水产品劣变机制及其保鲜技术研究进展

崔 姗1,刘 凯1,孙美君1,杨佳华1,张 丹1,亢春雨1,*,赵春青2,*

(1.河北农业大学食品科技学院,河北 保定 071001;2.保定开放大学继续教育处,河北 保定 071001)

摘 要:水产品因其低脂肪、高蛋白、肉质鲜美等特点深受消费者喜爱,但水产品水分含量高、营养丰富等特性导致其在贮藏、运输过程中易受自身或环境因素影响而发生腐败变质。本文综述近年来国内外水产品保鲜技术研究现状,重点阐述冰晶形成、脂质氧化、蛋白质氧化、微生物侵染等造成水产品劣变机制,展望水产品保鲜技术发展趋势,旨在为水产品加工保鲜技术研究提供参考。

关键词:水产品;劣变机制;保鲜技术

我国作为世界水产品资源大国,在世界渔业中占有举足轻重的地位。2022年水产品总产量达6 865.91万 t,约占世界总产量的40%以上[1]。水产品富含蛋白质,是优质蛋白质的重要来源[2],同时其脂肪含量低,特别是低胆固醇特点受到消费者青睐。水产品中脂肪多为不饱和脂肪酸,易于消化吸收。据报道[3],水产品含有能够抑制乳腺癌细胞侵袭、转移与增殖的活性物质。长期食用水产品还可有效防止心脑血管疾病发生[4]。除此之外,其还具有抗衰老、补钙、改善缺铁性贫血等功效。因此,水产品被越来越多的消费群体所喜爱。但是,水产品在贮藏、运输过程中易受外源微生物和空气氧化等因素影响而发生腐败变质,不仅造成产品货架期缩短与经济损失,还可能对消费者身体健康产生威胁。传统保鲜方法在保证水产品品质和货架期方面存在不足[5]。因此,探求高效、安全且经济的保鲜方法一直是该领域的研究热点。本文综述近年来国内外关于水产品贮藏过程中腐败变质机制及其保鲜技术(图1)研究进展,旨在为水产品保鲜技术的研究与开发提供理论参考。

图1 水产品劣变机制及保鲜技术示意图
Fig. 1 Schematic diagram of the deterioration mechanism and preservation technologies for aquatic products

1 水产品劣变机制

水产品在贮藏过程中易受自身内源性蛋白酶、外界环境因素及微生物侵染等影响,发生组织细胞受损,蛋白质结构与生物膜脂质分子层遭到破坏等现象,细菌附着于其表面时,极易发生腐败变质,影响其外观、气味及口感等感官品质。水产品腐败变质原因复杂多样,如图2所示。

图2 水产品腐败变质示意图
Fig. 2 Schematic diagram of the spoilage of aquatic products

1.1 冰晶形成

水分子是几乎所有新鲜食品中不可或缺的成分,其积极参与和加速食品变质过程,对食品质地、外观和蛋白质大分子等产生重要影响[6]。在贮藏、运输过程中通常以冷冻方式延长水产品货架期。水产品中的水分子在冷冻过程中形成冰晶,可有效抑制酶活性或延缓蛋白质降解,但缓慢冷冻形成的大而分布不均匀的冰晶大部分位于细胞外围,可导致肌肉组织受损,破坏其完整性[7-8]。冰晶形成过程可分为成核和生长2 个阶段。在成核阶段,当温度降低至冰点以下时,水分子开始有序排列成冰晶结构,成核后冰晶逐渐生长,温度继续下降时,水分子会逐渐凝固在晶核上,冰晶尺寸不断增大,冰晶生长速率取决于环境温度和晶核数量,较低的温度和较高的晶核数量能够促进冰晶生长,进而形成更大的冰晶[6]。冰晶形成过程如图2a所示。冷冻过程中,水分子会从细胞质穿过细胞膜到达细胞间隙。随着温度逐渐降低,细胞内水分不断迁移,导致细胞外围冰晶不断增大。冷冻速率影响肌肉组织结构受损程度,缓慢冷冻时,细胞间隙冰晶大小不一且不均匀,肌肉组织受损严重;快速冷冻时,细胞间隙冰晶相对较细且均匀,肌肉组织受损程度较小。冰晶形成主要对水分、蛋白质、脂肪产生影响。冰晶融化后产生的水分子无法与蛋白质分子重组,造成汁液损失,肌肉持水力下降;冰晶对细胞膜产生机械性损伤,导致细胞结构发生改变,加速贮藏期间蛋白质变性;微冻过程中存在少量未被冻结的水分子继续存留于水产品肌肉组织中,参与或引发脂质氧化,缩短水产品保鲜期[9]

冰晶形成破坏水产品组织,其间细胞膜破裂所释放出的有机物质为微生物生长繁殖提供营养物质,从而引发腐败变质过程。李秀霞等[10]发现缓慢冷冻过程中,海鲈鱼中冰晶数量增加缓慢,导致少量活跃晶核形成较大的胞外冰晶。这可能对细胞膜造成破坏,引起细胞组织超微结构紊乱,同时增加冷冻和解冻后氧化速率加快及酶活性降低风险,对水产品品质造成不可逆损害。Tan Mingtang等[11]也证实慢速冷冻条件下冰晶形成和生长可削弱结缔组织结构,导致肌肉纤维解体、肌肉细胞与肌内膜之间形成较大间隙,对鱼肉新鲜度产生不利影响。研究[12]表明,当肌肉蛋白质发生冷冻变性时,其保水能力下降,冰晶产生的空隙可导致解冻后肌肉组织恢复不完全,进而影响肌肉食品感官品质,如汁液损失、质地变软、空隙变大、口感与风味劣变等,其中冷冻对质构特性影响最大[13]。因此,冷冻过程中冰晶形成是影响水产品质量的重要因素,其影响机制还在进一步研究中。

1.2 脂质氧化

水产品富含不饱和脂肪酸,在贮藏过程中极易发生氧化而影响产品质量。脂肪氧化可分为自动氧化、光敏氧化和酶促氧化。自动氧化是指物质与空气或氧气接触时,自发地发生氧化反应,包括链引发、链增长和链终止3 个阶段[14]。自动氧化是水产品贮藏过程中发生的主要脂质氧化反应。脂质自动氧化过程中,过渡金属离子、脂质氧化酶、光等作为诱发剂使双键相邻的亚甲基碳原子(RH)氧化成烷自由基(R·)并与O2反应生成过氧化物自由基(ROO·),其可与周围脂肪酸分子发生碰撞并夺取其质子生成氢过氧化物(ROOH)(图2b)。由于氢过氧化物不稳定,易分解成醛、醇等稳定的风味物质,进而影响水产品质量[15]。金属离子促进脂质氧化的原理与冰晶形成相关。冰晶形成可导致细胞受损,释放金属离子(如Fe2+),进而诱导不饱和脂肪酸发生氧化反应生成自由基,自由基参与脂质氧化的链式反应,加速氧化过程,导致脂肪结构发生改变。光敏氧化是指水产品中的光敏剂在光照条件下将基态氧转变为激发态氧,最终生成脂质过氧化物的过程[16]。这些脂质过氧化物可以引起细胞氧化应激,导致细胞膜损伤和细胞功能异常,具有潜在的毒性作用。酶促氧化是脂肪在酶的参与下所发生的氧化反应。水产品中的酶在适当条件下可催化脂肪酸氧化反应,不但会产生具有恶臭气味的物质,部分营养成分(如维生素和抗氧化剂)还会被降解,例如,水产品中的脂肪酶可通过水解脂肪释放不饱和脂肪酸,并诱导更严重的脂质氧化反应[17]。值得注意的是,水产品在脂质氧化过程中还会不断积累醛类物质,产生典型的酸败异味,这是水产品贮藏过程中产生不愉悦气味的主要原因。与此同时,水产品色泽变暗、黄度值增加、红度值下降、质地劣变,进而降低消费者的购买欲望[18]

1.3 蛋白质氧化

水产品富含蛋白质,是优质蛋白质的重要来源。蛋白质氧化导致蛋白质结构和功能发生改变[19]。与脂质氧化类似,蛋白质氧化分为链起始、链传递和链终止3 个阶段[20]。氧化过程包含一系列自由基反应,这些自由基与蛋白质分子反应生成氧自由基,氧自由基可激活氧化酶(如过氧化氢酶),进一步促进蛋白质的氧化反应。蛋白质氧化反应引起蛋白质分子构象改变、骨架断裂和交联等[21]。蛋白质过氧化反应产生的烷氧自由基(RO·)和ROO·等基团可作用于氨基酸侧链的活性羰基化合物,间接导致蛋白质发生氧化反应[22-23]。在金属离子催化等作用下,蛋白质会发生交联、氨基酸侧链修饰及蛋白质片段化等,巯基含量、游离氨基酸含量、蛋白质交联聚集和断裂程度可以反映蛋白质氧化程度[24]。蛋白质交联是蛋白质氧化的常见结果之一。在氧化环境中,蛋白质分子的氨基酸残基与其他蛋白质分子的氨基酸残基反应形成交联化合物,导致蛋白质结构发生变化、蛋白质聚集,进而影响其功能性及可溶性等理化性质。蛋白质的氨基酸侧链含有易氧化的功能基团,如酚类和巯基,在氧化条件下,这些功能基团易被氧化物质攻击,发生化学修饰反应[25]。例如,酚类侧链可被氧化成醛类或酮类,巯基则可形成二硫键或被氧化为巯基二聚体。当蛋白质的氨基酸残基被氧化物质攻击时,蛋白质链断裂成较小的蛋白质片段,这些片段化的蛋白质在结构和功能上与原始蛋白质有所不同(图2c)。蛋白质作为水产品的重要组成部分,在贮藏过程中其氧化对水产品风味的影响极为显著。蛋白质降解产生的醛、酮、酸类等物质不断积累可导致水产品风味劣变;氨基酸组成改变或含量降低,诸多人体必需氨基酸被氧化成羰基或其他衍生物,造成营养价值下降[26]。陈晓楠等[27]发现鲐鱼羰基含量贮藏前期上升缓慢,贮藏中后期上升迅速,且因氧化生成大量二硫键,肌原纤维蛋白巯基含量大幅度下降,表明肌肉纤维蛋白在低温贮藏过程中逐渐发生氧化降解。Tokur等[28]发现,沙丁鱼蛋白质损失可能涉及二硫键和非二硫键共价连接,铁催化氧化造成的蛋白质氧化会导致沙丁鱼品质降低。由此推断,金属离子诱导的氧化对水产品品质存在不利影响。

1.4 微生物侵染

水产品中微生物生长繁殖与货架期密切相关。鱼类贮藏期间,一些特定腐败微生物如希瓦氏菌、假单胞菌、气单胞菌等可将氧化三甲胺转化为三甲胺、二甲胺和甲醛,导致鱼腥味的产生[29-30](图2d)。水产品富含水分及蛋白质等含氮化合物等,可为微生物的生长繁殖创造良好的环境。微生物生长繁殖通过降解水产品中蛋白质、多糖、脂质等营养成分引发风味劣变与腐败变质。其中,微生物代谢所分泌的蛋白酶、脂肪酶等多种酶能够加速水产品蛋白质、脂质等物质氧化降解,产生丰富的有机酸、醇、醛、胺等物质,进而造成水产品pH值降低、风味改变和货架期缩短[31]。值得注意的是,在水产品解冻过程中,随着温度不断升高,一些处于休眠状态的腐败微生物恢复活力并重新开始生长,其在代谢过程可产生具有异味的挥发性化合物。如游离半胱氨酸和蛋氨酸降解产生的挥发性硫化物,包括二甲硫醚、硫化氢和甲基硫醇等,从而产生明显的硫化物异味[32]。此外,某些微生物还能产生毒素,如溶解性毒素和生物毒素,易引发食品安全问题,对人体健康产生负面影响。高天麒等[33]研究发现,希瓦氏菌和假单胞菌在鮰鱼腐败过程中起主导作用。值得注意的是,水产品肌肉组织中的蛋白酶在鱼类死后仍可继续作用于肌肉和结缔组织,促进细菌渗透到更深的组织结构,从而引起水产品品质变化[34]

另外,水产品加工过程中,微生物易形成生物膜附着于水产品表面,生物膜是微生物细胞的复杂群落,易成为食品与食品接触表面致病菌和腐败菌的储存库,造成食品腐败[35]。生物膜是一个逐步形成的过程:细菌附着在食品表面后,菌落不断生长与扩展,最后老化微生物脱离,形成一层薄的生物膜[36]。生物膜能够极大增强微生物抵御不良环境的能力,进而增加微生物污染食品、造成腐败的风险。

2 水产品保鲜技术

目前,水产品保鲜技术主要包括物理保鲜、化学保鲜和生物保鲜。

2.1 物理保鲜

物理保鲜是一种通过物理方法延长食物货架期的方法,其不涉及添加化学物质或改变食物属性。常见物理保鲜方法有低温保鲜、气调保鲜、辐照保鲜、超高压保鲜等。

2.1.1 低温保鲜

低温保鲜是目前常用的水产品保鲜方式之一,由于其成本低廉、对原料破坏程度较低等优势,未来在市场上仍将占主导地位。低温保鲜技术是一种通过降低食品温度抑制微生物生长和酶活性,从而延长食品货架期的方法。低温保鲜技术根据其温度差异可分为冷藏保鲜(0~4 ℃)、冰温保鲜(-2~0 ℃)、微冻保鲜(-4~-2 ℃)、冻藏保鲜(-18 ℃以下)[37]。Dong Meng等[38]通过研究大菱鲆肉糜在冷藏(4 ℃)和冷冻(-3 ℃)条件下的核苷酸分解代谢情况,证明冷冻贮藏可以更有效抑制核苷酸降解、延长肉糜保质期。但是,低温贮藏保鲜也可能对水产品品质造成负面影响。Sun Qinxiu等[39]研究鲤鱼在-18 ℃冷冻贮藏条件下肌原纤维蛋白的功能特性,结果表明,在鲤鱼贮藏期间肌原纤维蛋白乳化活性显著下降、乳化稳定性降低。低温保鲜技术在水产品中的应用需要考虑产品的特性和市场需求,选择合适的保鲜方法和温度控制方法,以确保水产品质量和安全。

2.1.2 气调保鲜

气调包装(modified atmosphere packaging,MAP)是一种通过调整包装内气体组成延长食品货架期的保鲜技术,MAP技术通过通入不同比例的保护性气体(如O2、N2、CO2),降低O2含量、增加CO2含量,从而达到抑制病原菌生长、抑制脂质及蛋白质氧化的效果[40]。王佳媚等[41]研究发现,CO2、N2、O2体积比为80∶10∶10的MAP能更好地抑制菌落总数、总挥发性盐基氮(total volatile basic nitrogen,TVB-N)含量上升,有效延长金鲳鱼肉冷藏货架期。在实际应用中,MAP保鲜效果受多种因素影响,包括气体比例的精确控制、包装材料的气体阻隔性能、食品的初始质量及贮藏条件等。通过优化这些因素可以显著提高水产品保鲜效果,延长其货架期。

2.1.3 辐照保鲜

辐照保鲜通过高能射线的电离能力及其强大的穿透能力引起生物体内分子和原子的激发和电离,从而扰乱生物体正常的新陈代谢、抑制酶活性。辐照主要通过破坏微生物细胞内DNA、RNA或蛋白质等致其死亡。辐照保鲜优势在于可在最大程度保持食品营养价值的同时杀灭食品中的微生物。蓝碧锋等[42]研究不同剂量辐照对鲈鱼保鲜效果的影响发现,9 kGy辐照鲈鱼TVB-N含量、硫代巴比妥酸反应物值和菌落总数在整个贮藏期间均未超过限值,但辐照对鲈鱼肉色泽产生影响,且有辐照异味产生。与热杀菌和其他非热杀菌技术相比,辐照保鲜可有效减少处理时间并能保持食品原有理化特性,可在保持食品风味和营养成分的同时最大限度保证食品安全[43]

2.1.4 超高压保鲜

超高压保鲜技术是一种非热加工技术,与热杀菌和辐照保鲜相比,超高压处理几乎无安全问题,能够较好保持食品营养成分和风味[44]。在超高压环境下,水的冰点降低,可有效抑制冰晶形成,减少细胞结构损伤,这在冷冻食品中尤为重要,但在较高压力下可能会引起蛋白质变性问题。Zhu Chen等[45]通过探究超高压对草鱼理化特性的影响发现,300 MPa超高压处理可以有效抑制蛋白质自由基的积累和脂质促氧化产物的形成。然而,超高压技术在实际应用中也存在一些限制,如对设备要求高、初期投资成本高、处理过程中可能对食品的某些成分造成破坏等。

2.2 化学保鲜

化学保鲜是借助化学药物的灭菌或抑菌作用延长食品货架期的保鲜技术,主要有盐渍保鲜、臭氧保鲜和化学保鲜剂保鲜等。

2.2.1 盐渍保鲜

盐渍是一种传统的水产品保存方法,食盐通过提高食品外部环境渗透压,使微生物细胞内水分向外渗透,导致细胞脱水,从而抑制微生物生长与繁殖,甚至死亡。这种高渗透压环境不利于大多数微生物生存,因此可以有效防止食品腐败变质,盐渍主要包括干腌法、湿腌法和混合腌制法[46]。干腌法是将食盐直接涂抹于鱼体表面;湿腌法是将水产品放入有饱和或高浓度食盐溶液的盐仓内进行保藏;混合腌制法是将干腌法与湿腌法结合。盐渍过程中,食盐不仅可以抑制微生物生长,还可以通过增加咸味、促进其他风味物质形成改善食品风味。

2.2.2 臭氧保鲜

臭氧作为一种强氧化剂,在水产品保鲜中显示出显著的杀菌效果。臭氧能够穿透微生物细胞壁,破坏其内部结构,导致微生物失活,从而减少食品表面和内部的微生物数量。目前,臭氧保鲜主要应用于水产品的脱色、漂洗、杀菌和去除异味等[47]。Gonçalves等[48]发现臭氧在循环水养殖系统中作为作消毒剂可有效去除异味,灭活一系列细菌、病毒、真菌和原生动物鱼类病原体。然而,臭氧的处理浓度和时间需要精确控制,以避免破坏水产品品质。此外,适当浓度的臭氧是安全的,但过高浓度的臭氧可能对人体有害。因此,在实际应用中,需要根据具体的食品种类和贮藏条件,通过实验确定最佳的臭氧处理浓度和时间。

2.2.3 化学保鲜剂保鲜

山梨酸钾作为一种常用的化学保鲜剂,可通过与微生物酶系统的巯基结合破坏酶活性,进而有效抑制微生物生长,防止食品腐败变质。山梨酸钾作为保鲜剂,具有高效、易溶、稳定性好的优势[49]。魏涯等[50]发现,山梨酸钾对鲟鱼籽酱蛋白水解、脂肪氧化均有一定的延缓作用。虽然山梨酸钾在人体内可以通过正常代谢分解为CO2和水,但对人体仍具有一定的毒性。

2.3 生物保鲜

生物保鲜是一种利用天然生物资源或生物技术手段延长水产品货架期的保鲜方法,通常为从动植物、微生物中获得具有保鲜作用的天然物质及运用生物技术改良的物质。目前,生物保鲜处理方法主要包括溶液浸渍、可食性涂膜及可食用膜包裹等方式。其中,涂膜保鲜能在水产品表面形成一层兼具透气性和阻隔性的薄膜,具有易控制保鲜剂用量、能够均匀分布在产品表面等优点,目前被广泛使用。

2.3.1 壳聚糖涂膜

壳聚糖为常见动物源生物保鲜剂,是一种由甲壳素脱乙酰化得到的天然多糖,因其独特的生物相容性、生物可降解性和抗菌性,在保鲜领域得到广泛研究与应用[51]。壳聚糖涂膜处理水产品时可以在产品表面可以形成一层透气透湿薄膜,有效减少食品表面水分蒸发的同时调节O2和CO2交换,从而延长食品货架期。唐森等[52]研究发现,壳聚糖生物涂膜对多宝鱼具有一定的保鲜效果,由于壳聚糖不易溶于水,添加具有抗氧化等多种生物活性的咖啡酸衍生物进行改性后发现,咖啡酸衍生物可协同壳聚糖发挥抗菌作用,壳聚糖-咖啡酸衍生物处理可以更好地延长多宝鱼货架期。

2.3.2 溶菌酶涂膜

溶菌酶是专门作用于微生物细胞壁的水解酶,能够特异性水解细菌细胞壁中的N-乙酰胞壁酸和N-乙酰葡萄糖胺之间的β-1,4糖苷键,导致细胞壁破裂、内容物泄漏,从而使细菌失去活性[53]。此机制对革兰氏阳性菌尤为有效。在水产品保鲜中,溶菌酶的应用可有效减少微生物污染,延长产品货架期。蓝蔚青等[54]研究发现,经溶菌酶处理可有效延缓带鱼感官品质下降、抑制脂肪氧化酸败。溶菌酶作为一种天然保鲜剂,用于保持食品新鲜度时,通常被认为是安全的,可以满足消费者对食品安全和清洁标签的要求。

2.3.3 茶多酚涂膜

茶多酚广泛存在于茶叶等植物中,是一种植物源保鲜剂,具有优良的抗氧化活性和广谱抑菌活性[55]。茶多酚能够破坏细菌细胞壁、影响细胞膜的完整性和通透性,从而抑制细菌生长繁殖,并能够通过螯合金属离子、清除活性自由基等终止脂质过氧化反应,从而发挥抗氧化活性。Feng Lifang等[56]采用茶多酚涂膜处理黑海鲷鱼发现,与对照组相比,茶多酚涂膜处理可以有效抑制微生物活动、延缓脂质氧化。茶多酚涂膜在不同的温度和光照等环境条件下具有一定的稳定性,能够保持其抗氧化和抗菌活性。

2.4 复合保鲜

目前,单一的保鲜方法可能存在某些局限性,如化学保鲜剂山梨酸钾可能存在残留问题,而物理保鲜方法可能对食品的感官品质、组织结构存在不良影响;复合保鲜技术可以根据不同食品的理化特性和保鲜需求灵活地调整保鲜方案,通过不同保鲜方法的协同作用更有效地抑制微生物生长,延长水产品货架期(表1)。Li Qiuying等[57]发现,壳聚糖-海藻酸钠双涂层可有效抑制大菱鲆鱼片贮藏期间菌落总数、TVB-N含量和K值上升,并能够保持其良好的质构特性。Chen Lihang等[58]发现,超高压(400 MPa)结合1.5 g/100 mL壳聚糖-0.5 g/100 mL茶多酚复合保鲜剂微生物抑制作用显著增强,并可有效改善斑节对虾色泽和硬度。

表1 常见保鲜方式比较
Table 1 Comparison of common preservation methods

保鲜方式机理优点缺点参考文献冷藏抑制内源酶和微生物活性,化学反应进行缓慢操作简单、温度易控制易造成细胞组织机械损伤、保质期短[59]低温保鲜冰温降低肌肉温度但不冻结,较大程度抑制生理变化和化学变化不破坏组织细胞结构可利用温度范围小、成本高[60]微冻自由水和不易流动水冻结形成低温保护层减少温度波动引起的理化反应破坏鱼体肌肉组织、解冻后鱼体细胞吸水不充分[61]传统保鲜技术冻结高效抑制微生物腐败和内源酶造成的品质劣变节省时间、长期贮藏脂肪易发生氧化、汁液损失[62]MAP保鲜向高阻隔性材料内充入一种或几种混合气体,抑制微生物生长和脂质氧化抑制好氧微生物生长易受包装材料、贮藏温度等因素影响[63]辐照灭菌保鲜利用电离辐射或放射性元素产生的射线等辐照抑制生理代谢活动、病原微生物易操作、无污染操作环境严苛、成本高[64]盐渍保鲜渗透脱水作用使细菌的细胞失水,从而发生质壁分离,抑制微生物和酶活力成本低、操作简单盐含量高,不利于健康[65]臭氧保鲜作用于微生物的细胞膜,使膜的结构受到损伤,细胞中的一些酶失去活性高效性、无毒、无害、无残留臭氧极其不稳定、设备成本高[66]超高压保鲜将100~1 000 MPa的压力通过液体(通常是水)传压介质施加于物料高效灭菌、营养成分受影响小、无二次污染设备投入大、易对外观形态造成影响[67]新型保鲜技术山梨酸钾涂膜与微生物酶系统的巯基结合,破坏酶系统高效、成本低廉使用量和残留量具有不确定性[68]壳聚糖涂膜渗透特性强,改变细胞包膜,破坏细胞膜完整性原料丰富、操作简单、成本低涂膜效率低、难干燥[69]溶菌酶涂膜催化细菌细胞壁多糖的水解,溶解细菌细胞壁化学性质稳定、来源广、无毒容易失活、保鲜时间短[70]茶多酚涂膜清除自由基,抑制细胞壁形成,破坏细胞膜完整性广谱抗菌性、天然性、高效性单独使用抗氧化作用不稳定[71]

3 结 语

本文综述水产品常见腐败机制,主要包括冰晶形成、脂质氧化、蛋白质氧化和微生物生长繁殖对水产品的影响,并比较目前常见的水产品保鲜技术。目前,我国水产业虽然已取得长足发展,特别是水产养殖业总体量已位居世界第一,但是水产加工业仍相对落后,水产品保鲜技术体系尚不完善。水产品保鲜核心技术仍然是水产品加工领域的研究热点。结合我国水产业发展现状及市场对水产品贮藏加工技术的需求情况可知,未来水产品保鲜技术研究可在如下几个方面重点展开:1)重视食品健康问题,开发低成本、安全、高效的可食性食品防腐保鲜剂,以替换目前市面上的化学保鲜剂,逐渐消除消费者对水产品中添加的化学防腐剂的排斥心理,提升消费者对水产加工品安全性的信心;2)鉴于单一保鲜技术具有较多局限性,通过多学科、多维度的交叉融合进一步探索多种保鲜技术的联合使用模式,提高其保鲜效果;3)进一步深入探究保鲜技术的保鲜机制,积极开展以纳米材料及纳米保鲜技术等为代表的新材料、新技术的研发工作,丰富并完善水产品保鲜理论技术体系。

参考文献:

[1] 农业农村部渔业渔政管理局, 全国水产技术推广总站, 中国水产学会. 2023中国渔业统计年鉴[M]. 北京: 中国农业出版社, 2023: 6.

[2] BARIK N K. Freshwater fish for nutrition security in India: evidence from FAO data[J]. Aquaculture Reports, 2017, 7: 1-6. DOI:10.1016/j.aqrep.2017.04.001.

[3] YANG H L, DAI G, WANG S S, et al. Inhibition of the proliferation,migration, and invasion of human breast cancer cells by leucine aminopeptidase 3 inhibitors derived from natural marine products[J]. Anti-cancer Drugs, 2020, 31(1): 60-66. DOI:10.1097/CAD.0000000000000842.

[4] KRITTANAWONG C, ISATH A, HAHN J, et al. Fish consumption and cardiovascular health: a systematic review[J]. American Journal of Medicine, 2021, 134(6): 713-720. DOI:10.1016/j.amjmed.2020.12.017.

[5] 贡湘磊, 黄娟. 水产品腐败及保鲜控制[J]. 现代食品, 2022, 28(6):66-69. DOI:10.16736/j.cnki.cn41-1434/ts.2022.06.019.

[6] DALVI-ISFAHAN M, HAMDAMI N, XANTHAKIS E, et al. Review on the control of ice nucleation by ultrasound waves, electric and magnetic fields[J]. Journal of Food Engineering, 2017, 195: 222-234.DOI:10.1016/j.jfoodeng.2016.10.001.

[7] YANG K, BIAN C H, MA X, et al. Recent advances in emerging techniques for freezing and thawing on aquatic products’ quality[J].Journal of Food Processing and Preservation, 2022, 46(9): e16609.DOI:10.1111/jfpp.16609.

[8] SUN Q X, ZHAO X X, ZHANG C, et al. Ultrasound-assisted immersion freezing accelerates the freezing process and improves the quality of common carp (Cyprinus carpio) at different power levels[J]. LWT-Food Science and Technology, 2019, 108: 106-112.DOI:10.1016/j.lwt.2019.03.042.

[9] 孙康婷, 潘创, 陈胜军, 等. 水产品微冻贮藏过程中冰晶形成与品质特性研究进展[J]. 广东海洋大学学报, 2021, 41(6): 147-152.DOI:10.3969/j.issn.1673-9159.2021.06.018.

[10] 李秀霞, 刘孝芳, 刘宏影, 等. 超声波辅助冷冻与低温速冻对海鲈鱼冰晶形态及冻藏期间鱼肉肌原纤维蛋白结构的影响[J]. 中国食品学报, 2021, 21(10): 169-176. DOI:10.16429/j.1009-7848.2021.10.019.

[11] TAN M T, YE J X, CHU Y M, et al. The effects of ice crystal on water properties and protein stability of large yellow croaker (Pseudosciaena crocea)[J]. International Journal of Refrigeration, 2021, 130: 242-252.DOI:10.1016/j.ijrefrig.2021.05.040.

[12] NAKAZAWA N, OKAZAKI E. Recent research on factors influencing the quality of frozen seafood[J]. Fisheries Science, 2020, 86: 231-244.DOI:10.1007/s12562-020-01402-8.

[13] 谭明堂, 王金锋, 谢晶. 水产品中冰晶重结晶机理及控制方法的研究进展[J]. 食品科学, 2021, 42(19): 343-349. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20200929-356.

[14] 李昌璞. 维生素E对油脂氧化的保护作用[J]. 食品安全导刊,2018(24): 151. DOI:10.16043/j.cnki.cfs.2018.24.116.

[15] 林剑军, 赵文红, 刘巧瑜, 等. 脂质水解氧化对干腌鱼制品风味影响的研究进展[J]. 食品工业, 2021, 42(9): 206-210.

[16] ROJANASASITHARA T. Lipid oxidation and antimicrobial activity of polyphenols[C]//American Oil Chemists Society Annual Meeting.Amherst, MA: University of Massachusetts Amherst, 2008.

[17] ZHANG Q, CHEN X C, DING Y T, et al. Diversity and succession of the microbial community and its correlation with lipid oxidation in drycured black carp (Mylopharyngodon piceus) during storage[J]. Food Microbiology, 2021, 98: 103686. DOI:10.1016/j.fm.2020.103686.

[18] WU H Z, RICHARDS M P, UNDELAND I. Lipid oxidation and antioxidant delivery systems in muscle food[J]. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety, 2022, 21(2): 1275-1299.DOI:10.1111/1541-4337.12890.

[19] ZHANG L T, LI Q, BAO Y L, et al. Recent advances on characterization of protein oxidation in aquatic products: a comprehensive review[J].Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 2022, 64(6): 1572-1591. DOI:10.1080/10408398.2022.2117788.

[20] 张萌, 马思丽, 李亚蕾, 等. 贮藏期间蛋白质氧化对牛肉品质的影响[J]. 中国食品学报, 2023, 23(7): 327-336. DOI:10.16429/j.1009-7848.2023.07.033.

[21] BERLETT B S, STADTMAN E R. Protein oxidation in aging,disease, and oxidative stress[J]. Journal of Biological Chemistry, 1997,272(33): 20313-20316. DOI:10.1074/jbc.272.33.20313.

[22] 邹朝阳. 不同条件下大菱鲆品质变化与蛋白氧化对品质影响机理[D]. 上海: 上海海洋大学, 2019: 5-6. DOI:10.27314/d.cnki.gsscu.2019.000002.

[23] PASSI S, CATAUDELLA S, TIANO L, et al. Dynamics of lipid oxidation and antioxidant depletion in Mediterranean fish stored at different temperatures[J]. BioFactors, 2005, 25(1/4): 241-254.DOI:10.1002/biof.5520250130.

[24] LÜ Y, XIE J. Effects of freeze-thaw cycles on water migration,microstructure and protein oxidation in cuttlefish[J]. Foods, 2021,10(11): 2576. DOI:10.3390/foods10112576.

[25] PRODPRAN T, BENJAKUL S, PHATCHARAT S. Effect of phenolic compounds on protein cross-linking and properties of film from fish myofibrillar protein[J]. International Journal of Biological Macromolecules, 2012, 51(5): 774-782. DOI:10.1016/j.ijbiomac.2012.07.010.

[26] 赵茜, 陈剑, 李欢, 等. 预制水产品风味劣变机制及其调控方式研究进展[J]. 食品科学, 2023, 44(17): 162-168. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20221013-119.

[27] 陈晓楠, 赵金丽, 张宾, 等. 低温冻藏过程中鲐鱼肌肉蛋白质氧化特性研究[J]. 包装工程, 2020, 41(17): 38-45. DOI:10.19554/j.cnki.1001-3563.2020.17.006.

[28] TOKUR B, KORKMAZ K. The effects of an iron-catalyzed oxidation system on lipids and proteins of dark muscle fish[J]. Food Chemistry,2007, 104(2): 754-760. DOI:10.1016/j.foodchem.2006.12.033.

[29] ZHAO L L, ZHANG M, WANG H X. Inhibition of the fishy odor from boiled crab meatballs during storage via novel combination of radio frequency and carbon dots[J]. Food Control, 2022, 136: 108843.DOI:10.1016/j.foodcont.2022.108843.

[30] 李娜, 谢晶, 梅俊. 水产品优势腐败菌及致腐潜能综述[J]. 中国食品学报, 2024, 24(1): 407-417. DOI:10.16429/j.1009-7848.2024.01.038.

[31] GETU A, MISGANAW K, BAZEZEW M. Post-harvesting and major related problems of fish production[J]. Fisheries and Aquaculture Journal, 2015, 6(4): 10.4172. DOI:10.4172/2150-3508.1000154.

[32] HOZBOR M, SAIZ A, YEANNES M, et al. Microbiological changes and its correlation with quality indices during aerobic iced storage of sea salmon (Pseudopercis semifasciata)[J]. LWT-Food Science and Technology, 2006, 39(2): 99-104. DOI:10.1016/j.lwt.2004.12.008.

[33] 高天麒, 汪超, 汪兰, 等. 冷藏鮰鱼中腐败菌的分离鉴定及腐败能力测定[J]. 肉类研究, 2023, 37(3): 1-6. DOI:10.7506/rlyj1001-8123-20230110-005.

[34] STERNIŠA M, PURGATORIO C, PAPARELLA A, et al. Combination of rosemary extract and buffered vinegar inhibits Pseudomonas and Shewanella growth in common carp (Cyprinus carpio)[J]. Journal of the Science of Food and Agriculture, 2020, 100(5): 2305-2312.DOI:10.1002/jsfa.10273.

[35] WANG Y Y, HONG X L, LIU J C, et al. Interactions between fish isolates Pseudomonas fluorescens and Staphylococcus aureus in dualspecies biofilms and sensitivity to carvacrol[J]. Food Microbiology,2020, 91: 103506. DOI:10.1016/j.fm.2020.103506.

[36] TOMAŚ N, MYSZKA K. Current advances in the concept of quorum sensing-based prevention of spoilage of fish products by Pseudomonads[J]. Applied Sciences, 2022, 12(13): 6719.DOI:10.3390/app12136719.

[37] 江杨阳. 小龙虾低温贮藏品质变化规律及其腐败菌鉴定[D]. 杭州:浙江大学, 2019: 1-5.

[38] DONG M, QIN L, MA L X, et al. Postmortem nucleotide degradation in turbot mince during chill and partial freezing storage[J]. Food Chemistry, 2020, 311: 125900. DOI:10.1016/j.foodchem.2019.125900.

[39] SUN Q X, ZHANG C, LI Q X, et al. Changes in functional properties of common carp (Cyprinus carpio) myofibrillar protein as affected by ultrasound-assisted freezing[J]. Journal of Food Science, 2020, 85(9):2879-2888. DOI:10.1111/1750-3841.15386.

[40] KIMBUATHONG N, LEELAPHIWAT P, HARNKARNSUJARIT N.Inhibition of melanosis and microbial growth in Pacific white shrimp(Litopenaeus vannamei) using high CO2 modified atmosphere packaging[J]. Food Chemistry, 2020, 312: 126114. DOI:10.1016/j.foodchem.2019.126114.

[41] 王佳媚, 符腾飞, 刘雅夫. 不同气调包装组分协同壳聚糖基复合涂膜对金鲳鱼冷藏品质的影响[J]. 肉类研究, 2021, 35(1): 59-65.DOI:10.7506/rlyj1001-8123-20210118-011.

[42] 蓝碧锋, 刘宗敏, 白婵, 等. 不同剂量辐照对鲈鱼调理品保鲜效果的研究[J]. 食品科技, 2020, 45(5): 118-122. DOI:10.13684/j.cnki.spkj.2020.05.024.

[43] 叶爽, 陈璁, 高虹, 等. γ射线辐照对香菇采后贮藏过程中水分特性及理化指标的影响[J]. 食品科学, 2021, 42(17): 91-97. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20200917-230.

[44] SEHRAWAT R, KAUR B P, NEMA P K, et al. Microbial inactivation by high pressure processing: principle, mechanism and factors responsible[J]. Food Science and Biotechnology, 2021, 30: 19-35.DOI:10.1007/s10068-020-00831-6.

[45] ZHU C, ZENG X Y, CHEN L H, et al. Changes in quality characteristics based on protein oxidation and microbial action of ultra-high pressure-treated grass carp (Ctenopharyngodon idella) fillets during magnetic field storage[J]. Food Chemistry, 2023, 434: 137464.DOI:10.1016/j.foodchem.2023.137464.

[46] 王红, 王少华, 熊光权, 等. 水产品保鲜技术研究及发展趋势[J]. 湖北农业科学, 2019, 58(12): 15-18. DOI:10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.12.003.

[47] 杨家蕾, 董全. 臭氧杀菌技术在食品工业中的应用[J]. 食品工业科技,2009, 30(5): 353-355; 9. DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2009.05.082.

[48] GONÇALVES A A, GAGNON G A. Ozone application in recirculating aquaculture system: an overview[J]. Ozone: Science & Engineering,2011, 33(5): 345-367. DOI:10.1080/01919512.2011.604595.

[49] ZHANG Y Y, YANG Q Q, LU F, et al. Inhibitory effects of potassium sorbate and ZnO nanoparticles on Escherichia coli and Staphylococcus aureus in milk-based beverage[J]. International Dairy Journal, 2024,159: 106073. DOI:10.1016/j.idairyj.2024.106073.

[50] 魏涯, 李来好, 杨贤庆, 等. 山梨酸钾与硼酸对鲟鱼籽酱贮藏过程品质的影响[J]. 食品工业科技, 2017, 38(15): 280-284. DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2017.15.052.

[51] 邓雅心, 胡广地, 孙翰昌, 等. 山苍子精油/壳聚糖涂膜保鲜对黄颡鱼贮藏品质的影响[J]. 食品科技, 2024, 49(3): 125-132. DOI:10.13684/j.cnki.spkj.2024.03.012.

[52] 唐森, 何剑, 张义浩, 等. 壳聚糖-咖啡酸衍生物涂膜对多宝鱼保鲜效果的研究[J]. 食品研究与开发, 2020, 41(7): 99-103. DOI:10.12161/j.issn.1005-6521.2020.07.018.

[53] 孙浩, 石玉刚, 朱陈敏, 等. 溶菌酶的修饰、功能特性及其在食品保鲜中的应用研究进展[J]. 食品科学, 2019, 40(21): 334-342.DOI:10.7506/spkx1002-6630-20181121-257.

[54] 蓝蔚青, 谢晶. 酸性电解水与溶菌酶对冷藏带鱼品质变化的影响[J]. 福建农林大学学报(自然科学版), 2013, 42(1): 100-105.DOI:10.3969/j.issn.1671-5470.2013.01.019.

[55] SHANCAN W, MINGYU L, BEIBEI H, et al. Composite films of sodium alginate and konjac glucomannan incorporated with tea polyphenols for food preservation[J]. International Journal of Biological Macromolecules, 2023, 242(Part 1): 124732. DOI:10.1016/j.ijbiomac.2023.124732.

[56] FENG L F, JIANG T J, WANG Y B, et al. Effects of tea polyphenol coating combined with ozone water washing on the storage quality of black sea bream (Sparus macrocephalus)[J]. Food Chemistry, 2012,135(4): 2915-2921. DOI:10.1016/j.foodchem.2012.07.078.

[57] LI Q Y, ZHANG J Y, ZHANG D D, et al. Effect of a chitosan-alginate bilayer coating incorporated with lysozyme on quality of refrigerated turbot fillets[C]//2021 2nd International Conference on Agricultural Science and Technology and Food Engineering. Beijing: IOP Publishing Ltd., 2021. DOI:10.1088/1755-1315/792/1/012016.

[58] CHEN L H, JIAO D X, ZHOU B H, et al. Shrimp (Penaeus monodon)preservation by using chitosan and tea polyphenol coating combined with high-pressure processing[J]. Food Science & Nutrition, 2022,10(10): 3395-3404. DOI:10.1002/fsn3.2939.

[59] 余达威. 壳聚糖涂膜对冷藏草鱼片的品质影响研究[D]. 无锡: 江南大学, 2019: 7-8.

[60] 葛黎红. 内源蛋白酶在低温保鲜草鱼质构劣化中的作用与控制研究[D]. 无锡: 江南大学, 2017: 2-3.

[61] 张家玮, 谢超, 余铭, 等. 低压静电场处理对带鱼微冻贮藏期间品质变化影响[J]. 食品工业科技, 2020, 41(23): 277-283. DOI:10.13386/j.issn1002-0306.2019110043.

[62] ROMOTOWSKA P E, GUDJÓNSDÓTTIR M, KRISTINSDÓTTIR T B,et al. Effect of brining and frozen storage on physicochemical properties of well-fed Atlantic mackerel (Scomber scombrus) intended for hot smoking and canning[J]. LWT-Food Science and Technology,2016, 72: 199-205. DOI:10.1016/j.lwt.2016.04.055.

[63] 张晓雯, 张庆钢, 孟欣宇, 等. 气调保鲜技术研究进展[J]. 食品工业,2024, 45(5): 208-213.

[64] 刘泽松, 史君彦, 王清, 等. 辐照技术在果蔬贮藏保鲜中的应用研究进展[J]. 保鲜与加工, 2020, 20(4): 236-242. DOI:10.3969/j.issn.1009-6221.2020.04.038.

[65] 刘岩莲. 食品保藏原理与方法的类型[J]. 现代食品, 2017(10): 34-36.DOI:10.16736/j.cnki.cn41-1434/ts.2017.10.011.

[66] BOTONDI R, BARONE M, GRASSO C. A review into the effectiveness of ozone technology for improving the safety and preserving the quality of fresh-cut fruits and vegetables[J]. Foods,2021, 10(4): 748. DOI:10.3390/foods10040748.

[67] 蓝蔚青, 张炳杰, 谢晶. 超高压联合其他保鲜技术在水产品中应用的研究进展[J]. 高压物理学报, 2022, 36(2): 197-204. DOI:10.11858/gywlxb.20210862.

[68] 韩祥稳. 山梨酸钾复合包装对猕猴桃采后贮藏的影响[D]. 南京: 南京财经大学, 2020: 7-8.

[69] HUSSAIN M A, SUMON T A, MAZUMDER S K, et al. Essential oils and chitosan as alternatives to chemical preservatives for fish and fisheries products: a review[J]. Food Control, 2021, 129: 108244.DOI:10.1016/j.foodcont.2021.108244.

[70] DAI P, LI Q. Research progress in the application of lysozyme in food and medicine field[C]//E3S Web of Conferences. Paris: EDP Sciences,2021, 251(3): 02048. DOI:10.1051/e3sconf/202125102048.

[71] 王芙蓉, 谢中国, 梁丹, 等. 茶多酚的抑菌作用及其在水产品保鲜中的应用[J]. 食品科技, 2023, 48(3): 260-266. DOI:10.13684/j.cnki.spkj.2023.03.029.

Research Progress on the Deterioration Mechanism and Preservation Technologies for Aquatic Products

CUI Shan1, LIU Kai1, SUN Meijun1, YANG Jiahua1, ZHANG Dan1, KANG Chunyu1,*, ZHAO Chunqing2,*
(1. College of Food Science and Technology, Hebei Agricultural University, Baoding 071001, China;2. Continuing Education Division, Baoding Open University, Baoding 071001, China)

Abstract: Aquatic products are popular with consumers because of their low fat content, high protein content, and delicious taste. However, aquatic products are susceptible to spoilage due to their own factors such as the high water content and nutritional richness as well as environmental factors during storage and transportation. This paper reviews the current technologies used for the preservation of aquatic products at home and abroad, and focuses on the deterioration mechanism of aquatic product from the perspectives of ice crystal formation, lipid oxidation, protein oxidation, and microbial infection.Lastly, an outlook on future trends in the development of aquatic product preservation technology is provided, aiming to provide a reference for developing technologies for the processing and preservation of aquatic products.

Keywords: aquatic products; deterioration mechanism; preservation technologies

DOI: 10.7506/rlyj1001-8123-20240806-197

中图分类号:TS254.1

文献标志码:A

文章编号:1001-8123(2024)12-0055-08

引文格式:

崔姗, 刘凯, 孙美君, 等. 水产品劣变机制及其保鲜技术研究进展[J]. 肉类研究, 2024, 38(12): 55-62. DOI:10.7506/rlyj1001-8123-20240806-197. http://www.rlyj.net.cn

CUI Shan, LIU Kai, SUN Meijun, et al. Research progress on the deterioration mechanism and preservation technologies for aquatic products[J]. Meat Research, 2024, 38(12): 55-62. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/rlyj1001-8123-20240806-197. http://www.rlyj.net.cn

收稿日期:2024-08-06

基金项目:河北省重点研发计划项目(22327102D);河北省现代农业产业技术体系淡水养殖创新团队建设项目(HBCT2023230207)

第一作者简介:崔姗(1999—)(ORCID: 0009-0008-7234-612X),女,硕士研究生,研究方向为食品安全。E-mail: 1559332475@qq.com

*通信作者简介:亢春雨(1972—)(ORCID: 0000-0003-2088-9524),男,副教授,博士,研究方向为淡水产品加工/食品安全。E-mail: kangc-y@126.com

赵春青(1975—)(ORCID: 0000-0003-1742-3096),女,副教授,硕士,研究方向为畜产品加工/食品安全。E-mail: zhaoc-q@126.com