冷链物流中海水鱼的腐败机制及保鲜技术研究进展

梅 俊， 许振琨， 郁慧洁， 谢 晶

（上海海洋大学 食品学院，上海 201306）

海水动物产品是优质动物蛋白的重要来源之一，其高蛋白质、低热量、高不饱和脂肪酸的特点深受消费者喜爱， 是居民膳食结构的重要组成部分。我国是水产品生产和消费大国，其中海水鱼产品在众多水产资源中占据重要地位。 据《2021 年中国渔业统计年鉴》 数据显示，2020 年我国海水鱼养殖174.98 万吨，捕捞648.78 万吨。 消费者对海水鱼产品的需求不断增加，促进了我国深远海水鱼类捕捞产业和海水鱼养殖产业的发展。 冷链物流泛指冷藏冷冻类食品在生产、加工、贮藏、运输和销售等环节始终处于规定的低温环境下，以保障食品质量的供应链系统。 在此期间，水产品特别是海水鱼产品极易在微生物和酶的作用下发生腐败变质，产生不良口感、色泽与风味，导致品质劣变，失去商品价值[1]。探明海水鱼冷链物流腐败机制，开发新型海水鱼保鲜技术，降低海水鱼冷链物流中的损失，是提高我国海水鱼市场竞争力的关键。

海水鱼死后不久就会发生内源性酶促反应、氧化和微生物活动， 并导致感官和营养特性发生变化，从而缩短保质期[2]。 变质被描述为海水鱼的初始状态的任何变化，包括令人不快的气味、味道、外观或质地。 海水鱼的腐败可分为自溶性腐败、氧化腐败和微生物腐败。 其中，微生物腐败是海水鱼冷链物流中腐败变质的主要原因。 作者对海水鱼冷链物流中发生腐败的机制进行探讨，通过海水鱼包装前的减菌处理，以减少海水鱼表面微生物数目，结合冷链物流的抑菌技术，延长海水鱼在冷链物流中的货架期。

1 海水鱼冷链物流中的腐败机制

我国海水鱼的流通销售多以冷鲜或冷冻形式进行，虽然海水鱼在冷链物流中可以保持较长时间的新鲜度，但海水鱼的腐败变质难以避免。 研究表明，海水鱼在冷链物流中的腐败变质主要由自溶性腐败、氧化腐败和微生物腐败引起。

1.1 自溶性腐败

1.2 氧化腐败

如图1 所示，冷链物流中海水鱼脂质氧化主要包括启动、传播和终止3 个阶段[5]。 海水鱼的氧化过程可以通过催化剂（光、热和金属离子等）促进脂肪酸中双键附近氢原子的失去以形成自由基，开始启动阶段。 在传播阶段，自由基与氧反应形成过氧自由基，过氧自由基再次与其他脂质分子反应形成氢过氧化物和新的自由基。 当有大量自由基形成非自由基产物时，该过程终止。 冷链物流中海水鱼脂质氧化启动和传播机制有多种，包括自氧化、脂氧合酶作用、微粒体酶作用、光敏氧化和过氧化物酶作用等。 其中，自氧化被定义为大气中的氧气与脂质的自发反应，是导致冷链物流中海水鱼氧化变质的最常见原因[6]。 自氧化的主要产物是脂质氢过氧化物，然而，由于它们不稳定，氢过氧化物会分解产生复杂的次级氧化产物混合物，例如醛、酮、醇、烃、挥发性有机酸和环氧化合物等，导致肌肉酸败和品质劣变[7]。 氧化通常涉及氧与脂肪酸双键的反应，而海水鱼中含有较高的多不饱和脂肪酸（polyunsaturated fatty acids，PUFA）特别容易氧化。 此外，海水鱼肌肉中的铁结合蛋白，如血红蛋白、铁蛋白、肌红蛋白、含铁血黄素、转铁蛋白等含有金属离子，在海水鱼冷链物流中会被释放出来，并在启动和（或）激活脂质氧化中发挥重要作用[8]。 脂质氧化产物也可以造成蛋白质变性、蛋白质电泳谱的修饰、营养损失、内源性抗氧化系统损失和荧光化合物的产生。 因此，脂质氧化导致消费者对海水鱼的接受度下降。

图1 脂质氧化步骤的概述Fig. 1 An overview of the steps of lipid oxidation

1.3 微生物腐败

海水鱼的生化成分为微生物生长提供了理想条件，使得微生物腐败是冷链物流中海水鱼品质劣变的主要原因，导致海水鱼损失高达25%~30%。 微生物生长和新陈代谢会产生腐胺、组胺和尸胺等生物胺，以及具有刺激性和有害异味的有机酸、硫化物、醇、醛和酮等化合物[9]。 每种海水鱼都有自己独特的微生物群，这取决于微生物环境、原材料、加工条件、储存条件以及微生物耐受保存条件的能力等[10]。海水鱼在冷链物流中，并不是所有的微生物都会使海水鱼变质， 只有一小部分会导致海水鱼腐败变质， 称之为特定腐败微生物 （specifics spoilage organisms，SSOs）。 特定腐败微生物可以通过非蛋白氮的同化作用产生挥发性风味化合物，产生令人不快和不受欢迎的异味[11]。 特定腐败微生物因海水鱼种类和贮藏条件会发生变化，表1 中列出了不同海水鱼在不同冷链物流条件下的特定腐败微生物。

表1 海水鱼在冷链物流中的特定腐败微生物情况Table 1 Specifics spoilage organisms of marine fish in cold chain logistics

2 减菌技术

海水鱼在冷链物流运输之前经历了捕捞、宰杀、 清洗等过程， 其微生物污染来源包括空气、水源、内脏、宰杀工具、工作人员等，污染的方式和程度取决于加工和处理方法、卫生控制措施及贮藏和配送环境。 此外，海水鱼在冷链运输中受运输时间与运输条件的影响也会发生腐败变质。 为尽量减少海水鱼宰杀过程中的微生物污染，保证海水鱼的质量和安全，国内外许多专家致力于减菌技术与措施的应用研究。 减菌技术是海水鱼冷链物流中亟须采取的关键技术，合理的减菌措施可以减少海水鱼的初始微生物数量，提高其在冷链物流中的安全性并延长货架期。

2.1 臭氧水

臭氧是一种可直接接触食品的高效杀菌剂，通过对微生物细胞成分的逐步氧化，破坏成分中的脂肪酸和蛋白质。 臭氧的杀菌机制主要是两种灭活机制，包括：1）肽、蛋白质和酶的巯基、氨基酸氧化成更小的肽；2）多不饱和脂肪酸氧化成酸过氧化物，最终导致细胞渗漏而死亡[20]。 已经证明了臭氧对革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌都具有致命性，尤其是革兰氏阴性菌。 而海水鱼冷链物流中的特定腐败微生物多为革兰氏阴性菌，因此，臭氧适合海水鱼加工的减菌处理。 Aponte 等利用臭氧处理大口羊舌鲆（Arnoglossus laterna），发现臭氧对嗜冷菌、产H2S菌、气单胞菌和布罗丝菌属具有显著的杀菌作用[21]。Zhao 等研究发现臭氧流态冰显著抑制微生物生长，延缓大黄鱼（Pseudosciaena crocea）硫代巴比妥酸（thiobarbituric acid，TBA）、总挥发性盐基氮（total volatile basic nitrogen，TVB-N）、K值和生物胺的升高，有效提高大黄鱼的质量[22]。 但是，臭氧非常不稳定，即使暴露在光线下也会降解，在实际应用中需要现场生产；其次，臭氧不溶于水，因此需要特殊的混合装置。 这限制了臭氧在海水鱼减菌处理中的工业应用。

2.2 电解水

电解水是通过在电解水发生装置中电解稀NaCl（有时是KCl 或MgCl2）溶液而产生的，由于其有效的杀菌活性， 已经成为最有前途的杀菌剂之一。 根据电解水装置的种类、电解质和电解参数，可以生成不同的电解水类型。 根据生成溶液的pH，电解水可分为酸性电解水（pH 2.2~2.7）、弱酸性电解水（pH 2.7~5.0）、微酸性电解水（pH 5.0~6.5）、中性电解水 （pH 6.5~7.5） 和碱性电解水 （pH 11.0~13.8）。电解水的基本特性包括有效氯浓度（available chlorine content，ACC）、pH 和氧化还原电位（oxidation reduction potential，ORP），被认为是直接影响电解水消毒效果的3 个主要因素。 弱酸性电解水仅通过电解HCl 或在无膜电子水反应器中与NaCl 结合产生[23]。在pH 为5.0~6.5 和ORP 为800~900 mV 的情况下，其活性成分是HOCl（10~80 mV），其杀菌效果是同等浓度ClO-的80 倍[24]。 弱酸性电解水的pH 由于腐蚀性较小，使其成为优于酸性电解水的首选杀菌剂。 Li 等利用弱酸性电解水（ACC 为31 mg/L、pH为6.1、ORP 为947.6 mV）处理暗纹东方鲀（Takifugu obscurus），经过处理的暗纹东方鲀初始菌落数下降1 lg（CFU/g），同时，假单胞菌、腐败希瓦氏菌和乳酸菌数量也有所降低[25]。 Jung 等利用弱酸性电解水（ACC 为45 mg/L、pH 为5.07）和葡萄柚籽提取物处理尖吻黄盖鲽（Pleuronectes herzensteini），能明显抑制尖吻黄盖鲽冷藏期间的菌落总数 （total viable count，TVC）、Pseudomonas、 产H2S 菌的增长， 减缓TVB-N 和K值的升高， 保持其良好的感官品质[26]。但是，有研究认为酸性电解水可以改变蛋白质的二级结构，从而影响冷链物流中海水鱼的质量[27]。

电解水杀菌主要是电解水中的活性氯引起的，包括HOCl 和ClO-（见图2）。 由于细胞膜脂双层的疏水性，带电荷的ClO-难以穿过细胞膜自由进入细胞（见图2 中A），同时，细胞壁对ClO-也有一定的阻隔作用。 HClO 为中性，且相对分子质量小，可以通过被动扩散自由进入微生物内部，然后直接从内部破坏微生物的核酸和蛋白质（见图2 中B 和C）。因此，HClO 的杀菌能力比ClO-强。 除HClO 和ClO-外，电解水也会产生O3和H2O2等活性氧物质，也会破坏微生物细胞膜的脂质成分和蛋白质，从而破坏细胞膜的通透性。 同时，O3和H2O2也可直接穿过微生物的细胞壁和细胞膜，与蛋白质反应破坏微生物的代谢过程，导致微生物迅速失活[27]。

图2 电解水中ClO-、HClO、H2O2、O3 对微生物的作用机制[27]Fig. 2 Mechanisms of ClO - ，HClO，H2O2 and O3 of electrolyzed water against microorganisms

2.3 低温等离子体

低温等离子体是物质的第4种状态，可以由不同的能源产生，包括辐射能（伽马辐射、X 射线、电磁辐射）、电能、光能（紫外线等）和热能等，能够电离气体，产生自由基、带电粒子和紫外线辐射[28]。 低温等离子体的主要杀菌机制有：1）增加细胞膜和细胞壁的渗透性（孔的形成、渗透性增加和破裂等），导致细胞成分（钾、核酸和蛋白质等）的泄漏；2）损伤细胞内蛋白质；3）破坏核酸的结构和组成[29]。低温等离子体的杀菌性能受多种因素控制或影响，包括电压、频率、处理时间、工作气体成分、后处理时间（暴露时间）和样品表面积等[30]。关于低温等离子体对海水鱼品质的影响见表2。真菌孢子因为细胞壁更厚，化学成分也不同，不受等离子体处理的影响。 多糖类物质，如几丁质、纤维素和核膜保护的二倍体基因组的非编码区（内含子），是降低DNA 和细胞壁的损伤额外屏障。 活性氧和活性氮可以加速海水鱼脂质氧化，促进不饱和脂肪酸分解和修饰为脂质过氧化物。 受低温等离子体作用物的影响，不同海水鱼的脂质氧化有所增加。 有研究者在利用低温等离子体延长鲭鱼货架期时发现低温等离子体系统在80 kV 下处理5 min 会加速与蛋白质氧化有关的羰基化合物的形成[31]。 Koddy 等评估了低温等离子体对带鱼（Trichiurus lepturus）肌肉蛋白特性的影响，发现处理样品中的羰基含量显著增加，比对照样品高约3 倍。 但是，肌肉蛋白的质地分布、持水能力和颜色特性显著改善[32]。

“留白”一词最初源于中国传统国画艺术，是许多艺术种类的重要表现手法之一．诗人称“空白”为“含蓄”，书法家称其为“飞白”，画家称其为“留白”或“布白”，音乐家叫它为“煞声”[1]．留白艺术即指创作者在作品中有意预留空白之处，为观者、读者或聆听者留下自主想象的空间．留白艺术的运用使得观者欣赏作品时能融入自身的思考与理解，不仅仅是被动地接受创作者的意图，而是有主动再创作的机会．

2.4 辐照杀菌

辐照杀菌是一种非热杀菌技术，通过将食品暴露于一定量的机械或自然来源的电离辐射下以实现微生物的灭活。 辐照杀菌主要有电子束 （ebeam）、X 射线和γ 射线3种。 水产品的加工中通常采用γ 射线进行辐照处理[33]。在直接辐射中，电离辐射会破坏目标微生物的DNA， 随后通过抑制DNA合成来阻止细胞分裂。 间接效应是由辐照与水分子的相互作用而发生的。 这种相互作用将导致活性分子的产生，例如羟基自由基，随后与产生氧气的氧化剂结合，氧化剂的积累最终会导致细胞裂解[34]。由世界卫生组织、国际原子能机构和联合国粮食及农业组织建立的食品辐照联合专家委员会已经证明了食品辐照在特定剂量（10 kGy 以下）下的安全性，因此，在辐照过程中要精确控制辐照剂量，以免造成感官和营养价值的重大损失。 Shankar 等利用γ辐射（1 kGy）处理太平洋无须鳕鱼（Merlucciussp.）发现γ 辐射可以显著降低微生物含量，且外观没有明显变化，但是pH 略微降低[35]。Mahmoud 等研究发现X 射线（1.0 kGy/min）可以显著降低金枪鱼鱼片中Salmonella和腐败菌群， 金枪鱼受到X 射线照射时其颜色发生明显变化，但在冷藏过程中未观察到对照样品和处理样品的颜色或硬度有显著差异[36]。

2.5 高静压（high hydrostatic pressure，HHP）杀菌技术

HHP 杀菌技术是一种非热技术，能够灭活病原微生物和腐败微生物的营养细胞， 改变酶活性，从而保持海水鱼的新鲜度和营养价值。HHP 灭菌的机制的主要有：1）蛋白质变性和酶失活；2）破坏微生物细胞的形态和膜通透性， 造成膜内物质泄漏；3）基因组成发生变化等。 当HHP 处理造成的损伤超过微生物细胞自身修复能力，甚至使原有功能被破坏或者发生不可逆转的变化时，会影响微生物正常的生理机能。在施加500~600 MPa 的压力时可以提供与巴氏杀菌相似的杀菌效果[37]。 杨华等研究超高压处理对养殖大黄鱼保鲜效果的影响，结果发现养殖大黄鱼经500 MPa、15 min 处理后进行4 ℃冷藏，在第45 天时大黄鱼的菌落总数为5.7×104CFU/mL，TVB-N 和TMA 分别不超过35 mg/hg 和5 mg/hg[38]。

HHP 会影响离子相互作用、疏水性、氢键、二硫键等非共价键，因此，会直接作用于蛋白质、酶、脂类、碳水化合物等大分子物质，而小分子化合物（维生素、矿物质等）不受影响。 其中，海水鱼中蛋白质是HHP 修饰的关键分子， 其内部空间的维度排列可以被压缩，通过蛋白质四级、三级和二级结构的折叠导致蛋白质体积的减小，从而导致蛋白质的解离、展开、变性、聚集、沉淀和不同强度的糊化[39]。HHP＜150 MPa 时主要影响蛋白质四级结构，200 MPa 时主要影响三级结构，而300~700 MPa 的压力可以诱导二级结构的变化和蛋白质变性[40]。 HHP 处理海水鱼在灭菌的同时， 也会引起一些不良结果，如蛋白质和脂质氧化。HHP 条件下的蛋白质氧化与形成的自由基有关， 自由基会引发各种氧化反应，从而通过必需氨基酸降解和蛋白质消化率降低而形成异味并降低营养价值。 Zhou 等利用HHP（200、400、600 MPa，10、30、50 min）诱导鲽鱼（Nemipterusspp.） 肌动球蛋白的理化性质变化， 结果发现HHP导致蛋白质聚集体的出现使得肌动球蛋白浊度增加与蛋白质溶解度降低，随着压力和加压时间的增加肌动球蛋白表面疏水性增加、 总巯基含量降低、表面活性巯基含量增加[41]。 在HHP 对脂质氧化方面，脂质氧化不是由于HHP 对脂质的直接影响，而是由于氧气和金属离子、蛋白质或酶等催化剂的联合作用。

2.6 光动力杀菌技术

光动力杀菌技术基于可见光、光敏剂（可以是内源性或外源性的）和分子氧的组合，在有氧的情况下用足够的光照射光敏剂将产生丰富的活性氧，其进一步与微生物细胞内的多个靶点发生反应并最终导致细胞死亡。 这个过程（见图3）产生的活性氧主要是单线态氧（1O2）、羟自由基（·OH）、超氧阴离子（·O2-）和过氧化氢（H2O2）[42]。活性氧与靶细胞包膜的相互作用可能引发膜脂肪酸链的脂质过氧化，诱导膜结构发生变化，例如相分离和孔形成等[43]。对蛋白质靶标的额外损伤导致蛋白质等电点的变化、蛋白质氧化和蛋白质交联， 而活性氧损伤DNA 可能会导致脱氧鸟苷的氧化（dG）产生8-羟基-脱氧鸟苷（8-OHdG）[44]。从自然界获得的光敏剂主要有金丝桃素、香豆素、呋喃香豆素、叶绿素（Chl）、姜黄素和核黄素（维生素B2）等。 Kim 等利用核黄素作为光敏剂，通过460 nm LED 以0.22 kJ/cm2的强度照射30 min， 可以有效灭活冷熏三文鱼表面的Listeria monocytogenes，增加细胞膜的通透性，导致DNA 泄漏[45]。 同时光动力处理也会导致细菌细胞内DNA、RNA 和蛋白质等成分的损伤。 Gong 等利用姜黄素介导的光动力杀菌技术，在15 W LED 灯（470 nm）功率条件下， 处理鲟鱼 （Acipenser gueldenstaedti Brandt♀×Acipenser schrenckii Brandt♂）90 s，发现经过光动力杀菌技术处理的鲟鱼微生物数量减少，在4 ℃冷链过程中鲟鱼肉氧化程度降低，肉质腐烂变慢，腐败微生物的新陈代谢水平较低，营养成分分解较少[46]。

图3 光敏过程产生活性氧的机制Fig. 3 Mechanisms of production of reactive oxygen species from the photosensitisation process

不同减菌技术处理对冷水鱼冷链物流中的品质见表2。

表2 不同减菌技术处理对海水鱼冷链物流中品质的影响Table 2 Effects of different bacteria-reducing technologies on the quality of marine fish in the cold chain logistics

续表2

3 抑菌技术

利用减菌技术减少海水鱼表面微生物的数量，然后经过（不经过）包装将海水鱼送入冷链物流。 然而，在冷链物流中，海水鱼中的微生物处于增长状态。 因此，为保证冷链物流中海水鱼的新鲜品质，需要采取一些措施抑制微生物的生长。 目前，常用的抑菌技术有温度控制、气调包装、活性包装等。

3.1 温度控制

低温是海水鱼贮藏的主要方式， 冷却贮藏、过冷贮藏和冷冻贮藏可以延缓海水鱼的品质劣变，更长时间维持海水鱼的高品质。

3.1.1冷却贮藏 冷却贮藏是海水鱼最常用的贮藏方式之一，是将海水鱼冷却至接近融冰温度进行保藏。 通过低温抑制酶的活性和微生物的生长，减缓物理和化学变化，从而维持海水鱼的高品质。 但仍有一些嗜冷微生物能缓慢生长繁殖，最终导致海水鱼的腐败变质。 在海水鱼捕捞中，一般采用碎冰进行冷却贮藏，温度在0 ℃附近，可以将保质期延长至20 d 左右[17]。在零售场所或者家庭中，4 ℃是最常见的贮藏方式，保质期会缩短至7 d 左右。 因此，为了延长海水鱼的货架期需要栅栏技术保鲜，如气调包装、活性包装等。

3.1.2过冷贮藏 过冷贮藏是一种将海水鱼冷却到低于初始冰点（Tf）1~2 ℃，导致海水鱼内部5%~30%的水形成冰晶，在海水鱼表面形成一层薄冰（1~3 mm），内部也会有冰晶生成，也称为部分冷冻[58]、深度冷冻[59]。过冷贮藏是位于冷冻和冷藏之间，大多数食物的初始冰点在-0.5~-2.8 ℃，对于渔业产品，初始冰点在-0.8~-1.4 ℃[3]。过冷贮藏会显著抑制微生物生长繁殖，延缓海水鱼的变质，并且在短时间运输或储存过程中可能不需要额外添加冰。 在理想情况下，过冷贮藏会导致少量水分转化为冰，因此与冷冻贮藏相比，冰晶造成的冷冻蛋白质和结构损伤（肌纤维的分离和断裂）较少。 同时，在过冷贮藏过程中，由于微生物数量和酶活性的降低，与冷藏相比，过冷贮藏食品的保质期可以延长1.5~4.0 倍[3]。作者所在团队研究发现， 将海鲈鱼（Lateolabrax maculatus）置于4 ℃下冷藏，其货架期为7 d，而将海鲈鱼置于过冷贮藏（-0.9 ℃）下其货架期可以达到18 d[60]。

然而，过冷贮藏海水鱼也可能对质量产生负面影响。 Bahuaud 等报道过冷贮藏会在大西洋鲑鱼（Salmo salar）鱼片的外层形成细胞内和细胞外的冰晶，造成溶酶体破裂，随后释放组织蛋白酶B 和L，并且加速了肌纤维之间的分离，导致更高的液体泄漏和肌纤维断裂；并且在过冷过程中形成的冰晶大到足以破坏鱼肌肉的完整性，对形态变化、细胞破坏以及细胞成分的变性有很大的影响，从而导致解冻过程中的质地变化和滴水损失增加[61]。Duun 等还发现，与冰冻鳕鱼片相比，过冷贮藏样品中的液体损失率更高[58]。 高液体损失率与盐溶性蛋白质的含量减少相关，盐溶性蛋白质含量在过冷贮藏样品中明显低于在冰冷样品。 过冷贮藏过程中波动的温度也会加速形成的冰晶尺寸的增长，随着储存温度的轻微升高， 小冰晶可能会比大冰晶融化得更快，当温度再次下降时，形成越来越大的晶体。 同时，有研究者发现大西洋鲑鱼（Salmo salar）红肉片和白肉片在-1.7 ℃下， 其细胞内冰晶的当量直径分别为17、29 μm，形成的冰晶大小存在显著差异[62]。 在过冷贮藏方式上，Kaale 等研究发现大西洋鲑鱼鱼片在冲击 式 冷 冻 机 以 慢 速 （-20 ℃、153 W/（m2·K）、4.2 min）或快速（-30 ℃、227 W/（m2·K）、2.1 min）条件下所形成的冰晶等效直径分别为60、23 μm[63]。

3.1.3冷冻贮藏 冷冻贮藏是将海水鱼贮藏于-10℃以下，海水鱼中大约有80%的水会转化为冰。 温度低于-18 ℃时被认为是深度冷冻，传统上，海水鱼冷冻贮藏期间的温度在-18~-30 ℃[64]。 冷冻贮藏可以防止海水鱼因微生物和酶的作用而变质，保质期可长达一年。 但是冷冻贮藏也会引发物理和化学变化导致海水鱼结构被破坏，冰晶的大小和位置可能会导致海水鱼细胞受损和品质下降。 在冰结晶过程中，结合水的损失或活性物质的泄漏间接触发了生化过程，包括蛋白质降解、氧化和聚集，以及脂质氧化等。 冰晶的形成是冷冻引起的海水鱼品质劣变的主要原因。 一般来说，冰晶的大小和分布取决于冷冻速度，而冰晶的数量很大程度上取决于冷冻贮藏温度。 在海水鱼冷冻贮藏过程中，难以控制的温度波动易造成冰重结晶并增加晶体尺寸。 然而，通过避免温度波动来完全控制冰再结晶仍然难以实现，因此，利用冷冻保护剂可以最大限度地减少冷冻引起的海水鱼品质劣变。 Trigo 等利用不含皂苷的藜麦（Chenopodium quinoa） 提取物作为大西洋鲭鱼（Scomber scombrus）的冷冻保护剂，可以有效抑制大西洋鲭鱼在冷冻贮藏过程中的脂质氧化和水解，延长其货架期[65]。蓝蔚青等研究发现迷迭香提取物镀冰衣可以显著抑制卵形鲳鲹（Trachinotus ovatus） 在冷冻贮藏过程中的蛋白质氧化变性和脂质氧化损伤，有效减少鱼体内水分流失，延长其货架期[66]。

3.2 气调包装 （modified atmosphere packaging，MAP）

MAP 是将一定比例的混合气体充入具有一定阻隔性和密封性的包装材料中，通过改变海水鱼所处的气体环境，并利用气体间的不同作用来抑制冷链物流过程海水鱼品质劣变的生理生化过程，从而达到延长海水鱼保鲜期或货架期的技术。 气调包装可以隔离外界微生物，避免二次污染。 此外，气调包装因其可以抑制海水鱼中好氧微生物的生长繁殖，降低酶促反应速度，减缓脂质氧化等，已经成为海水鱼冷链物流中重要的包装方式之一。MAP 中气体的比例组成由产品特性、预期的保质期、包装材料的渗透性和储存条件等决定[67]。在冷链物流中，海水鱼中微生物新陈代谢、包装材料对气体的特定渗透性，会导致包装内的气体比例随着时间和温度的变化而发生变化。

二氧化碳（CO2）、氮气（N2）和氧气（O2）是MAP中常用的3种气体，CO2易溶于水和脂肪， 形成碳酸。碳酸可以破坏细菌的细胞膜，降低细胞内pH 并裂解细胞，并通过破坏营养吸收、抑制或减少酶促反应以及促进细胞蛋白质的理化性质改变等影响微生物的生长。CO2对嗜冷菌有效，而且革兰氏阴性菌对其更为敏感，适合海水鱼冷链过程MAP 包装[68]。作者所在团队研究发现高CO2体积分数的MAP（60%CO2、5%O2、35%N2，体积分数）可以显著抑制养殖暗纹东方鲀 （Takifugu obscurus） 在冷藏过程（4℃）中的微生物生长，维持暗纹东方鲀水分含量及水分迁移，降低了蛋白质的降解[69]。 Chan 等研究发现高CO2体积分数的MAP （60%CO2、40%N2， 体积分数）可以显著抑制大西洋鲑鱼冷藏过程（0 ℃）中微生物生长，维持较低的pH，且鱼体颜色更深、更红和更黄[70]。 N2可防止包装塌陷，而O2可减少海水鱼体内的渗出物并保持肉色[71]。 然而，由于MAP 中O2的存在， 海水鱼在冷链过程中容易发生过脂质氧化， 将PUFA 和 单不饱和脂肪酸（monounsaturated fatty acid，MUFA）氧化[72]。 其他气体（Ar、He、Xe、Ne、NO、N2O 等）在气调包装中的应用也有所研究，但其主要缺点是成本明显高于N2（4~5 倍），在实际生产中使用较少[68]。

真空包装（vacuum package，VP）是指在密封之前从包装中去除空气的技术， 在抽真空过程中，包装中的O2体积分数降低了97%~99%， 从而抑制了导致海水鱼变质的需氧微生物增殖。 同时，氧浓度的降低也抑制了冷链过程中的脂质氧化。Genc 等利用真空处理研究大西洋白姑鱼（Argyrosomus regius）在4 ℃冷藏过程中的品质变化，发现真空包装处理可以显著抑制好氧微生物的生长和脂质氧化，延长货架期[73]。 Lahreche 等利用真空包装处理扁舵鲣（Auxis thazard）研究中也发现真空包装可以显著抑制扁舵鲣的脂质氧化[74]。

3.3 活性包装

活性包装是一种新兴技术，在包装材料中结合了除氧剂、抗氧化剂和杀菌剂等活性成分，可以将活性物质释放或吸收到包装或海水鱼周围环境中。活性包装分为两大类：1）非迁移性活性包装，无须刻意迁移即可发挥作用；2）主动释放包装，允许非挥发性化合物受控迁移或挥发性物质释放到包装海水鱼周围的环境中。 目前有以下方法应用于活性包装[75]：1）制得含有挥发性活性物质的小袋/垫；2）将挥发性和非挥发性活性物质直接掺入活性包装基材聚合物结构中；3）在与海水鱼接触的活性包装基材聚合物表面上施加涂层或吸附活性物质；4）通过离子或共价键等方法将活性物质固定在活性包装基材聚合物中；5）直接应用活性包装基材聚合物（壳聚糖等），其本质上可以作为活性物质。 选择合适的活性包装要考虑活性包装基材聚合物的类型、 要掺入的活性物质和海水鱼的物理化学特性。活性包装基材聚合物可以为合成或天然来源。 最常用的合成聚合物是低密度聚乙烯和聚苯乙烯，虽然生产成本低，但由于难降解，其广泛使用易引起环境问题。 因此，主要由蛋白质、多糖、脂质等组成的天然聚合物成为研究热点。 多糖和蛋白质的亲水性有助于降低防潮性和阻隔性，多糖是合适的氧气屏障，而蛋白质显示出相对较好的机械强度，脂质显示出较低的水蒸气透过性和良好的防潮性能。 基于脂质的活性包装通常是不透明的、蜡质的、光滑的，可以保持海水鱼的颜色、风味。 然而，脂质基质包装材料相对较厚且易碎，具有较差的机械和光学特性[76]。因此，研究中常用复合活性包装基质，由至少两种成分组成，其中单个物质的弱点通过添加其他成分来补偿。 例如可以通过添加脂质来提高多糖和蛋白质复合膜的水蒸气渗透性，形成兼具亲水性和疏水性的活性包装膜。 此外，通过添加蛋白质或多糖来提高脂质的机械强度，甚至可以调节可食用材料中的整体传质性能[76]。 再结合精油、植物提取物、抗菌肽等活性物质的使用，活性包装成功应用于冷链物流中海水鱼的保鲜研究中[77]。

3.3.1抑菌活性包装 抑菌活性包装含有杀菌剂或由杀菌基质制成，是将杀菌材料（抗生素、精油、花青素、壳聚糖等）掺入或者包含在活性包装基材中。 同时，纳米技术领域的进步、可生物降解及生物相容性材料的发展促进抑菌活性包装的研发与应用。

细菌素的杀菌活性根据每个类别呈现出特殊性。 然而，一般而言，细菌素可以通过吸附和插入细胞膜起作用，有助于在膜中形成孔，从而导致膜通透性增加和细胞成分（金属离子、ATP、氨基酸和其他化合物）的泄漏[78]。 Sarika 等研究发现细菌素GP1（来自Lactobacillus rhamnosusGP1） 可以显著抑制石斑鱼冷藏过程中Aeromonassp.、Lactobacillussp.和Vibriosp.的增长，延缓TVB-N 和TMA 的增加，有效保持石斑鱼的鲜度[79]。 Fu 等研究发现分离自Bacillus coagulansL1208 凝固蛋白L1208 可以抑制大黄鱼（Pseudosciaena crocea）冷藏过程中腐败微生物的生长，延缓蛋白质降解、脂质氧化和ATP 降解，显著提高了大黄鱼的保鲜效果[80]。但是，细菌素对于革兰氏阳性菌的效果要比革兰氏阴性菌好，而多数海水鱼的特定腐败微生物是革兰氏阴性菌，因此限制了细菌素应用于冷链物流中海水鱼的保鲜。 同时，Anacarso 等研究发现在接近贮存期结束时细菌素活性降低，可能是由于蛋白酶将细菌素降解或由于细菌素与食物成分的相互作用[81]，因此，需要开发控制释放细菌素的方法以避免这种现象的发生。

精油作为活性包装中的天然杀菌剂得到广泛研究，醛类、酚类和含氧萜类化合物是精油中主要杀菌活性成分[75]。精油具有疏水性，有利于与微生物细胞膜和线粒体的脂质相互作用，从而降低结构的组织性，使细胞膜更具渗透性。 渗透性的增加导致细胞内物质的泄漏，导致微生物死亡，从而延长海水鱼冷链物流中的货架期。Lan 等研究发现牛至精油可以抑制大黄鱼（Pseudosciaena crocea）冷藏（4 ℃）过程中的微生物生长繁殖， 减缓脂质氧化、TVB-N的升高，延长大黄鱼的货架期[82]。 Echeverría 等利用丁香精油制作活性包装膜，并将其应用于2 ℃冷藏贮藏的蓝鳍金枪鱼（Thunnus thynnus），结果发现含丁香精油的活性包装可以抑制微生物生长，特别是有效抑制假单胞菌属，延缓TVB-N 的增加，更好地保持蓝鳍金枪鱼的鲜度品质[83]。

植物提取物的杀菌活性可能是由于提取物中多酚吸附在细菌膜上，导致膜破裂，细胞内容物渗漏，以及与多酚反应产生氢过氧化物的共同作用[84]，植物提取物可以通过抑制微生物生长和延缓脂质氧化来延长冷链物流中海水鱼的货架期。Khodanazary 等研究发现质量分数1%绿茶提取物可以抑制冷藏红牙魚或（Otolithes ruber）微生物的生长，延缓TVB-N、TBA、过氧 化值（peroxide value，POV）和游离脂肪酸的增加[85]。 Homayounpour 等制作小茴香（Cuminum cyminumL.） 乙醇提取物的纳米脂质体，将其应用于冷藏沙丁鱼的保鲜，结果发现小茴香提取物脂质体可以抑制总活菌数和乳酸菌的增长，显著降低了POV、TVB-N、pH 和TBA，更好地维持沙丁鱼的鲜度品质[86]。

壳聚糖是一种存在于节肢动物和甲壳动物外骨骼中的聚阳离子生物聚合物。 壳聚糖对包括某些细菌和真菌在内的各种微生物都有很好的抑制作用，其杀菌作用受壳聚糖种类和聚合度、寄主、基质的营养成分或化学成分以及环境条件等影响[87]。 此外，壳聚糖具有延缓氧气、水分、溶质运输的能力，可以作为活性包装膜的基材，单独或者与其他活性物质一起延长冷链物流中海水鱼的货架期。 有研究报道了壳聚糖作为活性包装基材在海水鱼保鲜中的应用[88-89]，本文中不再讨论。

溶菌酶是一种天然存在于奶和禽蛋中的酶，可以破坏革兰氏阳性菌细胞壁肽聚糖中N-乙酰氨基葡萄糖和N-乙酰胞壁酸之间的β（1→4）键。溶菌酶难以破坏革兰氏阴性菌外膜的脂多糖层， 其抑制效果较差，但外膜可以被nisin 或乙二胺四乙酸（ethylene diamine tetraacetic acid，EDTA）破坏，从而显著增加溶菌酶的杀菌谱。 张家涛等利用茶多酚微胶囊/溶菌酶保鲜美国红鱼（Sciaenops ocellatus），保鲜过程中处理组微生物生长繁殖减慢，pH 变化幅度较小，延缓TBA 和TVB-N 的增长，可维持较好的鲜度[90]。 武娇等以壳聚糖为成膜基材，在经原位合成的纳米SiOx 改性基础上，添加溶菌酶，采用流延法制备了复合保鲜涂膜，并将其应用于海鲈鱼冷藏保鲜， 抑制了鱼片中微生物的生长， 延缓pH、TBA、K值、TVB-N 的增加，延长了货架期[91]。

3.3.2抗氧化活性包装 冷链物流中的海水鱼脂质和蛋白质氧化会引起品质劣变，开发具有抗氧化活性的包装，通过抗氧化剂的持续释放或者添加氧气/自由基清除剂可以限制氧化劣变。活性包装中的抗氧化剂可以根据反应机制分为释放型和清除剂型抗氧化剂[92]。 释放型抗氧化剂以可持续的速度将活性物质从活性包装材料释放到海水鱼中，在整个冷链贮藏期间保持恒定的抗氧化剂浓度，以延长保质期。 相比之下，清除型抗氧化剂具有减少或抑制海水鱼氧化的预防机制。 除了抗氧化剂外，螯合剂、紫外线吸收剂和单线态氧猝灭剂也可以在活性包装中使用[93]。

精油是常用的抗氧化剂，其抗氧化活性通过清除活性氧和修饰内源性抗氧化系统来实现。 香芹酚、丁香酚和百里香酚等酚类化合物是精油抗氧化活性的主要成分[94]。 酚类化合物延缓鱼肌肉中脂质氧化主要是由于酚类化合物的氧化还原特性，使其能够充当氢供体、还原剂、单线态氧猝灭剂以及金属螯合剂[95]。 多数精油在冷链物流中海水鱼保鲜研究中，既可抑制微生物的生长，也会抑制脂质氧化。但是，高浓度的精油用作天然杀菌剂/抗氧化剂会导致海水鱼感官较差，甚至会引起过敏反应[95]。不同活性包装对海水鱼冷链物流中品质的影响如表3 所示。

表3 不同活性包装对海水鱼冷链物流中品质的影响Table 3 Effects of different active packages on the quality of marine fish in the cold chain logistics

4 展 望

目前，国内外对海水产品在冷链物流中的减菌技术、抑菌技术的研究已取得长足的进步，开发出一大批如电解水杀菌、低温等离子体杀菌、高静压杀菌、光动力杀菌等减菌技术以及气调包装、活性包装等抑菌技术。 然而，部分杀菌、抑菌技术的成本过高，制约了其大范围推广应用。 如电解水杀菌的配套设备一次性投入较高， 限制了其大范围应用。目前，海水鱼传统的保鲜方法是低温保鲜，但是单一低温保鲜技术存在保存时间短、 能耗高等问题。因此， 在了解海水鱼冷链物流腐败机制的基础上，采用减菌技术减少海水鱼表面微生物数量，并结合抗菌技术的应用，发挥不同保鲜技术之间的协同效用，提高海水鱼货架期，最大限度地保持海水鱼固有的营养及感官特性将是未来冷链物流中海水鱼产品保鲜领域的趋势。 此外，在提高保鲜效果的基础上进一步降低单一保鲜技术的运行成本也是未来冷链物流中海水鱼产品保鲜领域亟须解决的关键问题。