楊豐碩 陳宇鑫 高煜 周鐵莉 孫茂成

摘 要：可食性涂層主要以天然、安全的殼聚糖作為成膜基質(zhì)，負載活性成分在食物表面形成不可見的薄膜，是一種具有廣闊應用前景的新型防腐保鮮技術(shù)。植物精油是一類傳統(tǒng)的天然活性物質(zhì)，具有較強的抗氧化和抗菌活性，因此負載植物精油的可食性涂層用于解決冷鮮肉貨架期短的問題，具有巨大的應用潛力。本文首先介紹冷鮮肉腐敗變質(zhì)的主要原因，討論植物精油-殼聚糖可食性涂層的抗菌和抗氧化機制，然后總結(jié)該涂層技術(shù)在冷鮮豬肉、牛肉、雞肉和魚肉保鮮中的應用研究進展，最后對該技術(shù)的局限性提出建設性建議并且展望了未來的發(fā)展趨勢，旨在為植物精油-殼聚糖可食性涂層在冷鮮肉保鮮中的應用提供理論參考。

關(guān)鍵詞：殼聚糖；植物精油；可食性涂層；抗氧化；抗菌；冷鮮肉保鮮

Progress in the Application of Plant Essential Oil-Chitosan Edible Coatings for the Preservation of Chilled Meat

YANG Fengshuo1， CHEN Yuxin1， GAO Yu1， ZHOU Tieli1， SUN Maocheng1，2，*

（1. College of Food Science and Technology， Changchun University， Changchun 130022， China; 2. Key Laboratory of Intelligent Rehabilitation and Barrier-Free for the Disabled， Ministry of Education， Changchun University， Changchun 130022， China）

Abstract： Edible coating is a new food preservation technology with great application potential， which mainly uses chitosan， being natural and safe， as a film-forming matrix to load active ingredients， forming an invisible thin layer on the food surface. Plant essential oils are a class of natural active substances with strong antioxidant and antimicrobial activities， so edible coatings loaded with plant essential oils show great potential for solving the problem of the short shelf-life of chilled meat. This paper introduces the spoilage mechanism of chilled meat， discusses the antimicrobial and antioxidant mechanisms of plant essential oil-chitosan edible coatings， summarizes recent progress in the application of this coating technology in the preservation of chilled pork， beef， chicken and fish meat， and finally discusses the limitations of this technology. The authors propose some constructive suggestions and give an outlook on future trends， hoping to provide a theoretical reference for the application of plant essential oil-chitosan edible coatings in the preservation of chilled meat.

Keywords： chitosan; plant essential oil; edible coatings; antioxidant; antimicrobial; chilled meat preservation

DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20240119-020

中圖分類號：TS251.5? 文獻標志碼：A 文章編號：1001-8123（2024）02-0063-07

引文格式：

楊豐碩， 陳宇鑫， 高煜， 等. 植物精油-殼聚糖可食性涂層在冷鮮肉保鮮中的應用研究進展[J]. 肉類研究， 2024， 38（2）：?63-69. DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20240119-020.? ? http：//www.rlyj.net.cn

YANG Fengshuo， CHEN Yuxin， GAO Yu， et al. Progress in the application of plant essential oil-chitosan edible coatings for the preservation of chilled meat[J]. Meat Research， 2024， 38（2）： 63-69. （in Chinese with English abstract） DOI：10.7506/rlyj1001-8123-20240119-020.? ? http：//www.rlyj.net.cn

冷鮮肉是指生產(chǎn)、加工、流通和分銷過程中始終處于0～4 ℃冷藏的生鮮肉，是我國肉類市場主要銷售形式之一[1]。由于冷鮮肉中的水分和不飽和脂肪酸等營養(yǎng)物質(zhì)含量較高，即使是低溫貯藏也極易發(fā)生品質(zhì)下降，甚至腐敗變質(zhì)[2]。化學保鮮劑因具有成本低和用量少的優(yōu)點，曾被廣泛用于延長冷鮮肉的貨架期[3-4]。然而，隨著消費者對食品添加劑的關(guān)注日益增加，以及食品安全問題頻發(fā)，化學保鮮劑的應用受限。

可食性涂層是通過浸漬或噴涂等方法使涂膜液覆蓋在食物表面形成不可見的薄膜，從而起到防腐保鮮的作用[5-6]。此類膜在食用前無需清洗，且具有良好的生物降解性和綠色無污染等優(yōu)點[7-9]，相比傳統(tǒng)的化學保鮮方式具有明顯優(yōu)勢。殼聚糖是可食性涂層的主要成膜基質(zhì)之一，是主要來自于蝦和蟹類外殼的天然多糖，具有綠色健康、良好的生物相容性和成膜性等特點[10-13]。但是，殼聚糖的抗氧化和抗菌性欠佳。植物精油主要是從植物的根、葉和果實等部位提取的次生代謝產(chǎn)物，具有較強的抗菌和抗氧化作用[14-15]，因此可以彌補殼聚糖的上述不足。

本文總結(jié)引起冷鮮肉腐敗變質(zhì)的主要原因，分析討論植物精油-殼聚糖可食性涂層的抗菌和抗氧化活性和機制，闡述植物精油-殼聚糖可食性涂層在冷鮮肉保鮮中的應用研究現(xiàn)狀、局限性和未來發(fā)展趨勢。

1 冷鮮肉腐敗的主要原因

冷鮮肉腐敗通常表現(xiàn)為顏色由鮮紅轉(zhuǎn)為暗紅甚至棕綠，失去光澤，表面發(fā)黏，散發(fā)出腐臭味，甚至出現(xiàn)長霉的現(xiàn)象[16]。這主要是因為冷鮮肉中富含腐敗微生物生長所需的營養(yǎng)物質(zhì)，從而導致微生物大量增殖[17]。此外，冷鮮肉中含有豐富的蛋白質(zhì)和脂質(zhì)，極易被其自身具有及腐敗菌產(chǎn)生的蛋白酶和脂肪酶降解和氧化[18]。

1.1 微生物引起的冷鮮肉腐敗變質(zhì)

微生物污染是引起冷鮮肉腐敗變質(zhì)的重要因素之一。在飼養(yǎng)、屠宰、處理和貯運等過程中，畜禽都可能受到有害微生物的侵染。因此，冷鮮肉中微生物污染可根據(jù)微生物的來源主要分為2 種途徑，即內(nèi)源性微生物污染和外源性微生物污染。

1.1.1 內(nèi)源性微生物污染

內(nèi)源性微生物污染是指食用動物在宰殺前受到來自被屠宰動物自身的污染[19]。在動物的消化道、呼吸道、口腔及皮膚等部位均存在微生物[20]。當動物正常生長時，其自身的免疫系統(tǒng)可以有效控制有害微生物的生長、侵入和擴散；當動物被屠宰后，機體免疫能力喪失，體內(nèi)攜帶的有害微生物將大量繁殖并入侵到各個部位，從而導致冷鮮肉被微生物污染。王軍宏[21]研究發(fā)現(xiàn)，健康動物體內(nèi)存在大量微生物。正常情況下不會導致畜禽生病，但是其體內(nèi)穩(wěn)態(tài)一旦被破壞，內(nèi)源微生物便會大量繁殖，導致畜禽生病，從而容易引起食品安全問題。張冬杰等[22]運用高通量測序分析健康動物的新鮮糞便樣品，發(fā)現(xiàn)動物的排泄物中攜帶有害微生物。這些微生物在屠宰和加工過程中極易擴散，從而易造成肉品的腐敗變質(zhì)。

1.1.2 外源性微生物污染

外源性微生物污染是指由外界環(huán)境入侵至動物體內(nèi)的微生物，即不是來自被屠宰動物自身的微生物污染[23]。動物被屠宰的過程中，胴體不僅被長時間暴露在空氣中，而且還時常需要用大量清水沖洗和預冷。這會使空氣和水中的微生物直接附著在胴體上[24]。此外，冷鮮肉在加工和貯運等過程中也可能被外界微生物污染。例如，由于工人的不衛(wèi)生操作，導致冷鮮肉直接或間接受到微生物污染[25]。閔紅等[26]研究禽肉企業(yè)各屠宰工序及環(huán)境條件造成的微生物污染情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，空氣和預冷水中的微生物數(shù)量較高，而且分割及加工車間、分離案板及操作工人身上均不同程度攜帶微生物。

李萍等[27]在屠宰場對屠宰前后不同階段的藏豬胴體，以及屠宰過程中屠宰車間地面、排酸車間地面、清洗用水、刀具和工人手套等各接觸面中的微生物情況進行檢測。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，屠宰后的藏豬胴體表面較未屠宰藏豬的相同部位表面微生物數(shù)量明顯升高，而與胴體接觸的車間地面和操作工人所用器具則是主要的污染源。冷鮮肉在屠宰加工等過程中接觸到的外源性微生物是導致其微生物污染的重要原因。此外，冷鮮肉在銷售環(huán)節(jié)大多數(shù)暴露于外界環(huán)境中，因此也極易受到環(huán)境微生物的污染。

1.2 脂質(zhì)和蛋白質(zhì)的氧化

在冷鮮肉中，脂質(zhì)的氧化和自由基的產(chǎn)生是引起脂肪酸敗和異味產(chǎn)生的主要原因[28]。脂質(zhì)氧化是氧與脂肪酸雙鍵的反應，主要分為3 個階段[29]：

1）起始：RH＋O2→R·＋OOH·

2）傳遞：R·＋O2→ROO·ROO·＋RH→ROOH＋R·

3）終止：R·＋R·→R—RR·＋ROO·→ROORROO·＋ROO·→ROOR＋O2

上述3 個階段表明，脂質(zhì)氧化得到的氫過氧化物是重要的起始反應物，是不穩(wěn)定化合物，可進一步引起二次氧化反應，產(chǎn)生二次氧化產(chǎn)物，如戊醛、己醛、丙二醛和4-羥基壬烯酸等[30]，這些產(chǎn)物會破壞冷鮮肉的營養(yǎng)和感官品質(zhì)。

冷鮮肉腐敗也是一種蛋白質(zhì)氧化流失的現(xiàn)象[31]。蛋白質(zhì)氧化主要是在肉自身蛋白酶及滋生微生物所產(chǎn)生蛋白酶的作用下，導致總揮發(fā)性鹽基氮（total volatile base nitrogen，TVB-N）含量升高，以及生成一些多肽、醛和酸等小分子物質(zhì)[32]，從而導致肉釋放出臭味等刺激性氣味。

2 植物精油-殼聚糖可食性涂層的保鮮機制

植物精油-殼聚糖可食性涂層的保鮮作用主要通過抗菌和抗氧化實現(xiàn)，其作用機制見圖1。

2.1 抗菌機制

殼聚糖和植物精油對可食性涂層的抗菌性均發(fā)揮重要作用。殼聚糖對一些細菌的生長有一定的抑制作用，其抗菌機制主要有3 種[33-35]：一是在食物表面形成保護層，減少氧氣傳遞和水分散失，減緩微生物的代謝活動；二是殼聚糖分子中游離氨基的正電荷與細菌表面肽聚糖的負電荷相互作用使細胞壁的完整性受到破壞，導致細胞膜的通透性增加直至滲漏；三是殼聚糖進入到菌體細胞中，通過干擾DNA的復制和轉(zhuǎn)錄抑制微生物的生長繁殖。然而，常常需要其他的抗菌劑和殼聚糖復合使用，從而增強涂層的抗菌活性。

植物精油具有強大的抗菌能力，其抑菌成分主要包括酚類、萜類、黃酮類、生物堿和多糖類等化合物[36]。植物精油的潛在抗菌機制主要有3 個方面[37-39]：一是破壞有害微生物的呼吸和能量代謝。植物精油可以進入細胞內(nèi)，破壞菌體線粒體膜，使呼吸作用受到抑制，阻礙細胞正常供能，最終導致細胞死亡；二是對細菌細胞膜、細胞壁的作用。植物精油中的酚類物質(zhì)會破壞其細胞壁結(jié)構(gòu)，而親脂性的植物精油能輕易穿透細菌細胞膜的磷脂雙分子層，使內(nèi)容物滲出，引起細胞死亡；三是對遺傳物質(zhì)和蛋白質(zhì)的影響。植物精油通過抑制細菌DNA的正常復制和轉(zhuǎn)錄過程，進而使遺傳物質(zhì)和蛋白質(zhì)合成代謝減少，從而達到抑菌效果。表1列舉了常見植物精油對肉品腐敗菌的抗菌活性。

2.2 抗氧化機制

脂質(zhì)和蛋白質(zhì)氧化是繼微生物滋生后使冷鮮肉腐敗變質(zhì)的主要原因。有研究表明，殼聚糖具有一定的抗氧化能力，可能是由于殼聚糖的殘余游離氨基能與自由基反應形成穩(wěn)定的大分子自由基[46]。但單獨殼聚糖涂層的抗氧化能力較低，常與其他抗氧化活性成分復合使用。植物精油具有良好的抗氧化性能，其發(fā)揮抗氧化活性主要依賴于其生物活性成分，如萜烯類化合物、芳香族化合物、脂肪族化合物及含硫化合物等[47]。

植物精油具有較好的自由基清除能力。目前，植物精油抗氧化作用機制主要有4 種[48-50]：一是直接作用于自由基。植物精油多含有多酚類物質(zhì)，酚羥基可將活潑氫原子傳遞給自由基，使自由基變成活性較低的物質(zhì)并將其清除；二是作為供氫體抑制脂質(zhì)的過氧化。植物精油中的基團中含有酚羥基，可通過氫原子的轉(zhuǎn)移作為質(zhì)子供體與自由基結(jié)合生成較穩(wěn)定的自由基；三是螯合金屬離子。植物精油可阻斷某些過渡金屬離子與過氧化氫發(fā)生反應，避免生物氧化過程；四是調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄。植物精油能夠提高抗氧化酶的表達，從而緩解由于氧化應激造成的組織和細胞損傷。因此植物精油的加入會增強殼聚糖涂層的抗氧化活性。表2列舉了部分植物精油的抗氧化活性。

3 植物精油-殼聚糖可食性涂層在冷鮮肉保鮮中的應用

由于植物精油-殼聚糖涂層具有無毒無害和性質(zhì)穩(wěn)定的優(yōu)點，在冷鮮肉的防腐保鮮方面表現(xiàn)出巨大的應用潛力。近年來，已經(jīng)有許多研究集中將植物精油-殼聚糖可食性涂層廣泛應用于實際的冷鮮肉系統(tǒng)，以延長貨架期、減少致病菌和保持較好的感官特性等。應用研究舉例見表3。

3.1 在冷鮮豬肉中的應用

豬肉因美味和營養(yǎng)而受到廣大消費者的喜愛，是我國主要的市售紅肉。周強等[57]用含有肉桂精油的殼聚糖復合涂層液處理冷鮮豬肉。研究發(fā)現(xiàn)，在貯藏過程中，雖然各實驗組冷鮮豬肉的菌落總數(shù)和TVB-N含量均呈上升趨勢，但與空白對照組相比，使用含有肉桂精油-殼聚糖復合涂層液冷鮮肉的微生物指標和TVB-N含量更低。對照GB 4789.2—2016《食品安全國家標準 食品微生物學檢驗 菌落總數(shù)測定》中的規(guī)定（新鮮肉的菌落總數(shù)≤6.0（lg（CFU/g））），經(jīng)肉桂精油-殼聚糖復合涂層液處理的冷鮮肉貯藏第9天的菌落總數(shù)仍維持在新鮮肉的水平，而未處理的冷鮮肉早已腐敗。Hu Jing等[58]研究肉桂精油-殼聚糖復合納米涂層對冷鮮豬肉的保鮮效果。結(jié)果同樣發(fā)現(xiàn)，使用肉桂精油-殼聚糖復合納米涂層處理的豬肉微生物生長、pH值、POV和TBARS值與空白對照組相比顯著降低。直至貯藏期結(jié)束，經(jīng)過復合涂層處理豬肉的質(zhì)地、氣味和整體可接受性也并未有明顯下降。由此可見，植物精油-殼聚糖涂層具有延長冷鮮豬肉貨架期的潛力。

3.2 在冷鮮牛肉中的應用

牛肉也是我國部分地區(qū)居民消費的主要紅肉產(chǎn)品之一。然而，牛肉在貯藏過程中極易發(fā)生腐敗變質(zhì)，使營養(yǎng)價值降低甚至導致食源性疾病的發(fā)生。歐麗娟等[62]分別將迷迭香精油、葡萄籽油、茴香籽精油及檸檬精油加入到殼聚糖涂層中，研究在貯藏過程中對冷鮮牛肉品質(zhì)的影響。結(jié)果表明，4 種植物精油-殼聚糖復合涂層處理對牛肉中菌落總數(shù)、TBARS值和TVB-N含量的上升均有一定的抑制作用。其中，檸檬精油復合涂層處理對牛肉的菌落總數(shù)和TBARS值的抑制作用最強，貯藏20 d的菌落總數(shù)仍屬于新鮮肉的標準，而加入葡萄籽油的復合涂層對TVB-N含量的抑制作用最強。?or?evi?等[63]將冬季香薄荷精油加入到殼聚糖涂層進行復配，再應用于冷鮮牛肉貯藏。研究結(jié)果顯示，相較于未作處理的空白肉樣，經(jīng)復合涂層處理牛肉的菌落總數(shù)在涂層處理完成后已顯著減少，且貯藏20 d后，使用復合涂層處理牛肉的菌落總數(shù)仍未接近最大可接受水平。此外，復合涂層對保持牛肉的顏色、氣味、整體可接受度和氧化穩(wěn)定性等也有一定積極作用。因此，植物精油-殼聚糖可通過抑制冷鮮牛肉的微生物滋生以及蛋白質(zhì)和脂質(zhì)的氧化，從而延長冷鮮牛肉的貨架期。

3.3 在冷鮮雞肉中的應用

近年來，雞肉成為我國最主要的白肉種類，并且我國的雞肉生產(chǎn)和消費仍呈現(xiàn)出快速、持續(xù)增長的趨勢。鄭玉璽等[67]選取荔枝木質(zhì)精油和殼聚糖制備可食性涂層，對冷鮮雞肉進行保鮮研究。研究發(fā)現(xiàn)，盡管所有組雞肉的菌落總數(shù)和TVB-N含量都隨貯藏時間的延長有一定上升，但是經(jīng)復合涂層液處理雞肉的菌落總數(shù)和TVB-N含量的上升速率明顯低于空白對照組。此外，該復合涂層對冷鮮雞肉的汁液流失率和感官品質(zhì)也有較好的改善作用，這說明荔枝木質(zhì)精油-殼聚糖復合涂層可以用于延長冷鮮雞肉的貨架期。Yaghoubi等[68]將青蒿精油加入到殼聚糖中，應用于冷鮮雞肉的防腐保鮮。結(jié)果表明，與未處理的空白肉樣相比，青蒿精油-殼聚糖復合涂層可顯著降低雞肉貯藏過程中微生物數(shù)量、TBARS值和TVB-N含量的上升速率，特別是對于微生物生長的抑制作用最好。經(jīng)過青蒿精油-殼聚糖復合涂層液處理的雞肉貯藏9 d時的菌落總數(shù)才接近最大可接受水平，而僅用蒸餾水處理的肉樣則在貯藏3 d時菌落總數(shù)已超過最大可接受水平?？梢?，植物精油-殼聚糖具有抑制冷鮮雞肉腐敗變質(zhì)的作用。

3.4 在冷鮮魚肉中的應用

魚肉也是人們喜愛的白肉種類，富含不飽和脂肪酸。但是冷鮮魚肉的易腐敗變質(zhì)問題仍然有待解決。韓春陽等[71]用含有肉桂精油的殼聚糖復合涂層液處理冷鮮羅非魚肉。研究發(fā)現(xiàn)，在貯藏過程中，雖然各組魚肉的菌落總數(shù)和TVB-N含量均呈上升趨勢，但相比于未處理組魚肉，肉桂精油-殼聚糖復合涂層液不僅能更有效地控制魚肉微生物的數(shù)量，而且對魚肉氧化腐敗的抑制效果也更顯著。此外，肉桂精油-殼聚糖復合涂層處理的冷鮮魚肉在貯藏9 d時菌落總數(shù)仍維持在新鮮肉的水平，而空白對照組在貯藏4 d時就已經(jīng)超過限量標準。Li Yuan等[72]研究發(fā)現(xiàn)，柑橘精油-殼聚糖復合涂層可以明顯減緩鯖魚肉貯藏期間總活菌數(shù)、TBARS值和TVB-N含量的上升速率。此外，相比于單獨使用殼聚糖涂層，含有柑橘精油的復合涂層對鯖魚的保鮮效果更為突出。這表明植物精油-殼聚糖復合涂層對保持冷鮮魚肉的品質(zhì)具有一定的效果。

4 結(jié) 語

冷鮮肉由于具有營養(yǎng)豐富和水分含量高等特點，在貯藏運輸中極易造成脂類、蛋白質(zhì)氧化和微生物污染。因此研發(fā)適用于冷鮮肉的新型保鮮技術(shù)對促進冷鮮肉行業(yè)的發(fā)展尤為關(guān)鍵。植物精油-殼聚糖可食性涂層作為一種天然可再生的生物材料，具有良好的抗氧化和抗菌能力，符合綠色健康食品的理念，在冷鮮肉防腐保鮮方面具有巨大的應用潛力。

然而，植物精油-殼聚糖可食性涂層在冷鮮肉中的應用推廣仍然面臨一些挑戰(zhàn)：1）目前植物精油成本較高，推廣精油植物的大面積種植和革新現(xiàn)有的生產(chǎn)方法才有望大幅降低生產(chǎn)成本；2）植物精油在殼聚糖涂層中可能存在分散不均勻的問題，將精油制備成微膠囊或納米乳液也許可以解決該問題；3）植物精油的芳香性氣味可能影響冷鮮肉的風味，有必要進一步探索經(jīng)過植物精油-殼聚糖可食性涂層處理的冷鮮肉在烹調(diào)或加工過程中的風味特性及調(diào)控方法；4）植物精油-殼聚糖可食性涂層是否適用于所有的冷鮮肉品類，其對羊肉、鴨肉和鵝肉等其他冷鮮肉的保鮮效果有待探索；5）盡管在實驗室規(guī)模的研究結(jié)果顯示出植物精油-殼聚糖可食性涂層在冷鮮肉保鮮中具有顯著作用，但有待大規(guī)模的商品化研究進行驗證；6）盡管植物精油是使用歷史悠久的天然產(chǎn)物，但是并不意味著絕對安全，因此有必要明確各種精油的毒理學性質(zhì)和食用的安全劑量，以及法律法規(guī)制定植物精油在食品中的應用準則。總之，隨著這些問題的逐步解決，相信植物精油-殼聚糖可食性涂層在冷鮮肉等食品防腐保鮮方面應用會更加廣泛。

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基金項目：吉林省教育廳科學研究項目（JJKH20240751KJ）；長春大學攀登計劃項目（zkp202108）；長春大學創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練項目（D202306071250429268）

第一作者簡介：楊豐碩（2002—）（ORCID： 0009-0000-3001-6060），男，本科生，研究方向為食品加工與貯藏。E-mail： yfs18906338023@foxmail.com

*通信作者簡介：孫茂成（1984—）（ORCID： 0000-0002-1807-9859），男，講師，博士，研究方向為食品加工與貯藏。E-mail： msunchina@foxmail.com