壳聚糖在食品保鲜中的应用

聚糖的基本源自文库征和性质、保鲜食品的作用机理以及壳聚糖单一涂膜和复合涂膜在食品保鲜中的应用。 关键词: 壳聚糖; 涂膜; 食品保鲜
+ 中图分类号: S 609 3
文献标识码: A
文章编号: 2095 -1795 ( 2012 ) 03 -0037 -06
Application of Chitosan in Food Preservation
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引言
22D氨基脱氧葡萄糖，结构式如图 1 所示。 →4 ) -
俗话说民以食为天，食以安为先。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。由于化学保鲜剂存在着一定的安 全隐患，因此天然保鲜剂的重要性逐渐突出，其中由 甲壳素制得的壳聚糖是一种重要的天然保鲜剂。甲壳 素又名甲壳质、壳多糖，广泛分布于昆虫、甲壳纲动 物的外壳及真菌细胞壁中。甲壳素在自然界中每年生 物合成量约 100 亿 t， 产量 仅次 于 纤 维 素， 是 地 球 上 第 2 大再生资源。壳聚糖是甲壳素经脱乙酰反应而得 到的一种天然分子碱性多糖，来源丰富，无毒、无污 染，可在食品表面形成半透膜，并且能有效地抑制病 菌入侵和生长，越来越引起人们的关注。此外，壳聚 糖还具有良好的保湿性、防静电作用，且易于生物降 解、有良好的生物相容性。近年来，壳聚糖作为一种 新型无毒无害的天然食品保鲜剂，被广泛应用在食品 工业领域。
收稿日期: 2012-03-01 修回日期: 2012-03-12 作者简介: 杨瑞学，高级工程师，研究方向: 食品工程。E-mail: 13311098838@ 189. cn
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［1 ］ 低粘度产品 ＜ 0. 25 Pa·s 。 1. 2 化学性质
农业工程
农副产品加工与贮藏
内，吸附细胞内带负电荷的细胞质，并发生絮凝作用 从而扰乱细胞正常的生理活动。对革兰氏阳性菌，主 要是由于大分子壳聚糖吸附在微生物细胞表面，形成 ［3 ］ 一层高分 子 膜 阻 止 营 养 物 质 向 细 胞 内 运 输 。 壳聚 糖的抑制细菌活性，使其在食品、医药和纺织等领域 有着广泛的应用。 2. 2 良好的成膜性 由于壳聚糖分子内含有羟基和氨 基，使 其 具 有 良 好的成膜性。将食品放在壳聚糖 溶 液 里 浸 蘸晾 干，或 直接将壳聚糖溶液喷到食品表面，在食品 表 面 都 会 形 成一层无色透明的可食性半透膜，该半 透 膜 可 以 调 节 食品的生理代谢过程，如抑制呼吸、延缓细胞衰老等。 壳聚糖中含有的羟基和氨基使其可以螯合 一 些 能 2+ 3+ 助氧化的 金 属 离子如 Fe ，Ni 等， 防 止 果蔬 变 色， 延缓营养物质的下降。而壳聚糖分子中的 氨 基 具 有 还 原性，可以清除食品体内的活性 自 由 基，从而 减少 细 胞的膜脂过氧化，延缓食品组 织 衰 老。壳聚糖 还 可 以 有效调节果蔬呼吸强度和水分蒸发，涂 膜 能 阻 止 果蔬 呼吸产生的 CO2 散失和大气中 O2 渗入，降低内源 O2 CO2 比值，从而 抑 制 食品 呼 吸 强 度，减少 食品 内 物 质 转化与呼吸基质的消耗。其还可以减少 活性 氧 的 形 成 和自由基的产生，直接影响组 织 有 氧 代 谢 的 进 行，一 方面减缓膜脂过氧化作用和细胞膜的 损伤，另 一 方 面 抑制叶绿素的降解与花青素的合成，使 食品在 较 长 时 间内保持原有色泽。并且，壳聚糖 涂 膜 在 一 定程 度 上 能够减少食品水分蒸腾，使其保持较多水分
。
壳聚糖同时还具有激发有益酶和抑制有害酶的作 用: 在贮藏 期 间 壳聚糖 能 使 食品 中超 氧 化 物 歧 化 酶 ( SOD) 活性保持 较 高 水平， 有 利于 清 除 超 氧阴 离子 自由 基， 并 使 脂 肪 氧 合 酶 ( LOX ) 活 性 显 著 降 低， 从而降低膜脂过氧化作用，抑制乙烯生成。食品在壳 聚糖诱导下能产生一系列防御反应，能活化细胞膜上 的蛋白激酶，使细胞内的酶产生磷酸化反应，提高酶 活性， 抑 制 多 酚 氧 化 酶 ( PPO ) 及 过 氧 化 物 酶 ( POD) 活性［5-6］。
［ 4 ］
在特定的 条 件 下， 壳聚糖 能 发 生 水 解、 烷 基 化、 酰基 化、 羧 甲 基 化、 磺 化、 硝 化、 卤 化、 氧 化、 还 原、缩合和络合等化学反应，可生成各种具有不同性 能的壳聚糖衍生物，从而扩大了壳聚糖的应用范围。 壳聚糖大分子中有活泼的羟基和 氨 基，它 们 具 有 6 上的羟基 较强的化学 反 应 能 力。在 碱 性 条 件 下，C— —壳聚糖 与 环 氧 乙 可以发生如下反应: ①羟 乙 基 化— — — 烷进行反应，可得羟乙基化的衍生物。②羧甲基化— 壳聚糖与氯乙酸反应便得羧甲基化的衍生物。③磺酸酯 — —甲壳素和壳聚糖与纤维素一样，用碱处理后可与 化— — —丙烯腈和壳 二硫化碳反应生成磺酸酯。④氰乙基化— 聚糖可发生加成反应，生成氰乙基化的衍生物。
” 、 “脱 乙 酰 甲 壳 素 ” 、 “脱 壳聚糖又称 “壳 多 糖 ” 、 “可 溶 性 甲 壳 素” 、 “可 溶 性 甲 壳 质 ” 、 乙酰甲壳质 “壳糖胺 ” 、 “甲 壳 胺” 、 “甲 壳糖” 、 “氨 基 多 糖 ” 、 “甲壳多聚糖 ” 和 “几 丁 聚糖 ” 等， 化学 名 为 β (1
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壳聚糖单一涂膜在食品保鲜中的应用
3. 1 在水果保鲜中的应用 由于水果含水量大、表皮比较脆弱，使其在储存 时容易腐烂、变质，因此，随着生产的发展，水果的 储运保鲜问题日趋突出。 赵凤等
［7 ］
以葡萄 为 试 验 材 料， 通过 喷 涂 的方 法，
研究不同浓度的壳聚糖膜对葡萄在常温贮藏期间的坏 果率及感官品质的影响，进而研究壳聚糖涂膜对葡萄 的保鲜效果。结 果 表 明，1% 浓 度的 壳聚糖 涂 膜 能 够 降低葡萄的腐烂率，保持葡萄的色泽和亮度，明显降
Yang Ruixue
( Chinese Academy of Agricltural Mechanization Sciences，Beijing 100083 ，China) Abstract: In recent years，chitosan as a new type of nontoxic natural food preservation agent，is widely used in food industry． This paper mainly introduces the basic characteristics and properties of chitosan， preservation mechanism， application of chitosan single film and composite film in food preservation． Key words: Chitosan，Coating，Food preservation
Fig． 1 图 1 壳聚糖结构式 Chitosan structured figure
壳聚糖是 甲 壳 素 N脱 乙 酰 基 的 产物， 它 是 从 虾 蟹等的甲壳中提取出来的一种氨基类多糖，壳聚糖不 仅天然大量地 存 在于 自 然 界 中， 而 且 无 毒、 可 降 解， 是一种可再生资源。 1. 1 外观及分子质量 壳聚糖是一种白色或灰白色半透明的片状或粉状 固体，无味、 无 臭、 无 毒性， 纯 壳聚 糖 略 带 珍 珠 光
［10 ］ ［9 ］
谢春晖等
［8 ］
失率为 10. 1% ，叶绿素在第 10 天 时 已减少 0. 5 mgg， VC 含量减少 9. 53 mg100 g; 而使用壳聚糖涂膜保鲜的 黄瓜质量损失率为 8. 1% ，叶绿素减少 0. 06 mgg，VC 含量减少 2. 03 mg100 g，且 能 很 好 地 降 低 呼 吸 强 度， 使黄瓜硬度保持很好。虽色泽稍暗，瓜刺少部分变白， 但色泽 自 然、组 织 饱 满、有 一 定 脆 性 和 原 有 的 风 味。 壳聚糖涂膜能增强黄瓜表皮的防护作 用，能 有 效 地保 证黄瓜的质量和延长其货架期。 李晓莺等
6 泽。生物体 中 甲 壳 素 的 相 对 分 子 质 量 为 1 × 10 ～ 2 × 10 6 ，经提取后甲壳素的相对分子质量为 3 × 10 5 ～ 7 ×
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壳聚糖概述
10 5 ，由甲壳素 制 取壳聚糖 相 对 分 子 质 量 则 更 低， 为 2 × 10 5 ～ 5 × 10 5 。在制造过 程 中 甲 壳 素 与 壳聚糖 相 对 分子质量的大小，一般用粘度的数值来表示。商品壳 聚糖视其用途不同有 3 种不同的粘度，即高粘度产品 为 0. 7 ～ 1 Pa·s、中粘度产品为 0. 25 ～ 0. 65 Pa·s 和
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壳聚糖的保鲜机理
2. 1 抑制细菌活性 壳聚糖对许多微生物都有很好的杀灭作用，对食 品中常见的菌类如金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、小肠 结炎耶尔森菌、鼠伤寒沙门菌和李斯特单核增生菌等 都有抑制作用。 壳聚糖及其衍生物能发挥抑菌作用是由于分子链 NH2 发 生 了 质 子 化， 生 成 有 效 抑 菌 基 上的活性基 团NH3 + ，进而吸附细菌细 胞。 目前， 根 据 壳聚糖在 团细胞上 的 作 用 靶 位 不 同， 其 抗 菌 机 理 学 说 有 3 种。 ①以细菌细胞膜为作用靶。壳聚糖分子中的有效抑菌 NH3 + 吸附在带负电的细菌 ( 主要是与细胞 表 面 基团 的脂 多 糖、 磷 壁 质 酸、 糖 醛 酸 磷 壁 质 等 互 相 吸 附 ) 表面，形成一层高分子膜，阻止营养物质向细胞内运 输，或者改变细菌细胞膜通透性，从而起到杀菌和抑 菌作用。②以细菌细胞内容物为作用靶。壳聚糖进入 到细菌细胞内，吸 附细 胞 体 内 带 有 阴 离子 的 细 胞 质， 破坏细胞质中 内 含物 的 胶 体 状 态， 使 其 絮 凝、 变 性， 干扰细菌正常的生理活动，或者直接干扰其带负电荷 的遗传物质 DNA 和 RNA， 抑 制 细菌 繁 殖， 导 致 微 生 物的死亡。③以金属离子为作用靶。壳聚糖作为一种 螯合剂，选择性地螯合对微生物的生长起关键作用的 金属离子，从而抑制微生物的生长和产毒。此外，壳 聚糖能够激活微生物本身的几丁质酶活性，当壳聚糖 浓度足够高时，微生物的几丁质酶被过分表达，导致 ［2 ］ 对其自身细胞壁几丁质的降解，从而损伤细胞壁 。 壳聚糖可与芽孢杆菌细胞壁上富含的带负电荷的 分子相结合，引起细胞壁变形，使细胞膜外露，致使 细胞质渗漏，造成细胞死亡。而其对于大肠杆菌的作 用机制则是阻止营养物质的流动; 也有人推测其杀菌 原因主要 是 由 于 小 分 子 壳聚糖渗透 进 入 微 生 物 细 胞
第2 卷 第3 期 2012 年 3 月
农
业
工
程
Agricultural Engineering
Vol． 2 No． 3 Mar． 2012
壳聚糖 在 食品 保 鲜 中 的 应 用
杨瑞学
( 中国农业机械化科学研究 院，北京 100083 ) 摘 要: 近年来，壳聚糖作为一种新型无毒无害的天然食品保鲜剂，被广泛应用在食品 工 业 领 域。 该 文 主要 介绍 了 壳
杨瑞学: 壳聚糖在食品保鲜中的应用
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低葡萄的呼吸代谢强度和水分散失程度。 利用 配 制 不 同 浓 度的 壳聚糖保鲜 液 对冬枣进行涂膜保鲜处理，研究了冷藏过程中冬枣贮 藏品质的变化。结果表明，冬枣在冷藏时，壳聚糖涂 膜处理可以有效地保 持 枣 果 的 硬 度 和 维 生素 C 含量， 抑制可溶性固形物含量和可滴定酸含量的下降，降低 呼吸强度和果实转红，减少质量损耗和腐烂率，延长 冬枣的贮藏时间。 采 用 3 种 不 同 浓 度 ( 0. 5% 、1% 和 2% ) 的壳聚糖溶液 对 圣 女 果 进 行 涂 膜处 理， 研究 壳 李亚娜 等 聚糖涂膜对圣女果的保鲜性影响。结果表明，壳聚糖 涂液能有效抑制圣 女 果 的 VC 、 可 溶 性 固 形 物 及可 滴 定酸含量的降低，并能延缓果实的失水、保持果实的 硬度。其中，2. 0% 浓 度的 壳聚糖 涂 膜 对 圣 女 果 的 保 鲜效果较好。 马肖静等 别用 0 、0. 5% 、1. 0% 、1. 5% ( 质 量 分 数 ) 的 壳聚 糖涂膜无花果果 实， 然 后 置 于 1 ～ 3℃ 下 贮 藏。 测定