壳聚糖及其衍生物在水果保鲜上的应用

　　【摘 要】 壳聚糖因具有成膜性、金属絮凝性、抑茵性等特性，能被应用于水果保鲜上。本文综述了壳聚糖与水果保鲜相关 特性及其应用的研 究进展 ；讨论 了壳聚糖及其衍 生物对水果保 鲜效果和应用潜在 的危险性 ，指 出今 后应着重保 鲜膜 的作 用机理和 人体食用后 代谢特性进行研 究。

　　【关键词 】 壳聚糖；保鲜；水果；应用；特性

　　引言

　　壳聚糖作为天然存在的唯一碱性多糖 ，来源广泛 ，具有如 成膜性，吸湿保湿性，金属絮凝性，生物可降解性，安全无毒性 等特性。自 1977年在美国波士顿召开了第一次有关甲壳素壳 聚糖的国际会议后，甲壳素及其壳聚糖的开发应用得到较大的 发展 ，经过一定 的改性 ，有更广 泛的应用前 景 ，在食 品 、化妆 品 、 废水处理、重金属回收、生物、医药、照相、纺织、印染、造纸等领 域中均有广泛应用。本文从与水果保鲜密切相关的特性 ，及其 在水果保鲜的效果来介绍壳聚糖在此方面的研究进展。

　　1 壳聚糖特性

　　1．1 成膜 性

　　壳聚糖是氨基纤维素衍生物 ，具有聚阳离子特性 ，能够将 阳离子聚积于阴离子表 面，然后 通过阴阳离 子的相互作 用 ，使 其具有生物粘合特性，而粘合周围分子形成胶状薄膜。它所形 成 的膜具 有独特 的性质 ，如能够通 过改变水蒸 气 ，氧气 和二 氧 化碳的量来改变果实内部气体的成分以降低呼吸作用，减少水 分蒸发 ，延迟水果后熟；同时它可以作为其他高聚物形成膜的 增塑剂 ，增强 的空气选择性 ；可 以减少果 实细胞的膜脂过 氧化 ， 提高细胞的超氧化物岐化酶的活性及可溶性钙的含量。这为壳 聚糖应用于水果保鲜提供了依据。

　　1．2 抑菌性

　　壳聚糖具有自由基 一NH ，能够结合微生物细胞壁的唾液 酸磷脂等阴离子来束缚微生物，抑制微生物的生长过程，通过 化学修饰 ，增加结构单元抗菌因子 一NH 的密度 ，可以提高抗 菌性能；冯小强等【t研究不同分子量的壳聚糖对大肠杆菌抑菌 作用，得到抑菌机理：在酸性环境下，壳聚糖分子链上的氨基与 H+结合形成氨根正离子，并且随着分子量减小，单位氨基含量 增多 ，对细菌的静电引力增强；在酸性环境下质子化氨可以与 营养物质结合 ，使植 物细胞表 面微 生物需要 的阳离子减少 ，破 坏了细胞结构完整的完整性。 Kyoon等口研究了 6种壳聚糖和壳聚糖低聚物在不同分子 量下对 4种革兰氏阴性菌(埃希 氏菌属，荧光假单胞菌，沙门氏 菌，弧菌)和 7种革兰氏阳性菌(李斯特菌，巨大芽孢杆菌 ，蜡状 芽孢杆菌，葡萄球菌 ，植物乳杆菌，乳酸菌，L一保加利亚菌)作 用 ，结果表明，0．1％壳聚糖作用于革兰氏阳性菌大于阴性菌，且 在分子量为 470kDa时对大肠杆菌和荧光假单胞菌抑制作用 大于伤寒杆菌，副溶血弧菌 ，壳聚糖浓度增大，对于革兰氏阳性 菌性抑制作用增大，阴性却变化不大 ；随着黏度降低而抑菌作 用性能增加。冯波燕等吼研究表明壳聚糖对于葡萄致病菌 一灰 霉菌和交链孢菌有抑制作用 ，并得到最佳的抑菌涂膜浓度。 通过改性提高其抑菌性能，如 Huang等 利用壳聚糖 一季 铵盐和巯甲丙脯酸酐，丙酸酐或者 2，3环氧三甲基色氨酸季铵 盐反应得到壳聚糖衍生物 ，进行 结构表征 ，研究 其对埃希 氏菌 、 葡萄状球菌的抑菌性能。结果表明酰化壳聚糖 一季铵盐不仅可 以抑制金黄色葡萄球菌和大肠杆菌 ，N一乙酰基壳聚糖 一季铵 盐对大肠杆菌得抑制效果好 。 上述研究表明壳聚糖及其衍生物对于革 兰氏阳性菌有很好 的抑菌性 ，但是通过改性可以使抑菌范围扩展到革兰氏阴性菌。

　　2 壳聚糖在水果保鲜上的应用

　　由于壳聚糖具有上述特性且安全无毒，生物可降解 ，能够 连续附于食品外或之间的组分，随食品一起食用 ，为壳聚糖广 泛应用于果蔬保鲜提供 了依 据 ，以下是壳聚糖及其衍生物在果 蔬保鲜应用进展 。

　　2．1 单一壳聚糖膜保鲜应用

　　据 Jung等u叼 究不同浓度的壳聚糖溶液结合低温对芒果 切片保鲜，结果表明壳聚糖涂膜保鲜能够大大抑制了腐败菌的 生长，阻碍氧气的供给，降低 PAL，POD，PPO的活性作用，以降 低呼吸作用，使其具有高的固溶物和 v 含量，最佳涂膜浓度是 2％。姚晓敏等【1研究了壳聚糖膜结合低温对猕猴桃的保鲜，结 果表明壳聚糖浓度在 3％失重率最低，并且其 V 含量可滴定酸 度都比其他浓度的指标要高。Pena等【趼究壳聚糖对中国菱角 切片的保鲜，实验表明，结合低温储藏，在一定浓度范围内，壳 聚糖浓度越大，对切片保鲜越有利，能很大程度的抑制褐变，减 弱由于真菌、细菌等引起的生物病害 ；其最佳溶液浓度是 2％。 上述三个研究都从固溶物含量、V 含量 ，呼吸强度等方面 研究 不同浓度壳聚糖涂膜液对不 同水果 的保鲜作用 ，表明不同 水果对壳聚糖最佳浓度要求不同，但相差不大。

　　2．2 壳聚糖混合膜保鲜应用

　　单一膜对水果有一定的保鲜作用，但是壳聚糖膜 自身有一 些缺点如所成膜保湿性，机械强度等性能差，抑菌范围窄等，通 过添加一定的功能改良剂，能够改善这些缺点。Vargas等【珊 究壳聚糖 一油酸可食性保鲜膜结合冷藏对草莓的保鲜效果 ，结 果表明 1％壳聚糖 一2％油酸组合时保鲜效果最好，同时表明油 酸可以明显提 高壳聚糖 的抗菌特性 ，在低 pH 下对霉 菌和酵母 有抑制作用；保鲜膜表面密度及其阻湿性都 明显改善 ，且能够 使氧气的渗透量多于二氧化碳气体。 Argaiz等㈣将月桂酸、棕榈酸、橄榄油这三种物质加入到 壳聚糖溶液中，改善壳聚糖膜机械特性，研究在不同添加量下， 成膜厚度的不同对膜机械强度的影响，同时得出空气的渗透性 直接取决于增塑剂的浓度 ，最佳浓度 O．6％，涂膜厚度 38．1um。 Camelo等 口jI研究精油和壳聚糖协同作用，采用抑菌圈方法观 察，结果表明壳聚糖溶液中添加精油能够抑制即食性食品的病 原体 和腐败 菌 的生长 ，对大肠 杆 菌 O157：H7和李斯 特菌 在 35℃有很好的抑制，且对于李斯特菌抑制更有效，将其应用于 番茄保鲜，发现货架期高于单纯壳聚糖膜保鲜。 溶菌酶因为能够分解细菌的细胞壁中的肽聚糖而具有抑 菌性，是目前研究的一大热点 ，PartSI等[嘴 溶菌酶加入壳聚 糖溶液后，使溶液抑菌范围扩展到革兰氏阴性菌，溶菌酶可以 破坏微生物细胞膜的完整性，在壳聚糖分子矩阵中能够均匀分 布 ，对革 兰氏阴性菌和 阳性菌都有 抑制作用 ，涂膜 的最 佳浓度 为 1％壳聚糖 一溶菌酶。Padmin等[’将壳聚糖 一溶菌酶溶液用 于番茄保 鲜 ，结 果发现 ，1％壳聚糖 溶液浓度结合低 温 ，在高相 对湿度 的情况下完全能达到对 番茄 的保鲜效果 ，溶菌酶能够扩 展其抑菌范围，但是对于壳聚糖膜渗透性的改善却没有作用， 需要添加其他物质来达到要求。 从上述研究 中可以看出 ，混合 壳聚糖膜在机 械特性 ，抑菌 特性，透气性，吸湿保湿性等方面都比单一膜优越的多，能够很 大程度的提高对水果保鲜的效果，它同样将在食品及其他行业 有显著 的作用 ，是 目前研究的一大热点。

　　3 壳聚糖应用潜在危险性研究

　　1998年有人提出，壳聚糖的应用还存在一些危险性：壳聚 糖能够 降低和吸收动物血浆胆 固醇 ，原 因在 于其能够 吸收脂 肪，打破胆汁酸的循环 ，但是壳聚糖不能影响内生生物胆固醇， 在肠内形成胶状阻碍脂肪、其他营养元素如脂溶性维生素，矿 物质的吸收；饮食壳聚糖可能会影响钙的代谢，降低血浆中v 的含量 ，减少骨矿物质 的积 累；壳聚糖能够抑制微生物的生长 ， 包括一些肠道有益菌，并且能够改变一些致病菌，使其产生抗 药性等，所以要通过很长时间来考察其是否会引起代谢紊乱。 但是目前对于壳聚糖的这方面研究还不多，尤其是在食品保鲜 方 面的研究更少。

　　4 结论 与展 望

　　壳聚糖是一种重要 的天然 高分 子化合物 ，具来源广泛 ，作 为地球上第二大有机资源，具有独特的生理功能特性，成膜性、 抑菌性，鳌合金属性强等特点，能够在果实表面形成膜，具有很 好的气体选择透过性和保湿性，从而降低果实的呼吸作用和蒸 腾作用，延长果实货架期。其衍生物和通过添加功能改 良剂所 形成的复合膜具有更好的生物相容性，机械特性，抑菌特性等， 在水果保鲜效果上更加优越。但是目前各种功能改良剂相互协 同作用机理还没有研究清楚 ，大量壳聚糖用于水果保鲜，被食 后的代谢特性研究很少。尽管如此仍可以预测到壳聚糖及其衍 生物应用于水果保鲜将会有很大的应用前景。

　　参考文献

　　冯小强，杨声，王廷 璞等．不同分子量 壳聚糖对 大肠杆 茵抑制作 用规律 及其机理探讨卟 ChinaBrewing．2007，167(2)，16-20．

　　HongKyoonNo，NaYoungPark．Antibacte—rialactivityofchi— tosansandchitosanoligom[J]．InternationalJournalofFoodMicro— biology2002，74(1)：65—72．

　　冯波燕，曾虹燕，袁 刚．壳聚糖对 葡萄果 实的抑 茵作用和涂 膜保鲜技 术Ⅱ】．福建农林大学学报 (自然科 学版)，2006，1(35)：99-103．

　　作者崔素芬 ，雷光鸿 2，李 坚斌 ，邓立高 ，刘曼萍

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