水溶性殼聚糖的生物活性在水產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用的研究進(jìn)展

李 瑋，胡 勇，周夢(mèng)舟，徐 寧，汪 超，李德遠(yuǎn)

（湖北工業(yè)大學(xué)生物工程與食品學(xué)院，湖北武漢430068）

殼聚糖是甲殼素脫乙酰的產(chǎn)物，甲殼素上的氮是以乙?；问酱嬖诘?。在堿性條件下乙?；?，脫去乙酸基團(tuán)，即生成了殼聚糖。通過控制反應(yīng)溫度和堿液濃度等條件，就可以得到不同脫乙酰度的殼聚糖[1]。一般而言，殼聚糖脫乙酰程度越高，在水中的溶解度越大；分子量越高，在水中的溶解度越小[2]。水溶性的殼聚糖是指能完全溶于水的殼聚糖，廣義而言，水溶性殼聚糖也包括其衍生物和鹽類，如能溶于水的殼聚糖鹽酸鹽、羧甲基殼聚糖等。

近年來，水溶性殼聚糖由于具有良好的成膜性、抑菌性和安全性，成為廣大學(xué)者和科研工作者的研究熱點(diǎn)，在農(nóng)產(chǎn)品加工和貯藏過程中的應(yīng)用也越來越廣泛。我國(guó)作為水產(chǎn)養(yǎng)殖第一大國(guó)，水產(chǎn)品的加工和保鮮技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品加工過程占據(jù)著舉足輕重的地位，水溶性殼聚糖在水產(chǎn)品加工和保鮮技術(shù)中的應(yīng)用研究，同樣備受科研工作者的青睞。

綜述了水溶性殼聚糖抗菌、抗氧化特性、成膜性及其凝膠增強(qiáng)特性在水產(chǎn)品加工與保鮮技術(shù)中的應(yīng)用，旨在為廣大科研工作者的理論研究提供參考。

1 水溶性殼聚糖在水產(chǎn)品中的應(yīng)用

殼聚糖作為自然界中僅次于纖維素的第二大生物衍生資源，來源廣泛且具有良好的生物相容性、生物可降解性、成膜性和抑菌防腐性能，不僅廉價(jià)而且安全；同時(shí)水溶性殼聚糖在也有形成水凝膠的能力[3-4]，作為天然的防腐劑、保鮮劑、氧化劑、絮凝劑[5-6]，水溶性殼聚糖在水產(chǎn)品加工過程中有著廣泛的應(yīng)用。

1.1 抗菌作用

殼聚糖具有良好的抑菌性能，對(duì)人腸桿菌、普通變形桿菌、枯草桿菌、金黃色葡萄球菌、假單抱菌、乳酸桿菌、微球菌、沙門氏菌、李斯特單核增生菌的生命有較強(qiáng)抑制作用，抑菌作用隨殼聚糖平均分子量的降低而增強(qiáng)，殼聚糖的抗菌活性隨其濃度增加而增強(qiáng)[7]。研究表明，殼聚糖在酸性條件下，分子中的-NH2與細(xì)菌細(xì)胞壁所含硅酸、磷酸酯等解離出的陰離子結(jié)合，使細(xì)菌的自由活動(dòng)受阻，從而阻礙細(xì)菌的大量繁殖；然后，殼聚糖進(jìn)一步低分子化，通過細(xì)胞壁進(jìn)入細(xì)菌的細(xì)胞內(nèi)，使遺傳因子從DNA到RNA的轉(zhuǎn)變過程受阻，造成細(xì)菌無法繁殖[8]。

謝主蘭等人[9]用不同濃度的殼聚糖對(duì)腌制魷魚進(jìn)行涂膜處理，通過對(duì)細(xì)菌總數(shù)、TVB-N值、TBA值及pH值檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過殼聚糖涂膜處理的腌制魷魚比未經(jīng)殼聚糖涂膜處理的腌制魷魚更有防腐抗菌功效。熊建文等人[10]研究了脫乙酰度90%～95%的可溶性殼聚糖對(duì)南北美對(duì)蝦貯藏品質(zhì)的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)采用1.5%的殼聚糖醋酸溶液處理的南北美對(duì)蝦的微生物變化指標(biāo)比對(duì)照組要慢，有效地延長(zhǎng)了對(duì)蝦的貨架期。施海峰[11]研究了水溶性殼聚糖對(duì)魚糜制品保鮮效果的影響，結(jié)果顯示添加水溶性殼聚糖的魚丸在冷藏過程中的微生物指標(biāo)均低于對(duì)照組，而感官評(píng)定值則高于對(duì)照組。在此試驗(yàn)條件下，水溶性殼聚糖的保鮮效果與添加量呈正相關(guān)，在魚丸中添加2.0%的水溶性殼聚糖具有較明顯的保鮮作用，與空白組相比，可將魚糜制品的冷藏保鮮期從9 d延長(zhǎng)至14 d。

Cao R等人[12]研究發(fā)現(xiàn)5 g/L的水溶性殼聚糖溶液能顯著延長(zhǎng)太平洋牡蠣的貨架期，并認(rèn)為水溶性殼聚糖能使假單胞菌顯著減少，能有效延長(zhǎng)凍藏魚肉的貨架期。

水溶性殼聚糖濃度對(duì)各類微生物含量的影響見表1。

魚丸因?yàn)榫哂泻芨叩乃只疃?，常溫下極易滋生微生物，在5℃條件下貨架期只有4 d左右，而Kok T N等人[13]研究發(fā)現(xiàn)，在溶解狀態(tài)下，水溶性殼聚糖有效抑制微生物的活性，顯著延長(zhǎng)冷凍魚丸的貨架期高達(dá)21 d。

1.2 抗氧化性

魚類油脂中含長(zhǎng)鏈ω-3不飽和脂肪酸，如二十碳五烯酸和二十二碳六烯酸，對(duì)于人體而言具有極強(qiáng)的保健功能，因此魚肉食品被認(rèn)為是營(yíng)養(yǎng)均衡性最好的功能性食品[14]，但是由于不飽和脂肪酸的不穩(wěn)定性，即使在冷凍的情況下也容易由于被氧化而使風(fēng)味改變，不利于產(chǎn)品的貯藏。

表1 水溶性殼聚糖質(zhì)量濃度對(duì)各類微生物含量的影響/g·L-1

Kok T N等人[13]研究發(fā)現(xiàn)，在4℃條件下，比較不同特征黏度（360，50，14 cP） 和不同含量（50，100，200 mg/L） 的水溶性殼聚糖對(duì)煮熟的鯡魚魚肉進(jìn)行處理，8 d后與未經(jīng)殼聚糖處理的空白組對(duì)比，特征黏度為14 cP的殼聚糖用量為200 mg/L時(shí)TBA反應(yīng)物減少了52%。

Kim K W等人[15]研究發(fā)現(xiàn)殼聚糖在魚肉中抗氧化特性與分子質(zhì)量和質(zhì)量分?jǐn)?shù)有關(guān)。Kim K W和Thomas R L研究認(rèn)為水溶性殼聚糖的抗氧化特性取決于其分子質(zhì)量（30，90，120 kD） 和質(zhì)量分?jǐn)?shù)（0.2%，0.5%，1%W/W），研究發(fā)現(xiàn)30 KD的殼聚糖具有較強(qiáng)的自由基清除力，自由基的清除效果與殼聚糖的質(zhì)量分?jǐn)?shù)成正相關(guān)，而不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)梯度的120 KD的殼聚糖，其自由基清除能力沒有顯著影響[16]。

Ahn C B研究了高鹽條件下殼聚糖對(duì)鯖魚的保鮮效果，將鯖魚于15%的高鹽浸泡30 min后，于40℃條件下風(fēng)干2 h，于5℃下冷藏20 d，檢測(cè)并比較TBA和PV值，發(fā)現(xiàn)有殼聚糖涂層的樣品比未使用殼聚糖涂層的樣品低[17-18]。Lopez-Caballero M E[19]等人也發(fā)現(xiàn)將鱈魚用水溶性殼聚糖涂膜處理，能有效減少鱈魚脂肪的氧化，但是難溶的殼聚糖粉末卻沒有體現(xiàn)出抗氧化的結(jié)果。

1.3 生物活性涂膜

隨著遠(yuǎn)洋技術(shù)和水產(chǎn)品深加工的不斷發(fā)展，魚類資源和產(chǎn)品也面臨著新的挑戰(zhàn)——包裝與儲(chǔ)運(yùn)[4]。傳統(tǒng)的包裝大多采用易老化的材料，如塑料及其衍生物，由于不易降解的特性，極易造成環(huán)境的污染，這一問題已經(jīng)引起科研工作者的廣泛關(guān)注。

Li X等人[20]研究了脫乙酰度83.9%不同分子量的殼聚糖涂膜對(duì)鯽魚的保鮮作用，研究發(fā)現(xiàn)殼聚糖涂膜能明顯抑制需氧細(xì)菌、厭氧菌的繁殖，減緩揮發(fā)性鹽基氮的增長(zhǎng)，且分子量大的殼聚糖比分子量小的殼聚糖具有更好的保鮮抑菌作用。宣偉[21]研究了殼聚糖涂膜對(duì)中國(guó)對(duì)蝦的保鮮效果，研究表明在冷藏過程中，較之對(duì)照組，殼聚糖涂膜處理組能夠延緩pH值，TVB-N等理化指標(biāo)的增加，細(xì)菌總數(shù)的增長(zhǎng)較為緩慢，保持了較好的感官品質(zhì)。且隨著殼聚糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，保鮮效果較好。其中2%的殼聚糖植酸溶液保鮮效果最為明顯，有效延長(zhǎng)了貨架期4 d。

Chen L C等人[22]研究了水溶性殼聚糖涂膜的生物活性，表明殼聚糖涂層能時(shí)魚肉中水分的損失和空氣中水分的滲入，延緩魚肉中脂質(zhì)的氧化和風(fēng)味物質(zhì)的揮發(fā)。與其他多糖類活性涂膜相比較而言，殼聚糖的單體幾丁質(zhì)一般不具備親水性和親脂性，不利于空氣中的水分與魚肉中的水分相互滲透?jìng)髻|(zhì)，因此抗水性和抗油脂性比其他多糖類活性涂膜要好?；谶@個(gè)特點(diǎn)，利用水溶性殼聚糖和其他材料共混復(fù)合制備殼聚糖生物活性涂膜，將具備更廣泛的應(yīng)用前景。

Ye M等人[23]研究稱低脫乙酰度的殼聚糖（難溶于水的殼聚糖）形成的涂膜由于其脆性，不具備機(jī)械性能，并研究出水溶性殼聚糖和乳酸鈉（SL）和山梨酸鉀（PS）等共混制備出抗菌可食性涂膜，對(duì)冷藏的冷熏鮭魚中單產(chǎn)核細(xì)胞李斯特菌具有極好的抑制作用。不僅解決了涂膜的脆性，還提高了涂膜的食品安全性能，是可溶性殼聚糖涂膜制備上的一大創(chuàng)新。

Sathivel S等人[24]研究1%的水溶性殼聚糖對(duì)粉紅鮭魚魚片的保鮮效果，發(fā)現(xiàn)使用殼聚糖涂膜處理粉紅鮭魚魚片后，其水分含量和乳酸菌含量在解凍前后基本保持不變；通過流變儀觀測(cè)發(fā)現(xiàn)殼聚糖溶液具備 假塑性和黏彈性特征，該涂膜的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為80.23℃，并證明了水溶性殼聚糖涂膜的抗氧化特性，對(duì)水蒸氣的傳輸具有很好的隔絕作用；同時(shí)證明殼聚糖溶液剪切變稀和溫度依賴性，推測(cè)殼聚糖涂層充當(dāng)著粉紅鮭魚的屏障作用，隔絕了空氣中氧氣和水蒸氣的滲入[25]。

1.4 凝膠增強(qiáng)劑

魚糜制品是一種高蛋白、低脂肪、營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)合理、安全健康的一類深加工水產(chǎn)食品，它是以鮮魚為原料，去頭、皮、內(nèi)臟，機(jī)械去骨采肉后漂洗得到的魚漿，經(jīng)過精濾、脫水后得到魚糜原料，經(jīng)調(diào)味斬拌后加熱制成的魚肉精加工食品，廣受消費(fèi)者喜歡。衡量魚糜質(zhì)量的關(guān)鍵是其凝膠形成能力，凝膠形成能力越強(qiáng)，其彈性、口感和品質(zhì)也就越好。

Chen C等人[26]研究發(fā)現(xiàn)殼聚糖能顯著改善狹鱈鱘魚糜的凝膠特性，結(jié)果表明1.5%的殼聚糖能加速魚肉蛋白中肌球蛋白重鏈的聚集；除此之外，魚肉中內(nèi)源性轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶（TG）也能改善魚糜凝膠特性，添加殼聚糖能起到促進(jìn)作用。目前，對(duì)于殼聚糖這種促進(jìn)作用的機(jī)理還缺乏系統(tǒng)的研究，但是對(duì)于殼聚糖與魚肉蛋白間疏水相互作用、氫鍵和靜電相互作用提出了許多理論猜想[17]。他們?cè)谘芯恐邪l(fā)現(xiàn)，添加1%的水溶性殼聚糖能增大魚糜凝膠的破斷力，但是高脫乙酰度的殼聚糖容易抑制魚糜蛋白中EDTA與Ca2+的螯合，因此推測(cè)可能是介導(dǎo)作用的原因，生成蛋白—蛋白與蛋白—?dú)ぞ厶堑慕Y(jié)合物。其中，轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶扮演者相當(dāng)重要的作用，生成的蛋白—蛋白與蛋白—?dú)ぞ厶墙Y(jié)合物通過殼聚糖充當(dāng)氨基偶聯(lián)物受體。

Gomez-Cuillen M[17]認(rèn)為水溶性殼聚糖的添加不會(huì)增加竹莢魚的凝膠特性和流變特性，高濃度的水溶性殼聚糖會(huì)降低魚糜的凝膠強(qiáng)度。Kok T N等人[13]研究認(rèn)為鲅鯛魚糜中蛋白—蛋白與蛋白—?dú)ぞ厶前俜直群繘Q定了魚糜的凝膠強(qiáng)度。

Mao L等人[18]研究水溶性殼聚糖對(duì)草魚魚糜凝膠特性的影響發(fā)現(xiàn)，蛋白—?dú)ぞ厶墙Y(jié)合物是由葡萄糖胺的活性氨基集團(tuán)與魚肉中肌原纖維蛋白的谷氨酰胺殘基結(jié)合產(chǎn)生的，殼聚糖與肌原纖維蛋白的共價(jià)鍵與非共價(jià)鍵形成的最終結(jié)構(gòu)直接影響著草魚魚糜的凝膠特性，這種凝膠特性同時(shí)也與內(nèi)源性轉(zhuǎn)谷氨酰胺酶息息相關(guān)。

Li X和Xia W通過研究不同分子量和脫乙酰度的殼聚糖對(duì)鰱魚魚糜凝膠特性的影響，發(fā)現(xiàn)脫乙酰度為77.3%的殼聚糖對(duì)鰱魚魚糜的凝膠特性具有良好的破斷強(qiáng)度和儲(chǔ)能模量，隨著殼聚糖分子質(zhì)量的增大，其凝膠強(qiáng)度隨之增強(qiáng)。研究表明，殼聚糖與鰱魚魚肉中肌原纖維蛋白的主要作用力為靜電相互作用和氫鍵[26]。

2 展望

我國(guó)是一個(gè)淡水魚養(yǎng)殖和加工大國(guó)，發(fā)展淡水魚糜加工對(duì)于我國(guó)的水產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)具有極大的現(xiàn)實(shí)意義。隨著淡水魚工業(yè)的不斷發(fā)展和海洋資源的可持續(xù)發(fā)展，使用淡水魚加工生產(chǎn)淡水魚魚糜替代海水魚糜來滿足緊迫的魚糜市場(chǎng)需求，已經(jīng)成為必然的趨勢(shì)。由于淡水魚魚糜的凝膠品質(zhì)與海水魚魚糜相比存在著差異，在冷凍魚糜的生產(chǎn)加工過程中，需要大量的淡水對(duì)魚糜進(jìn)行漂洗來填補(bǔ)淡水魚糜凝膠品質(zhì)上缺陷。

水溶性殼聚糖由于具有良好的抗菌、抗氧化和凝膠增強(qiáng)特性，相信在淡水魚魚糜加工過程中的應(yīng)用也必將大放異彩。同時(shí)，水溶性殼聚糖是一種陽性堿性多糖，對(duì)含高蛋白濃度的魚糜漂洗廢水的絮凝處理效果也令人矚目。