壳聚糖在食品保鲜方面的研究进展

＊高颖俊李志颖

（苏州大学 纺织与服装工程学院 江苏 215000）

引言

随着生活品质的提高，食品安全问题越来越为人所重视[1]。而在贮藏、运输和销售过程中由于微生物、氧气等因素的影响，食品在保鲜方面受到诸多限制[2]。因此，任何减少这些问题的解决方案对于提高生鲜食品的可获得性，降低成本，减少经济损失都至关重要[1]。近年来，壳聚糖及其衍生物在食品保鲜方面的研究获得了较多关注[3]。

壳聚糖是几丁质经脱乙酰作用生成的一类线性聚阳离子多糖，由D-氨基葡萄糖通过β-（1→4）糖苷键连接组成，其中D-氨基葡萄糖主要以N-乙酰-D-氨基葡萄糖的形式存在[4]。壳聚糖对许多种类的细菌和真菌都具有较好的抗菌性能[5]。其高分子链中正电荷的强度对其抗菌活性有很大的影响[6]。壳聚糖还具有抗氧化[7]、高成膜性[8]、生物可降解、生物相容性[9]等诸多优势。本文以涂层、多孔膜、纳米纤维膜和凝胶四种壳聚糖的应用形态及壳聚糖衍生物的应用为分类标准对在食品保鲜方面近5年的部分文献进行了综述，以期为壳聚糖在食品保鲜中的进一步研究提供参考依据与思路。

在实际应用中，壳聚糖因其性能方面的限制，很少单独使用[10]。由于机械性能较差、气体和水蒸气渗透性较高等一些缺点，壳聚糖常与其他聚合物结合使用[11]。由于壳聚糖膜的抗氧化和抗菌活性相对较低，许多研究集中在添加一些活性化合物如多酚类和精油等来改善壳聚糖膜的性能，以期延长食品货架期[12]。本文以涂层、多孔膜、纳米纤维膜和凝胶四种壳聚糖的应用形态为分类标准进行综述。

1.涂层

Zhang等人[13]通过离子凝胶法制备了一系列壳聚糖和龙蒿精油以不同质量比混合的龙蒿精油纳米粒子，后借助紫外-可见分光光度法并根据公式计算出龙蒿精油的封装率。结果表明，壳聚糖和龙蒿精油质量比为1:0.8的纳米粒子拥有高达35.57%封装率。涂膜处理能显著抑制猪肉片的品质劣变。

Xiong等人[14]开发了一种添加葡萄籽提取物和尼生素的壳聚糖-明胶可食用涂层，并研究其对在4℃下冷藏20天期间新鲜猪肉保鲜效果的影响。结果表明，1%壳聚糖能有效抑制猪肉氧化和微生物腐败；1%壳聚糖结合3%明胶增强了上述保鲜效果；而向上述质量分数的壳聚糖-明胶涂层中添加0.5%的葡萄籽提取物，则进一步增强了肉的抗氧化活性。

Li等人[15]开发了结合纳米材料硅或钛的壳聚糖涂膜，并应用于检测蓝莓鲜果在商业贮藏温度下的潜在变化。实验结果表明，基于纳米二氧化钛的纳米涂层对蓝莓鲜果的失重率（2.22%）和可滴定酸度（0.45%柠檬酸）有最合适的取值且对多酚氧化酶（659.45 U/ming）和过氧化酶（20.39U/ming）的灭活效果较好。而添加了纳米二氧化硅的壳聚糖涂膜能保持最小的酸度变化（2.61）且能够最大限度地减少中温需氧菌、酵母菌和霉菌（3.73～3.98log CFU/g）的生长。因此，壳聚糖纳米材料膜可以保持食品的营养物质并控制微生物生长，延长蓝莓鲜果的货架期。

Martins da Costa等人[16]将紫山药淀粉（PYS）、壳聚糖（CS）和甘油共混得到一系列可生物降解膜，并将其作为食品涂层进行表征。在苹果上涂抹YS/CS膜在4周内能够保持果实品质，因为涂布YS/CS膜的苹果失重率显著低于未涂布的苹果。YS/CS薄膜作为一种新型的生物可降解涂层，在食品包装行业具有很大的应用前景。

2.多孔膜

Wang等人[17]开发了基于壳聚糖/马铃薯蛋白/亚麻籽油/氧化锌纳米粒子（ZnO-NPs）的生物聚合物膜以期改善生肉在贮藏期间的品质。结果表明共混膜表现出优异的阻湿性能。Fcpzl对生肉的保护效果最好。在7天的贮藏过程中，Fcpzl能够降低pH和菌落总数的上升速度，保持良好的感官特性。

Nie等人[18]制备了一系列壳聚糖/磷酸盐稳定的无定形碳酸钙（CS/ACCP）和壳聚糖/海藻酸钠/ACCP（CS/Alginate/ACCP）复合膜，并考察了ACCP和Alginate/ACCP纳米粒子对复合膜理化性能的影响。结果表明，复合纳米粒子能够显著提高CS膜的致密性、疏水性和机械性能，增强其紫外阻隔能力、耐水性和水蒸气阻隔能力。CS复合膜不仅具有优异（72%）的抑菌（大肠杆菌）性能，还具有良好（15天）的水果（砂糖橘）保鲜性能。

K.等人[19]合成了含有芒果叶提取物（MLE）的壳聚糖膜，并研究不同质量百分比的MLE（1%～5%）对壳聚糖-MLE复合膜形貌、光学性质、水接触和力学特性的影响。总酚含量、DPPH自由基清除能力、铁离子还原能力和ABTS自由基清除能力等抗氧化活性评价表明，复合膜的抗氧化活性随着MLE添加量的增加而提高。研究结果突出了添加MLE的壳聚糖膜有作为用于食品保鲜方面的活性包装膜的潜在前景。

3.纳米纤维膜

Lin等人[20]通过SEM和AFM分析证明了菊花精油（CHEO）通过静电纺丝成功地掺入到壳聚糖纳米纤维（CS/NF）中，同时探究了CHEO对单增李斯特菌的抑菌机理。CHEO使单增李斯特菌的细胞膜通透性增加且还能够抑制其呼吸代谢。释放效率研究表明CHEO可以从CHEO/CS/NF中缓慢释放，达到长效抗菌效果。在牛肉上测试了CHEO纳米纤维对单增李斯特菌的抗菌应用，在4℃、12℃和25℃条件下，储存7天后的抑制率分别为99.91%、99.97%和99.95%。这些结果均说明CHEO/CS/NF可以延长牛肉的货架期，在食品包装中具有潜在的应用价值。

Liu等人[21]通过将ε-聚赖氨酸（ε-PL）掺入明胶/壳聚糖基聚合物中制备了抗菌纳米纤维膜。实验表明，所有纳米纤维膜均具有无序且直径分布良好的纤维结构。ε-PL的加入可以降低溶液的黏度，增加溶液的电导率，导致纳米纤维的直径减小，还可以提高薄膜的热稳定性，降低薄膜的水蒸气透过率和氧气透过率，且ε-PL不易从纳米纤维薄膜中释放出来。明胶/壳聚糖/ε-聚赖氨酸（质量比为6:1:0.125）纳米纤维膜通过破坏细菌细胞膜，比明胶/壳聚糖纳米纤维膜能更有效地抑制6种食源性致病菌。结果表明，明胶/壳聚糖/ε-PL纳米纤维膜可以作为食品包装材料来降低食源性致病菌的风险。

Duan等人[22]采用静电纺丝技术制备了基于明胶/壳聚糖和姜黄素的新型活性智能包装纳米纤维（GA/CS/CUR），研究了不同含量CUR（0.1%～0.3%，m/m）的掺入对电纺纳米纤维微观结构和功能特性的影响。适当水平的CUR（0.2%，m/m）的加入导致了更强的分子间相互作用，从而增强了所得纳米纤维的热稳定性和拉伸强度。且CUR的加入显著提高了GA/CS/CUR纳米纤维的抗氧化活性和抗菌活性。

4.凝胶

水凝胶因其柔软性、弹性、柔韧性和吸湿性，适合于各种食品应用。在食品包装系统中，水凝胶可以控制包装内部的湿度，避免环境变化引起的水分损失,提高产品质量和稳定性，延长货架期[23]。

Liu等人[24]的研究结果表明，含有1%聚乳酸的明胶/壳聚糖水凝胶有效灭活了食源性致病菌，金黄色葡萄球菌和大肠杆菌，表现出良好的生物相容性，有效延长了冷鲜鸡肉的贮藏时间。Tian等人[25]通过添加β-酸和硅，采用自由基聚合法成功制备了水凝胶薄膜。研究结果表明，添加剂的加入增强了薄膜的抗紫外能力和抗菌性能。

5.结语

壳聚糖因其抗菌性、生物可降解性、高成膜性等特性被广泛研究，在食品保鲜领域同样有大量应用，但单纯的壳聚糖膜在实际应用中存在诸多限制。对壳聚糖进行接枝改性或与其他聚合物共混能够改善膜的性能从而更好地保持食品的品质和感官特性、延长食品的货架期。如今，研究者们通过实验证明了壳聚糖复合膜拥有某些优越的性能、有望使用在食品保鲜领域，但很多并未从根本上对性能的机理进行探索和解释、未进行实际针对性的食品保鲜应用研究。