壳聚糖与植物精油复配在食品保鲜中的应用

墙梦捷 鲁晓翔

摘 要：综述了壳聚糖与精油复配使用在新鲜水果、水产品和蔬菜中应用的研究进展，并对壳聚糖-植物精油复合保鲜膜存在的问题和研究趋势进行了讨论。

关键词：壳聚糖;植物精油;食品保鲜

1 壳聚糖、植物精油的保鲜原理

1.1 壳聚糖的保鲜原理

壳聚糖是一种天然的氨基多糖高分子物质，经甲壳素脱乙酰化而制得。壳聚糖来源丰富，并具有无毒无害，可食用、可降解，以及成膜性、生物相容性和广谱抗菌性等特点[1-2]，不仅被FDA批准为安全的食品添加剂，而且广泛应用于食品保鲜领域[3]。壳聚糖保鲜食品的原理主要包括：一是壳聚糖具有成膜性。壳聚糖能够在食品表面形成一层阻气、阻水的无色薄膜，该薄膜具有良好的透气性、保湿吸湿性，能阻隔细胞内外物质的传递，使食品表面形成一个低氧和高二氧化碳的半透薄膜体，有效抑制果品的物质转化与呼吸强度、抑制乙烯的生成、营养物质的消耗，同时也避免了贮藏过程中的机械损伤，从而延长果实细胞的衰老和死亡[4]。二是壳聚糖具有杀菌作用。壳聚糖能够有效抑制大肠杆菌、酵母菌、黑根霉和金黄色葡萄球菌等病原菌。壳聚糖形成的薄膜为食品提供了一个良好的微环境，阻隔内外物质的交换，营养物质不能到达菌丝的内部，使细菌枯竭而死亡。壳聚糖能够与细菌外膜上的阴离子相结合，引起细胞壁的变形、破裂，使细胞膜外露、细胞质渗透，从而引起细胞死亡[5]。此外，壳聚糖作为螯合剂，能够选择性的对微生物生长繁殖有利的金属离子进行螯合，从而抑制微生物生长繁殖与毒素产生[6]。然而，单一的壳聚糖作为食品涂膜保鲜剂时存在一些问题，如膜的机械强度较弱，且对一些微生物的抑制效果不佳，因而影响保鲜品的品质[7]。因此，研究人员正在积极尝试在壳聚糖中添加其他特性不同的物质如植物精油等，以便提高膜的整体性能。

1.2 植物精油的保鲜原理

植物精油是植物组织的次生代谢产物，是取自草本植物的花、叶、根、种子和果实等通过水蒸汽蒸馏、超临界提取、无溶剂微波快速提取和亚临界CO2萃取等方法提取具有特殊芳香气味的油状液体[8]。植物精油由100多种成分构成，主要含醛类、丙酮类、酸类、醇类、酚类以及萜烯类物质等抑菌成分，能够抑制甚至会杀死寄生在植物体上的病原微生物，其抑菌性通常是其中几种成分协同作用的结果，因而也被广泛用于食品保鲜行业中[9]。植物精油具有良好的抑菌效果和杀菌性，主要是含有芳香族的化合物、醛类、酸类和醇类等。目前对于植物精油抑菌机制的研究尚未成熟，主要的保鲜原理为以下三方面：（1）植物精油中的抑菌成分与微生物的细胞膜或细胞壁表面带有负电荷的物质发生相互作用，导致细胞膜或细胞壁的功能受到影响，微生物细胞内营养物质外泄而死亡。（2）植物精油能够分解微生物细胞膜的类脂结构，影响微生物的正常生命活动及繁殖，植物精油还能够抑制分生孢子的产生，阻碍病菌的生长繁殖。（3）植物精油的抑菌成分干扰微生物的酶系统和能量代谢，破坏遗传物质和氧化不饱和脂肪酸等影响细胞功能的物质，从而影响微生物的呼吸代谢作用，导致细胞死亡[10]。但是，植物精油在常温的条件下极容易挥发，并伴有强烈的刺激性气味的产生。植物精油几乎不溶于水，但易溶于极性小的有机溶液中，对其温度和紫外线极其敏感，在低温下会有结晶的析出，在空气中易分解变质，具有很强的抗氧化性[11]。植物精油单独作用于食品会因植物精油刺激的气味影响食品的风味，所以研究人员尝试着将植物精油与壳聚糖复配，利用两种物质的协同作用，突破常规保鲜的壁垒[12]。

2 壳聚糖-植物精油复配在食品保鲜中的研究进展  壳聚糖含有丰富的氨基、羟基等活性基团，易于与植物精油相互作用，能有效包埋植物精油、延长抗菌时间、发挥精油的缓释作用，经壳聚糖包埋后的植物精油其刺激性气味被掩盖，降低对食品风味的影响。此外，植物精油的疏水性也可以提高壳聚糖与植物精油复配抗菌膜的防水性能，从而达到更好的保鲜效果，获得高品质的保鲜食品。因此，壳聚糖与植物精油的复配使用对食品保鲜研究领域具有重要意义[13]。

2.1 壳聚糖-植物精油在水果保鲜中的研究

彭湘莲等[14]研究了壳聚糖-山苍子精油复合涂膜处理對广西金柑的保鲜效果，结果表明，山苍子精油壳聚糖复合涂膜抑制了金柑的失重，处理组可溶性固形物、可滴定酸、维生素C、总糖、感官均优于对照组。其中失重率、可溶性固形物、维生素C均有显著性差异，第30天时处理组、对照组的失重率分别为5.92%、8.35%，可溶性固形物分别为10.31%、8.67%，维生素C分别为15.77、8.32 mg/100g。总之，壳聚糖-山苍子精油复合涂膜降低了营养物质的消耗，有效地延缓了金柑的衰老。葛水莲等[15]设置了浓度分数分别为1%、0.5%、0.25%的太行菊精油辅以壳聚糖，对其圣女果的感官品质、营养物质和酶活性进行研究，结果表明，浓度为0.25%的处理组圣女果平均硬度为0.9 kg/cm2，显著高于对照组的0.5 kg/cm2和浓度为0.1%和0.5%处理组的0.6 kg/cm2，15 d后，经太行菊精油含量为0.25%处理的圣女果可溶性固形物含量增加的最少，为1.63%，与对照组增加的3.63%相比差别为2%，维生素C含量相比于其他组略高，为27 μg/g，此外，总酸含量（0.6%）减少的最少，为0.23%，细胞膜透性以及丙二醛含量的增加速度减慢，超氧化物歧化酶活性最低，其中浓度为0.25%的太行菊精油处理的保鲜效果是最好的。吴子龙等[16]研究了壳聚糖-姜精油涂膜对草莓采后生理及保鲜效果的影响，结果表明，壳聚糖与0.1%姜精油复合涂膜处理草莓，能够有效降低草莓的腐烂率、失重率、丙二醛含量和细胞膜的通透性，减少可溶性固形物、维生素C和可滴定酸的流失，有效保持草莓品质。Guerra等[17]研究表明，壳聚糖-薄荷精油复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，且该复合涂膜能够有效保持圣女果的理化和感官品质，延缓圣女果受真菌作用的影响。

2.2 壳聚糖-植物精油复配对动物性食品保鲜的研究

余达威[18]利用壳聚糖与丁香精油、肉桂精油和柠檬草精油复配，对鱼片保鲜效果进行了研究，结果表明，实验处理组的硫代巴比妥酸脂和过氧化值分别下降了41%～49%和21%～49%，鱼片脂质氧化得到了明显的抑制。壳聚糖-丁香精油涂膜的效果最佳，其中超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶和过氧化氢酶活性在贮藏末期比对照组提高了120%、36%、117%。刘善智等[19]探究了壳聚糖-迷迭香精油纳米粒对冷藏 （4 ℃）草鱼肉保鲜效果的影响，测定了经处理的草鱼肉在冷藏期间的菌落总数、硫代巴比妥酸值、挥发性盐基氮值的变化，发现处理组的草鱼货架期延长了3～4d，表明壳聚糖与迷迭香精油制备的纳米粒具有抑制微生物生长及脂肪氧化、延长冷藏草鱼肉货架期的作用，其对冷藏草鱼具有明显的保鲜效果。Ghaderi等[20]用壳聚糖-百里香精油复配使用，研究其对汉堡肉质的影响，结果表明，在壳聚糖纳米粒中包埋百里香精油是一种很有前途的技术，对控制有害微生物生长、化学和感官品质的劣变有效。Vatavali等[21]研究了壳聚糖-牛至精油复合涂膜对冷藏猪肉品质的影响，通过微生物、物理和感官品质等的分析，发现添加植物精油的壳聚糖更有效保持了肉质的品质，并延长了货架期。

2.3 壳聚糖-植物精油在蔬菜保鲜中的研究

邢亚阁等[22]以鲜切蒜薹为实验对象，对壳聚糖与肉桂油复合涂膜的保鲜性能进行了研究，结果表明，壳聚糖与肉桂精油复配使用可以降低蒜薹的失重率，减少维生素C损失，减缓蒜薹的衰老死亡速度，该保鲜剂对蒜薹具有良好的保鲜作用。Xing等[23]用5%的壳聚糖-肉桂精油处理辣椒，发现其抑制腐败效果好。贮藏35 d后，对照组出现异味、变质，感官品质不能为人接受，而壳聚糖-肉桂精油处理样品的感官接受度高，受微生物侵染率低。此外，涂膜处理辣椒的丙二醛含量低于对照组，原子力显微镜（AFM）图像表示，对照组处理的样品表面更加粗糙。实验表明，壳聚糖-肉桂精油涂膜能保证质量和延长货架期。Alvarez等[24]采用体外和体内试验方法，研究了壳聚糖与植物精油协同（茶树精油、壳聚糖与百里香精油）处理对西兰花保鲜效果的影响，结果表明，壳聚糖与精油复配能显著抑制嗜中性和嗜冷性营养菌的生长，并能控制大肠杆菌和单核细胞因子的存活，从而延长西兰花的货架期。Mohammadi等[25]研究了壳聚糖-肉桂精油的复合涂膜对黄瓜保鲜效果的影响，结果表明，在（10±1）℃条件下，壳聚糖-肉桂精油的复合涂膜可将黄瓜的货架期延长至21 d，而未涂膜的黄瓜在15 d以下就无法销售。壳聚糖-肉桂精油的复合涂膜显著降低了黄瓜的病害严重程度和发病率，提高黄瓜贮藏期间的理化品质和微生物的安全性，有效地保证了黄瓜的品质。

3 展望

目前，利用壳聚糖-植物精油复配使用在食品保鲜方面取得了不错的效果，但其中尚存在一些需要进一步深入研究与解决的问题。一是植物源天然抑菌剂在果蔬保鲜方面的应用还没有达到产业化，大多的研究实验是在单一微生物存在和恒定的环境条件下进行的，在多种微生物共存和复杂多变的环境条件下，天然植物的提取及应用技术的深入研究较为浅薄[26];二是壳聚糖和植物精油的复配使用为工业提供了新型保鲜技术，且取得了一定的进展。但由于果蔬不同品种间性质的差异，需要通过不同类型复合膜处理以达到最佳的保鲜效果。综上所述，要解决这些问题，就必须在以下方面进行更加深入的研究[27]。

3.1 寻找合适的抑菌活性精油

不同种类精油的抑菌活性物质均具有一定的抑菌普，百里香精油处理草莓可以有效抑制灰葡萄孢引起的腐烂，但用在其他水果抑菌保鲜上是否具有相同的效果还需要进行系统研究[28]。已有研究表明，百里香精油对大肠杆菌的抑制效果最为显著，其次是肉桂精油和桂皮精油。广藿香、迷迭香和茶树精油对大肠杆菌和白色念珠菌均无抑杀效果，紫苏精油虽然抑制细菌效果较差，但对酿酒酵母具有很强的抑制专一性。因此，不同种类精油抑菌活性组分对不同类型菌的敏感性的规律性的系统研究将成为下一步保鲜领域的研究重点。

3.2 进一步提高壳聚糖的性能

壳聚糖与植物精油所制备的复合抗菌膜在保鲜效果上优于单一壳聚糖膜的效果，但是在机械强度、拉伸性等方面不如普通的塑料保鲜膜。此外，在降低生产成本方面和通过动力学规律寻找到两者协同抗菌的最佳条件也有待于进一步的研究[29]。

3.3 改变涂膜时间的顺序

现阶段的果蔬涂膜保鲜大都是应用于果蔬采后的贮藏处理，将壳聚糖与精油复配抗菌剂应用在田间保果技术上尚不多见。果蔬采摘前利用壳聚糖与精油复配抗菌剂处理，有望提高果蔬品防御病虫微生物的侵害、有效降低果蔬的腐烂率。但采前使用，受到季节、天气变化等因素的影响较大[30]。进一步的研究工作涉及系统地研究不同壳聚糖-植物精油复配用于不同果蔬品、不同季节或天气条件下的使用方法。

3.4 优化精油提纯技术

天然植物中精油含量较少，我国现存的精油提取工艺没有完全完善，从而使精油在食品保鲜里领域的应用受到了极大限制。如何进一步完善精油提纯工艺是当前食用天然抗菌膜研究的重点之一，植物精油在食品保鲜方面取代添加剂、防腐剂等化学合成的物质，减少对人体存在的潜在危害，提高食品安全問题迫在眉睫。同时，将精油的应用具体广泛化、药理作用深入化等是食品保鲜领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