殼聚糖與植物精油復(fù)配在食品保鮮中的應(yīng)用

墻夢捷 魯曉翔

摘 要：綜述了殼聚糖與精油復(fù)配使用在新鮮水果、水產(chǎn)品和蔬菜中應(yīng)用的研究進展，并對殼聚糖-植物精油復(fù)合保鮮膜存在的問題和研究趨勢進行了討論。

關(guān)鍵詞：殼聚糖;植物精油;食品保鮮

1 殼聚糖、植物精油的保鮮原理

1.1 殼聚糖的保鮮原理

殼聚糖是一種天然的氨基多糖高分子物質(zhì)，經(jīng)甲殼素脫乙酰化而制得。殼聚糖來源豐富，并具有無毒無害，可食用、可降解，以及成膜性、生物相容性和廣譜抗菌性等特點[1-2]，不僅被FDA批準為安全的食品添加劑，而且廣泛應(yīng)用于食品保鮮領(lǐng)域[3]。殼聚糖保鮮食品的原理主要包括：一是殼聚糖具有成膜性。殼聚糖能夠在食品表面形成一層阻氣、阻水的無色薄膜，該薄膜具有良好的透氣性、保濕吸濕性，能阻隔細胞內(nèi)外物質(zhì)的傳遞，使食品表面形成一個低氧和高二氧化碳的半透薄膜體，有效抑制果品的物質(zhì)轉(zhuǎn)化與呼吸強度、抑制乙烯的生成、營養(yǎng)物質(zhì)的消耗，同時也避免了貯藏過程中的機械損傷，從而延長果實細胞的衰老和死亡[4]。二是殼聚糖具有殺菌作用。殼聚糖能夠有效抑制大腸桿菌、酵母菌、黑根霉和金黃色葡萄球菌等病原菌。殼聚糖形成的薄膜為食品提供了一個良好的微環(huán)境，阻隔內(nèi)外物質(zhì)的交換，營養(yǎng)物質(zhì)不能到達菌絲的內(nèi)部，使細菌枯竭而死亡。殼聚糖能夠與細菌外膜上的陰離子相結(jié)合，引起細胞壁的變形、破裂，使細胞膜外露、細胞質(zhì)滲透，從而引起細胞死亡[5]。此外，殼聚糖作為螯合劑，能夠選擇性的對微生物生長繁殖有利的金屬離子進行螯合，從而抑制微生物生長繁殖與毒素產(chǎn)生[6]。然而，單一的殼聚糖作為食品涂膜保鮮劑時存在一些問題，如膜的機械強度較弱，且對一些微生物的抑制效果不佳，因而影響保鮮品的品質(zhì)[7]。因此，研究人員正在積極嘗試在殼聚糖中添加其他特性不同的物質(zhì)如植物精油等，以便提高膜的整體性能。

1.2 植物精油的保鮮原理

植物精油是植物組織的次生代謝產(chǎn)物，是取自草本植物的花、葉、根、種子和果實等通過水蒸汽蒸餾、超臨界提取、無溶劑微波快速提取和亞臨界CO2萃取等方法提取具有特殊芳香氣味的油狀液體[8]。植物精油由100多種成分構(gòu)成，主要含醛類、丙酮類、酸類、醇類、酚類以及萜烯類物質(zhì)等抑菌成分，能夠抑制甚至會殺死寄生在植物體上的病原微生物，其抑菌性通常是其中幾種成分協(xié)同作用的結(jié)果，因而也被廣泛用于食品保鮮行業(yè)中[9]。植物精油具有良好的抑菌效果和殺菌性，主要是含有芳香族的化合物、醛類、酸類和醇類等。目前對于植物精油抑菌機制的研究尚未成熟，主要的保鮮原理為以下三方面：（1）植物精油中的抑菌成分與微生物的細胞膜或細胞壁表面帶有負電荷的物質(zhì)發(fā)生相互作用，導致細胞膜或細胞壁的功能受到影響，微生物細胞內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)外泄而死亡。（2）植物精油能夠分解微生物細胞膜的類脂結(jié)構(gòu)，影響微生物的正常生命活動及繁殖，植物精油還能夠抑制分生孢子的產(chǎn)生，阻礙病菌的生長繁殖。（3）植物精油的抑菌成分干擾微生物的酶系統(tǒng)和能量代謝，破壞遺傳物質(zhì)和氧化不飽和脂肪酸等影響細胞功能的物質(zhì)，從而影響微生物的呼吸代謝作用，導致細胞死亡[10]。但是，植物精油在常溫的條件下極容易揮發(fā)，并伴有強烈的刺激性氣味的產(chǎn)生。植物精油幾乎不溶于水，但易溶于極性小的有機溶液中，對其溫度和紫外線極其敏感，在低溫下會有結(jié)晶的析出，在空氣中易分解變質(zhì)，具有很強的抗氧化性[11]。植物精油單獨作用于食品會因植物精油刺激的氣味影響食品的風味，所以研究人員嘗試著將植物精油與殼聚糖復(fù)配，利用兩種物質(zhì)的協(xié)同作用，突破常規(guī)保鮮的壁壘[12]。

2 殼聚糖-植物精油復(fù)配在食品保鮮中的研究進展 ?殼聚糖含有豐富的氨基、羥基等活性基團，易于與植物精油相互作用，能有效包埋植物精油、延長抗菌時間、發(fā)揮精油的緩釋作用，經(jīng)殼聚糖包埋后的植物精油其刺激性氣味被掩蓋，降低對食品風味的影響。此外，植物精油的疏水性也可以提高殼聚糖與植物精油復(fù)配抗菌膜的防水性能，從而達到更好的保鮮效果，獲得高品質(zhì)的保鮮食品。因此，殼聚糖與植物精油的復(fù)配使用對食品保鮮研究領(lǐng)域具有重要意義[13]。

2.1 殼聚糖-植物精油在水果保鮮中的研究

彭湘蓮等[14]研究了殼聚糖-山蒼子精油復(fù)合涂膜處理對廣西金柑的保鮮效果，結(jié)果表明，山蒼子精油殼聚糖復(fù)合涂膜抑制了金柑的失重，處理組可溶性固形物、可滴定酸、維生素C、總糖、感官均優(yōu)于對照組。其中失重率、可溶性固形物、維生素C均有顯著性差異，第30天時處理組、對照組的失重率分別為5.92%、8.35%，可溶性固形物分別為10.31%、8.67%，維生素C分別為15.77、8.32 mg/100g。總之，殼聚糖-山蒼子精油復(fù)合涂膜降低了營養(yǎng)物質(zhì)的消耗，有效地延緩了金柑的衰老。葛水蓮等[15]設(shè)置了濃度分數(shù)分別為1%、0.5%、0.25%的太行菊精油輔以殼聚糖，對其圣女果的感官品質(zhì)、營養(yǎng)物質(zhì)和酶活性進行研究，結(jié)果表明，濃度為0.25%的處理組圣女果平均硬度為0.9 kg/cm2，顯著高于對照組的0.5 kg/cm2和濃度為0.1%和0.5%處理組的0.6 kg/cm2，15 d后，經(jīng)太行菊精油含量為0.25%處理的圣女果可溶性固形物含量增加的最少，為1.63%，與對照組增加的3.63%相比差別為2%，維生素C含量相比于其他組略高，為27 μg/g，此外，總酸含量（0.6%）減少的最少，為0.23%，細胞膜透性以及丙二醛含量的增加速度減慢，超氧化物歧化酶活性最低，其中濃度為0.25%的太行菊精油處理的保鮮效果是最好的。吳子龍等[16]研究了殼聚糖-姜精油涂膜對草莓采后生理及保鮮效果的影響，結(jié)果表明，殼聚糖與0.1%姜精油復(fù)合涂膜處理草莓，能夠有效降低草莓的腐爛率、失重率、丙二醛含量和細胞膜的通透性，減少可溶性固形物、維生素C和可滴定酸的流失，有效保持草莓品質(zhì)。Guerra等[17]研究表明，殼聚糖-薄荷精油復(fù)合涂膜能有效抑制圣女果中黑曲霉、灰霉病引起的霉菌感染，且該復(fù)合涂膜能夠有效保持圣女果的理化和感官品質(zhì)，延緩圣女果受真菌作用的影響。

2.2 殼聚糖-植物精油復(fù)配對動物性食品保鮮的研究

余達威[18]利用殼聚糖與丁香精油、肉桂精油和檸檬草精油復(fù)配，對魚片保鮮效果進行了研究，結(jié)果表明，實驗處理組的硫代巴比妥酸脂和過氧化值分別下降了41%～49%和21%～49%，魚片脂質(zhì)氧化得到了明顯的抑制。殼聚糖-丁香精油涂膜的效果最佳，其中超氧化物歧化酶、谷胱甘肽過氧化物酶和過氧化氫酶活性在貯藏末期比對照組提高了120%、36%、117%。劉善智等[19]探究了殼聚糖-迷迭香精油納米粒對冷藏 （4 ℃）草魚肉保鮮效果的影響，測定了經(jīng)處理的草魚肉在冷藏期間的菌落總數(shù)、硫代巴比妥酸值、揮發(fā)性鹽基氮值的變化，發(fā)現(xiàn)處理組的草魚貨架期延長了3～4d，表明殼聚糖與迷迭香精油制備的納米粒具有抑制微生物生長及脂肪氧化、延長冷藏草魚肉貨架期的作用，其對冷藏草魚具有明顯的保鮮效果。Ghaderi等[20]用殼聚糖-百里香精油復(fù)配使用，研究其對漢堡肉質(zhì)的影響，結(jié)果表明，在殼聚糖納米粒中包埋百里香精油是一種很有前途的技術(shù)，對控制有害微生物生長、化學和感官品質(zhì)的劣變有效。Vatavali等[21]研究了殼聚糖-牛至精油復(fù)合涂膜對冷藏豬肉品質(zhì)的影響，通過微生物、物理和感官品質(zhì)等的分析，發(fā)現(xiàn)添加植物精油的殼聚糖更有效保持了肉質(zhì)的品質(zhì)，并延長了貨架期。

2.3 殼聚糖-植物精油在蔬菜保鮮中的研究

邢亞閣等[22]以鮮切蒜薹為實驗對象，對殼聚糖與肉桂油復(fù)合涂膜的保鮮性能進行了研究，結(jié)果表明，殼聚糖與肉桂精油復(fù)配使用可以降低蒜薹的失重率，減少維生素C損失，減緩蒜薹的衰老死亡速度，該保鮮劑對蒜薹具有良好的保鮮作用。Xing等[23]用5%的殼聚糖-肉桂精油處理辣椒，發(fā)現(xiàn)其抑制腐敗效果好。貯藏35 d后，對照組出現(xiàn)異味、變質(zhì)，感官品質(zhì)不能為人接受，而殼聚糖-肉桂精油處理樣品的感官接受度高，受微生物侵染率低。此外，涂膜處理辣椒的丙二醛含量低于對照組，原子力顯微鏡（AFM）圖像表示，對照組處理的樣品表面更加粗糙。實驗表明，殼聚糖-肉桂精油涂膜能保證質(zhì)量和延長貨架期。Alvarez等[24]采用體外和體內(nèi)試驗方法，研究了殼聚糖與植物精油協(xié)同（茶樹精油、殼聚糖與百里香精油）處理對西蘭花保鮮效果的影響，結(jié)果表明，殼聚糖與精油復(fù)配能顯著抑制嗜中性和嗜冷性營養(yǎng)菌的生長，并能控制大腸桿菌和單核細胞因子的存活，從而延長西蘭花的貨架期。Mohammadi等[25]研究了殼聚糖-肉桂精油的復(fù)合涂膜對黃瓜保鮮效果的影響，結(jié)果表明，在（10±1）℃條件下，殼聚糖-肉桂精油的復(fù)合涂膜可將黃瓜的貨架期延長至21 d，而未涂膜的黃瓜在15 d以下就無法銷售。殼聚糖-肉桂精油的復(fù)合涂膜顯著降低了黃瓜的病害嚴重程度和發(fā)病率，提高黃瓜貯藏期間的理化品質(zhì)和微生物的安全性，有效地保證了黃瓜的品質(zhì)。

3 展望

目前，利用殼聚糖-植物精油復(fù)配使用在食品保鮮方面取得了不錯的效果，但其中尚存在一些需要進一步深入研究與解決的問題。一是植物源天然抑菌劑在果蔬保鮮方面的應(yīng)用還沒有達到產(chǎn)業(yè)化，大多的研究實驗是在單一微生物存在和恒定的環(huán)境條件下進行的，在多種微生物共存和復(fù)雜多變的環(huán)境條件下，天然植物的提取及應(yīng)用技術(shù)的深入研究較為淺薄[26];二是殼聚糖和植物精油的復(fù)配使用為工業(yè)提供了新型保鮮技術(shù)，且取得了一定的進展。但由于果蔬不同品種間性質(zhì)的差異，需要通過不同類型復(fù)合膜處理以達到最佳的保鮮效果。綜上所述，要解決這些問題，就必須在以下方面進行更加深入的研究[27]。

3.1 尋找合適的抑菌活性精油

不同種類精油的抑菌活性物質(zhì)均具有一定的抑菌普，百里香精油處理草莓可以有效抑制灰葡萄孢引起的腐爛，但用在其他水果抑菌保鮮上是否具有相同的效果還需要進行系統(tǒng)研究[28]。已有研究表明，百里香精油對大腸桿菌的抑制效果最為顯著，其次是肉桂精油和桂皮精油。廣藿香、迷迭香和茶樹精油對大腸桿菌和白色念珠菌均無抑殺效果，紫蘇精油雖然抑制細菌效果較差，但對釀酒酵母具有很強的抑制專一性。因此，不同種類精油抑菌活性組分對不同類型菌的敏感性的規(guī)律性的系統(tǒng)研究將成為下一步保鮮領(lǐng)域的研究重點。

3.2 進一步提高殼聚糖的性能

殼聚糖與植物精油所制備的復(fù)合抗菌膜在保鮮效果上優(yōu)于單一殼聚糖膜的效果，但是在機械強度、拉伸性等方面不如普通的塑料保鮮膜。此外，在降低生產(chǎn)成本方面和通過動力學規(guī)律尋找到兩者協(xié)同抗菌的最佳條件也有待于進一步的研究[29]。

3.3 改變涂膜時間的順序

現(xiàn)階段的果蔬涂膜保鮮大都是應(yīng)用于果蔬采后的貯藏處理，將殼聚糖與精油復(fù)配抗菌劑應(yīng)用在田間保果技術(shù)上尚不多見。果蔬采摘前利用殼聚糖與精油復(fù)配抗菌劑處理，有望提高果蔬品防御病蟲微生物的侵害、有效降低果蔬的腐爛率。但采前使用，受到季節(jié)、天氣變化等因素的影響較大[30]。進一步的研究工作涉及系統(tǒng)地研究不同殼聚糖-植物精油復(fù)配用于不同果蔬品、不同季節(jié)或天氣條件下的使用方法。

3.4 優(yōu)化精油提純技術(shù)

天然植物中精油含量較少，我國現(xiàn)存的精油提取工藝沒有完全完善，從而使精油在食品保鮮里領(lǐng)域的應(yīng)用受到了極大限制。如何進一步完善精油提純工藝是當前食用天然抗菌膜研究的重點之一，植物精油在食品保鮮方面取代添加劑、防腐劑等化學合成的物質(zhì)，減少對人體存在的潛在危害，提高食品安全問題迫在眉睫。同時，將精油的應(yīng)用具體廣泛化、藥理作用深入化等是食品保鮮領(lǐng)域今后研究的一大方向[31]。◇

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Abstract：This paper discussed the application of chitosan and essential oil in fresh fruits，aquatic products and vegetables，and the problems and research trends of chitosan and plant essential oil composite plastic wrap were reviewed.

Keywords：chitosan;essential oil;food preservation