海藻糖对生鲜类食品保鲜的机理及其应用研究

王帅静，朱延光，蓝尉冰，于玥，侯殿志，陈华磊，黄双霞，陈山*

（1.广西大学糖业工程技术研究中心，南宁 530004；2.广西大学轻工与食品工程学院，南宁 530004；3.广西蔗糖产业协同创新中心，南宁 530004）

海藻糖对生鲜类食品保鲜的机理及其应用研究

王帅静1，2，3，朱延光1，2，3，蓝尉冰1，2，3，于玥1，2，3，侯殿志1，2，3，陈华磊1，2，3，黄双霞1，2，3，陈山1，2，3*

（1.广西大学糖业工程技术研究中心，南宁 530004；2.广西大学轻工与食品工程学院，南宁 530004；3.广西蔗糖产业协同创新中心，南宁 530004）

海藻糖是一种具有维持细胞渗透压，防止水分流失的非还原性二糖，由于其独特的生物特性被广泛应用于食品保鲜上，成为一种集调味与保护功能为一体的食品添加剂。生鲜类食品因其季节性、易腐性、地域性等特点，导致腐坏恶臭现象十分严重，开发一种天然安全保鲜剂逐渐成为研究热点。文章综述了海藻糖的生物学特性、安全性评价及对肉类、果蔬及水产品等生鲜食品保鲜的机理及在调味品行业的应用，以期为生鲜食品的保鲜提供理论上的指导。

海藻糖；安全性；生鲜食品；保鲜机理；应用

海藻糖又称酵母糖、覃糖，是一种安全的天然糖类，同时也是一种内生的渗透剂，在高渗环境中可以很好地维持生物体的生命活动［1，2］。其特殊结构使之能够保护细胞质膜，维持渗透压和防止细胞内营养成分流失，能在缺水环境下形成玻璃化结构，维持细胞正常生命结构［3，4］，同时海藻糖不具有还原性，由2个葡萄糖分子组成，呈白色粉末状，吸湿性好，天然无毒，性质稳定，受热时不会发生脱水与降解，不发生焦糖化反应和美拉德反应，海藻糖还具有低热量、低甜度等特点，因此有较高的潜在使用价值［5，6］。Green等［7］提出了海藻糖具有更高的保护生物大分子的作用，这与它的玻璃态的形成有关，而且糖类对生物体保护作用的效力从强到弱依次是海藻糖、麦芽糖、蔗糖和葡萄糖，符合它们的玻璃态转化温度（Tg）从高到低的次序，海藻糖的生物保护作用优于其他糖类就源于其具有较高的Tg值。Tadanori S等［8］进行原位观察试验也表明了海藻糖能够比蔗糖更有效地改善冰晶形态的不稳定性和抑制其生长速度。另有学者研究发现：海藻糖的代谢途径与人体摄入的乳糖相似，可以吸收进入肠道细胞，当海藻糖酶的活性不高于6.0 U／g时，摄入的海藻糖（口服量）将不能被有效代谢，并且人体会对活性不高于5 U／g的海藻糖酶产生耐受性［9］。Allison等［10］研究发现海藻糖在体内的代谢途径与其他食用糖的代谢途径基本一致，人体摄入海藻糖后，在小肠内海藻糖酶能催化水解海藻糖生成两分子D-葡萄糖，继而将其吸收和代谢掉，因此海藻糖可作为一种安全的糖类被放心食用。社会不断进步，科技不断发展，人们的消费观念及生活方式也产生了很大变化，在饮食安全上表现得尤为突出，生鲜食品逐渐获得青睐源于其新鲜美味且营养均衡，已慢慢成为人们生活中必不可少的食物。然而，生鲜食品易腐性、季节性及地域性等特征限制了其贮藏环境、市场供应和产品研发，由于其保存技术不成熟造成的腐烂恶臭现象也十分严重，因此天然安全保鲜技术的研究与开发已迫在眉睫。将被美国食品药品监督管理局认定为安全可食用的海藻糖添加于食品中不仅能够很好地保持食物的酸、甜、苦、辣、咸、鲜，增加口感，更能对苦涩味、腥臭味等起到减轻和掩盖的作用，其在食品保鲜及调味领域已占有一席之地。

1 海藻糖的生物保护机制及安全性评价

海藻糖是由两分子葡萄糖通过α，α-1，1-糖苷键连接而成的一种非还原性二糖，理论上应有α，β-1，1-；β，β-1，1-和α，α-1，1-3种同分异构体，但目前为止，只分离得到了α，α-海藻糖［11］，即目前自然界以游离态存在的只有α，α-型海藻糖，不过其他两种可依靠化学方法合成，其分子结构式见图1。

图1 海藻糖的结构

1.1 海藻糖的生物保护机制

海藻糖是一种性质非常稳定的生物应激代谢产物，对生物体具有保护作用。虽然目前就海藻糖对生物大分子的保护机制并没有明确的说法，但存在4种假说解释海藻糖稳定生物分子的机制：其一，生物体内的大分子物质如蛋白质和糖类等均被一层水膜包围着以保护其功能和特性不被改变，而海藻糖能与生物膜分子中的磷脂键形成共价键——氢键可代替水膜，用于保护处于冷冻和干燥条件下的生物分子不被破坏。Crowe等［12］将以上机制称为“水代替”假说，Crowe及Carpenter等［13］对傅里叶红外转换数据的研究更加论证了这一假说。其二，Green等在1989年提出“玻璃态”假说，即海藻糖水溶液在干燥环境下浓度越大其黏度也越大，当达到一定程度且未结晶时，其海藻糖／水混合物就会呈现玻璃化，这种现象称为“玻璃态”。当生物体缺水时，海藻糖会紧紧包裹相邻的分子从而形成一种碳水化合物玻璃体结构，该结构与玻璃状的冰非常相似，扩散系数很低，分子运动和分子生物学特性也很微弱，能够使生物的空间结构保持不变，有维持生物体系生命特征的作用。其三，Timasheff［14］提出“优先排阻”假说，他们认为海藻糖直接与蛋白质表面的水分子相结合而不是作用于空间结构，这种结合形式能够减小蛋白质溶剂化层的半径，并且因分子结构更加紧密、构象更加稳定而能有效抵御外界环境的变化，维持生命体的新陈代谢。海藻糖因具有良好的水合体积能在溶液中结合更多的水分子［15］，有研究称海藻糖的水化体积大约为蔗糖、麦芽糖、葡萄糖和果糖的2.5倍，因此也证明了海藻糖保护大生物分子的机制要优于其他低聚糖。其四，有学者研究发现海藻糖与其他分子具有协同作用。Singer等［16］研究酵母细胞时发现海藻糖与一些分子伴侣在细胞热耐受中发挥了协调作用。Miller［17］以乳酸脱氢酶为研究体系，发现一些离子能与海藻糖产生协同作用，对该酶产生更强劲的保护效果。

1.2 海藻糖的安全性评价

海藻糖用于食品添加剂使用时，人们在关注其有效性的同时也应考虑其对人体的安全性。国内外不少专家都对海藻糖的安全性进行了相关试验，以张晶［18］、梁春华［19］、Richards等［20］为代表在海藻糖的急性毒性、长期毒性及生殖性毒性方面进行了试验，试验结果显示经海藻糖处理的小鼠与未处理的小鼠没有显著差异。Richards等还进行了海藻糖的致突变试验，结果表明海藻糖没有致突变性。陈晖等［21］对海藻糖用于药物的安全性进行了评估，结果表明：海藻糖对SD大鼠急性经口毒性表现为无毒，对家兔皮肤及眼睛也无刺激性，连续90天对SD大鼠肌肉注射未观察到产生明显毒性，高于200 mg／kg为无毒剂量，因此海藻糖是安全无毒的药用辅料。根据研究者所做的毒性试验，可知海藻糖是毒性极低的安全糖类，长期使用不会对人类有显著危害，对食品药品等领域使用海藻糖提供了理论上的支持。

2 海藻糖的保鲜机理及应用

生鲜食品的概念源于外资零售企业，是指由种植、采摘、养殖、捕捞形成的，未经加工或经初级加工，可供人类食用的生鲜农产品。目前具有代表性的是“生鲜三品”，即：肉类、果蔬和水产品。由于贮藏保鲜及加工技术的落后，我国生鲜食品腐烂恶臭现象严重。而海藻糖对肉类等油脂成分中的不饱和脂肪酸的分解有抑制作用，可防止因不饱和脂肪酸分解而产生的酸臭味；海藻糖还能影响味觉，对食物的香味、咸味有协同增效作用，还能缓和与掩盖部分不良味道，如果蔬、茶叶的涩苦味；海藻糖在动植物中能起到稳定组织细胞结构的作用，能防止蛋白质变性，抑制腐腥臭味的产生，而且即使在失水的情况下仍能保持原有的组织或细胞构造不因干燥或冻结而受到伤害，达到维持组织细胞结构的目的，因而具有保持生鲜肉类及果蔬的组织稳定和持久保鲜的作用。

2.1 对肉类的保鲜机理及应用

富含油脂的肉类在加工保藏过程中很容易发生酸败，产生一定刺激性的臭味。油脂酸败是长链的不饱和脂肪酸分解断裂成短链的脂肪酸、醛类和酮类等，并且在分解过程中产生一些具有不愉快特殊气味的中间产物如过氧化氢等，导致了脂肪氧化酸败的臭味。海藻糖抑制不饱和脂肪酸分解产生挥发性醛的机理是通过抑制不饱和脂肪酸的自动氧化从而抑制氢过氧化物等起始产物的形成［22］。海藻糖对肉类的保鲜是通过在室温下形成的一种特殊的能析出粘液的膜将肉类滋润并封存起来，同时能杀死源头细菌和后来的染菌，这种膜不仅能辐射外来热量而且在常温下非常稳定［23］。海藻糖不会发生美拉德反应，因此不影响食品的色泽、风味及质地等，具有抗逆保鲜作用，在肉类保鲜领域深受欢迎，将海藻糖均匀涂布在将要脱水的肉制品中，能够有效保留肉类的营养风味及维生素等，肉类水合后又能恢复其原有性状［24］。蛋白质的结构对肉制品的保鲜有很大影响，蛋白质结构为网状疏松式，能够有效截留水分，达到肉类保鲜目的［25］，而海藻糖用于保护肉制品中蛋白质分子的天然结构是非常有效的，而且能长期保持其品质和化学性质稳定不变，从而保证肉类的色泽、风味和营养等特性。

在肉类食品中加入海藻糖能有效抑制脂肪酸败，从而保证肉类食品长时间保持鲜嫩柔软，并能有效抑制异味的产生。日本学者奥和之等［26］发现海藻糖能很好地抑制脂肪酸败，研究表明海藻糖通过抑制不饱和脂肪酸的自动氧化，减少由于脂肪酸败形成的不良气味，从而达到保持肉制品营养和风味的目的。张晓燕等［27］研究表明含有海藻糖的生物可降解薄膜对冷鲜肉的保鲜及护色作用更加明显，且能减缓挥发性盐基氮的累积速率，抑制了蛋白质变性、脂肪酸败及腐臭味的产生，从而对冷鲜肉的新鲜度、色泽及风味起到了很好的保持作用；宋树鑫等［28］研究了海藻糖对冷鲜猪肉的保鲜优势，结果表明海藻糖处理的猪肉货架期明显高于其他两实验组及空白对照组，经海藻糖处理过的滤纸片周围也未出现抑菌圈，说明虽然海藻糖并非直接作用于腐败微生物，但是能有效避免因腐败菌而导致的变质恶臭等现象的发生；王立立［29］采用真空包装和添加海藻糖相结合的方式研究了海藻糖对冷鲜肉的矫味保鲜作用，结果表明：浓度为6%的海藻糖复合保鲜液比浓度为4%的海藻糖溶液保鲜期长，但因复合保鲜液中存在醋酸等异味，综合感官评定，认为浓度为4%的海藻糖溶液较为理想。

2.2 对果蔬的保鲜机理及应用

果蔬等被采摘后仍是一个活的有机体，在加工及贮藏环节还能进行呼吸作用、休眠等复杂的生命活动。控制果蔬腐败主要通过以下3个途径［30］：一是要控制果蔬的呼吸作用，延缓其变质进程，主要通过改善贮藏环境温度和气体来实现；二是抑制微生物的生长，通过添加杀菌剂以及控制贮藏环境条件等实现；三是通过对贮藏环境湿度的控制以及细胞间水分的结构化来调控果蔬水分的蒸发。海藻糖能够抑制果蔬褐变，稳定果蔬组织，保持果蔬新鲜度及口感，防止果蔬因生命活动导致的腐败变质。海藻糖对果蔬的保鲜机理主要是形成保护膜质，将海藻糖通过浸渍、涂刷及喷洒等方式涂覆在果蔬表面，海藻糖风干后会形成具有通透性和阻气性的透明无色膜层，该膜层通过覆盖果蔬表面微孔减小表皮空隙从而抑制果蔬的呼吸，并能够对各种分子增加穿透阻力［31］。另外，该膜层能有效阻止外界空气进入膜层内，防止氧气与果蔬内的酶作用引发褐变，同时果蔬组织内CO2与O2比例增加，呼吸强度变弱，水分蒸发过程变得缓慢，从而达到延长果蔬采后的寿命的作用［32］。同时海藻糖还具有甜味剂、护色剂和预防龋齿等功能，在果蔬应用方面有很好的开发前景。

果蔬被采摘后其体内仍然在发生着糖酵解、三羧酸循环（TCA）和电子传递链等系列酶反应过程［33］。这些反应放出热量会影响贮藏温度，使果蔬生命活动变得旺盛，从而加速营养元素的消耗，降低果蔬的货架期。Jing W等［34］探讨了海藻糖对草莓和辣椒的保鲜作用，以海藻糖为主要原料并配合牛血清蛋白对草莓和辣椒在25℃条件下进行涂膜保鲜试验，结果表明：当海藻糖与牛血清蛋白含量均为2.5 g时组成的膜进行涂膜保鲜时效果最佳。莫祺红等［35］发明了一种防褐变的泡菜制备方法，有效利用了海藻糖能够抑制褐变反应及具有护色的功能，不仅保持了泡菜的口感，而且增加了泡菜的鲜味。张崇霞［36］研究了壳聚糖、植酸、海藻糖及三者复配对罗伯逊脐橙采后的保鲜效果及机理，结果表明壳聚糖浓度、植酸浓度和海藻糖浓度分别为2%，1%，3%的实验组在延缓脐橙的后熟及衰老过程中最为有效，并在色泽、香味、异味、组织状态及滋味的感官评分中得分最高，且该组最有利于烯类物质的生成和保持，从而使得脐橙果实香气更加浓郁。苏艳兰等［37］对白果软包装生鲜制品的加工工艺进行了研究，通过感官测定，确定最佳配方浓度为食盐0.5%、海藻糖2%、柠檬酸0.2%，其中海藻糖很好地保持了白果的色泽、风味和质地，并增强了香甜味，同时缓和与掩盖了部分不良味道，减少了白果的苦涩味。

2.3 对水产品的保鲜机理及应用

鱼类等水产品在保鲜和加工环节很容易因微生物和化学反应而腐败变质产生苦腥味，腐败菌等微生物将鱼类体表粘液作为培养基生长繁殖，分泌大量的蛋白酶使鱼肉中的蛋白质分解从而导致鱼肉组织被破坏，鱼肉质地变得疏松并且产生吲哚、粪臭素、硫醇、氨及硫化氢等臭味物质，同时鱼肉颜色会发黄变褐［38］。当鱼肉中的蛋白质被酶水解后会形成苦味肽，球蛋白分子中的疏水性氨基酸藏在蛋白质分子内部，当分子被水解时疏水性氨基酸暴露出来接触味蕾产生苦味，因此抑制蛋白质的变性能有效解决鱼肉制品苦腥味的产生［39］。海藻糖保护蛋白质分子的原理是通过其自身分子进入鱼类等水产品体内，游离的羟基与水结合，自身发生膨胀，冰晶生成速率减缓，体系的共晶点降低，并增加了肌肉组织结构各组分之间的距离，增大了含水分区域，阻止肌肉内部水分流失并利用形成的三维空间稳定结构，从而增强蛋白质的稳定性来达到防止鱼片的蛋白质变性，同时海藻糖具有高的玻璃态转变温度也对其产生作用［40］。Tadanori S等［41］发现水在含有海藻糖的条件下结冰时形成的冰晶具有能有效减少对鱼肉损伤的作用，他们观察了蔗糖溶液和海藻糖溶液在显微镜下所呈现的冰晶形态。

图2 蔗糖溶液与海藻糖溶液在过冷条件下形成的冰晶性状

由图2可知，蔗糖溶液冰晶体边缘锐利，容易刺破肌肉细胞，而海藻糖溶液晶体形态相对圆润，也不易刺伤细胞，而且尺寸较小。

徐永霞等［42］以感官评分作为评价指标，采用响应面法研究了海藻糖溶液对白鲢鱼的脱腥效果，结果表明海藻糖与柠檬酸分别以4.5%，0.43%的浓度浸泡38 min，不仅能很好地保存白鲢鱼的营养成分，而且脱腥后肉的硬度、胶着度和咀嚼度明显下降，弹性、粘聚性及回复性变化不大。粟桂娇等［43］分别使用酵母发酵、风味酶处理、活性炭吸附及海藻糖处理等酶法对罗非鱼进行脱色、脱苦、除腥研究，结果表明海藻糖在脱苦、除腥方面效果最佳。张朝敏等［44］研究比较了茶多酚、海藻糖和茶多酚-海藻糖脱腥液对白鲢鱼肉品质的影响，结果表明经过脱腥液处理能够很好延长白鲢鱼的货架期，抑制细菌的生长。

3 展望

调味保鲜行业目前正面临着向多功能纯天然集矫味保鲜功能为一体的方向发展的关键时期，天然安全添加剂的使用能及时为其注入新的活力，牵引着调味品行业不断进行转型升级，虽然海藻糖在这方面的研究与应用逐步深入，但还有一些问题存在：如海藻糖膜过厚且涂膜不均，导致果蔬类食品进行厌氧呼吸，多糖也有可能为微生物的生长繁殖提供良好的培养条件，因此可对海藻糖进行衍生改性，研发相应的加工工艺和设备，实现工业化生产；也可将海藻糖与天然材料复配，在保证安全的前提下，提高产品的营养价值和实用功能；还可对海藻糖的保鲜矫味等功能进行风险评估及毒理学实验，为今后工业化的生产提供理论依据，同时，由于技术和价格等因素的限制，目前全球能够正常生产海藻糖的厂家少之又少，远不能满足庞大的市场需求，因此研究海藻糖合成途径促进规模批量生产，满足市场需求，提高经济效益，同时改善化学食品添加剂对环境和人体带来的危害，对调味品的质量保障体系升级有良好的推动作用。

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Study on the Mechanism of Trehalose for Fresh Food Preservation and lts Application

WANG Shuai-jing1，2，3，ZHU Yan-guang1，2，3，LAN Wei-bing1，2，3，YU Yue1，2，3，HOU Dian-zhi1，2，3，CHEN Hua-lei1，2，3，HUANG Shuang-xia1，2，3，CHEN Shan1，2，3*
（1.Center for Sugar Industry Engineering and Technology Research，Guangxi University，Nanning 530004，China；2.Light Industry and Food Engineering College，Guangxi University，Nanning 530004，China；3.Guangxi Sugar Industry Collaborative Innovation Center，Nanning 530004，China）

Trehalose，a non-reducing disaccharide，is able to maintain the extracellular osmolarity and prevent water loss.It is widely applied in food preservation due to its unique biological features，becomes a kind of food additive with the seasoning and protection functions.The spoilage of fresh food is serious because of its seasonal，perishable and regional characteristics.Therefore，it is necessary to develop a natural and safe preservative in modern society.Review the biological characteristics and safety evaluation of trehalose.In addition，review the mechanism of trehalose for fresh food preservation such as meat，fruits，vegetables and aquatic products and its application in condiment industry，in order to provide the theoretical guidance for fresh food preservation.

trehalose；safety；fresh food；preservation mechanism；application

TS245.9

A

10.3969／j.issn.1000-9973.2017.10.036

1000-9973（2017）10-0165-06

2017－04－17 *通讯作者

王帅静（1992－），女，河南洛阳人，硕士，研究方向：糖厂副产物的综合利用与糖类药物开发。