天然生物保鮮劑應用于海鮮保鮮的研究進展

陳晶晶，呂 敏，阮志德，榮文秀

(1.浙江舟山群島新區旅游與健康職業學院，浙江舟山 316111；2.廣西壯族自治區水產科學研究院，廣西南寧 530021)

味鮮美、營養價值高的魚類、甲殼類動物、軟體動物和棘皮動物等海鮮由于各種營養物含量高、pH呈中性、水分高，導致難以長時間貯藏。海鮮死后立即發生微生物和化學反應，導致感官和營養特性劣變，保質期縮短。海鮮由于富含多不飽和脂肪酸(polyunsaturated fatty acids,PUFAs)易發生脂質氧化，造成異味和臭味、營養損失、有害有毒物產生和顏色劣變。微生物、化學和物理共同作用導致海鮮腐敗變質過程復雜，腐敗開始主要由內源酶和化學作用，完全腐敗是微生物代謝所致。收獲或捕獲地與加工廠的距離、貯藏溫度和加工方法等因素決定海鮮品質和腐敗變質。當前優質安全海鮮需求量激增，運用各種保鮮技術和非熱加工技術延長海鮮保質期是研究熱點。

采用如苯甲酸鈉、亞硝酸鈉和二氧化硫等化學合成防腐劑能有效防止微生物、酶或化學作用造成的海鮮營養和品質損失，延長產品保質期，但這些防腐劑對人體健康有害。鹽制法是延長海鮮保質期的常用最古老的天然防腐方法之一，能夠降低肌肉水活性，抑制細菌生長和酶活性，成本低且簡單。在鹽制海鮮上生長的耐鹽和嗜鹽細菌能利用能量讓細胞排鹽，避免蛋白質在細胞質聚集(鹽析)。這些微生物不受控制生長也會導致鹽制海鮮發酵變質，不僅導致海鮮口感差，還導致其成為影響人體健康的高鈉食品。

大量研究表明，植物活性提取物、精油(essential oil,EOs)、細菌素、殼聚糖和生物活性肽等天然生物保鮮劑具有優越抗菌抗氧化性能，可作為合成化學防腐劑的潛在替代品，特別防止微生物、脂質氧化或兩者兼有導致的腐敗變質。該研究介紹一些常用天然生物保鮮劑的生產制備、抗菌抗氧化活性及其在海鮮保鮮中的應用與局限，旨在為海鮮保鮮選擇潛在的天然生物保鮮劑，確保食用安全和品質。

1 食品腐敗變質機制

食品腐敗指酶、化學或微生物作用下，食品貯藏初始條件發生變化，導致食品異味和臭味、感官和質地惡化。死后僵直指魚死后肌肉立即發生不利生化變化，導致肌肉收縮變硬，失去伸展性和彈性。內源蛋白酶、脂肪酶、致腐微生物和脂質氧化是魚僵直之后再貯藏導致腐敗變質的主要原因。采用預處理、添加防腐劑和保鮮包裝等方式控制化學、微生物和酶所導致的腐敗變質，保持產品感官和營養特性。

1.1 微生物引起的腐敗海鮮富含微環境，極易遭受病原微生物入侵，也很大程度上決定海鮮攜帶的微生物負荷。海鮮腐敗變質與生成生物胺、醇、組胺、腐胺、尸胺、硫化物、有機酸、醛和酮的微生物生長代謝有緊密關系，如，海鮮低溫貯藏下，嗜冷菌是主要腐敗菌群，這些菌生長代謝所產生的腐敗物質無論在數量、類型、生成速率上都與果蔬、畜牧肉等不一樣。Sivertsvik等[1]認為好氧或兼性厭氧性好氧革蘭氏陰性菌是導致海鮮腐敗的主要菌群，如乳酸菌(lactic acid bacteria，LAB)、莫氏桿菌(Moraxella)、希瓦氏菌(Shewanella)、不動桿菌(Acinetobacter)、假單胞菌(Pseudomonas)、光合菌(PhotosyntheticBacteria)、氣單胞菌(Aeromonas)、黃桿菌(Flavobacterium)和弧菌(Vibrio)。Gram等[2]認為食物腐敗由特定優勢腐敗生物造成，不是所有腐敗菌都是引起特定食物變質的主要腐敗因素，而是根據食物特性、微環境等因素，主要由在種群和數量上占據優勢的一定腐敗菌群所引起，如希瓦氏菌(Shewanella)、磷光合桿菌(Phosphotobacter)和假單胞菌(Pseudomonas)。海鮮加工和貯運時間過長也可導致革蘭氏陽性菌成為優勢腐敗菌，如微球菌(Micrococcus)、棒狀桿菌(Corynebacterium)、芽孢桿菌(Bacillus)、葡萄球菌(Staphylococcus)、梭菌(Clostridium)、鏈球菌(Streptococcus)。甘暉等[3]研究證實了這一觀點。因此，革蘭氏陰性菌和革蘭氏陽性菌都是造成海鮮腐敗的主要原因。海鮮含有的豐富營養物極易為腐敗菌生長繁殖提供營養和能量，如寡肽、碳水化合物和游離氨基酸等低分子量物質是微生物生長能源，被腐敗菌利用后生成生物胺、組胺、含硫化物等有毒有害物。也有研究稱，次黃嘌呤是食品腐敗過程中產生的苦味物，除了由海鮮內源酶誘導生成外，還與細菌酶分解肌苷或單磷酸肌苷等核苷酸有關。另外，海鮮冷藏中一些細菌酶可將三甲胺氧化物(trimethylamine oxide,TMAO)還原成呈腥味物三甲胺(trimethylamine,TMA)，并伴隨生成有苦味的次黃嘌呤，如耐冷大腸桿菌(Escherichiacoli)、弧菌、氣單胞菌和希瓦氏腐敗菌。

1.2 化學物質引起的腐敗海鮮富含脂類，特別是長鏈不飽和脂肪酸(PUFAs)，在海鮮異味和臭味形成、營養物損失中起重要作用。脂肪酰基鏈的不穩定氫原子被奪取后脂質啟動氧化作用產生自由基，在金屬、離子、輻照和熱催化下，自由基與氧迅速反應生成過氧自由基，再從另一脂肪酰基鏈奪取氫原子，產生新自由基和過氧化氫，這樣一直延續自由基鏈式反應，隨著自由基形成而非自由基產物積累，脂質氧化就會終止，這就是脂質氧化機制。脂質氧化速率取決于氧有效性、光、金屬以及脂質的水分、溫度、不飽和程度。脂質氧化生成的如游離脂肪酸(free fatty acids，FFAs)、二烯和過氧化物等初級產物不穩定，如醛、三烯和羰基等次級產物是初級產物分解而來，兩者數量和類型均取決于氧化程度和脂肪酸組成。血紅蛋白、肌紅蛋白和細胞色素c 等促氧化劑也誘導脂質氧化。脫氧或氧化血紅蛋白作為魚類血液主要氧化促進物能加速脂質氧化，貯藏前放血以減少血紅蛋白，可減輕脂質氧化。研究表明，除了蛋白質氧化產生異味、營養損失，次級氧化產物與蛋白質、胺和多肽發生氧化反應，也導致營養損失和功能喪失。蛋白質與脂質水解所產生的FFAs之間相互作用能造成肌原纖維和肌漿蛋白變性，也導致蛋白質營養損失。

1.3 酶引起的腐敗變質海鮮自溶指僵死結束后迅速發生內源酶降解蛋白質的過程，冷藏和凍藏海鮮以非常緩慢速度發生自溶，為細菌生長提供有利環境，使感官指標降低。海鮮貯藏過程中TMAO脫乙基酶使魚肉TMAO去甲基化，誘導甲醛生成，并且甲醛通過亞甲基橋接交聯蛋白質，使魚肌肉緊實，持水能力低。酶促黑變或褐變也是腐敗變質現象，特別是蝦蟹黑變或褐變是酪氨酸酶或多酚氧化酶發生酶促作用引起的。蛋白酶也是酶促腐敗變質的主要作用酶，貯藏溫度和pH是影響蛋白酶活性的主要因素，大多數蛋白酶最佳pH在微堿性和中性范圍，如，內源性酶或微生物酶代謝作用使TMAO還原為TMA和其他揮發物，導致pH增加。脂肪酶或磷脂酶水解海鮮脂肪，導致腐敗變質。三酰甘油酰水解酶(EC3.1.1.3)存在水的情況下可誘導單、二和甘油三酯水解成甘油和FFA，FFA易發生氧化是生成醛類(多不飽和醛類)，產生異味(魚腥味)，魚類放血能減輕腥味強度。此外，貯藏時間較長時，鰓或皮的脂氧合酶也可誘導海魚發生氧化。

2 植物活性物

隨著優質安全海鮮的市場需求不斷增加，具有抗氧化和抗菌功效的保鮮劑需求量也日益激增。植物活性物是最早最廣泛用于食品的天然活性物。植物活性物由于含有胡蘿卜素、視黃酸、生育酚、抗壞血酸、酚酸、萜類、黃酮類和多酚，抗菌和抗氧化活性較強。由于是天然綠色保鮮劑，可作為食品添加劑用于食品保鮮。植物次生代謝物是具有一個或多個酚環的多酚類化合物，可分為黃酮類和非黃酮類多酚，根據雜環氧化程度，黃酮類分又為不同亞類：黃酮醇、黃烷醇、異黃酮、黃酮、黃烷和花青素。除了黃酮類在植物體內含量豐富，酚酸和非黃酮類多酚含量也豐富。

2.1 植物活性的制備提取研究植物富含芳香族、脂肪族活性物和EO，其數量和質量在很大程度取決于植物的類型、種源、生長土壤類型、基因型、氣候、年齡、提取工藝等因素。植物活性物步驟分為植物樣品的預制備和提取過程。植物原料的干燥程度、研磨或粉碎及脫氯都是提取前的主要處理過程，這些方式取決于植物原料特性。Olatunde等[4]研究表明，溶劑對植物原料脫氯具有重要影響，氯仿對番石榴葉原料脫氯后，提取物的抗氧化活性最高，而丙酮脫氯后，提取物的產率很低。因此，需要選擇合適方法和溶劑分離獲得可溶性植物活性物。水、甲醇、乙醇、丙酮、異丙醇、正己烷、二氯甲烷和甲苯是主要提取溶劑，浸泡法、煎煮法、過濾法、浸漬法、索氏抽提法、超聲波提取法、加速溶劑提取、超臨界流體提取和微波輔助提取是當前常用提取方法，但這些溶劑和提取方法步驟不同，并且各有優點和局限性。

2.2 植物生物活性及海鮮保鮮應用植物酚類提取物通過與細菌或真菌的膜蛋白相互作用破壞細胞膜完整性，增加細胞膜通透性，引起鉀離子和其他細胞質結構的外滲，導致細胞死亡。細菌的細胞膜含有磷脂，可被植物活性提取物的疏水化合物切割破壞，使細胞膜外滲并破壞細胞結構。細胞死亡也與關鍵離子大量外滲和細菌細胞壁破壞有關。革蘭氏陰性菌比革蘭氏陽性菌的細胞壁更薄，表明其更容易被植物活性提取物或EO抑制。

植物活性物可防止富含PUFA的海鮮脂質氧化，尤其是多酚類。抗氧化劑可通過抑制自由基形成或通過一種或多種機制中斷自由基傳播來阻止脂質氧化，作用機制主要有：①清除引發過氧化的自由基種類；②螯合金屬離子阻斷氧化反應誘發因子；③猝滅氧以防止過氧化物形成；④阻斷自動氧化鏈反應；⑤降低氧濃度。阻斷自由基鏈反應能力是測定抗氧化劑有效性的主要標準。盡管酚羥基是有效氫給體，與初始反應自由基類相互作用后，使多酚自身也成為自由基，而醌結構形式和芳香環內共振誘導的電子離域穩定了自由基中間體，從而防止脂質氧化。

植物活性物通過抑制微生物和化學反應，防止海鮮腐敗變質，延長保質期。研究發現，用仙人掌果皮活性物(10%)處理沙丁魚魚片后，總活菌數、TMA和硫代巴比妥酸反應物質(TBARS)顯著降低，保質期延長至12 d，而未處理樣品組的貨架期是7 d[5]。添加葡萄籽(2%)或丁香芽活性物(2%)可延緩鰱魚魚片的脂質氧化，與對照相比，4 ℃冷藏魚片的色澤、鹽溶性蛋白質含量和總巰基惡變得到抑制，保質期延長了3 d[6]。Li等[7]研究發現，用紫菜活性物(5 g/L)處理太平洋白蝦，4 ℃冷藏后，揮發性堿性氮(TVB-N)、TBARS和K值被抑制，處理組的總活計數(TVC)和多酚氧化酶活性比與未處理組顯著降低，保質期延長到8 d，未處理組僅為3 d。研究發現，同1%水平下，月桂葉、葡萄籽、亞麻籽3種精油使-20 ℃凍藏鯖魚的保質期延長至7個月，而百里香、迷迭香、黑籽、鼠尾草、檸檬5種精油的保質期為6個月[8]。

植物活性物與其他保鮮方法結合大大提高抗菌效果，形成保鮮新方式。將植物活性物加入水中凍結成活性冰，利用冰緩慢融化將活性成分緩釋以保鮮貯藏海鮮，這種方式又稱活性冰保鮮。Houicher等[9]分別用含有百里香(0.04%W/V)、麝香草(0.03%W/V)和丁香(0.02%W/V)活性物的活性冰冷藏去頭鳳尾魚，結果表明，活性冰組的保質期為12 d，而傳統冰藏組僅5 d。Erkan等[10]采用月桂葉、黑色孜然籽、迷迭香、檸檬4種精油處理火熏虹鱒后，真空包裝貯藏于2 ℃條件，7周貯藏后發現，各組的TVC、總嗜冷菌數、LAB菌數、TMA-N、TVB-N和TBARS值低于對照組，除月桂葉EO，所有組保質期為6周，對照組為4周。

由于天然活性物難溶于水、生物特性不穩定等特性，導致活性分子擴散至目標部位或細胞的性能較差。包封是一種將活性劑包裹在載體基質內的常見傳遞系統，通過包封傳遞以提高活性物的利用率和穩定性。包封的優點為：①降低天然活性物與環境(光、氧和水)接觸；②降低活性物向外界環境的轉移速率和蒸發損失；③改善活性物的半衰期、生物利用度和保鮮能力。對天然活性物的包封處理能增強其擴散性，微量既可達到保鮮效果又能減輕活性物本身氣味。Mazandrani等[11]采用脂質體包裹茴香活性物(LFE)和未包封(NFE)處理鰱魚片后4 ℃貯藏，發現LFE的脂質氧化水平、TVB-N含量和菌群總數最小，LFE的保質期是15 d，NFE組為12 d。

另一種提高活性物利用率和穩定性的策略是將植物活性物摻入包裝膜，制備成活性包裝，活性成分可緩釋，實現有效保鮮。例如，Da Rocha等[12]分別將魚蛋白水解物(FPH)(0.5 g/g)和丁香EO(0.5 g/g)加入瓊脂制備成活性包裝膜處理比目魚片，結果發現，2種活性包裝均能延長魚片保質期，但FPH膜的TVB-N、pH、重量、總菌數略低。Thaker等[13]也發現，10%明膠、10%明膠+30%石灰汁+1.5%殼聚糖、10%明膠+30%大蒜活性物+1.5%殼聚糖使鮭魚片的保質期分別延長至8、16和16 d，對照組僅為4 d。還有研究表明，含有1%墨角藻(Fucusvesiculosus)活性物的明膠膜能抑制槍魚魚片的化學和微生物腐敗變質，在4 ℃下可貯藏12 d，維持魚片品質[14]。Lee等[15]分別采用1%明膠、4%紅辣椒籽蛋白粉、0.5%月桂葉EO制備出活性包裝膜，將脂肪含量高的金槍魚肉分別包裹于3種膜內，4 ℃下貯藏，魚肉的保質期為12 d，與對照相比，0.5%月桂EO組的單核細胞增生李斯特菌(Listeriamonocytogenes)和傷寒沙門氏菌(Salmonellatyphi)被抑制，魚肉脂質氧化速率降低。

2.3 植物活性物在海鮮保鮮方面的應用局限盡管植物活性物即使在極低濃度下仍具有優良抗菌和抗氧化活性，但在食品保鮮體系中其保鮮效果未有完全發揮，切實用于食品保鮮的植物活性物種類較少，如迷迭香。利用植物活性物保鮮食品時，尤其是海鮮，其劑量濃度需要高于合成化學保鮮劑，否則海鮮的外觀和色澤依然改變，消費者感官排斥。另外，源自草藥和香料的EO在低濃度下仍有強烈香氣，會嚴重影響海鮮本身的鮮味和口感。此外，由于植物的生長年限、生態和地理條件、收獲時間和提取方法能引起活性物產生化學結構變化，活性也隨之改變，極大限制活性物作為天然保鮮劑用于海鮮保鮮。

3 殼聚糖

甲殼素是自然界第二大豐富天然聚合物，主要源于昆蟲、甲殼類外殼。甲殼素去乙酰化產生殼聚糖[結構式為多聚-β(1→4)-2-氨基-2-脫氧-D-葡聚糖]，殼聚糖可解聚成殼寡糖，又稱為殼聚糖寡聚體。殼聚糖和殼寡糖由于無毒、可降解和天然綠色等特性廣泛用于食品工業。殼聚糖和殼寡糖的結構含有氨基、乙酰化氨基和羥基，可與細胞受體相互作用，引發生物體一系列生化反應，具有抗癌、抗血管生成、神經保護、免疫刺激、抗糖尿病、抗氧化和抗菌等特性。殼聚糖和殼寡糖溶于酸和水，可作為添加劑、涂層劑或涂膜劑用于海鮮保鮮。當前，殼聚糖作為一種食品包裝材料已被用作涂膜保鮮和活性包裝。

3.1 殼聚糖的制備提取殼聚糖是甲殼素通過堿性脫乙酰法(濃堿100 ℃煮沸)或酶解法制備而成。 自然界中，甲殼素是以N-乙酰-D-氨基葡萄糖形式存在的線性結構多糖，根據微纖絲位向分為3種多態型，即α-甲殼素、β-甲殼素和γ-甲殼素，反平行α-甲殼素是昆蟲外殼角質層和甲殼類外殼的最穩定多態型。從蝦殼提取甲殼素的主要步驟是脫礦質(1.25 mol HCl)和去蛋白(5%NaOH)。殼聚糖制備中出現不完全N-脫乙酰化物，是N-脫乙酰衍生物。殼寡糖是指殼聚糖解聚成平均分子量低于3 900 D和聚合度(DP)低于20的殼聚糖寡聚體。采用酶、酸或物理降解方法可解聚殼聚糖，例如，殼聚糖酶、纖維素酶、蛋白酶和脂肪酶可用于殼聚糖的酶解聚；磷酸、亞硝酸、氫氟酸和鹽酸用于酸解聚；低頻超聲(20 kHz)輻照用于水解聚。殼聚糖的解聚方法和條件影響其分子量和聚合度，影響生物活性。

3.2 殼聚糖生物活性及海鮮保鮮應用殼聚糖和殼寡糖是一種用于海鮮保鮮的綠色無害添加劑、涂層劑或包膜劑，對海鮮的化學、營養和感官等特性沒有影響。殼聚糖作為一種抗氧化劑、氧屏障、呼吸速率阻止劑，可延緩食品微生物生長。殼聚糖和殼寡糖有廣譜抗菌性，對細菌、酵母菌和霉菌均有抑制作用。殼聚糖的主要抗菌機制是利用自身帶正電荷聚合物與帶負電荷微生物細胞膜的相互作用，破壞細胞膜結構，引起蛋白質組分和其他細胞內成分外泄，導致微生物失活。另外，還存在其他可能機制，如通過與微生物DNA相互作用及與必需營養物質、金屬和孢子螯合，抑制微生物的mRNA和蛋白質翻譯。殼聚糖和殼寡糖的抗菌活性比霉菌更強。

細菌對殼聚糖和殼寡糖的敏感性尚未更明確，可能是多因素造成了不同抗菌效果。與革蘭氏陰性菌相比，革蘭氏陽性菌對殼聚糖和殼寡糖不太敏感，與Rabea等[16]研究結果相反。另有研究發現，殼聚糖抑制細菌和霉菌的效果比殼寡糖低[17]，也與No等[18]的觀點相反。這種抗菌性能矛盾可能與殼聚糖和殼寡糖的脫乙酰度和分子量差異有關。此外，初始微生物量、pH、聚合物的濃度和類型、溫度和食品特性等可能也是造成殼聚糖和殼寡糖呈現不同抑菌效果的重要因素。

殼聚糖和殼寡糖也是一種抗氧化劑，能直接清除細胞內自由基，也可螯合金屬淬滅自由基。殼聚糖脫乙酰度和分子量及殼寡糖的解聚度是影響其抗氧化活性的主要因素。研究發現，殼聚糖和殼寡糖被廣泛用作外涂層劑，延長面包和肉類的貨架期，而直接使用殼聚糖和殼寡糖用于海鮮保鮮的研究報道鮮少，僅有Mohan等[19]研究發現，1%、2%的殼聚糖抑制沙丁魚片的感官、菌群和化學指標劣變，貨架期分別為8和10 d，顯著高于對照組(5 d)。由于海鮮與面包、肉類的微生物區系不同，殼聚糖和殼寡糖單獨制備成涂層劑對海鮮的某些腐敗菌群抑制效果不佳，但與其他天然保鮮劑結合使用抑菌效果更好，例如,Chen等[20]研究發現，含有1%茶多酚、0.5%EO的殼聚糖(1%)涂層劑處理牡蠣后4 ℃冷藏，涂層組(15 d)比對照組(5 d)、殼聚糖(8 d)和茶多酚(7 d)。

殼聚糖和殼寡糖可作為包覆劑，包裹其他天然活性保鮮劑，延長活性成分緩釋時間，提高海鮮保鮮效果。Günlü等[21]用溶于1%乙酸的2%殼聚糖制備食用膜，研究4 ℃貯藏下對海鱸魚片品質影響，結果表明，食用膜組的TVB-N和TMA-N含量、嗜冷菌數和嗜溫菌數顯著低于對照組，保質期是27 d，對照組為3 d。Alparslan等[22]研究發現，含有橘皮EO(0.5%～2.0%)的殼聚糖(1.5%W/V殼聚糖)涂層劑使深海紅蝦的貨架期延長至15 d，比單用殼聚糖多5 d。

殼聚糖與其他保鮮方式結合也大大提高保鮮效果。Cao等[23]研究發現，臭氧殺菌結合2%殼聚糖處理牡蠣后，其脂質氧化和微生物總數低于對照組， 臭氧水組、殼聚糖樣品、臭氧水-殼聚糖樣品的貨架期分別延長到10～12 d、14～15 d和20～21 d，對照組為8～9 d。Cao等[24]以1∶2(W∶V)的比例將牡蠣浸泡在5 g/L殼聚糖溶液中，用無菌塑料袋包裹在5 ℃貯藏，結果發現，殼聚糖組將牡蠣貨架期從8～9 d延長至14～15 d。

3.3 殼聚糖在海鮮保鮮方面的應用限制殼聚糖屬于酸性溶液，對海鮮的質地和外觀有不利影響，酸性條件造成蛋白質沉淀、持水力喪失或酸敗，導致品質降低。然而，化學或酶修飾殼聚糖可提高溶解度，將殼聚糖與丙烯酸鈉鹽共聚體、單(2-甲基丙烯酰氧乙基)酸式磷酸鹽、甲基丙烯酸鈉鹽和乙烯基磺酸鈉鹽等親水性化合物形成共聚物開發出水溶性殼聚糖共聚體。有時，海鮮與其他食品均是一個由脂肪、蛋白質、維生素、鹽、碳水化合物和其他成分組成的復雜體系，這些化合物可以與殼聚糖和殼寡糖相互作用，引起抗氧化和抗菌功能喪失。

4 細菌素

細菌素是指細菌代謝過程中產生的一類具有抑菌活性的蛋白質或多肽，是細菌在生長初期由核糖體合成的初級代謝物。細菌素不是抗生素，抗生素是抗菌譜較寬的次級代謝物，而細菌素是抗菌譜狹窄且抗菌效果與物種相關的初級代謝物。 細菌素含有的精氨酸和賴氨酸殘基，自身具有陽離子和兩親性特性。LAB可產生大量細菌素，根據生化和遺傳特性分為3類：硫醚細菌素、非硫醚細菌素和溶菌素。LAB細菌素分子量較低，易被哺乳動物蛋白水解酶降解，對人體安全無毒害作用。LAB細菌素對病菌具有良好抗菌功能，如單核細胞增生李斯特菌(L.monocytogenes)、彎曲桿菌屬(Campylobacterspp.)和產氣莢膜梭菌(Clostridiumperfringens)；對食品腐敗菌效果也較好，如蠟狀芽孢桿菌(Bacilluscereus)、金黃色葡萄球菌(Staphylococcusaureus)和銅綠假單胞菌(Pseudomonasaeruginosa)。因此，LAB細菌素由于抗菌性能優越且安全而廣泛用于食品工業。

4.1 細菌素的生產制備人們利用乳酸菌發酵可大量制備生產細菌素，采用肉類提取物、酵母提取物(deMann-Rogosa-Sharpe)和生物蛋白胨等底物均可用于發酵生產細菌素，但這些底物成本較高限制了生產制備。研究發現，可利用乳清、水產品副產物、糖蜜及其他工業廢物(如土豆液、葡萄廢物和魚粉)生產細菌素，并且該技術成本較低、環境污染少。改善細菌素生產環境因素可大大提高細菌素產量，降低生產成本，例如，對LAB菌株改性和優化工藝參數(溫度、pH和培養基組成)。生物合成細菌素的基因通常與結構同源免疫基因集聚。細菌素通常被合成為含具有連接到肽C端的可修飾N端先導肽的無活性前體，這種無活性前體經酶促過程(稱為細菌素成熟)轉化為活性細菌素，之后被運出細胞。先導肽的主要功能包括：①保護細菌素，確保菌株內代謝物處于非活性狀態(前體肽形式)；②作為識別位點，引導前體肽通過生物合成酶成熟及識別細胞轉運蛋白；③確保前體肽在成熟過程中以適宜構象與酶相互作用。研究表明，在跨膜過程中，細菌和真菌產生運輸鐵的鐵載體(鐵螯合化合物)，也有抗革蘭氏陰性菌活性，也是一種未來潛在細菌素。

4.2 細菌素抗菌功效及應用細菌素主要通過目標菌株細胞膜上結構分子與陽離子細菌素相互作用發揮抗菌功能，即帶正電荷的細菌素與帶負電荷的細菌細胞膜結構分子產生靜電相互作用，進而抑制或殺死細菌。細菌素的殺菌抑菌能力因細菌素類和亞類不同而有差異，這取決于與細菌細胞膜受體結構分子的相互作用強度，且其具有殺菌抑菌類型和類別專一性。I類細菌素(硫醚類)有2種抗菌機制：一是通過形成孔隙破壞細菌細胞膜的完整性，導致膜電位受損及細胞內成分丟失；二是作為酶抑制，與脂質II(肽聚糖亞基從細胞質到細胞壁的主要轉運體)結合，造成細胞壁合成異常，從而導致細菌死亡。II細菌素(非硫醚類)的抗菌機制因亞類不同而有多種，一般來說，它們通過誘導膜通透性而導致細胞質分子外泄。總之，I類細菌素的受體或對接分子是脂質II，而II類細菌素與甘露糖ABC轉運體MptD相互作用，但乳酸Q是一種無前體的細菌素，不需要對接分子。然而，目標菌株在無特定受體情況下的高水平膜透性是III類細菌素的抗菌作用機制。革蘭氏陰性菌的外膜由于含有脂多糖，與細菌素相互作用罕見或受限，只當細菌素與細菌表面活性劑結合時，細胞完整性才受到損傷。

細菌素已用于控制魚類致病菌和腐敗菌，細菌素與其他保鮮劑或方法結合使用，可大大延長魚和魚類制品的保質期。Ekhtiarzadeh等[25]研究證實，4%NaCl處理的咸魚片在4 ℃ 貯藏21 d，用細菌素Nisin(Ni)、 Zataria multiflora Boiss 香精油或組合處理后，副溶血性弧菌(Vibrioparahaemolyticus,初始接種量為105CFU/g)和單核細胞增生李斯特菌(初始接種量為103CFU/g)的生長受到顯著抑制，副溶血性弧菌分別在第2、6和9天被組合組(0.75 mg/mL Ni+0.405% EO)、0.405% EO組和0.75 μg/ml Ni組完全抑制，另外，在第1天，EO組和Ni組的單核細胞增生李斯特菌比初始值增加，而組合組完全抑制。

盡管細菌素殺菌抑菌效果非常好，但是針對不同類型病原菌和腐敗菌的使用濃度差異較大。例如，低濃度(1 183 IU/g)Ni能抑制貯藏30 ℃下魚肉勻漿的革蘭氏陽性植物乳桿菌(Lactobacillusplantarum)和無害李斯特菌(Listeriainnocua)；而抑制革蘭陰性綠膿桿菌(P.aeruginosa)和熒光假單胞菌(Pseudomonasfluorescens)需要較高濃度(>4 300 IU/g)[26]。這種差異主要由于革蘭氏陰性菌存在不透水外細胞膜，它阻止Ni與細胞質膜相互作用。然而，殼聚糖(300 mg/L)+Ni(3 000 IU/g)組合組對腐敗希瓦式菌具有協同抑制效應，對無害李斯特菌有加性抑制效應。Ghalfi等[27]開發出一種被細胞吸收的細菌素制備新方法，即通過調整彎曲乳酸桿菌(LactobacilluscurvatusCWBI-B28)的pH，固定化大分子細菌素生產量，增加易于被細胞吸收的小分子細菌素產出量，結果顯示，生產出的細菌素在3 d內完全滅活冷煙鮭魚的單核細胞增生李斯特菌，22 d完全沒有無害李斯特菌檢測出。當前，細菌素被廣泛應用于魚類保鮮，然而在軟體動物和蝦保鮮應用較少，可能由于對細菌素抑制蝦貝和頭足類的病原菌、腐敗菌研究較少，導致缺少應用技術和工藝參數。

4.3 細菌素在海鮮保鮮方面的應用局限低產量和高生產成本是限制細菌素作為生物保鮮劑用于食品保鮮的主要制約因素。通過向商業培養介質(如de Mann-Rogosa-Sharpe)添加肉類提取物、酵母提取物和多肽來提高生產產量，但這種培養介質昂貴。因此，選擇食品級培養介質可克服這一不足，如奶酪乳清、魚粉和大豆殘渣。純化是工業或商業生產細菌素的主要過程，文獻調查發現，盡管在實驗室成功開發出許多技術，但工業生產細菌素工藝需要更精簡、成本更低、效益更高。 細菌素能單獨抑制微生物生長，延長海鮮保質期。然而，它們不能降低或防止脂質氧化。因此，它必須與抗氧化劑結合應用才更有效地延長海鮮保質期。

5 生物活性肽

生物活性肽是蛋白酶水解蛋白質生成含有2～20個氨基酸殘基的具有生理調理功效的特定片段，如免疫調節、降血壓、抗血栓、抗菌和抗氧化活性。生物活性肽的生理活性取決于多肽的大小、構象、氨基酸組成和序列。

5.1 生物活性肽的生產生物活性肽是分子量較低的多功能蛋白質，原料來源豐富，魚類、雞蛋、牛奶、豆類、谷物和水產品及加工副產物都是生產生物活性肽的豐富原料。 酶解方法是當前生產生物活性肽的重要技術，蛋白酶的來源和特異性是決定生物活性肽的大小、氨基酸序列和生理活性的主要因素。酸法和堿法水解蛋白質也用來產生生物活性肽，但是，酸堿法可能導致消旋、色氨酸丟失、賴氨酸轉化成賴丙氨酸，造成多肽組分破壞，部分生理活性改變或喪失。與微生物發酵、酸水解、堿水解相比，蛋白酶是最可靠有效的方法，如木瓜蛋白酶、中性酶、風味酶、嗜熱菌蛋白酶、淀粉酶、鏈霉蛋白酶和無花果蛋白酶。蛋白質水解成多肽導致電荷密度增加，進而溶解度增加。當前，酶解法從魚類蛋白質制備具有不同生物活性的多肽，包括海鱸魚、短吻鱈魚、羅非魚、黃條斑紋鲹和沙丁魚。多肽水解度(degree of hydrolysis of polypeptide,DH)指裂解多肽的鍵數量與總肽鍵的比值，是蛋白質酶解成多肽的重要指標，關系多肽產量和生物活性，酶解溫度與時間、蛋白酶類型與濃度影響生物活性肽水解度(DH)。

5.2 生物活性肽活性及海鮮保鮮應用生物活性肽的抗菌功能是海鮮保鮮應用的根本，不同生物活性肽具有不同抗菌活性和抑菌殺菌作用方式。生物活性肽的抗菌功能主要通過其與微生物細胞質膜相互作用。生物活性肽的陰離子殘基與微生物表面帶電脂質之間的靜電相互作用抑制微生物生長。生物活性肽的疏水殘基、多肽可塑性與微生物膜相互作用決定其是否可作為有效性抗菌劑。總之，生物活性肽與菌表面脂多糖或脂壁酸的靜電相互作用是其具有抗菌活性的基礎，靜電相互作用移除了菌表面的天然陽離子(Ca2+和Mg2+)，多肽通過主動跨膜方式進入菌細胞內。隨后，多肽在菌細胞質膜表面排列，經滲透和位移通過細胞質膜，引起菌應激和死亡。生物活性肽根據抗菌特性可分為兩大類：①作用于菌細胞質膜的多肽類；②通過跨膜進入菌細胞內而不造成實質性膜干擾的抗菌多肽類。

生物活性肽具有抗氧化活性，能螯合金屬離子(Fe2+/Cu2+)，抑制脂質過氧化，可作為天然抗氧化劑用于食品保鮮。生物活性肽能防止自由基形成，清除活性氧和自由基，是海鮮保鮮的重要抗氧化劑，具有高能量的自由基，特別是羥基自由基，可以與20種氨基酸相互作用，與含咪唑氨基酸(His)、芳香氨基酸(Tyr、Phe和Trp)和親核含硫氨基酸(Met和Cys)的作用較強。

與多肽相比，游離氨基酸不能作為有效抗氧化劑。氨基酸序列賦予生物活性肽獨特理化性質，尤其是清除自由基的多肽通過提供一個光子而淬滅自由，阻斷下一步氧化反應，這是多肽抗氧化功能高于游離氨基酸的原因。生物活性肽的構效關系、抗氧化功能及潛在應用領域均有研究報道。

含有生物活性肽的水解產物可作為抗氧化劑或抗菌劑直接用于海鮮保鮮。用ProtamexTM蛋白酶解黃鰭金槍魚下腳料獲得魚蛋白水解物(1.0%和1.5%的)處理鰱魚肉糜后，經4 ℃貯藏，魚肉的脂質氧化(TBARS和過氧化值為測定指標)和微生物生長受到抑制，保質期延長到12 d，而未經處理組延長到6 d[28]。 Li等[29]研究了草魚蛋白水解物對-10 ℃冷凍魚糜脂質氧化的影響， 結果發現，在貯藏第5周，添加2.0%草魚蛋白水解物與對照相比，PV水解物體對-10 ℃冷凍TBARS和共軛雙烯生成水平分別降低了51.1%、34.5%和49.7%。

5.3 生物活性肽在海鮮保鮮方面的局限性苦味對產品感官特性產生不良影響。疏水氨基酸(Phe、Gly、Val、Ala、Leu、Trp、Iso、Pro和Met)的C端或N端、C端的基本氨基酸、C端的2個疏水氨基酸，或含有1個或多個疏水氨基酸的低分子肽(6 kDa)易造成苦味肽產生，是限制生物活性肽應用食品保鮮的重要因素。氨基酸組成、DH及支鏈氨基酸R基團上的碳原子數、位置和濃度決定多肽的苦味。另外，苦味形成也取決于所使用酶及底物，又是造成蛋白水解物在食品保鮮應用的另一個局限。這種局限可通過不同方法解決苦味問題，例如，使用外肽酶、質體反應、溶劑萃取(乙醇、異丙醇、丁醇)、大孔吸附樹脂或組合脫去苦味肽。

6 結語

海鮮易腐敗變質，保鮮難度大，保質期短，需要尋找綠色無害保鮮技術和產品支撐海鮮加工貯藏與冷鏈流通。當前，一些潛在抗菌劑和抗氧化劑已被研究與開發成海鮮的綠色無害保鮮劑，大多數天然保鮮劑可從價格低廉、原料供應穩定的生物資源中提取制備，可作為化學合成添加劑的替代品，防止海鮮的化學、微生物和酶促腐敗變質，保障海鮮品質，延長保質期。但是，仍需要開發出更多應用不同海鮮品種保鮮的生物活性劑，研究保鮮機制和機理，探索新型保鮮技術，開展安全性評價。