生物保鲜剂在水产品保鲜中的应用研究进展

苏 辉 谢 晶

（1．上海水产品加工与贮藏工程技术研究中心，上海 201306；2．上海海洋大学食品学院，上海 201306）

2012年中国水产品总产量达到5 906万t［1］，产量比上年增长5%，水产品在国人的日常生活饮食中已占有重要的位置，人们对水产品的喜食程度也进一步增强，故其品质的好坏越来越受到人们的关注。水产品品质发生变化主要是由于其自身含有的大量细菌，如腐败希瓦氏菌、假单胞菌属等［2］。这些细菌利用水产品自身的营养物质在适宜的环境中繁殖，最终导致水产品品质的下降，所以对水产品贮藏保鲜技术的研究就显得尤为重要。

近年来的化学保鲜方法引起的安全性问题越来越突出，生物保鲜技术就这样逐渐进入人们视野。生物保鲜剂指的是从生物中提取的或利用微生物工程技术改造而获得的天然的对人体安全的保鲜剂［3］。且随着科学发展，越来越多的新技术也结合生物保鲜剂一起运用到水产品保鲜领域，例如气调包装技术、冰鲜技术等，这些新技术、新方法的结合都有效地延长了水产品的货架期。文章综述了水产品保鲜中常用的4种生物保鲜剂的保鲜机理与研究现状，以及它们组合形成的复合保鲜剂的应用情况，并与其他保鲜技术联合应用的效果。

1 生物保鲜剂的保鲜机理

生物保鲜剂在水产品中保鲜机理可以笼统概括：杀菌作用、抗氧化作用、抑制酶活作用、成膜作用［2］。每一种生物保鲜剂的保鲜机理有各自侧重点，部分生物保鲜剂的保鲜机理已研究到细胞分子阶段。这些机理的研究为生物保鲜剂在水产品保鲜中的应用提供了理论保证，使得采用生物保鲜剂保鲜的方法来延长水产品货架期的这种途径变得更加透明，安全。

2 常用生物保鲜剂

按照生物保鲜剂定义，生物保鲜剂大致分为三类：①从天然动植物中提取的物质，如茶多酚、大蒜素等；②从微生物产业中得到的工程产品，如乳酸链球菌素、溶菌酶等；③原本就存在于各种动物体中且可以通过人工修正、分解、蒸馏等方法制得的产品，如壳聚糖、鱼精蛋白等［4］。

2．1 茶多酚

茶多酚（tea polyphenol）是茶叶中含有的多酚类物质的总称。茶多酚中主要含有儿茶素、花青素、酚酸和黄酮类化合物等物质，这些也是茶叶中重要活性物质。其中儿茶素占茶叶干重的30%～40%［5］，它能够有效清除自由基，能够提供氢质子，从而抑制脂肪自由基链式反应引起的氧化反应，达到保鲜功效，此外茶多酚还具有清除活性氧，螯合金属离子和结合氧化酶等作用［6］。近些年来，茶多酚被广泛的用于水产品保鲜研究中，取得了较好的效果。蒋兰宏等［7］研究表明经茶多酚溶液处理冷藏的鲜鲤鱼肉，TVB－N 值和pH 值均比对照组明显减小，表明茶多酚能延长鲜鲤鱼的保鲜期，且随着茶多酚浓度的增大，鱼肉的TVB－N 值和pH 值均有不同程度的下降，但当茶多酚浓度大于0．60%时，TVB－N 值和pH 值就不再发生大变化。蓝蔚青等［8］研究了冷藏条件下带鱼在茶多酚溶液处理后的保鲜效果，在比较了细菌总数、pH值和TVB－N 值等指标后，发现处理组的保鲜效果明显优于对照组，菌 落 总 数 在10d 后 才 达 到5．50×104CFU／g，TVB－N值也显示在二级鲜度，说明茶多酚能延长带鱼保鲜期。夏松养等［9］对冷冻金枪鱼的研究也表明，经过浓度为6g／L的茶多酚溶液处理过的金枪鱼肉在TVB－N 值、pH 值和a＊值等理化指标上相比于对照组有明显优势。尤其在鲜度等级时间上，经过茶多酚处理过的金枪鱼肉贮藏在－18 ℃下，第30天还能保持一级鲜度，在150d后仍能保持二级鲜度；而对照组在30d后就超过了一级鲜度，150d后早已腐败。所以说茶多酚具有较强的抗氧化能力及对细菌具有的光谱抑制作用和抑制能力［10］，决定了其在水产品保鲜中的广泛应用。

2．2 壳聚糖

壳聚糖（chitosan）是通过甲壳素脱乙酰基得到的产物，是氨基葡萄糖和N－乙酞氨基葡萄糖通过β－1，4键连接而成的一种聚合物糖类［11］。壳聚糖主要有3 种应用方式：直接添加到食品中、涂抹在食品表面和添加到食品包装材料中［12］。而壳聚糖应用在水产品保鲜中主要是由于其涂抹在水产品表面能形成一层半透膜，影响细菌吸取营养物质，阻止其代谢产物排泄，进而导致菌体的新陈代谢紊乱，致使细菌死亡，起到抑菌和杀菌的作用；此外，有报道［13］称低分子量壳聚糖可以通过渗透作用进入细菌内部，破坏细胞质中内含物的胶体状态，使其絮凝、变性，无法进行正常的生理活动，或者直接干扰其带负电荷的遗传物质DNA 和RNA，抑制细菌的繁殖，导致微生物死亡。López－Caballero等［14］研究发现壳聚糖与香精油结合涂抹在鳕鱼表面起到抗菌作用，在冷藏条件下很好的延长了其货架期。李婷婷等［15］研究发现经浓度为2%的壳聚糖溶液涂抹后贮藏在4℃下的美国红鱼片各种鲜度指标均优于对照组，能较好地抑制细菌生长，减缓蛋白质分解和脂肪氧化速度，有效延长货架期4～6d。杨胜平等［16］用壳聚糖溶液处理带鱼后冷藏，发现处理过的带鱼有较长的货架期，用浓度为1%的壳聚糖溶液涂膜保鲜效果最佳，能将带鱼的一级鲜度延长2～3d，二级鲜度延长6～7d。李升福等［17］研究了壳聚糖对对虾的保鲜作用，发现采用浓度为1．5%的壳聚糖溶液涂抹对虾表面，比涂抹浓度为2．5%的冷藏保鲜效果要好，进而得出并不是壳聚糖浓度越高保鲜效果越好。使用壳聚糖应注意的是一般说来酸溶性壳聚糖保鲜效果优于水溶性的，所以要控制好醋酸浓度防止经壳聚糖处理过的水产品留有较强的酸味，使生物保鲜剂的使用影响到水产品本身的商业价值。

2．3 乳酸链球菌素

乳酸链球菌素（nisin）是从乳酸链球菌发酵产物中提取制备的由34个氨基酸组成的多肽化合物。Nisin的抑菌机理分为两个方面：①Nisin与细胞膜上lipid II（细菌萜醇－焦磷酸－N－乙酰胞壁酸－五肽－N－乙酰葡萄糖胺）分子结合，形成Nisin－lipid II孔洞复合物，其可与细胞膜作用形成穿孔通道，使细胞内物质流失，从而导致细胞死亡；②lipid II分子是细胞壁合成的重要组成，Nisin与lipid II结合后阻碍了细胞壁的正常合成［18］。尤其对革兰氏阳性菌，包括葡萄球菌、链球菌、棒杆菌、利斯特菌和乳杆菌有抑制作用，对细菌芽孢也具有明显的抗菌活性［19］。在鱼类保鲜方面，也正因为其具有延迟鱼中肉毒梭菌芽孢毒素形成的作用，因而被逐渐应用于水产品的保鲜。蓝蔚青等［20］将经过不同浓度Nisin处理后的带鱼，贮藏在4 ℃下进行试验，发现Nisin浓度为0．5g／L时，保 鲜 效 果 最 好，在 贮 藏 第6 天，TVB－N 值 为23．55mg N／100g，能达到二级鲜度标准，同时感官品质未发生显著变化。罗水忠等［21］研究虾肉糜发现，把Nisin溶液添加到熟虾肉糜中，有效减缓了TVC、PC 和TVB－N 值的上升，保质期由2d增至56d，且虾肉糜的感官没有受到影响。但不足的是Nisin不抑制革兰氏阴性菌、酵母和霉菌，使用时一般与其他保鲜剂复合使用来增强抑菌作用，从而获得较宽的抑菌谱［22］。

2．4 溶菌酶

溶菌酶（lysozyme）别名球蛋白，是一种碱性蛋白质，它能破坏细胞壁中肽聚糖内N－乙酰葡萄糖胺和N－乙酰胞壁酸之间的β－l，4 糖苷键，进而在细胞内压作用下，使细胞破裂［23］。尤其对革兰氏阳性菌中的枯草杆菌、耐辐射微球菌有较强分解作用，只对大肠埃希菌、普通变形菌和副溶血性弧菌等革兰阴性菌也有一定程度的溶解作用［24］，并且溶菌酶在选择性杀灭微生物时，并不作用于食品中的其他物质，这就保证了食品原有营养成分不受损失。同时人体和动物细胞无细胞壁结构也无肽聚糖，故溶菌酶对人体无毒性作用，是安全的生物保鲜剂［25］。Sharma等［26］研究溶菌酶与壳聚寡糖应用于肉糜中，在4 ℃下贮藏15d后，依旧保持良好效果，细菌总数每克为3～4个数量级。蓝蔚青等［27］研究表明采用0．5g／L 溶菌酶保鲜液处理后的带鱼段，在贮藏的第8天，其TVB－N 值为（12．52±0．20）mg N／100g，仍能达到二级鲜度标准，且感官品质变化不大，二级鲜度货架期较对照组延长了3～4d。Enrique等［28］研究发现，溶菌酶抑制南美白对虾中弧菌属的能力等同于抑制革兰氏阳性菌的能力，对于溶藻弧菌、副溶血性弧菌更是有着明显的抑制作用，从而延长南美白对虾货架期。总而言之，溶菌酶作为一种酶类，就会有最适作用范围，使用时要掌握其酶学特性，对症下药，要求颇高。且对于大部分的革兰氏阴性菌来说由于其只有内壁层为肽聚糖，所以溶菌酶对革兰氏阴性菌作用会有所下降，影响溶菌酶的抑菌效果。

3 复合生物保鲜剂

由于单一的生物保鲜剂保鲜效果有限，有时不能达到预期目的，这就催生出复合生物保鲜剂。它是将多种不同功能的生物保鲜剂按一定的比例混合，形成一种保鲜性能优越的复合生物保鲜剂。复合生物保鲜剂不仅有着单一生物保鲜剂的作用，同时有着协同作用，使生物保鲜剂保鲜效果发挥到最大。

3．1 茶多酚和壳聚糖的复合

茶多酚的抗氧化作用与壳聚糖的抗菌作用结合，使得该复合保鲜剂在水产品保鲜方面的应用越来越来多。刘开华等［29］研究壳聚糖联合茶多酚对4 ℃贮藏的南湾鳙鱼肉的保鲜效果，发现复合保鲜剂组的保鲜效果优于单一保鲜剂组和空白组，且得出1%壳聚糖＋0．3%茶多酚的复合保鲜剂比例保鲜效果最佳，贮藏到第14天时，各指标仍在理想范围，比空白组延长鳙鱼肉货架期10d以上。Li等［30］运用浓度为1．5%壳聚糖和0．2%茶多酚的复合保鲜剂对冷藏条件下大黄鱼进行保鲜研究，得出此两种生物保鲜剂的复合使用能有效减缓大黄鱼各鲜度指标（TVB－N 值、K 值等）的上升，抑制细菌生长，延长大黄鱼货架期8～10d；Li等［31］随后对冷藏美国红鱼片也进行类似保鲜试验，在相同配比的复合保鲜剂处理下，美国红鱼片的货架期比没有添加保鲜剂组延长6～8d。进一步说明茶多酚与壳聚糖的复合生物保鲜剂的确有着明显保鲜功效。

3．2 Nisin与溶菌酶的复合

单独使用溶菌酶时，由于其具有高特异性，不能杀死芽孢从而出现了局限性，因而一般配以其他生物保鲜剂使用［32］。Nisin是常用抗菌性生物保鲜剂，与溶菌酶混合使用会增强其抑菌效果［33］。舒留泉等［34］在缢蛏保鲜研究中发现，Nisin和溶菌酶组成的复合生物保鲜剂保鲜效果比单一的用Nisin或溶菌酶要好，混合组的细菌总数增长最慢。郭良辉等［35］使用Nisin和溶菌酶组成的复合保鲜剂处理三角帆蚌，在比较了感官指标、TVB－N 值和细菌总数后，得到经过复合生物保鲜剂处理过的三角帆蚌的保鲜期要比对照组延长1倍。顾仁勇等［36］对斑点叉尾鮰鱼片进行试验，运用Nisin和溶菌酶作为复合保鲜剂，表明复合保鲜液的最佳配比为0．5% Nisin＋0．3%溶菌酶＋3．0% VC，且用乳酸调节pH 值至4．5，以细菌总数、TVB－N 值、pH 值 以及感官指标综合衡量，此复合保鲜液处理鱼片，结合真空包装，能使斑点叉尾鮰鱼片在0 ℃左右保藏21d。

3．3 壳聚糖、茶多酚和溶菌酶的复合

壳聚糖、茶多酚和溶菌酶组成的复合生物保鲜剂是基于壳聚糖能在水产品表面形成保护层，阻碍外来微生物入侵，茶多酚具有良好的抗氧化性，且Nisin有着对革兰氏阳性菌较强的抗菌能力，3种生物保鲜剂的复合使用可以发挥协同作用。薛长湖等［37］在研究牡蛎的保鲜中得到使用浓度为1．0%的壳聚糖＋0．5%的茶多酚＋0．06g／L 的溶菌酶组成的复合保鲜剂，牡蛎的细菌总数经过20d才达到对照组11d达到的107CFU／g，货架期由对照组的10d增加到19d，货架期几乎延长了1倍，并且改变了牡蛎冷藏过程中的优势腐败菌。蓝蔚青等［38］通过正交试验研究带鱼保鲜，以感官评分、TVB－N 含量、细菌总数、硫代巴比妥酸（TBA）含量和pH值作为评定指标，得出以10．0g／L 壳聚糖、3．0g／L 茶多酚和0．3g／L 溶菌酶配比得到的复合生物保鲜有效延长带鱼货架期，冷藏货架期可延长至13～15d。张群利等［39］参考谢晶等［34］的复合保鲜剂配置方法对池沼公鱼进行研究，表明在冷藏条件下，经壳聚糖、茶多酚和溶菌酶组成的复合生物保鲜剂处理过的池沼公鱼（俗称“黄瓜鱼”），在pH 值和TVB－N 值上均低于空白对照组，复合生物保鲜剂表现出良好的抗脂肪氧化能力，贮藏货架期从原来空气包装的6d延长到13～15d。

4 生物保鲜剂与其他保鲜技术的结合

4．1 生物保鲜剂结合气调包装技术

气调包装（MAP）是用一种或几种混合气体代替食品包装袋内的空气，抑制产品腐败，延长食品货架期的包装方法。其作为一种包装技术，多年来在果蔬保鲜方面发挥着很好的作用，国内气调保鲜技术在水产品方面还停留在实验室阶段，而在国外已有成熟的应用，它与其他技术的结合应用，尤其在与冰温技术的结合研究较多，与生物保鲜剂的结合研究还不多见。水产品气调保鲜技术研究进展中，其冲入的气体一般为O2、N2、CO2混合气，其保鲜机理一般理解为充入的高浓度CO2可以抑制一般细菌的生长，延长货架期［40］；O2能够抑制厌氧菌的生长繁殖；N2则作为主要的填充气，可以防止包装袋的塌陷，最终3 种气体混合抑制微生物繁殖。MAP能有效减少如沙门氏菌、葡萄状球菌、产气荚膜梭菌、弯曲杆菌、副溶血弧菌和肠球菌等这些在空气包装中出现的细菌所引起的食用安全问题，而且类志贺邻单胞菌在MAP包装中几乎被完全抑制［41］，更加有效延长水产品货架期。Duan等［42］研究生物保鲜剂结合气调包装技术贮藏鳕鱼，发现经过浓度为3%壳聚糖＋20%磷虾油涂抹过的鳕鱼在40%CO2＋60% N2气体包装下，贮藏在2～4 ℃，TVB－N 值到9d才达到限制值，比空白对照组延长了4d。甚至贮藏到21d，其菌落总数依旧低于105CFU／g，远远低于106CFU／g的限制值。杨胜平等［43］的研究发现只采用复合保鲜剂1．0%壳聚糖＋0．4%茶多酚处理带鱼，经过pH 值、细菌总数、感官评定和TVB－N 值等指标的比较，处理组带鱼货架期比对照组延长了4～5d，达到12～13d；随后谢晶等［44］又进行后续研究，使复合生物保鲜剂结合气调包装技术，研究表明在上述配比的复合保鲜剂处理后再结合60% CO2＋10%O2＋30% N2气体比例的气调包装技术，可使带鱼的货架期比仅用复合生物保鲜剂保鲜又增加了8d，可延长至20d，表现出优越的保鲜效果。

4．2 生物保鲜剂结合冰温技术

冰温技术（ice－temperature technology）自20 世 纪70年代由日本山根昭美提出后，经过几十年的发展已成为继冷藏和气调贮藏之后的第三代保鲜技术。冰温带的定义为0 ℃以下，食品冰点以上的温度区间，而冰温技术就是指食品在此温度带贮藏的技术，水产品贮藏在冰温带中之所以能较好的保藏，是由于细胞中溶解了糖、酸、盐、氨基酸等物质，这些物质的存在阻碍了水分子的移动结合形成冰晶，所以细胞液冰点要低于纯水，水产品在冰温带间未结冰［45］，保证了食品的良好口感与风味，并且低温环境结合生物保鲜剂的使用更加延长了水产品货架期。李辉等［46］通过生物保鲜剂结合冰温技术研究褐牙鲆货架期，结果发现经过复合保鲜剂浓度为1．0%壳聚糖＋0．5%茶多酚＋0．06g／L 溶菌酶处理后贮藏在－0．5 ℃下的褐牙鲆鱼肉，细菌总数、K 值、TVB－N 值、pH值的上升得到有效的延缓，与单一的冰温条件贮藏的样品相比，冰温技术结合生物保鲜剂能延长样品货架期10d，延长至28d。

5 展望

21世纪海洋资源的利用越来越广，水产品作为人们日常消费的对象，它的新鲜要求受到大家的关注，原来的现捕现食模式已不能满足水产品大流通的要求，在保持水产品原有新鲜程度下，保存时间越长就越能够体现水产品的价值。且原有的化学保鲜剂因自身不安全性，已经备受质疑，生物保鲜剂的出现正好填补这一空缺，复合保鲜剂的出现更是为水产品的保鲜增添了技术支持。如今进一步的保鲜技术使得生物保鲜剂与气调包装等现代高新技术结合，这不仅为水产品保鲜开辟了一个新方向，也把水产品的货架期再次延长。只是如今这些技术大部分依旧停留在实验室阶段，还没有大规模的投入生产实践，相信随着技术的不断提高，研究的不断深入，生物保鲜剂将会对水产品保藏产生深远影响。

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