壳聚糖在食品行业中的应用

2022年5月14日22:13:46壳聚糖在食品行业中的应用已关闭评论
摘要

厉佳怡 严燕儿摘 要:壳聚糖是目前所发现的自然界中唯一的天然碱性多糖,并已在食品行业得到广泛应用。本文重点介绍壳聚糖在保鲜剂、添加剂,以及食品包装等领域的研究进展与优缺点,以期为壳聚糖在食品行业的应用研究提供依据。关键词:壳聚糖 ?功能性食

    厉佳怡 严燕儿

    摘 要:壳聚糖是目前所发现的自然界中唯一的天然碱性多糖,并已在食品行业得到广泛应用。本文重点介绍壳聚糖在保鲜剂、添加剂,以及食品包装等领域的研究进展与优缺点,以期为壳聚糖在食品行业的应用研究提供依据。

    关键词:壳聚糖 ?功能性食品 ?食品保鲜 ?食品包装

    壳聚糖是甲壳素脱去55%以上的N-乙酰基所获得的产物,化学名称为β-(1→4)-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖[1]。由于壳聚糖带有游离的氨基,且能够溶于大多数的酸性溶液,因此奠定了其生物学及加工特性的基础。近年来,壳聚糖作为新型材料被广泛应用于医药、环保、纺织、食品、化妆品、农业等领域,本文主要从食品行业入手,简述了壳聚糖的研究进展。

    1 保鲜剂

    传统的商业保鲜主要采用物理保鲜方法,如干燥、冷藏、冷冻、真空密封保存……但此类方法往往存在保鲜效果不理想及成本过高等问题[2]。由于壳聚糖具有良好的成膜性及抑菌性,能够有效抑制食品表面多种细菌的生长繁殖,尤其对革兰氏阳性菌的抑制效果十分明显[3],故成为食品保鲜行业具有潜力的新型材料。

    1.1 果蔬保鲜

    因为壳聚糖带有的游离氨基基团具有还原性,所以可与果蔬表面的金属离子相互络合生成稳定的化合物,进而维持果蔬的外观与品质,延缓营养物质的流失[1]。同时,该属性能够对果蔬内的活性自由基起到清除作用,降低细胞膜脂过氧化,延缓果蔬组织的衰老[4]。已有研究表明,壳聚糖的涂膜可以提高经过20d贮藏的柑橘硬度、亮度及抗坏血酸含量,羧甲基纤维素钠与壳聚糖混合形成复合膜能更有效降低果实的失重率[5]。此外,以壳聚糖为基材来制备壳聚糖微孔膜对于圣女果具有良好的抗菌性[7],壳聚糖的保鲜作用在葡萄[4]、山楂[8]等产品中得到充分的体现。由此可见,壳聚糖与不同防腐剂混合而成的复合膜更有利于果蔬的保鲜[4]。

    1.2 肉类保鲜

    由于嗜冷性微生物(如假单胞菌、肠杆菌等)大量繁殖,导致肉类食品难以在低温条件下长期保存(最长保鲜期不超过7天)。因此,抑制肉制品中微生物的生长能够有效延长鲜肉的保质期[8]。壳聚糖具有良好的成膜性——可以在鲜肉表面形成一层透气性良好的可降解抑菌膜,因具有良好的阻氧性[9],故成为冷鲜肉的天然保鲜剂。

    薛婉瑞等对从冷鲜羊肉中分离出乳酸菌、假单胞菌、大肠杆菌、葡萄球菌、热死环丝菌、酵母菌这6种主要菌种的试验表明,当壳聚糖浓度为0.2%时,对冷鲜羊肉腐败菌的优势菌落假单胞菌的抑制作用最好;当壳聚糖浓度为0.25%时,对肠杆菌科、热死环丝菌的抑制作用最好,对乳酸菌及葡萄球菌的抑菌效果有所下降[10]。因此,如何有效控制壳聚糖的浓度及其复合剂研究是未来冷鲜肉保鲜的发展方向。

    1.3 水产保鲜

    目前,保鲜剂是水产保鲜中被广泛使用的方法,即通过抑制鱼肉中微生物的生长来延缓其腐败变质[11],而壳聚糖的成膜性可以满足这一需求[9]。沈秋霞等通过壳聚糖、茶多酚及柠檬汁处理4℃冷藏虹鳟鱼片的实验表明,壳聚糖比其它两种物质更具有抑制产品品质劣变的特性[12]。张家源等利用壳聚糖与鱼精蛋白复配后对南美白对虾进行保鲜,发现其能有效控制微生物和酶的活性,以及降低虾体的脂肪氧化程度[13]。尽管如此,壳聚糖对水产保鲜的时长及其复合配方仍需要做进一步研究。

    2 食品添加剂

    2.1 增稠剂

    作为多糖的一种,壳聚糖能够与蛋白质产生凝胶作用[14]以增加其稠度,现已被广泛用于鱼糜制品、肉馅等蛋白质含量较高的产品中。此外,殼聚糖也常被用于豆腐的制作——提高其胶凝强度及延长货架期[15]。除作为增稠剂外,壳聚糖还可以增加食品的生理活性,如调节免疫力、改善肠道功能、降血脂等[16]。未来,对壳聚糖与其它增稠剂复配的研究将成为降低成本及改善产品的研究方向之一。

    2.2 澄清剂

    壳聚糖是氨基葡萄糖的直链多聚糖,当溶于酸性果酒时,其中的氢离子与氨基可结合形成带正电荷的分子,其能与果酒中带负电荷的蛋白质、果胶、纤维素等微粒絮凝沉淀,起到澄清的作用[17]。已有研究结果表明,壳聚糖作为澄清剂的效果优于普通的自然沉降法。但是,作为澄清剂时,壳聚糖的浓度及处理时间尚无统一标准。例如,壳聚糖对生姜梨酒的澄清效果最佳添加量为0.06g/100mL,对葡萄酒的澄清效果最佳添加量为0.6g/L,对野草莓酒的澄清效果最佳添加量则为2.2g/L……因此,仍需做更多实验以进行标定。

    2.3 功能性食品添加剂

    2.3.1 调节机体免疫力

    壳聚糖主要利用其碱性氨基来调节机体免疫力。壳聚糖自身携带的阳离子基团可以促进血液中游离的单核细胞聚集,或通过刺激细胞的局部组织诱导细胞增生,进而增加细胞中巨噬细胞的数量以提高机体免疫力。同时,壳聚糖通过活化杀死癌细胞的淋巴细胞,从而抑制癌细胞转移以提高机体免疫力。例如,将其用于饲料中能够增加鸡和鲫鱼的免疫力。免疫低下小鼠的实验已证明,不同分子量的壳聚糖均对免疫低下的小鼠有增强作用,且功能优于市场上现有的产品。此外,壳聚糖的水解物与其它提高免疫力的产品复配使用具有协同作用。例如,当壳聚糖的脱乙酰度达到70%以上,其免疫增强作用将会随着水溶性的增加而增加,且聚合度控制在4~7的壳聚糖及其衍生物具有明显的抗肿瘤作用。

    2.2.2 改善胃肠道

    壳聚糖带有正电荷,且具有黏膜黏附力,并可通过激活肠上皮细胞的腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)信号通路来改善肠道健康及促进肠道吸收,现已被认为是安全有效的肠道吸收促进剂。另外,壳聚糖还能显著降低肠道内大肠杆菌、沙门氏菌等有害菌群的数量,促进乳酸杆菌、双歧杆菌等有益菌群增殖,从而调节肠道微生态平衡。张迪等模拟长期饮食模式——用水溶性壳聚糖对小鼠给药30d,研究不同浓度药物时小鼠肠道内的优势菌群。该实验充分证明,壳聚糖有助于增加小鼠肠道内的乳杆菌和动物乳杆菌等优势细菌的繁殖。

    2.3.3 减肥食品

    壳聚糖在肠道环境中呈不溶解状态,是一种不能被机体吸收的纤维素,故能形成黏性乳液吸附包裹于脂肪滴外部而减少其与脂肪酶的接触,进而降低机体对脂肪的消化和吸收。此外,由于壳聚糖分子带有正电荷,故其可以结合带负电荷的脂类物质或通过静电作用与胆汁酸相结合来使进入肝脏的胆汁酸减少,以此加速肝脏胆固醇对胆汁酸的转化作用,从而降低胆固醇浓度。同时,壳聚糖被认为是脂肪酶的竞争性抑制剂,即通过调节消化道脂肪酶的活性来抑制脂质的消化吸收,起到降血脂的作用。

    赵丹萍等通过实验研究了壳聚糖与白芸豆、葡萄籽提取物、富硒酵母共同组合成复方高脂饲料对肥胖大鼠的减肥效果,结果表明该复方具有一定的减肥作用,其高剂量复方与奥利司他胶囊的效果相似。因此,壳聚糖也可被添加到口腔保健食品、微量金属元素调节食品、糖尿病防治食品和人造肉类食品等。

    3 食品包装

    将壳聚糖用于食品包装膜的生产可使其具有保鲜抗菌、防潮和防腐等特性,无毒且可直接食用,但在抗氧化方面表现不佳。因此,需要对壳聚糖进行改性处理或与其它抗氧化剂混合复配使用。例如,通过腺嘌呤对壳聚糖进行改性并加入纳米纤维素制成一种全生物质基的食品包装膜,其具有良好的抗氧化活性、机械性能和尺寸稳定性;壳聚糖与普鲁兰多糖制成复合抗菌保鲜膜,其可以延缓牛肉品质的劣变;壳聚糖溶液pH值为4.5、壳聚糖与三聚磷酸钠质量比5︰1、丁香精油与壳聚糖质量比0.8︰1.0制成丁香精油—壳聚糖纳米胶囊,其具有良好的热稳定性,可弥补丁香精油易挥发、不溶于水等缺点;海藻酸钠-壳聚糖双层修饰的纳米脂质体具有更高的贮藏稳定性和消化稳定性。

    4 结束语

    尽管壳聚糖所特有的生物活性在食品行业有着很大的研究和应用价值,但是其优势还不足以取代传统的食品包装材料及食品添加剂。正因如此,壳聚糖在食品行业的全面应用还需要加强对其改性及复配等方面的研究。

    参考文献:

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    [10] 薛婉瑞,张海生,赵鑫帅,等.复合天然保鲜剂对冷却羊肉的保鲜效果[J].食品与发酵工业,2020,46(05):240-247.

    [11] 吴锁连,康怀彬,李冬姣.水产品保鲜技术研究现状及应用进展[J].安徽农业科学,2019,47(22):4-6.

    [12] 沈秋霞,李明元,朱克永,等.3种保鲜剂及其复配对虹鳟鱼片冷藏品质的影响[J].食品与机械,2019,35(11):145-151.

    [13] 张家源,张洪才,陈舜胜.鱼精蛋白复配保鲜剂对南美白对虾的保鲜效果[J].食品与发酵工业,2020,46(02):142-149.

    [14] 李星科,纵伟,夏文水.壳聚糖增稠剂的研究进展[J].食品工业,2013,34(01):154-158.

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    [16] 于小磊,孟鑫,金萍,等.新型天然豆腐凝固剂的研究[J].食品科技,2020,45(04):259-263.

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