壳聚糖抗菌保鲜膜的研究进展

壳聚糖抗菌保鲜膜的研究进展

1 壳聚糖概述

1.1 壳聚糖结构

壳聚糖是甲壳质经脱乙酰反应后的产物,具有氨基和羟基,这两种基团很容易发生取代反应从而生成壳聚糖衍生物。壳聚糖天然、无毒副作用,且具有良好的生物相容性和可降解性。

1.2 来源

从虾、蟹等工业水产产生的废弃生物外壳中提取的天然多糖就是壳聚糖的主要成分,而这些废弃甲壳不加以利用就会污染环境。提取的壳聚糖是一种价格低而性能高的保鲜材料,可以用作绿色包装,回收利用的虾壳蟹壳还能避免污染环境。

1.3 化学性质

壳聚糖具有良好的水溶性、持水性、成膜性以及生物相容等性能。这些使壳聚糖广泛应用于食品、包装、生物医药、化妆品等各领域。壳聚糖具有生物官能团,可以对壳聚糖进行许多改性研究使其适应需要。

2 壳聚糖的抗菌机理

壳聚糖具有天然抗菌性,大量研究表明其具有抗真菌,细菌活性。

目前,对壳聚糖的抑菌机理的研究己经取得了一些进展,但还不明确。根据壳聚糖在细菌细胞上的作用靶不同,可将这些推论大致分为两类。

2.1 以带负电荷的细菌细胞膜为作用靶

在酸性条件下,壳聚糖分子中的NH3+具有正电性,一方面,壳聚糖可以和表面产生的酸性物质如荚膜多糖、磷壁质酸等相互作用,形成一些高分子电解质,改变细胞膜的通透性使膜功能发生紊乱,细胞内物质(电解质、蛋白质和内酶)外渗,从而产生抑菌效果;另一方面,大分子壳聚糖会吸附在微生物细胞表面,形成高分子薄膜,阻止了营养物质的运输,从而起到杀菌和抑菌效果。

2.2 以细菌分子内的DNA为作用靶。

小分子壳聚糖通过渗透穿过多孔细胞壁从而进入微生物细胞内(尤其是革兰氏阴性菌,细胞壁较薄),与细胞内带负电的物质(主要是蛋白质和核酸)结合,影响细胞的正常生理功能,抑制细菌的繁殖,导致微生物的死亡。对于真菌,壳聚糖的抑菌作用机制可能与其增加菌丝细胞膜的透性有关。

3 壳聚糖膜的食品保鲜性

近年来,频繁发生的食源性食品安全事件使得人们对食品保鲜贮藏的要求越来越高。而化学保鲜剂存在着一定程度的安全隐患,因此

天然保鲜剂的重要性逐渐突出,由甲壳素制得的壳聚糖是一种重要的天然保鲜剂.且壳聚糖分子内含有羟基和氨基使其具有较好的成膜性。

3.1 单独壳聚糖膜保鲜性能

将果蔬放在壳聚糖溶液里浸蘸晾干,或直接将壳聚糖溶液喷洒在果蔬表面,在果蔬表面就会形成一层无色透明的可食性半透膜,该膜可以调节食品的生理代谢。壳聚糖中含有的羟基和氨基可以螯合一些能助氧化的金属离子如Fe2+,Ni3+等,防止果蔬变色,从而延缓营养物质的减少。壳聚糖分子中的氨基还具有还原性,可以清除果蔬呼吸产生的活性自由基,从而延缓果蔬组织衰老。壳聚糖还可以调节果蔬呼吸强度和水分蒸发,一方面抑制叶绿的降解与花青素的合成,一方面减缓膜脂过氧化作用和细胞膜的损伤,使果蔬在保持良好色泽。并且壳聚糖涂抹在一定程度上能够减少果蔬水分蒸发,具有保水性能。

3.2 壳聚糖衍生物膜的保鲜性能

壳聚糖衍生物比壳聚糖膜的抗菌保鲜性能更好,Carolan等用N,O-羧甲基壳聚糖进行了保鲜试验,发现室温下储存6个月后的苹果没有明显变化。孟庆忠等用N,O-羧甲基壳聚糖涂抹在梨、桃苹果、番茄上,发现可以减少氧气渗入,阻碍二氧化碳逸出,可以代替低温冷藏措施,该涂膜剂已获得加拿大政府的生产许可证。另外,该壳聚糖衍生物涂膜技术在草莓、温州蜜柑、油豆角等保鲜方面取得了一定的研

究成果。吴伟等研究发现,羧甲基壳聚糖应用于亚热带水果也有很明显的保鲜效果。

3.3 壳聚糖复合膜的保鲜性能

单一涂膜对水果有一定的保鲜作用,但是壳聚糖膜有一些缺点,如所成膜保湿性低、机械强度性差、抑菌范围窄等,通过添加一定的功能改良剂,能够改良这些缺点。如壳聚糖、植酸、氯化钠、桔皮提取液按一定比例配制成复合壳聚糖保鲜剂,在常温下对海芦笋浸泡涂膜后做试验。结果表明:与空白对照组相比,经复合壳聚涂膜处理的各试验组,明显降低海芦笋贮藏期间的腐烂率和失水率,有效延缓VC和叶绿素的氧化。可以满足目前物流速率和物流技术对蔬菜保鲜期的要求。制备壳聚糖复合膜,并对壳聚糖复合膜最佳成膜条件进行研究。然后将制的壳聚糖复合膜用于草莓保鲜。结果表明,壳聚糖复合膜涂膜草莓保鲜后,6d后草莓失水率较低为6.42%,Vc较低25.8 mg/kg,总酸减少0.74 mg/kg,草莓总体感观较好。壳聚糖对肉类也有保鲜效果,辛美丽等的研究结果表明:在0℃贮藏条件下壳聚糖成膜处理后鱼片的pH、T-VBN值、TVB值、细菌总数增加较少,红肉a*值、白肉L值下降减少,汁液流失率减少;且不同浓度和分子量处理鱼片的效果不同,高浓度及高分子量的壳聚糖对贮藏鱼片持水性、颜色等性质的保持具有优势,并降低了鱼片的溃败,延长了贮藏期。国内外学者对壳聚糖涂膜的研究都显示了壳聚糖在果蔬保鲜中的优势,壳聚糖来源广泛,成膜性好,有很大的发展潜力。

4 结语

较长时间内,我国果蔬保鲜主要采用的方法为气调保鲜和化学保鲜剂保鲜,由于技术水平落后,每年我国采摘后果蔬的损耗率高达25%～30%。因此,寻求高效、无毒、成本低的保鲜剂一直是国际果蔬贮藏研究的热点。目前,虽然壳聚糖在果品涂膜保鲜方面已取得佳绩,但仍然存在着一些不足,并影响了它的广泛应用。壳聚糖复合膜的研究取得一些成果,复合膜对抑菌性,成膜保湿性,机械强度等方面都有不同程度的融合加强,研究可食性复合膜对食品保鲜很有意义。

参考文献

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