水產品腐敗菌與保鮮技術研究進展

姜興為 ，楊憲時

（1.中國水產科學研究院東海水產研究所，上海 200090；2.上海海洋大學食品學院，上海 200090）

化學污染和物理損傷等很多因素可使食品變質，然而一個重要的原因是食品中的微生物在生長繁殖過程中產生了人們不喜歡或無法接受的異味。據估計全球每年損失的食物中有25%是由微生物造成的，腐敗微生物的研究在全球范圍內都廣受關注。水產品營養豐富味道鮮美，深受人們喜愛。由于其營養物質和水分含量高、pH值接近中性，加之肌肉中結締組織較少且容易變為堿性，水產品極易腐敗變質。因此，開發有效的保藏方法對減少因微生物腐敗而造成的損失至關重要。

1 水產品微生物生態學

食品是一個動態變化的微生態系統，在儲藏過程中pH、氛圍氣體、營養物質和微生物菌相會發生一定的改變。由于原材料、加工過程中各項參數以及儲藏條件都不盡相同，每種食品都有自己特定的微生物菌相。雖然剛捕獲時水產品的菌相差別很大，但是水產鮮品及加工后的水產品可根據相似的微生物學生態分為幾大類。在自然存放的水產品中革蘭氏陰性發酵菌是優勢腐敗菌，而冰藏后優勢腐敗菌則變為革蘭氏陰性嗜冷菌[1]。CO2包裝可以抑制需氧腐敗菌的生長，但是磷發光桿菌和乳酸菌可以在這種環境生存[2]。在水產品中添加微量NaCl、略微使其酸化和真空包裝后冷藏（如冷熏魚），可抑制革蘭氏陰性需氧菌，而乳酸菌和革蘭氏陰性發酵菌則成為產品的優勢菌[2]。增加食品的保藏強度，比如將半保藏水產品酸化或者添加山梨酸和苯甲酸等防腐劑，可使乳酸菌和酵母菌變為優勢菌。干制或干腌可抑制水產品中大部分細菌的生長，這類產品的變質是絲狀真菌或昆蟲引起的。許多水產品在加工過程中會進行輕微的加熱處理，產芽孢菌可以在這類產品中生長，尤其在加工過程中沒有經過加鹽處理。

2 水產品腐敗

水產品的腐敗主要表現在某些細菌降解游離氨基酸生成胺、硫化物、醛、酮、酯、有機酸等，產生不良味道使產品變得感官上不可接受[3]。大部分海水魚中都含有氧化三甲胺（TMAO），許多腐敗菌進行呼吸作用時可利用TMAO作為電子載體并使其轉變為三甲胺（TMA）。水產品腐敗時微生物產生的代謝產物與畜肉和禽肉中產生的代謝產物差別不大，但是水產品腐敗產生的TMA具有鮮魚腐敗時典型的氨臭味，這也是水產品腐敗時其味道區別于其他肉類的原因。產氣單孢菌、嗜冷腸桿菌、磷發光桿菌、腐敗希瓦氏菌都可以降解TMAO產生TMA。有些腐敗菌的代謝產物可作為水產品的質量判定指標。相對于速度慢的微生物學方法，利用化學指標來判斷水產品鮮度速度要快得多。但是化學方法也有一定的局限性，有些代謝產物的含量較低只有在接近腐敗的時候才可測定。水產品常用的單一化學指標有總揮發性鹽基氮（TVBN）、TMA和次黃嘌呤。有時也用K值和生物胺含量來指示某些水產品的新鮮程度。由多種代謝產物構成的復合化學指標已經用統計學的方法鑒定了出來，它們與水產品的感官品質和貨架期相關性更好[4]。將這種復雜化學成分分析、感官評價和多變量統計分析結合將成為未來食品腐敗研究的重要領域。

3 水產品特定腐敗菌

水產品在剛捕獲時會受到多種微生物的污染，但只有很少部分細菌參與腐敗過程，這些適合生存、繁殖并產生腐敗臭味代謝產物的菌群，就是該產品的特定腐敗菌 （Specific spoilage organism，SSO）[5]。儲藏初期SSO數量非常少，占菌落總數的比例也很小，但是其生長速度比其他細菌快，并且隨著儲藏時間的增加在菌落總數中的比例不斷增加。

3.1 特定腐敗菌的分類與鑒定

在對某種SSO鑒定時，產生異味的定性能力（腐敗潛在性）和產生腐敗代謝物的定量能力（腐敗能力）的鑒定是必要的。比較不同細菌接種到相同的無菌模式產品后TMA、生物胺或揮發性氨類物質產量因子的大小也是很有用的[6]。腐敗能力是指一種特定腐敗菌在某種條件下（pH、溫度、水分活度和氛圍氣體）生長繁殖和產生腐敗代謝產物的能力。腐敗菌和它們腐敗能力的鑒定將在本質上促進水產品貨架期的預測以及延長。目前微生物菌相中的大部分細菌是通過傳統方法和表型實驗鑒定的。用16S rRNA基因序列鑒定的結果和傳統方法的鑒定結果一致。腐敗希瓦氏菌是在1985年以James M Shewan的名字命名的，他在水產品腐敗領域研究了數十年。目前希瓦氏菌中嗜溫性的耐鹽菌落被證明是海藻希瓦氏菌（Shewanella algae），而嗜冷性的希瓦氏菌則分為腐敗希瓦氏菌（Shewanella putrefaciens）和波羅地希瓦氏菌（Shewanella baltica）[7]。磷發光桿菌也是重要的水產品腐敗菌，產生熒光和不產生熒光的菌落可通過簡單的生化實驗來鑒定。用生化實驗來鑒定乳酸桿菌和肉食桿菌結果是不可靠的，但是采用十二烷基硫酸鈉-聚丙稀酰胺凝膠電泳方法（SDS-PAGE）對其全細胞蛋白進行電泳可將乳酸菌鑒定的準確度精確至種[8]。目前和水產品腐敗有關的酵母菌和霉菌的分類鑒定還較少。

3.2 特定腐敗菌的檢測方法

國內外大量文獻都顯示，水產品的剩余貨架期可以用特定腐敗菌的數量來預測，因此它們的檢測方法引起了人們的極大興趣。目前人們已經根據某種細菌腐敗反應時產生的某些指示性或選擇性標準，開發出了幾種特定腐敗菌的檢測方法。這些方法包括用來檢測產H2S的腐敗希瓦氏菌的鐵瓊脂，將磷發光桿菌在含有TMAO的液體培養基中培養，通過測定培養基電導率的變化來確定磷發光桿菌的數量[9]。另外鮮魚中假單胞菌的數量也可以用阻抗法來測定，但是到目前為止還沒有專門培養乳酸菌和腸桿菌的選擇性培養基。

當一種特定腐敗菌檢測方法的最低檢測限度為102SSO/g時，它才對預測貨架期有實際的幫助。以免疫學為基礎的檢測方法由于靈敏度太差（106～107SSO/g）并不能應用于實際。以16S rRNA探針為基礎的檢測方法也存在著不足，它的局限性是有些發光細菌對環境高度敏感。科學家還開發了一種以聚合酶鏈式反應（PCR）為基礎的腐敗希瓦氏菌鑒定方法，它可以區分腐敗希瓦氏菌（S.putrefaciens）和海藻希瓦氏菌（S.algae）。聚合酶抑制物可以更換且它在實驗室間的重現性非常好，在未來PCR技術的應用領域將非常廣。以腐敗菌專用培養基為基礎的檢測方法具有很好的敏感性，在將來的一段時間內此方法將會是腐敗菌最重要的檢測方法。

3.3 腐敗菌之間的相互作用

水產品在儲藏過程中腐敗菌逐漸成為優勢菌的主要原因為產品中理化狀況適合它們生長。腐敗菌只有達到一定的數量后（>106～107cfu/g）水產品才會出現明顯的腐敗，不同微生物之間的相互作用（拮抗和共生）可以影響它們的生長和新陳代謝。雖然魚體肌肉中營養物質含量充足，但是鐵離子的含量卻是有限的，微生物在生長過程中會在細胞內產生含鐵復合物。假單胞菌嗜鐵素結合鐵離子的能力特別強，假單胞菌的這一特性為分離選擇它們提供了可能。乳酸菌在生長過程中會產生乳酸和細菌素，而且會和其他細菌競爭營養物質，所以它可以抑制其他細菌的生長。利用乳酸菌的這一特性可以將其從輕微保藏的水產品中分離出來。輕微保藏的水產品發生腐敗時，乳酸菌和腸桿菌可以相互影響。乳酸菌可以將精氨酸降解成鳥氨酸，而腸桿菌則可以將鳥氨酸降解為尸胺。當乳酸菌存在時腸桿菌產生尸胺的量是腸桿菌單獨存在時產生尸胺量的10至15倍[10]。另一個腐敗菌之間相互作用的例子就是有些革蘭氏陰性腐敗菌會產生像酰化高絲氨酸內酯這樣的化學傳遞信號。酰化高絲氨酸內酯在食品腐敗中的作用現在還不清楚，但是很多研究表明在食品腐敗的很多過程（果膠糖分解、蛋白質肽鍵水解、脂解作用和殼多糖分解活性）都和酰化高絲氨酸內酯有關。水產品中許多腐敗菌都會代謝產生酰化高絲氨酸內酯，探索它在水產品腐敗中作用將是未來研究的重要領域。

4 水產品的保鮮方法

4.1 低溫保藏

水產品不論采取何種保藏方式都是以低溫儲藏為基礎的，它是最簡單有效的保藏方式，包括冷藏、凍藏、微凍和深度冷卻后冰藏。由于冷藏只能在一定范圍內抑制腐敗菌的活動，對水產品的保鮮效果不是很好，只適合短時間儲藏。凍藏在水產品中的應用較多，一般水產品常采用-18℃的凍藏溫度，而對一些品質要求高的水產品則需選用-25℃甚至更低溫度。凍藏會造成水產品肌肉冷凍變性，而且在水產品細胞內產生的大冰晶會損傷細胞，造成解凍時汁液流失多，鮮度及感官質量變差。微凍保鮮是指將水產品保藏在凍結點（-3℃）的一種輕度冷凍保鮮，也稱作部分凍結。微凍保鮮的目的是在避免凍結損害的情況下盡量將水產品的溫度降低。長期以來，人們普遍認為-1～-5℃是最大冰晶生成溫度帶，微凍儲藏會因緩慢凍結而影響食品的質量。微凍時精確控溫會造成生產流通成本上升，所以目前微凍技術還沒有廣泛應用于實際生產。深度冷卻后冰藏是指鮮魚捕獲后立即放入-10℃的鹽水中，運抵工廠后進行挑選分級，然后將魚放入泡沫箱中冰藏。鮮魚的宰殺方式對其品質有較大的影響，深度冷卻能使活魚立即進入冷休克狀態并且魚體溫度能快速下降至0℃以下。冰溫保鮮不僅能將水產品細胞維持在活體狀態，還能有效抑制有害微生物的活動及各種酶的活性。隨著人們對水產品品質要求的提高，水產品的市場價格逐漸形成了“活的最貴，冰鮮次之，冷凍最便宜”的格局，冰鮮水產品的比例將不斷提高。

4.2 保鮮劑保鮮

水產品采用可食性涂膜進行保鮮近年來在國內外引起了廣泛的重視，這種保護膜是以海藻酸鈉、褐藻酸鈣、殼聚糖等天然材料作為涂膜劑，膜和食物可以一起食用，用于蝦仁、扇貝柱的保鮮，會使蝦仁、扇貝柱的肉質更加細嫩口感更好[11]，用于冰鮮魚保鮮可使其貨架期延長[12-13]。Nisin（乳酸鏈球菌素）和溶菌酶是從微生物中提取出來的天然抑菌素，它們可以被人體消化吸收。Nisin對于抑制脂肪的酸敗和G細菌及大腸桿菌的增殖方面具有明顯的效果，而溶菌酶對于控制細菌總數的增殖、減緩TVBN值的增加具有重要的作用。薛長湖將Nisin和溶菌酶配合使用，能有效延長貽貝和牡蠣的貨架期[14-15]。從天然植物中提取的許多物質也對水產品保鮮有較好的效果。如從茶葉中提取的茶多酚被公認為是一種安全的食品添加劑。用茶多酚處理的帶魚段和去內臟鯽魚在鮮度指標內的貯藏期明顯延長[16]，此外植物香辛料的提取物也被證明有抑菌作用。

4.3 氣調保藏

有些水產品的腐敗機理已經有了很深入的了解，成為研究通過抑制SSO來延長水產品貨架期的科學基礎。氣調包裝（MAP）就是SSO靶向抑制的方法之一，它是采用人工混合氣體代替包裝袋內的空氣，通過抑制需氧腐敗菌的生長來延長食品保鮮期。氣調包裝對禽畜肉的保鮮效果較好，但對鮮魚的保鮮效果不好。用CO2包裝來保藏冰溫海水魚，雖然CO2可以抑制腐敗希瓦氏菌和假單胞菌的生長，在理論上可以大大延長鮮魚的貨架期，然而經CO2包裝的鮮魚磷發光桿菌變為優勢腐敗菌，它即可以耐受CO2又可以降解TMAO，造成經過CO2包裝和沒有經過CO2包裝的鮮魚腐敗速率幾乎一樣。但是磷發光桿菌對低溫比較敏感，可以通過凍結處理加以抑制從而大大延長這類產品的貨架期。國外有文獻表明經過冷凍后的冷藏MAP鱈魚片貨架期可延長大約一倍[17]。

4.4 輻照保鮮

輻照保鮮就是利用射線輻照起到殺滅腐敗菌的作用，從而達到保持水產品品質及延長貨架期的目的。食品輻照已被證明是一種高效、安全的加工手段，可有效地應用于食品保藏。水產品腐敗菌中大部分是革蘭氏陰性菌，而革蘭氏陰性菌對射線較為敏感。國外關于冰鮮魚的輻照保鮮研究得出輻照劑量為1 kGy時就可以起到很好的保鮮效果[18]，水產品的貨架期可延長一倍以上而對脂肪氧化和營養物質的影響很小。輻照保鮮有以下優點：殺菌效果顯著，劑量可根據需要進行調節；即使輻照劑量較高（大于10 kGy），水產品感官變化也不顯著；沒有非水產品物質殘留；產生的熱量極少；放射線穿透能力強、均勻、瞬間即逝，而且對其輻照過程可以進行準確控制；水產品輻照處理時，對包裝無嚴格要求，可以在水產品包裝以后進行處理，防止再次污染問題。

5 結論與展望

水產品腐敗的很多方面都已經進行了十分透徹的研究，尤其是只有一種腐敗菌對腐敗起作用的水產品。輕微保藏的水產品在腐敗過程中多種腐敗菌相互作用，它們的腐敗機理至今還不是十分清楚，這類產品貨架期預測模型的開發和完善將是今后研究的重點領域。此外，不同水產品特定腐敗菌準確而快速檢測方法的開發也是今后的研究重點。透徹了解特定腐敗菌的概念將有助于針對這類細菌尋找有效的保藏方法。特定腐敗菌這一概念還可以延伸至食品微生物學的其他領域，傳統上人們一直認為食品微生物學是相當穩定的研究領域，大部分情況下是通過檢測菌落總數或者是否出現某一特定的致病菌來判斷食品的品質。

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