殼聚糖在食品保鮮中的研究應(yīng)用進展

劉可 高鋒 劉佳豪 彭關(guān)平 程汝舟

殼聚糖是一種具有良好特性的堿性氨基多糖，其在食品工業(yè)被廣泛開發(fā)和應(yīng)用，食品保鮮一直以來都是食品領(lǐng)域研究的熱點。本文從殼聚糖物質(zhì)出發(fā)，綜述了殼聚糖對食品保鮮的作用機理和研究應(yīng)用現(xiàn)狀，以期為殼聚糖在食品中的進一步研究提供參考依據(jù)與思路。

食品由于其基本特性在長期自然貯存狀態(tài)下易發(fā)生腐敗變質(zhì)現(xiàn)象。食品腐敗后理化性質(zhì)和感官發(fā)生改變，致使食物本身營養(yǎng)價值降低，影響其口感與風味，引起衛(wèi)生安全問題，造成食品浪費[1]。其由腐敗產(chǎn)生的一些致病性微生物還會在一定程度上對食用人群的身體健康造成損害。延長食品保質(zhì)期和保鮮期，延緩食品腐敗、增加穩(wěn)定性，保留食品最佳的可食用風味是食品工業(yè)領(lǐng)域一直以來的研究熱點。殼聚糖是一類具有良好特性的堿性氨基多糖，其來源廣泛，而且具有安全無毒、生物相容性好、抗菌性強、易成膜等特點而被廣泛應(yīng)用于食品保鮮領(lǐng)域[2]。本文就殼聚糖及其復(fù)合物在食品保鮮的應(yīng)用及研究進展進行綜述，重點闡述殼聚糖在食品保鮮中的作用機理、性能和應(yīng)用，并對殼聚糖在食品保鮮的發(fā)展前景進行展望，為殼聚糖在食品工業(yè)中的進一步應(yīng)用研究提供參考依據(jù)。

殼聚糖概述

殼聚糖是自然界廣泛存在的甲殼素物質(zhì)脫乙酰化作用生成的多糖高分子物質(zhì)，其化學名稱為聚葡萄糖胺（1-4）-2-氨基-B-D葡萄糖[3]。殼聚糖是甲殼素脫N-乙酰基的產(chǎn)物，N-乙酰基脫去55%以上就可稱之為殼聚糖，因此在特定的條件下，殼聚糖能發(fā)生多種理化反應(yīng)，可生成各種具有不同性能的殼聚糖衍生物，從而擴大了殼聚糖的應(yīng)用范圍[4]。殼聚糖這種天然高分子物質(zhì)因其良好的生化特性與可加工性而被應(yīng)用在食品、醫(yī)藥、化工等許多行業(yè)領(lǐng)域中并取得了重大進展[5]。殼聚糖在食品中主要體現(xiàn)在對食品保鮮領(lǐng)域的研究應(yīng)用，其保鮮食品原理主要是由于殼聚糖具有成膜性與抑菌性能，能夠在食品表面形成阻隔性良好的透氣薄膜，減緩食品的衰敗變質(zhì)，同時殼聚糖具有殺菌作用，殼聚糖與細菌細胞中帶陰離子的細胞質(zhì)發(fā)生絮凝作用產(chǎn)生抑菌效果，能夠有效抑制微生物生長繁殖[6-8]。

殼聚糖在食品保鮮的作用機理

抑菌防腐

食品保鮮是在基于食品本身貨架期的基礎(chǔ)上延長食品的可食用時間，減緩食品水分與營養(yǎng)物質(zhì)的流失，保持自身的風味。殼聚糖用于食品保鮮主要是殼聚糖源自于其良好的抑菌防腐效果而被應(yīng)用在食品與食品添加劑中。目前關(guān)于殼聚糖對食品抑菌防腐作用機理主要基于以下幾點的研究：（1）殼聚糖及其衍生物上的-NH2能質(zhì)子化形成抑菌基團-NH3+，與帶負電的細菌細胞膜反應(yīng)發(fā)生凝結(jié)作用，從而改變細胞膜通透性，導(dǎo)致細胞外的營養(yǎng)成分無法向細胞內(nèi)運輸，細胞正常新陳代謝功能受到影響，致使細菌細胞裂解死亡起到殺菌作用[9]。（2）殼聚糖進入細菌細胞內(nèi)，與細胞內(nèi)帶負電的物質(zhì)結(jié)合，擾亂細胞的正常生理活動，破壞細胞壁的合成，造成細胞膜的破裂，抑制細菌的繁殖，導(dǎo)致微生物的死亡[10]。（3）殼聚糖作為一種螯合劑，選擇性地螯合對微生物生長起關(guān)鍵作用的金屬離子，從而抑制微生物的生長繁殖和產(chǎn)毒產(chǎn)生[11]。

藍蔚青等[12]人通過光密度值結(jié)合菌液澄清度法探究殼聚糖對腐生葡萄球菌的抑菌作用機制。分析微生物生長曲線、電導(dǎo)率值、堿性磷酸酶含量、過氧化氫酶含量、蘋果酸脫氫酶含量與生物膜生成量等指標變化。掃描電子顯微鏡結(jié)果發(fā)現(xiàn)，經(jīng)殼聚糖處理的腐生葡萄球菌細胞形狀不規(guī)則，表面呈不規(guī)則皺褶，出現(xiàn)破損細胞或細胞碎片，黏附聚集明顯，嚴重時導(dǎo)致蛋白質(zhì)、核酸等細胞質(zhì)成分泄漏。殼聚糖能延緩腐生葡萄球菌的生長，抑制菌體生物膜的形成，損壞細胞壁結(jié)構(gòu)，增強其細胞膜通透性，隨后進入細胞內(nèi)，破壞保護代謝的酶系統(tǒng)，最終導(dǎo)致細胞死亡。胡瑛等[13]人研究了不同分子量的殼聚糖對6種測試菌（金黃色葡萄球菌、表皮葡萄球菌、棒狀桿菌、大腸桿菌、綠膿桿菌、白色念珠菌）的最低抑菌濃度MIC值。其研究中，分子量為8.7萬的殼聚糖對金黃色葡萄球菌的MIC為0.05%，對大腸桿菌的MIC為0.1%。也同樣說明，殼聚糖對革蘭氏陽性菌的抑菌性比對革蘭氏陰性菌更為敏感。Xiao等[14]人研究用FITC（異硫氰酸熒光素）標記低分子量殼聚糖與大腸桿菌一起培養(yǎng)。經(jīng)過熒光檢測顯示，殼聚糖通過滲透的方式進入細胞體內(nèi)，帶有正電荷的殼聚糖與帶有負電荷的DNA發(fā)生相互作用，影響了RNA轉(zhuǎn)錄和蛋白質(zhì)合成，從而實現(xiàn)了抑菌作用。

復(fù)合保鮮

復(fù)合保鮮是指利用兩種或兩種以上的方法防止食物、食品等變質(zhì)的一種方式，以保證食物、食品等物質(zhì)的鮮度。殼聚糖因為含有豐富的氨基、羥基等活性基團，其本身能夠在食品表面形成良好的保鮮薄膜，阻隔細胞內(nèi)外物質(zhì)的傳遞，使食品表面形成一個微環(huán)境，有效抑制營養(yǎng)物質(zhì)的消耗，同時又能夠與多種物質(zhì)聚合產(chǎn)生復(fù)合作用，增強殼聚糖的保鮮效果。余達威[15]利用殼聚糖與丁香精油、肉桂精油和檸檬草精油復(fù)配，對魚片保鮮效果進行了研究，結(jié)果表明，實驗處理組的硫代巴比妥酸脂和過氧化值分別下降了41%～49%和21%～49%，魚片脂質(zhì)氧化得到了明顯的抑制。殼聚糖-丁香精油涂膜的效果最佳，其中超氧化物歧化酶、谷胱甘肽過氧化物酶和過氧化氫酶活性在貯藏末期比對照組提高了120%、36%、117%。段紅梅等[16]人研究殼聚糖-魔芋粉復(fù)合保鮮液對長白楤木嫩芽的保鮮效果，分別以0.25%、0.5%、0.75%的殼聚糖與0.4%的魔芋粉復(fù)配制成保鮮液，對長白楤木嫩芽進行涂膜處理，結(jié)果表明0.5%的殼聚糖與0.4%的魔芋粉復(fù)合保鮮液對貯藏期間長白楤木嫩芽保鮮效果最顯著，使長白楤木嫩芽的感官品質(zhì)保持良好，保鮮方面具有較好的應(yīng)用價值。

殼聚糖在食品保鮮的研究進展

殼聚糖復(fù)配物在食品保鮮的研究進展

殼聚糖因其良好的加工特性而易與其它物質(zhì)進行復(fù)配，進一步增強殼聚糖的性能，通過復(fù)合作用產(chǎn)生新的復(fù)合物而對食品達到保鮮效果，延緩食品的腐敗變質(zhì)。林洪斌等[17]人以殼聚糖和三聚磷酸鈉為原材料，采用離子交聯(lián)法制備殼聚糖納米粒子并進行保鮮抑菌效果研究。結(jié)果表明當制得的納米殼聚糖質(zhì)量濃度達到0.6mg/mL時，對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌表現(xiàn)出明顯抑制作用，能夠很好用于食品保鮮。Lee等[18]人制備了含有乳鏈菌肽的殼聚糖復(fù)合保鮮劑，并研究其對橙汁中食源性病原體的抑制作用。結(jié)果表明，殼聚糖-乳鏈菌肽納米顆粒對金黃色葡萄球菌、大腸桿菌和沙門氏菌的體外抗菌作用明顯，該納米顆粒在食品及其他相關(guān)領(lǐng)域有很大的應(yīng)用潛力。

殼聚糖的多種特性，如純天然、可安全食用、生物可降解等特性，使其成為化學合成添加劑的可靠替代品。越來越多的殼聚糖及其衍生物被應(yīng)用到食品生產(chǎn)的過程中。因為殼聚糖帶有的游離氨基基團具有還原性，所以可與食品表面的金屬離子相互絡(luò)合生成穩(wěn)定的化合物，進而維持食品本身的外觀與品質(zhì)，延緩營養(yǎng)物質(zhì)的流失。同時，該屬性能夠?qū)κ称穬?nèi)的活性自由基起到清除作用，降低細胞膜脂過氧化，延緩組織的衰老。徐楚等[19]人研究茶多酚、殼聚糖和溶菌酶復(fù)合保鮮劑對高白鮭魚片的保鮮效果，研究結(jié)果表明最佳復(fù)合保鮮劑使用量為茶多酚濃度0.1g/kg，殼聚糖濃度4.0g/kg，溶菌酶濃度0.5g/kg。經(jīng)最佳復(fù)合保鮮劑處理后K值、TBA值和菌落總數(shù)均顯著低于對照組（p<0.05），在冰藏條件下能將高白鮭的一級鮮度延長至4d，維持良好鮮度品質(zhì)，延長保鮮期。李昌寶等[20]人將荔枝經(jīng)過殼聚糖復(fù)配保鮮劑處理后，發(fā)現(xiàn)在4℃環(huán)境下冷藏可以有效抑制荔枝的腐敗、減少可溶性內(nèi)容物的流出，同時可以保持荔枝的感官品質(zhì)。陳揚波等[21]人分別用質(zhì)量濃度為2.0%的殼聚糖溶液和殼寡糖溶液對鮮切蓮藕進行保鮮處理，定期測定鮮切蓮藕的褐變程度并對其進行感官評價。結(jié)果表明2.0%殼聚糖溶液能有效抑制鮮切蓮藕褐變，且褐變程度和感官測定結(jié)果都明顯比其它處理方法更好;殼聚糖濃度為2.2%時對鮮切蓮藕的保鮮效果最佳。

殼聚糖復(fù)合膜在食品保鮮的研究進展

殼聚糖的優(yōu)良性能使其可作為基體物質(zhì)而加入具有抑菌保鮮作用的物質(zhì)或提取物，這不僅可以有效改善殼聚糖的單一性能，還可以進一步加強殼聚糖在食品中抗菌保鮮效果，達到復(fù)合保鮮的作用。張莉等[22]人將具有抑菌性能和抗氧化活性的原花青素與殼聚糖共混制備一種高抗氧化性復(fù)合膜，加入原花青素后，殼聚糖膜的抑菌性能和抗氧化性能得到大大提高，掃描電鏡結(jié)果表明原花青素小分子的加入使殼聚糖膜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得致密，孔狀結(jié)構(gòu)得以改善，添加適量的原花青素到殼聚糖溶液中，可以制備一種高抗氧化活性的食品膜，同時該食品膜具有良好的抑菌性能。

在食品表面涂抹殼聚糖及其復(fù)合衍生物形成保護涂層，具有選擇通透性和疏水能力，增加各種氣體分子的穿透阻力，且保濕性能良好，使食品內(nèi)的二氧化碳含量增加，氧氣含量降低，抑制了食品的呼吸代謝和水分散失，減緩食物組織和結(jié)構(gòu)的衰老，從而有效延長食品的保質(zhì)期。李奉國等[23]人以殼聚糖為基體、以茶多酚為功能添加劑制成不同濃度配比的殼聚糖基復(fù)合膜對平菇進行保鮮研究，發(fā)現(xiàn)茶多酚的濃度不宜過高，殼聚糖與茶多酚質(zhì)量比為5：1時最適合平菇的保鮮。呂靜祎等[24]人用藍莓為試材，研究采用1%殼聚糖+0.5%抗壞血酸復(fù)配中草藥提取物制成的可食用涂膜液處理對其在低溫（0±0.2℃）貯藏過程中保鮮效果的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)殼聚糖復(fù)合涂膜處理能夠減緩藍莓果實貯藏期內(nèi)硬度、可溶性固形物含量、可滴定酸含量及含水量的下降，延緩丙二醛含量上升，推遲呼吸高峰及乙烯高峰的出現(xiàn)時間，同時減緩VC及總酚含量的下降，有效地降低多酚氧化酶的活性并抑制其活性高峰的出現(xiàn)，提高過氧化物酶和過氧化氫酶的活性，表明殼聚糖復(fù)合涂膜處理能有效保持藍莓果實的貯藏品質(zhì)，延緩其成熟衰老進程，從而延長貨架期。

展望

隨著生活水平的提高，人們對食品安全越來越重視。殼聚糖經(jīng)證明是一種可行的、具有良好性能的保鮮物質(zhì)。殼聚糖復(fù)合可食用保鮮膜非常適合來提供食品產(chǎn)品所需的保護屏障，同時殼聚糖還能作為單一物質(zhì)特定功能添加劑的載體，如抗氧化劑和抗菌劑等，可以避免病原體或食源性微生物在食品產(chǎn)品表面的生長，這大大擴大了殼聚糖的應(yīng)用范圍。殼聚糖的優(yōu)良性能隨著食品工業(yè)的不斷發(fā)展將更加廣泛地應(yīng)用在食品保鮮領(lǐng)域，目前殼聚糖在食品包裝與保鮮領(lǐng)域都取得了一定的研究應(yīng)用進展，殼聚糖保鮮劑能有效延緩食品感官品質(zhì)下降速率，最大程度上保持食品的各項感官品質(zhì)，對食品變質(zhì)腐敗過程能夠有效抑制，能降低酶促褐變，減少水分散失，保持食品鮮艷的色澤、口感、質(zhì)地，使香味更加持久，因此能有效地保持食物的商品價值。隨著社會的發(fā)展，越來越多的人開始追求安全、健康、環(huán)保的生活方式，作為抗菌性能優(yōu)異、生物相容性好、天然呈堿性的無毒的殼聚糖，勢必會受到青睞，再加之其超強的吸附性、吸濕性，更會在紡織材料、復(fù)合材料領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，比如需要集良好生物相容性、抗菌性的醫(yī)療領(lǐng)域的使用，集吸濕、抗菌性等為一體的面料功能改性劑，有保健效果、抗菌作用的殼聚糖保健紡織品，農(nóng)業(yè)、食品中的保鮮劑，環(huán)保的污水吸附劑等。

參考文獻

[1]謝海偉，吳琳芝，黃欲菲，等.食品保鮮劑研究進展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2019，47（15）：13-17.

[2]王繼業(yè)，張明宇，霍倩，等.殼聚糖的性能及應(yīng)用[J].紡織科學與工程學報，2020，37（03）：110-116.

[3]WANG H X，QIAN J，DING F Y. Emerging chitosan-based films for food packaging applications[J].Journal of Agricultural and Food Chemistry，2018，66（2）： 395-413.

[4]厲佳怡，嚴燕兒.殼聚糖在食品行業(yè)中的應(yīng)用[J].食品安全導(dǎo)刊，2020（31）：63-65.

[5]茅芝娟，張昆明，黃永春，等.殼聚糖W/O型乳狀液的超聲輔助制備及其穩(wěn)定性[J].食品科學，2021，42（02）：8-16.

[6]陳佳新，陳倩，孔保華.殼聚糖的保鮮機制及其在肉與肉類制品保鮮中應(yīng)用的研究進展[J].肉類研究，2016，30（10）：35-39.

[7]VAZ J M，PEZZOLI D，CHEVALLIER P， et al. Antibacterial coatings based on chitosan for pharmaceutical and biomedical applications[J].Current Pharmaceutical Design，2018，24（8）：866-885.

[8]XU W，DONG S，HAN Y， et al.Hydrogels as antibacterial biomaterials[J].Current Pharmaceutical Design，2018，24（8）：843-854.

[9]Hadwiger LA，Kendra DF，F(xiàn)ristensky BW，et al.Chitosan both activates genes inplants and inhibits RNA synthesis in fungi [J].Chitin in Nature and Technology，1986：209-214.

[10]張玲.殼聚糖的抗菌機理及其在食品中的應(yīng)用研究[J].現(xiàn)代食品，2020（20）：71-74.

[11]馮小強，李小芳，楊聲，等.殼聚糖對細菌細胞膜及膜蛋白的作用[J].食品科學，2009，（13）：84-88.

[12]藍蔚青，楊歆，王蒙，等.殼聚糖對腐生葡萄球菌的作用機制[J].廣東海洋大學學報，2021，41（01）：63-71.

[13]胡瑛，杜予民，劉慧.殼聚糖抗菌性與分子量和環(huán)境介質(zhì)相關(guān)性研究[J].分析科學學報，2003（4）： 305-308.

[14]Xiao FL，Yun LG，Dong ZY，et al.Antibacterial action of chitosan and carboxymethylated chitosan[J].Journal of Applied Polymer Science，2015，79（7）：1324-1335.

[15]余達威.殼聚糖涂膜對冷藏草魚片的品質(zhì)影響研究[D].江蘇無錫：江南大學，2019.

[16]段紅梅，何建新，王丹丹，等.殼聚糖-魔芋粉復(fù)合涂膜對長白楤木嫩芽保鮮效果的研究[J].食品科技，2019，44（12）：42-47.

[17]林洪斌，郭訓練，劉茜，等.納米殼聚糖粒子制備工藝優(yōu)化及抗菌性研究[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2020，46（03）：110-117.

[18]Lee E H，Khan I，Oh D H.Evaluation of the efficacy of nisin-loaded chitosan nanoparticles against foodborne pathogens in orange juice[J].Journal of food science and technology，2018，55（3）：1127-1133.

[19]徐楚，王錫昌，馬壯，等.茶多酚、殼聚糖、溶菌酶復(fù)合保鮮劑對高白鮭魚片保鮮效果的影響[J].食品工業(yè)科技，2018，39（8）：261-266.

[20]李昌寶，孫健，吳建永，等.殼聚糖復(fù)合保鮮劑在荔枝冷藏中的應(yīng)用[J].食品科學，2013，34（4）：241-244.

[21]陳揚波，張緩，張四鑫，等.殼聚糖及殼寡糖對鮮切蓮藕的保鮮效果探究[J].湘南學院學報，2019，40（05）：108-111.

[22]張莉，陳蘊智，滕玉紅，等.殼聚糖-原花青素高抗氧化抑菌薄膜的研究[J].包裝工程，2020，41（15）：103-109.

[23]李奉國，徐程程，李冠喜.殼聚糖基復(fù)合茶多酚衍生物涂膜保鮮技術(shù)在平菇保鮮中的應(yīng)用[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2019，47（2）：176-178.

[24]呂靜祎，白琳，張良，等.殼聚糖復(fù)合涂膜對藍莓保鮮效果的影響[J].渤海大學學報（自然科學版），2020，41（04）：296-302.

基金項目：邵陽學院研究生科研創(chuàng)新項目（編號：CX2019SY036

作者簡介：劉可，男，在讀碩士研究生。E-mail：15673972129@163.com

*通訊作者簡介：高鋒，男，博士。E-mail：gaofeng137@tju.edu.cn]

邵陽學院食品與化學工程學院 湖南 邵陽 422000