殼聚糖在食品行業中的應用

2020-11-13 14:24:43 來源：食品安全導刊

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□ 厲佳怡嚴燕兒(通信作者) 淮陰師范學院生命科學學院

摘　要：殼聚糖是目前所發現的自然界中唯一的天然堿性多糖，并已在食品行業得到廣泛應用。本文重點介紹殼聚糖在保鮮劑、添加劑，以及食品包裝等領域的研究進展與優缺點，以期為殼聚糖在食品行業的應用研究提供依據。

關鍵詞：殼聚糖功能性食品食品保鮮食品包裝

殼聚糖是甲殼素脫去55%以上的N-乙酰基所獲得的產物，化學名稱為β-(1→4)-2-氨基-2-脫氧-D-葡萄糖[1]。由于殼聚糖帶有游離的氨基，且能夠溶于大多數的酸性溶液，因此奠定了其生物學及加工特性的基礎。近年來，殼聚糖作為新型材料被廣泛應用于醫藥、環保、紡織、食品、化妝品、農業等領域，本文主要從食品行業入手，簡述了殼聚糖的研究進展。

1 保鮮劑

傳統的商業保鮮主要采用物理保鮮方法，如干燥、冷藏、冷凍、真空密封保存……但此類方法往往存在保鮮效果不理想及成本過高等問題[2]。由于殼聚糖具有良好的成膜性及抑菌性，能夠有效抑制食品表面多種細菌的生長繁殖，尤其對革蘭氏陽性菌的抑制效果十分明顯[3]，故成為食品保鮮行業具有潛力的新型材料。

1.1 果蔬保鮮

因為殼聚糖帶有的游離氨基基團具有還原性，所以可與果蔬表面的金屬離子相互絡合生成穩定的化合物，進而維持果蔬的外觀與品質，延緩營養物質的流失[1]。同時，該屬性能夠對果蔬內的活性自由基起到清除作用，降低細胞膜脂過氧化，延緩果蔬組織的衰老[4]。已有研究表明，殼聚糖的涂膜可以提高經過20d貯藏的柑橘硬度、亮度及抗壞血酸含量，羧甲基纖維素鈉與殼聚糖混合形成復合膜能更有效降低果實的失重率[5]。此外，以殼聚糖為基材來制備殼聚糖微孔膜對于圣女果具有良好的抗菌性[7]，殼聚糖的保鮮作用在葡萄[4]、山楂[8]等產品中得到充分的體現。由此可見，殼聚糖與不同防腐劑混合而成的復合膜更有利于果蔬的保鮮[4]。

1.2 肉類保鮮

由于嗜冷性微生物(如假單胞菌、腸桿菌等)大量繁殖，導致肉類食品難以在低溫條件下長期保存(最長保鮮期不超過7天)。因此，抑制肉制品中微生物的生長能夠有效延長鮮肉的保質期[8]。殼聚糖具有良好的成膜性——可以在鮮肉表面形成一層透氣性良好的可降解抑菌膜，因具有良好的阻氧性[9]，故成為冷鮮肉的天然保鮮劑。

薛婉瑞等對從冷鮮羊肉中分離出乳酸菌、假單胞菌、大腸桿菌、葡萄球菌、熱死環絲菌、酵母菌這6種主要菌種的試驗表明，當殼聚糖濃度為0.2%時，對冷鮮羊肉腐敗菌的優勢菌落假單胞菌的抑制作用最好;當殼聚糖濃度為0.25%時，對腸桿菌科、熱死環絲菌的抑制作用最好，對乳酸菌及葡萄球菌的抑菌效果有所下降[10]。因此，如何有效控制殼聚糖的濃度及其復合劑研究是未來冷鮮肉保鮮的發展方向。

1.3 水產保鮮

目前，保鮮劑是水產保鮮中被廣泛使用的方法，即通過抑制魚肉中微生物的生長來延緩其腐敗變質[11]，而殼聚糖的成膜性可以滿足這一需求[9]。沈秋霞等通過殼聚糖、茶多酚及檸檬汁處理4℃冷藏虹鱒魚片的實驗表明，殼聚糖比其它兩種物質更具有抑制產品品質劣變的特性[12]。張家源等利用殼聚糖與魚精蛋白復配后對南美白對蝦進行保鮮，發現其能有效控制微生物和酶的活性，以及降低蝦體的脂肪氧化程度[13]。盡管如此，殼聚糖對水產保鮮的時長及其復合配方仍需要做進一步研究。

2 食品添加劑

2.1 增稠劑

作為多糖的一種，殼聚糖能夠與蛋白質產生凝膠作用[14]以增加其稠度，現已被廣泛用于魚糜制品、肉餡等蛋白質含量較高的產品中。此外，殼聚糖也常被用于豆腐的制作——提高其膠凝強度及延長貨架期[15]。除作為增稠劑外，殼聚糖還可以增加食品的生理活性，如調節免疫力、改善腸道功能、降血脂等[16]。未來，對殼聚糖與其它增稠劑復配的研究將成為降低成本及改善產品的研究方向之一。

2.2 澄清劑

殼聚糖是氨基葡萄糖的直鏈多聚糖，當溶于酸性果酒時，其中的氫離子與氨基可結合形成帶正電荷的分子，其能與果酒中帶負電荷的蛋白質、果膠、纖維素等微粒絮凝沉淀，起到澄清的作用[17]。已有研究結果表明，殼聚糖作為澄清劑的效果優于普通的自然沉降法。但是，作為澄清劑時，殼聚糖的濃度及處理時間尚無統一標準。例如，殼聚糖對生姜梨酒的澄清效果最佳添加量為0.06g/100mL，對葡萄酒的澄清效果最佳添加量為0.6g/L，對野草莓酒的澄清效果最佳添加量則為2.2g/L……因此，仍需做更多實驗以進行標定。

2.3 功能性食品添加劑

2.3.1 調節機體免疫力

殼聚糖主要利用其堿性氨基來調節機體免疫力。殼聚糖自身攜帶的陽離子基團可以促進血液中游離的單核細胞聚集，或通過刺激細胞的局部組織誘導細胞增生，進而增加細胞中巨噬細胞的數量以提高機體免疫力。同時，殼聚糖通過活化殺死癌細胞的淋巴細胞，從而抑制癌細胞轉移以提高機體免疫力。例如，將其用于飼料中能夠增加雞和鯽魚的免疫力。免疫低下小鼠的實驗已證明，不同分子量的殼聚糖均對免疫低下的小鼠有增強作用，且功能優于市場上現有的產品。此外，殼聚糖的水解物與其它提高免疫力的產品復配使用具有協同作用。例如，當殼聚糖的脫乙酰度達到70%以上，其免疫增強作用將會隨著水溶性的增加而增加，且聚合度控制在4~7的殼聚糖及其衍生物具有明顯的抗腫瘤作用。

2.2.2 改善胃腸道

殼聚糖帶有正電荷，且具有黏膜黏附力，并可通過激活腸上皮細胞的腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)信號通路來改善腸道健康及促進腸道吸收，現已被認為是安全有效的腸道吸收促進劑。另外，殼聚糖還能顯著降低腸道內大腸桿菌、沙門氏菌等有害菌群的數量，促進乳酸桿菌、雙歧桿菌等有益菌群增殖，從而調節腸道微生態平衡。張迪等模擬長期飲食模式——用水溶性殼聚糖對小鼠給藥30d，研究不同濃度藥物時小鼠腸道內的優勢菌群。該實驗充分證明，殼聚糖有助于增加小鼠腸道內的乳桿菌和動物乳桿菌等優勢細菌的繁殖。

2.3.3 減肥食品

殼聚糖在腸道環境中呈不溶解狀態，是一種不能被機體吸收的纖維素，故能形成黏性乳液吸附包裹于脂肪滴外部而減少其與脂肪酶的接觸，進而降低機體對脂肪的消化和吸收。此外，由于殼聚糖分子帶有正電荷，故其可以結合帶負電荷的脂類物質或通過靜電作用與膽汁酸相結合來使進入肝臟的膽汁酸減少，以此加速肝臟膽固醇對膽汁酸的轉化作用，從而降低膽固醇濃度。同時，殼聚糖被認為是脂肪酶的競爭性抑制劑，即通過調節消化道脂肪酶的活性來抑制脂質的消化吸收，起到降血脂的作用。

趙丹萍等通過實驗研究了殼聚糖與白蕓豆、葡萄籽提取物、富硒酵母共同組合成復方高脂飼料對肥胖大鼠的減肥效果，結果表明該復方具有一定的減肥作用，其高劑量復方與奧利司他膠囊的效果相似。因此，殼聚糖也可被添加到口腔保健食品、微量金屬元素調節食品、糖尿病防治食品和人造肉類食品等。

3 食品包裝

將殼聚糖用于食品包裝膜的生產可使其具有保鮮抗菌、防潮和防腐等特性，無毒且可直接食用，但在抗氧化方面表現不佳。因此，需要對殼聚糖進行改性處理或與其它抗氧化劑混合復配使用。例如，通過腺嘌呤對殼聚糖進行改性并加入納米纖維素制成一種全生物質基的食品包裝膜，其具有良好的抗氧化活性、機械性能和尺寸穩定性;殼聚糖與普魯蘭多糖制成復合抗菌保鮮膜，其可以延緩牛肉品質的劣變;殼聚糖溶液pH值為4.5、殼聚糖與三聚磷酸鈉質量比5︰1、丁香精油與殼聚糖質量比0.8︰1.0制成丁香精油—殼聚糖納米膠囊，其具有良好的熱穩定性，可彌補丁香精油易揮發、不溶于水等缺點;海藻酸鈉-殼聚糖雙層修飾的納米脂質體具有更高的貯藏穩定性和消化穩定性。

4 結束語

盡管殼聚糖所特有的生物活性在食品行業有著很大的研究和應用價值，但是其優勢還不足以取代傳統的食品包裝材料及食品添加劑。正因如此，殼聚糖在食品行業的全面應用還需要加強對其改性及復配等方面的研究。

參考文獻：

[1] 郭鳴鳴.殼聚糖在幾種食品抗菌包裝中的應用研究[D].江南大學，2015.

[2] 馬修鈺，王建清，王玉峰，等.果蔬保鮮方法概述[J].中國果菜，2016，36(06):4-9.

[3] 黃海波，姚進，曾廣勝，等.水溶性殼低聚糖抑菌性能研究[J].包裝學報，2019，11(04):10-15.

[4] 陳娟，牛國才.殼聚糖在葡萄保鮮中的應用研究進展[J]. 煙臺果樹，2019(04):8-9.

[5] 張晶琳，王永江，劉海東，等.殼聚糖/CMC復合涂膜處理對柑橘果實采后品質的影響[J]. 現代食品科技，2019，35(10):50-57.

[6] 薛瓊，鄧靖，陳滬滬.微孔殼聚糖保鮮膜的制備及保鮮效果研究-[J].包裝學報，2019，11(04):1-9.

[7] 張丹.殼聚糖涂膜處理對山楂的保鮮效果研究[J].《食品安全導刊》，2015(33):150-151.

[8] 賀羽，王帥，金益，等.天然保鮮劑對低溫肉制品的保鮮作用[J].江蘇農業科學，2019，47(1):177-182.

[9] 吳香云，劉亞娜，周喆麒，等.多糖類化合物的抗菌作用及其機制研究進展[J].畜牧獸醫學報，2020(06):1167-1176.