李典典，劉然，牛欣璐，高暢，魏月*，馬晶軍*

（1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)理工系，河北 滄州 061100；2.北京天寶康高新技術(shù)開發(fā)有限公司，北京 100084）

我國漁業(yè)資源豐富，是水產(chǎn)品養(yǎng)殖與流通大國，據(jù)《中國漁業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒》（2020年版）統(tǒng)計(jì)顯示，2019年我國水產(chǎn)品總產(chǎn)量達(dá)6 480.36萬t，與上年相比增長了0.35%[1]。水產(chǎn)品不僅為優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)源，而且口感及風(fēng)味獨(dú)特，因此其消費(fèi)量呈逐年增長的趨勢[2-3]。但新鮮的水產(chǎn)品在貯運(yùn)過程中極易發(fā)生腐敗變質(zhì)，我國每年水產(chǎn)品損失率約15%，經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重[4]。研究表明，微生物是引起多數(shù)水產(chǎn)品腐敗的主要因素，其中特定腐敗菌能最大程度上適應(yīng)貯藏環(huán)境而成為優(yōu)勢菌群，因此控制特定腐敗菌的滋生可有效延長其貨架期[5]。

水產(chǎn)品保鮮的方法主要包括物理保鮮、化學(xué)保鮮及生物保鮮。利用物理技術(shù)抑制或殺滅水產(chǎn)品中的微生物，必須考慮溫度及各種環(huán)境因素變化對水產(chǎn)品肌肉組織的影響[6]。化學(xué)防腐劑保鮮雖然高效快捷，但存在化合物殘留的健康隱患[7]。隨著人們對食品安全及品質(zhì)關(guān)注度的不斷提高，天然、安全、易降解的生物保鮮劑越來越受歡迎，逐漸成為國內(nèi)外研究熱點(diǎn)。

殼聚糖（chitosan，CTS）又稱脫乙酰甲殼素，是廣泛存在于蝦、蟹、昆蟲外殼中的甲殼素經(jīng)脫乙?；磻?yīng)最終脫乙酰度達(dá)50%時的產(chǎn)物[8]。CTS作為一種天然堿性多糖，易溶于弱酸性水溶液，有效增強(qiáng)了其在較溫和條件下的加工性能；經(jīng)毒物代謝動力學(xué)檢測，對人體免疫系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、胎兒發(fā)育均無毒性作用；易在食品表面形成選擇性透過膜；可降解，減少環(huán)境污染[9-10]。CTS因獨(dú)特的理化性質(zhì)及良好的抑菌性能被廣泛應(yīng)用于食品領(lǐng)域。2013年CTS被正式列入國家食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)中，CTS在各類食品特別是水產(chǎn)品保鮮中的應(yīng)用也逐漸增加。本文從CTS的抑菌機(jī)理及其復(fù)合保鮮劑、復(fù)合納米材料、復(fù)合輻照、復(fù)合氣調(diào)包裝等復(fù)合保鮮技術(shù)在水產(chǎn)保鮮中的應(yīng)用等方面進(jìn)行概述，旨在為CTS的水產(chǎn)保鮮研究提供一定的參考，推動水產(chǎn)行業(yè)的發(fā)展。

1 水產(chǎn)品品質(zhì)劣變原理

水產(chǎn)品死后品質(zhì)的變化主要經(jīng)歷僵硬、自溶、腐敗3個階段。處于僵硬階段的水產(chǎn)食品鮮度是完全良好的，到自溶階段水產(chǎn)品原有的風(fēng)味較易損失，鮮度有所降低，而進(jìn)入腐敗階段將直接導(dǎo)致水產(chǎn)品風(fēng)味和感官品質(zhì)劣變。因此控制產(chǎn)品腐敗的發(fā)生是水產(chǎn)保鮮的重要舉措。水產(chǎn)品腐敗是以革蘭氏陰性桿菌為主的腐敗菌生長繁殖到一定程度的結(jié)果[11]。水產(chǎn)品體內(nèi)及其體表沾染的各種微生物的分解作用非?；钴S而產(chǎn)生了多種酶。在這些酶的作用下，水產(chǎn)品肌肉組織中的氨基酸進(jìn)一步分解生成氨和胺類、硫化氫、吲哚等各種具有腐臭特征的產(chǎn)物，影響產(chǎn)品氣味；不飽和脂肪酸氧化分解生成有機(jī)物再與磷脂、蛋白質(zhì)等結(jié)合生成色素及熒光產(chǎn)物，影響產(chǎn)品色澤[12]。在腐敗菌存在的條件下，當(dāng)腐敗分解產(chǎn)物積累到一定程度時，水產(chǎn)品品質(zhì)即劣變。

2 CTS的抑菌作用及機(jī)理

2.1 CTS抑菌作用

微生物的活動將導(dǎo)致食品品質(zhì)劣變，嚴(yán)重縮短食品貨架期，因此抑菌為食品保鮮的重要舉措。CTS具有良好的廣譜抑菌活性，對革蘭氏陽性菌、革蘭氏陰性菌、霉菌及酵母菌均有抑制作用[13]。但由于各微生物對CTS的耐受力不同，致使CTS對其抑制作用也不盡相同。Orellano等[14]研究表明，CTS作用于金黃色葡萄球菌時最小抑菌濃度（minimum inhibitory concentration，MIC）為1.6 mg/mL。大腸埃希氏菌MIC≤0.50 mg/mL[15]；熒光假單胞菌MIC為0.125 mg/mL[16]；李斯特菌及綠膿桿菌的MIC均為0.5 mg/mL，霉菌MIC一般小于2.0 mg/mL，白色假絲酵母MIC為2.0 mg/mL[17]。以上研究表明CTS可一定程度上抑制腐敗菌的滋生，延緩食品品質(zhì)劣變。

在水產(chǎn)品的防腐保鮮過程中，潘艷艷等[18]利用1%的CTS對鱸魚進(jìn)行涂膜處理后冷凍貯藏，其在第21天的菌落總數(shù)（total viable count，TVC）為 6.01 lg（CFU/g），對照組樣品第15天時即達(dá)到。Carrión-Granda等[19]將95%脫乙酰度的CTS應(yīng)用于4℃低溫條件下的剝皮蝦，結(jié)果發(fā)現(xiàn)處理組樣品在12 d時TVC減少約1個對數(shù)值，可有效抑制蝦肉中嗜冷菌和乳酸菌生長。Kakaei等[20]采用85%脫乙酰度的CTS涂膜處理冷藏虹鱒魚魚片，結(jié)果得出CTS可抑制樣品中李斯特菌的生長。因此，CTS是一種抑菌作用良好的生物保鮮劑，在水產(chǎn)品抗菌保鮮方面有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

2.2 CTS抑菌機(jī)理

CTS抑菌機(jī)理一直為研究的熱點(diǎn)，目前，對CTS的抑菌機(jī)理已有一定的認(rèn)知。Khoushab等[21]、Sudarshan等[22]提出，CTS分子鏈上的-NH2在酸性環(huán)境下可發(fā)生質(zhì)子化，形成的抑菌基團(tuán)-NH3+可與帶負(fù)電荷的細(xì)菌產(chǎn)生靜電相互作用，使得細(xì)胞膜破裂，細(xì)胞壁難以合成，細(xì)胞的功能性應(yīng)答消失，從而起到殺菌功效。而Berizi等[23]提出CTS還可透過細(xì)胞膜（壁）將胞內(nèi)蛋白質(zhì)和核酸等物質(zhì)作為目標(biāo)靶，阻礙蛋白質(zhì)、DNA及RNA的合成，造成微生物死亡。此外，CTS因良好的成膜性，能夠在微生物表面形成一層高分子膜，一定程度上阻隔菌體細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)遞運(yùn)，從而抑制微生物活性[24]。

2.3 CTS的抑菌增強(qiáng)技術(shù)

CTS盡管具有一定的廣譜抑菌作用，但其與自身脫乙酰度、相對分子質(zhì)量有著密切關(guān)系，且由于CTS的水溶性差，其應(yīng)用也受到相應(yīng)的限制。因此，基于CTS的抑菌機(jī)理，對其表面的氨基、羥基進(jìn)行化學(xué)修飾致使CTS發(fā)生改性，可達(dá)到增強(qiáng)CTS抑菌作用的目的。如Shagdarova等[25]利用CTS與縮水甘油三甲基氯化銨發(fā)生醚化反應(yīng)，將CTS中的氨基基團(tuán)替換為季銨基團(tuán)從而得到CTS季銨鹽（chitosan quaternary ammonium salt，HACC）。翟緯坤等[26]將利用流延法制備的聚乙烯醇（polyvinyl，PVA）/CTS季銨鹽（PVA/HACC）膜用于黃骨魚的保鮮，發(fā)現(xiàn)HACC的添加可有效抑制魚肉中TVC增長，當(dāng)HACC添加量為2%時，PVA/HACC膜可延長黃骨魚貨架期約3 d。王娟娟[27]利用甲殼素和氯乙酸為底物，使其在強(qiáng)堿條件下反應(yīng)制得了羧基化CTS，與商業(yè)化CTS相比，改性CTS有著更強(qiáng)的抑菌作用，可使南美白對蝦在冷藏貯存至第7天時仍處于二級鮮度指標(biāo)，貨架期延長3 d～4 d。

此外，利用美拉德反應(yīng)對CTS進(jìn)行改性，可以顯著提高CTS的抗氧化性、抗菌性、溶解性等理化性質(zhì)[28-29]。Mengíbar等[30]使 CTS 與 β-乳球蛋白發(fā)生美拉德反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)物對自由基的清除能力提高，具有良好的抗氧化性。Huang等[31]以CTS、木糖混合液為底物通過美拉德反應(yīng)制得更為有效的抗菌產(chǎn)物，結(jié)果表明產(chǎn)物的MIC是CTS的1/5，而且對革蘭氏陽性菌表現(xiàn)出更強(qiáng)的抑制能力。Kanatt等[32]將CTS與葡萄糖混合加熱，所得美拉德反應(yīng)產(chǎn)物對假單胞菌、金黃色葡萄球菌、大腸桿菌等常見細(xì)菌的MIC達(dá)到0.05%。雖然這些研究表明改性CTS有著一定的抗氧化活性及抑菌性，但目前此保鮮劑在水產(chǎn)品中的應(yīng)用仍鮮有報(bào)道。除了化學(xué)改性，眾多研究顯示，CTS歷經(jīng)復(fù)配后較單一保鮮劑對水產(chǎn)品抑菌作用更加顯著?；贑TS的復(fù)合保鮮技術(shù)在水產(chǎn)品中應(yīng)用前景良好。

3 CTS復(fù)合保鮮技術(shù)在水產(chǎn)品保鮮中的應(yīng)用

近幾年，復(fù)合保鮮技術(shù)逐漸成為研究的熱點(diǎn)。復(fù)合保鮮是將2種或2種以上的物理、化學(xué)及生物保鮮手段相結(jié)合從而對食品進(jìn)行保鮮的技術(shù)[33]。復(fù)合保鮮技術(shù)的應(yīng)用不僅能夠使不同保鮮技術(shù)相互協(xié)同，更好地延緩食品腐敗，而且可在保證食品品質(zhì)和安全的前提下減少單一保鮮劑的用量。目前CTS復(fù)合保鮮技術(shù)主要集中在與其它生物保鮮劑、納米材料、輻照技術(shù)及氣調(diào)包裝復(fù)合使用。以下總結(jié)了近幾年國內(nèi)外關(guān)于幾種CTS復(fù)合保鮮技術(shù)在水產(chǎn)品保鮮方面的研究與應(yīng)用。

3.1 CTS與其它生物保鮮劑復(fù)配

CTS復(fù)合生物保鮮劑在水產(chǎn)品中已有廣泛應(yīng)用。常用于與CTS進(jìn)行復(fù)配的保鮮成分包括天然酶、抗菌肽、植物源提取物等。這些保鮮成分或與CTS存在協(xié)同抑菌作用，或在抗氧化性能上互補(bǔ)。Na等[34]發(fā)現(xiàn)賴氨酸-CTS復(fù)合保鮮劑能有效抑制太平洋白蝦中嗜溫菌與嗜冷菌數(shù)，使產(chǎn)品貨架期延長至12 d。將溶菌酶加入到CTS中對大黃魚進(jìn)行涂膜處理，顯著抑制了大腸桿菌的生長，貨架期由原來的9 d延長至15 d[35]。明膠-CTS復(fù)合可食性涂膜不僅較好地保持了鱈魚塊中揮發(fā)性鹽基氮（total volatile base nitrogen，TVB-N）含量及硫代巴比妥酸值（thiobarbituric acid reactive substance，TBARS）等鮮度化學(xué)指標(biāo)，而且使得保鮮劑在被洗脫后不會影響到魚塊烹飪后的口感[36]。CTS與ε-聚賴氨酸、迷迭香酸復(fù)合使用，可使半滑舌鰨魚片中丙醛、己醛等異味物質(zhì)的相對含量明顯降低[37]。CTS-植物源提取物復(fù)合保鮮劑在水產(chǎn)品保鮮方面的應(yīng)用研究如表1所示。

表1 CTS-植物源提取物復(fù)合保鮮劑在水產(chǎn)品保鮮中的應(yīng)用Table 1 Application of CTS-plant extract compound preservative in the preservation of aquatic products

3.2 CTS與納米材料復(fù)合保鮮技術(shù)

納米級抗菌材料，如納米氧化鋅（ZnO）顆粒、含納米Ag抗菌聚合物、納米纖維素（nanocellulose，NC）等，這些材料均具有高反應(yīng)活性及廣泛生物兼容性，目前已成功用于食品的活性包裝中[45]。莫新迎等[46]利用層層組裝流延法制備的載有ZnO納米顆粒的CTS-海藻酸鈉復(fù)合膜抗拉強(qiáng)度明顯提高，水溶性、水蒸氣透過率及透光率降低，表現(xiàn)出良好的包裝特性和適用性。NC是通過物理、生物、化學(xué)或幾者相結(jié)合的手段處理纖維素得到的直徑小于1 000 nm，長度可達(dá)微米級的一種纖維素聚集體，目前NC主要分為細(xì)菌纖維素（bacterial cellulose，BC）、纖維素納米纖絲（cellulose nanofibrils，CNF）、纖維素納米晶體（cellulose nanocrystal，CNC）[47]。與普通纖維素相比，NC 比表面積大，且表面具有大量的羥基，易使CTS等抗菌粒子原位負(fù)載或分散負(fù)載到NC上形成無機(jī)復(fù)合抗菌材料[48]。沈慧穎等[49]采用戊二醛交聯(lián)法制備了BC-CTS復(fù)合纖維膜，并在其表面沉積銅（Cu）納米顆粒得到BC-CTS-Cu交聯(lián)復(fù)合膜，后經(jīng)研究人員發(fā)現(xiàn)BC-CTS-Cu復(fù)合膜作用20 min時對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌的抑菌效果便達(dá)到了99.999%。

在食品保鮮方面，可將抗菌活性材料負(fù)載于NC上，制備能用于活性食品包裝的復(fù)合高分子NC。目前已有CTS/NC生物復(fù)合膜作為食品活性包裝的研究。Ceylan等[50]將百里香酚和液體煙霧成功載入CTS/NC膜，用該復(fù)合膜包裹海鱸魚魚片并于6℃低溫條件下貯藏，發(fā)現(xiàn)其可減緩魚片內(nèi)嗜冷菌、好氧菌和霉菌的生長，抑制60%細(xì)菌的生長。楊華等[51]以CTS為成膜機(jī)制，在納米SiOX改性的基礎(chǔ)上加入溶菌酶（lysozyme，LZM）和茶多酚（tea polyphenols，TP），利用流延法制備SiOX/LZM/TP-CTS復(fù)合保鮮膜，研究發(fā)現(xiàn)納米SiOX/LZM/TP-CTS復(fù)合膜可有效抑制水產(chǎn)品內(nèi)腐敗希瓦氏菌的生長，更好地維持產(chǎn)品的感官品質(zhì)。因此，以上研究表明CTS結(jié)合納米材料復(fù)合保鮮技術(shù)顯示出優(yōu)良的理化性能及抗菌保鮮性能，有效控制水產(chǎn)品腐敗變質(zhì)的發(fā)生。

3.3 CTS與輻照復(fù)合保鮮技術(shù)

電子束輻照是新興的冷殺菌保鮮技術(shù)，其利用具有高能量密度的電子束照射食品以達(dá)到延長貨架期的目的[52]。利用電子束輻照保鮮可有效降低食品營養(yǎng)損失、控制微生物的生長繁殖，近年來已廣泛應(yīng)用于各種水產(chǎn)品中，如蟹肉經(jīng)1 kGy～9 kGy電子束輻照后，對其營養(yǎng)和色澤無不良影響[53]；1.0 kGy的電子束輻照可降低真空包裝章魚中生物胺的產(chǎn)生，冷藏期延長至35 d[54]；0.5 kGy的電子束輻照能夠更好地保持三文魚的品質(zhì)，延長其貨架期[55]。但輻照劑量過大時會使水產(chǎn)品的肉色產(chǎn)生一定變化，如白鯧魚魚肉會發(fā)生黃變[56]，鱈魚在輻照后表皮出現(xiàn)輕微發(fā)紅的現(xiàn)象[57]。因此若將輻照技術(shù)與生物保鮮劑復(fù)合使用，一定程度上能減少輻照劑量，對實(shí)現(xiàn)食品保質(zhì)、保色、保味效果具有重要意義。

白嬋等[58]將新鮮鱸魚片先浸泡于復(fù)合生物保鮮液（含1 g/100 mL CTS、0.3 g/100 mL葡萄籽提取物、0.3 g/100mL大蒜素）中，后再經(jīng)4kGy的60Co-γ射線輻照處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)與空白對照組相比，CTS復(fù)合保鮮劑結(jié)合輻照技術(shù)可延長鱸魚貨架期9d以上，鱸魚片于4℃條件下貯藏至第15天時的TVC僅達(dá)5.91lg（CFU/g），仍未超過6.0 lg（CFU/g）的國家標(biāo)準(zhǔn)限量，且產(chǎn)品的TVB-N含量、TBARS值均較低，仍滿足可食用的要求。但目前CTS與輻照復(fù)合保鮮技術(shù)在水產(chǎn)品中應(yīng)用的報(bào)道還不多見，仍亟需研究者通過大量試驗(yàn)來進(jìn)一步考究。CTS與電子束輻照技術(shù)相結(jié)合，可有效減少輻照劑量，在保障水產(chǎn)品色澤、營養(yǎng)等品質(zhì)的同時最大程度實(shí)現(xiàn)抗菌保鮮，CTS與輻照保鮮技術(shù)協(xié)同作用，未來可在水產(chǎn)品抗菌保鮮方面成為新的發(fā)展趨勢。

3.4 CTS與氣調(diào)包裝復(fù)合保鮮技術(shù)

氣調(diào)包裝（modified atmosphere packaging，MAP）技術(shù)是以高阻隔性能的復(fù)合材料為外包層，將CO2、O2、N2等氣體按一定的比例充入食品包裝容器內(nèi)達(dá)到抑制微生物生長、降低酶活性和減緩組織氧化速率的目的，延長水產(chǎn)品在低溫條件下的貯藏期[59-60]。但不同腐敗微生物對CO2、O2等氣體的敏感性不同，且不適宜的MAP條件易加速水產(chǎn)品氧化酸敗，這限制了該保鮮技術(shù)在水產(chǎn)品中的應(yīng)用。因此多將MAP與其他保鮮技術(shù)結(jié)合以保證水產(chǎn)品在冷藏期間的品質(zhì)。

目前多采用CTS復(fù)合保鮮劑與MAP復(fù)合。Merlo等[61]研究CTS薄膜中添加粉胡椒渣提取物，并結(jié)合MAP（100%CO2）處理去皮的三文魚片，在2℃下冷藏28 d的過程中，CTS-粉胡椒渣提取物復(fù)合保鮮劑具有較高的抑菌活性，有效減少菌落總數(shù)、控制風(fēng)味，較好地保持了冷藏三文魚片的質(zhì)量。Duan等[62]對鱈魚片進(jìn)行CTS-磷蝦油涂膜保鮮，并結(jié)合MAP貯藏于2℃環(huán)境下，結(jié)果表明，保鮮劑復(fù)合MAP處理的鱈魚片在貯藏末期的TVB-N含量和菌落總數(shù)均低于空氣對照組，保質(zhì)期由5 d延長至10 d。以上研究均表明CTS保鮮劑與MAP技術(shù)相結(jié)合的復(fù)合保鮮技術(shù)能夠發(fā)揮二者的協(xié)同互補(bǔ)作用，有效抑制水產(chǎn)品在貯藏過程中的腐敗變質(zhì)，延長水產(chǎn)品的貨架期。

4 展望

CTS作為一種具有較強(qiáng)抑菌性和抗氧化特性的天然生物保鮮劑，在水產(chǎn)品保鮮領(lǐng)域存在著巨大的研究及應(yīng)用價(jià)值。CTS在一定程度上可有效抑制水產(chǎn)品內(nèi)微生物的滋生，降低水產(chǎn)品貯藏期間脂肪氧化及蛋白質(zhì)降解速率，延長貨架期。但單一CTS在水產(chǎn)品保鮮應(yīng)用中仍存在限制因素，不及CTS復(fù)合其他保鮮技術(shù)時的保鮮效果。CTS與其它復(fù)合保鮮劑、納米材料、氣調(diào)包裝及低劑量輻照保鮮技術(shù)復(fù)合，能使各保鮮技術(shù)協(xié)同互補(bǔ)，以達(dá)到最佳的水產(chǎn)品保鮮效果。目前，CTS在水產(chǎn)品保鮮上的研究主要集中于復(fù)合保鮮劑及復(fù)合氣調(diào)包裝對貯運(yùn)過程中水產(chǎn)品品質(zhì)的影響，而與其他一些新型保鮮技術(shù)復(fù)合使用的研究報(bào)道較少。隨著新型保鮮技術(shù)的發(fā)展，CTS可結(jié)合的保鮮技術(shù)也會隨之增加，但如何從CTS的自身特性出發(fā)結(jié)合其他保鮮技術(shù)，發(fā)揮CTS及其復(fù)合保鮮技術(shù)的互補(bǔ)優(yōu)勢，使水產(chǎn)品保鮮領(lǐng)域有新的突破仍是值得深入探究的問題。