壳聚糖的保鲜机制及其在肉与肉类制品保鲜中应用的研究进展
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摘 要：壳聚糖是一种天然、可降解，并且可再生的碱性多糖，其作为一种新型无毒无害的天然食品保鲜剂，被广泛应用在食品工业领域。本文介绍了壳聚糖的保鲜机制，并综述了其保鲜作用在猪肉制品、牛肉制品、家禽肉制品以及水产品中的应用，最后探讨了壳聚糖在肉制品保鲜方面存在的问题，并对壳聚糖的研究前景进行了展望。
关键词：壳聚糖；保鲜机制；肉制品；应用；展望
Abstract： Chitosan is a basic natural， biodegradable and renewable polysaccharide， and it also a natural and non-toxic food preservative， which is widely used in the food industry. The preservative mechanism of chitosan is reviewed as well as its application in pork products， beef products， poultry products and aquatic products. At last， the problems concerning chitosan application in meat product preservation are discussed， and the future prospects of its application are assessed.
Key words： chitosan； preservation mechanism； meat products； application； prospect
DOI：10.15922/ki.rlyj.2016.10.007
中图分类号：TS251.1 文献标志码：A 文章编号：1001-8123（2016）10-0035-05
引文格式：
陈佳新， 陈倩， 孔保华. 壳聚糖的保鲜机制及其在肉与肉类制品保鲜中应用的研究进展[J]. 肉类研究， 2016， 30（10）：
35-39. DOI：10.15922/ki.rlyj.2016.10.007. http：//
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肉及肉制品营养丰富，肉在分割和随后的冷藏运输等过程中极易受微生物污染而发生腐败。发生腐败变质的肉制品会影响人们的身体健康，同时也会对肉制品生产企业造成一定的经济损失。目前，肉制品加工中常使用的保鲜剂有丁基羟基茴香醚（butyl hydroxyanisole，BHA）、二丁基羟基甲苯（butylated hydroxytoluene，BHT）、乙酸、山梨酸及其钾盐等，这些保鲜剂多为化学合成的，虽然具有较好的防腐保鲜效果，但会给人类健康带来不利影响[1]。天然食品保鲜剂因具有安全无毒和抗菌性能较佳等优势而日益受到人们的重视。
壳聚糖（chitosan，Cs）是一种天然的食品保鲜剂，它是由甲壳素在碱性物质或甲壳酶作用下部分脱乙酰基形成的，其分子式为（C5H11NO5）n，为白色或灰白色的无定形半透明略带珍珠光泽的片状固体，是自然界唯一的碱性多糖[2]。壳聚糖广泛存在于一些真菌类，如曲霉菌、毛霉菌等的细胞壁和蟹壳、虾壳中，每年自然界生物合成的甲壳素就约达100 亿t，海洋生物的甲壳素生成量占10 亿t以上[3]。由于壳聚糖已被证实具有安全、无毒、可食、生物降解以及较强的抑菌性能等多种特性[4]，因此其在肉制品保鲜领域的应用越来越广泛。
1 壳聚糖的保鲜机制
壳聚糖具有较强的抑菌性能和抗氧化特性，将其应用于肉及肉制品中能起到良好的保鲜作用。由于壳聚糖及其衍生物分子链上的活性基团―NH2能够发生质子化，形成有效抑菌的基团―NH3+吸附细菌细胞，从而使其能够发挥良好的抑菌作用[5]。目前，有关壳聚糖抑菌保鲜作用的主要机制可能有2 种：1）壳聚糖能渗入到细胞内，吸附带有阴离子的细胞质并与其发生絮凝作用，从而干扰细胞正常的生理活动杀灭细菌。研究表明，低质量浓度壳聚糖（2.0 mg/mL）会使Monilinia fructicola的细胞器体积缩小，空腔增大；若增大其质量浓度，则Monilinia fructicola细胞会遭到严重破坏，细胞壁破裂，导致胞内原生质外泄，胞外物质侵入，从而杀灭病菌[6]；2）壳聚糖通过自身携带的正电荷―NH3+吸附到带负电荷的细胞壁上，致使细胞外生成一层高分子膜，并改变细胞膜的选择透过性，阻碍外界营养物质进入胞内，导致细胞质流失，细胞产生细胞质壁分离现象，从而有效抑菌[7-9]。
壳聚糖及其衍生物同时也具有良好的抗氧化活性，由于壳聚糖是一种碱性多糖，其能与肉中的游离脂肪酸充分结合，并生成较稳定的复合物，而后这种复合物又可与几倍于自己体积的脂肪结合形成稳定的结构，通过控制降低与肉制品脂质水解相关的游离脂肪酸，而有效发挥抑制脂质水解的作用；此外，壳聚糖分子链上含有大量―NH2和―OH基团，其通过与催化脂质氧化酸败相关的过渡金属离子螯合，从而减缓脂质自动氧化的速率[10]。Shahidi[11]研究表明少量的壳聚糖羧化物可以与肉类制品中游离铁离子发生螯合作用，并降低其对氧的活化能力，抑制氧自由基与不饱和脂肪酸双键反应，从而可使肉类制品货架期有效延长，同时其也能避免刺鼻的己醛气味的形成。随后Li等[12]研究表明将壳聚糖添加在肉制品中，其可与肉制品贮存过程中产生的自由基、H2O2等氧化物质发生氧化还原反应，起到良好的抗氧化作用。
2 壳聚糖在猪肉及其制品中的应用
猪肉及其肉制品因其味道鲜美独特，食用方便受到全世界消费者的喜爱。但猪肉及其制品由于其营养物质丰富极易被微生物污染导致腐败变质且造成不必要的损失[13]。关于壳聚糖在冷却猪肉和猪肉制品保鲜方面的研究较多。Sagoo等[14]研究壳聚糖对冷却猪肉制品中腐败微生物的生长抑制作用，结果表明将质量浓度为
0.05g/100 mL的壳聚糖溶于pH 6.2、质量浓度为
0.9g/100 mL的盐水溶液中，可有效抑制猪肉Ludwigii类酵母菌的生长；质量浓度为0.25～0.5 g/100 mL的壳聚糖溶液，可使乳酸菌与李斯特菌失活，并且可有效抑制生猪肉馅中微生物的生长。此外，王晶晶等[15]研究了壳聚糖复合辐照技术对冷鲜猪肉品质的影响。结果表明，5 d时质量浓度为1.5 g/100 mL壳聚糖溶液协同3 kGy射线辐照处理冷鲜肉中菌落总数未超过3.0（lg（CFU/g）），随着壳聚糖溶液质量浓度和辐照剂量的增加，冷鲜肉中的菌落总数呈下降趋势且壳聚糖协同射线辐照处理组更有效。Ouattara等[16]研究表明利用壳聚糖制备抗菌薄膜，并将其涂在火腿表面，可抑制单核细胞增生李斯特氏菌和表面的腐败菌。Vargas等[17]研究表明壳聚糖薄膜可使贮藏过程中的猪肉汉堡包中肉饼的微生物数减少，且单独使用壳聚糖涂层处理明显能使肉饼中总活菌数和大肠菌群数减少。Jo等[18]在水溶性壳聚糖低聚物制备猪肉香肠的质量特性的研究中，发现壳聚糖的添加增加了香肠在贮藏期间的黄度值，使香肠表面更红，且在有氧条件下壳聚糖低聚物可以抑制脂质过氧化，但是水溶性壳聚糖低聚物对香肠中微生物却没有起到抑制作用。
此外，还可将壳聚糖与其他防腐剂，如生育酚、迷迭香等进行复配后考察其保鲜效果。Dimitrios等[19]对传统希腊式鲜猪肉香肠微生物指标和脂肪氧化指标进行研究，结果表明，在4 ℃的贮藏条件下单独使用壳聚糖、壳聚糖与迷迭香复配以及与α-生育酚复配使用都对微生物生长有明显的抑制作用，迷迭香与壳聚糖结合的抑菌效果最好，并且对脂质过氧化也有较好地抑制，货架期延长至20 d。Krki?等[20]将壳聚糖与香菜提取物进行复配对传统发酵干香肠进行涂层处理，研究表明，壳聚糖-香菜提取物涂层可降低贮藏过程中香肠脂肪氧化的程度，且有效地抑制了微生物的繁殖，延长了香肠的保质期。夏秀芳等[21]研究了香辛料与壳聚糖复合后的抑菌效果，他们将香辛料保鲜液与壳聚糖淀粉制成复合膜，研究不同配比的壳聚糖与淀粉复合制备的可食性膜对冷却猪肉的保鲜效果，研究表明，随着壳聚糖比例的增多，可食性膜的柔软性增强，水溶性降低且对鲜肉的抑菌保鲜效果越好。
3 壳聚糖在牛肉及其制品中的应用
牛肉及其制品由于其蛋白质含量高、脂肪含量低、味道鲜美，深受消费者的喜爱。但是在其加工、贮运、贮藏过程中，易发生腐败变质，如何有效地进行保鲜越来越被人们所关注。Darmadji等[22]对壳聚糖的保鲜作用进行了研究，且考察了其对牛肉的氧化稳定性的影响，结果表明，在4 ℃条件下贮藏3 d，质量浓度为1 g/100 mL壳聚糖能够显著降低硫代巴比妥酸值（thiobarbituric acid reactive substances，TBARs）。Gudjónsdóttir等[23]对壳聚糖涂抹处理的牛肉干老化影响进行了研究，结果表明，经过壳聚糖处理可以抑制需氧菌，如酵母菌和霉菌的增长繁殖，并且降低老化过程中肌肉氧化的程度，从而改善牛肉干的品质质量。
此外，欧丽娟等[24]将壳聚糖与4 种天然植物精油以不同配比进行复配，研究其对冷鲜牛肉的保鲜效果，结果表明，采用含有葡萄籽精油和柠檬精油的质量浓度分别为10 g/L的复合保鲜液可使（4±1） ℃条件下牛肉贮藏期达到20 d以上。Georgantelis等[25]研究了壳聚糖与迷迭香或生育酚复配后对牛肉汉堡冷冻贮藏过程
（-18 ℃，180 d）中肉饼脂肪氧化和颜色稳定性的影响，研究表明，无论单独使用壳聚糖还是与迷迭香或生育酚复配使用都会延缓脂质过氧化和保证肉饼的颜色，其中，迷迭香与壳聚糖复配使用的效果最好。张S彬等[26]在酱卤牛肉表面涂抹一层含有肉桂精油的壳聚糖溶液，研究表明，用壳聚糖-肉桂精油复合膜处理的酱卤牛肉在4 ℃冷藏条件下，其挥发性盐基氮（total volatile basic nitrogen，TVB-N）值、失水率、菌落总数均优于空白对照组，且能延缓酱卤牛肉腐败变质和水分蒸发，延长保质期。Cardoso等[27]采用壳聚糖-明胶食用涂料对零售牛肉进行保鲜研究，研究不同配比的壳聚糖、明胶和甘油作为涂层的保鲜效果，研究表明，经过5 d的贮藏后，经涂层保鲜的牛排质量损失降低并且脂质氧化也得到了抑制，明胶浓度较高的涂层保鲜效果较好。
4 壳聚糖在家禽肉及其制品中的应用
家禽类肉制品主要包括鸡肉、鸭肉、鹅肉等肉制品，是目前世界上高消费量肉制品之一。近些年来，研究人员对家禽肉类制品的保鲜也展开了广泛的研究。Kanatt等[28]研究了壳聚糖涂层对冷藏鸡肉类产品保质期的影响，结果表明，在贮藏过程中对照样品中微生物生长繁殖迅速，且脂质发生了氧化、气味、色泽都发生了变化，而涂抹壳聚糖涂层的样品理化及微生物特性变化较小，并发现其中的金黄色葡萄球菌、蜡样芽孢杆菌、假单胞菌和大肠杆菌得到了显著抑制。王勋等[29]研究了羧甲基壳聚糖对冰鲜鸡的保鲜效果，研究表明，质量浓度为1.5 g/100 mL羧甲基壳聚糖对冰鲜鸡肉的保鲜效果最好。Bazargani-Gilani等[30]采用富含野蔷薇精油的壳聚糖涂膜和石榴汁对冷藏鸡肉进行浸渍，研究表明，在4 ℃条件下贮藏20 d，经过处理的肉样与对照组相比，总活菌数、假单胞菌、乳酸菌、肠杆菌、嗜冷菌以及酵母菌数量显著降低，经处理后的肉样，其脂质及蛋白质氧化均得到了显著抑制。
此外，将进行壳聚糖涂层处理后的禽肉再进行不同方式的包装或杀菌处理可达到更好的保鲜效果。张晓春等[31]将壳聚糖涂膜与低温二次杀菌、真空包装技术及天然生物防腐剂相结合，对卤鹅综合保鲜方法进行了研究，研究表明对卤鹅表面涂膜经过复配的壳聚糖涂膜液，然后采用真空包装、低温二次杀菌技术处理，在常温下卤鹅的货架期延长至4 周左右。Giatrakou等[32]在壳聚糖和百里香油对预加工鸡肉产品影响的研究中表明，若在经过气调包装的新鲜鸡胸肉中加入壳聚糖，可有效抑制沙门氏菌；若将质量浓度为1.5 g/100 mL壳聚糖与质量浓度为0.2 g/100 mL百里香油进行混合处理肉样，可抑制热死坏丝菌、乳酸菌、假单胞菌与肠杆菌的生长，使货架期延长4～6 d。Petrou等[33]将鸡胸脯肉与壳聚糖和牛至油单独或结合浸渍处理后气调包装贮藏，研究表明单独使用质量浓度为0.25 g/100 mL牛至油处理鸡肉的保质期可以延长6 d，而质量浓度为0.25 g/100 mL牛至油与质量浓度为1.5g/100 mL 壳聚糖结合处理可使保质期延长15 d，并且经过处理的鸡胸肉感官评价并没有受到影响。
5 壳聚糖在水产品及其制品中的应用
水产品分为鱼、虾、蟹、贝四大类。由于水产品中含有多种不饱和脂肪酸和丰富的蛋白质，水分含量高，因此捕捞后，如不立即采取有效保鲜措施，很容易腐败变质，并且即使在冷藏条件下也仍能发生脂肪氧化和微生物繁殖，所以有效的保鲜技术对水产品的品质保持十分重要。李婷婷等[34]采用不同浓度的壳聚糖对大黄鱼进行涂膜保鲜，并观察大黄鱼在4 ℃条件下贮藏期间品质变化情况，结果表明，质量浓度为1.5 g/100 mL的壳聚糖涂膜保鲜效果最好，且能较好地保持大黄鱼感官品质，可使大黄鱼的货架期延长至12 d。Fernandez-Saiz等[35]研究了不同温度（4、12、37 ℃）条件下壳聚糖膜对鱼汤中单核细胞增生李斯特氏菌、金黄色葡萄球菌和沙门氏菌的生长繁殖的影响，结果表明，在5 h内壳聚糖-醋酸钠内涂层的包装材料能使液体食品如鱼汤中的的微生物数量减少至1 （lg（CFU/mL））以下，保鲜作用明显。Fan等[36]
用质量浓度为2 g/100 mL壳聚糖水溶液处理冷藏鲤鱼，并研究了其对鲤鱼品质及货架期的影响，研究表明，在
-3 ℃条件下贮存30 d壳聚糖涂膜对鱼样保鲜作用明显，并延长了其保质期。吕飞等[37]研究壳聚糖涂层结合真空包装对醉虾贮藏品质的影响，分析了空气包装、真空包装及二者分别与质量浓度为1.5 g/100 mL壳聚糖涂膜结合处理对贮藏醉虾品质的影响，研究表明，在4 ℃冷藏条件下质量浓度为1.5 g/100 mL壳聚糖涂层结合真空包装对贮藏醉虾的货架期延长有一定的增强作用。
此外，壳聚糖与其他防腐剂进行复配处理的保鲜效果也较为明显，陈晓眠等[38]以罗非鱼为原料在4 ℃冷藏条件下评价壳聚糖和茶多酚对冷藏罗非鱼的保鲜效果，研究表明，经茶多酚和壳聚糖复合处理的罗非鱼，其细菌总数、TBARs值、TVB-N值和鲜度K值都明显低于对照组；并且能够有效地抑制细菌的繁殖，延长保鲜期。Duan等[39]用质量浓度为3 g/100 mL壳聚糖与质量分数为10%鱼油包裹新鲜鳕鱼，通过调节湿度与pH值，降低了脂类氧化程度，使冷鲜和冷藏鱼肉样品中总菌数和嗜冷菌数分别降低0.37～1.19（lg（CFU/g））和0.27～1.55（lg（CFU/g）），货架期延长7 d。Sathivel等[40]研究冻藏过程中壳聚糖对无皮粉红鲑鱼片质量的影响，研究表明壳聚糖与乳酸复合制备的壳聚糖膜能有效降低鱼片的脂质氧化，使鱼片质量提升，保质期延长。Gómez-Estaca等[41]研究表明在鳕鱼表面使用壳聚糖与香精油混合液涂抹能起到抗菌作用，且在冷藏条件下能有效延长其货架期。Ojagh等[42]研究壳聚糖涂膜对冷藏虹鳟鱼品质的影响，研究表明经过（4±1） ℃、16 d的冷藏，涂抹壳聚糖和肉桂油混合涂层的鱼样品质特性保持较好，且保质期更长。
6 结 语
目前，我国各类食品保鲜添加剂中壳聚糖作为一种无毒、安全、高效以及多种生物功能等优点的天然防腐保鲜剂，不但提高了我国肉类加工产品的安全和质量品质，同时还提高了我国肉类产品的国际竞争能力。壳聚糖在肉制品中的应用前景有2 种：一是通过复配的方法将壳聚糖与各种天然防腐保鲜材料进行复合，取长补短，从而得到更有效全面的保鲜效果；二是将壳聚糖进行衍生改性，提高其抗菌和阻隔等功能特性，以增强自身的功能效果。但是由于壳聚糖及其与其他材料复合进行保鲜处理的效果仍有不尽人意之处，复合保鲜膜透光率也会对肉及肉制品产生一定的影响，透明度较低的复合膜会影响肉制品外观，从而导致消费者的购买欲降低。尤其是冷鲜肉中应用天然防腐保鲜涂层，成膜后对冷鲜肉的外观质地产生的不良影响更为严重。总体来说，壳聚糖应用于肉及肉制品中的抑菌保鲜效果尚佳，且在整个生产制造过程中污染相对较低，故其仍具有广阔的研究发展前景。随着人们不断地关注和研究，壳聚糖在肉及肉制品中的应用将更加科学有效。
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