得到有效的延緩，與單一的冰溫條件貯藏的樣品相比，冰溫技術結合生物保鮮劑能延長樣品貨架期10d，延長至28d。

5 展望

21世紀海洋資源的利用越來越廣，水產品作為人們日常消費的對象，它的新鮮要求受到大家的關注，原來的現捕現食模式已不能滿足水產品大流通的要求，在保持水產品原有新鮮程度下，保存時間越長就越能夠體現水產品的價值。且原有的化學保鮮劑因自身不安全性，已經備受質疑，生物保鮮劑的出現正好填補這一空缺，復合保鮮劑的出現更是為水產品的保鮮增添了技術支持。如今進一步的保鮮技術使得生物保鮮劑與氣調包裝等現代高新技術結合，這不僅為水產品保鮮開辟了一個新方向，也把水產品的貨架期再次延長。只是如今這些技術大部分依舊停留在實驗室階段，還沒有大規模的投入生產實踐，相信隨著技術的不斷提高，研究的不斷深入，生物保鮮劑將會對水產品保藏產生深遠影響。

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