第五节食品的生物保藏技术

一、生物保藏技术的概念生物保藏技术是将某些具有抑菌或杀菌活性的天然物质配制成适当浓度的溶液，通过浸渍、喷淋或涂抹等方式应用于食品中，进而达到防腐保鲜的效果。机理包括抑制或杀灭食品中的微生物、隔离食品与空气的接触、延缓氧化作用、调节贮藏环境的气体组成以及相对湿度等。二、涂膜保鲜技术涂膜保鲜技术是在食品表面人工涂上一层特殊的薄膜使食品保鲜的方法。1、涂膜保鲜的发展历史早在12~13世纪，我国就用蜂蜡来装桔子和柠檬，16世纪开始用脂类涂膜保鲜水果。19世纪，Harvard和Harmony提出用明胶涂层保护肉制品及其它食品。90年代，无污染易降解的可食用膜的应用越来越受到人们的关注。目前，涂膜保鲜技术不仅广泛应用于果蔬类保鲜，而且在肉类、水产品等食品中的应用也日益增加。2、涂膜保鲜的机理形成有一定阻隔性的膜，阻止果蔬失水。果蔬的呼吸作用使膜内O2浓度下降，CO2浓度上升。当膜内O2和CO2浓度符合果蔬贮藏的适宜气体条件，可起到自发气调作用，抑制果蔬呼吸延缓衰老。涂膜对气体的通透性是影响涂膜保鲜效果的主要因素之一。涂膜对气体的通透性可用膜对气体的分离因子（α）来表示：一般地，含有羟基的分子所形成的涂膜，其α（CO2/O2）＜1，对果蔬保鲜的效果较好。对于α(CO2/O2）＜1的涂膜，其适宜保鲜的果蔬种类依其分离因子不同而异。3、涂膜保鲜的特点①发挥气调作用②保水防蔫，改善食品的外观品质，提高食品的商品价值③具有一定的抑菌性④能够在一定程度上减轻表皮的机械损伤⑤可发挥保鲜增效作用4、涂膜的种类、特性及其保鲜效果理想的涂膜剂有以下要求：①有一定的粘度，易于成膜②形成的膜均匀、连续，具有良好的保质保鲜作用，并能提高果蔬的外观水平③无毒、无异味，与食品接触不产生对人体有害的物质（1）多糖类①壳聚糖类甲壳素的脱乙酰产物，属氨基多糖，有良好的成膜性、通透性、保湿性和广谱抗菌性，不溶于水，溶于稀酸。影响壳聚糖涂膜保鲜效果的因素有：酸：酒石酸和柠檬酸的效果较好表面活性剂：可改善其黏附性脱乙酰度：脱乙酰度越高，膜抗拉强度越高，通透性越差增塑剂种类和浓度：浓度的增加，透氧性明显上升，对膜的透湿性无显著影响分子量：相对分子质量为20万和1万左右防腐效果最好衍生化反应：N,O-羧甲基壳聚糖所形成的膜对气体具有选择通透性，特别适合于果蔬保鲜金属离子：保鲜效果优于无金属离子的壳聚糖膜②纤维素类羧甲基纤维素（CMC）、甲基纤维素（MC）、羧丙基甲基纤维素（HPMC）、羧丙基纤维素（HPC）均溶于水并具有良好的成膜性。纤维素类膜透湿性强，常与脂类复合以改善其性能。制MC膜时，溶剂种类和MC的分子量对膜的阻氧性影响很大。环境的相对湿度对纤维素膜透氧性也有很大的影响，当环境湿度升高时，纤维素膜的透氧性急速上升。③淀粉类直链淀粉含量高的淀粉所成膜呈透明状可食膜成分中脂类和增塑剂对膜的透过性有显著影响淀粉经改性生成的羟丙基淀粉所成膜阻氧性非常强，但阻湿性极低④魔芋葡甘聚糖所成膜在冷热水及酸碱中均稳定。膜的透水性受添加亲水物质或疏水物质的影响，添加亲水性物质，则透水性增强，添加疏水性物质，则透水性减弱。改性后魔芋精粉的保鲜效果将得到明显改善。⑤褐藻酸钠类具有良好的成膜性，但阻湿性有限；膜厚度对抗拉强度影响不大，但透湿性随着膜厚度的增加而减小；交联膜的性质明显优于非交联膜，环氧丙烷和钙双重交联膜的性能最好；环境湿度高于95%时，仍能显著地阻止果蔬失水；脂质可显著降低褐藻酸钠膜的透水性。⑥微生物多糖类A.茁霉多糖具有良好的成膜性，是理想的果蔬保鲜剂；不同分子量的茁霉多糖都有较好的保水作用，尤其以高分子量的茁霉多糖效果更好；茁霉多糖不具有杀菌、抑菌作用，但同杀虫剂共用具有良好的杀菌、防病毒侵染和防腐防病作用。B.NPS多糖用半野生植物为原料,经科学加工制成的一种天然多糖类物质，pH微酸性，无毒可食，有营养，速溶于水，最大吸水量可达原重的100倍以上，吸涨后的体积相当于原体积的1000倍以上。NPS多糖具有两性物质的特点并具极好的成膜性。在果蔬表面成膜后无色、无味，肉眼很难看出，光泽性明显增强，有打蜡的效果，是一种很好的果蔬涂膜保鲜剂。（2）蛋白质类①小麦面筋蛋白小麦面筋蛋白膜柔韧、牢固，阻氧性好，但阻水性和透光性差；当小麦面筋蛋白膜中脂类含量为干物质含量的20%时，透水率显著下降；小麦面筋蛋白制膜液的pH值应控制在5。②大豆分离蛋白大豆分离蛋白制膜液的pH值应控制在8；大豆分离蛋白膜的透氧率低、透水率高，因而常与糖类、脂类复合后使用。③玉米醇溶蛋白所形成的膜具有良好的阻氧性和阻湿性。（3）脂质类①蜡类成膜性好，对水分有较好的阻隔性。其中石蜡最为有效，蜂蜡其次；已商业化生产的蜡类涂膜剂有中国林业科学研究院林产化学工业研究所的紫胶涂料、中国农业科学院的京2B系列膜剂、北京化工研究所的CFW果蜡。②天然树脂醇溶性虫胶成膜性好、干燥快、有光泽、在空气中稳定、不溶于水、溶于乙醇和碱性溶液，适合作为涂膜保鲜剂使用；我国云南玉溪产的虫胶品质好，杂质少，易溶解，成膜后光泽自然。③油脂油脂具有油腻性，主要成分是脂肪酸的甘油酯，不溶于水；借助乳化剂和机械力作用，将互不相溶的油和水制成乳状液体制剂，涂覆果实，可以达到长期保鲜的目的。（4）复合膜类复合膜是由多糖类、蛋白质类、脂质类中的两种或两种以上物质经一定处理而成的涂膜；①由HPMC与棕榈酸和硬脂酸组成的双层膜，透湿性比HPMC膜减少约90%；②由多糖与蛋白质组成的复合天然植物保鲜剂膜具有良好的保鲜效果。③TALPro-long（英国）：由蔗糖脂肪酸酯、CMC-Na和甘油一酯或甘油二酯组成。Superfresh是其改进型，含60%的蔗糖酯、26%的CMC-Na、14%的双乙酰脂肪酸单酯。④OED（日本）：由10份蜂蜡、2份朊酪、1份蔗糖酯组成。涂膜保鲜时必须注意以下几方面的问题：研制出不同特性的膜以适用于不同品种食品的需求；准确测量膜的气体渗透特性；准确测量目标果蔬的果皮与果肉的气体及水分扩散特性；分析待贮果蔬内部气体组分；根据果蔬的品质变化，对涂膜的性质进行适当调整，以达到最佳保鲜效果。5、涂膜保鲜的方法（1）浸涂法将涂料配成适当浓度的溶液，将果实浸入，蘸上一层薄薄的涂料后，取出晾干即成。（2）刷涂法用软毛刷蘸上涂料液，在果实上辗转涂刷，使果皮上涂一层薄薄的涂膜料。（3）喷涂法用机器在果实表面喷上一层均匀而极薄的涂料。目前普遍用涂膜机（打蜡机）涂膜，涂膜机由清洗、擦吸干燥、喷涂、低温干燥、分级和包装等部分联合组成。三、生物保鲜剂保鲜技术生物保鲜剂保鲜是通过浸渍、喷淋或混合等方式，将生物保鲜剂与食品充分接触，从而使食品保鲜的方法。生物保鲜剂也称作天然保鲜剂，是直接来源于生物体自身组成成分或其代谢产物，不仅具有良好的抑菌作用，而且一般都可被生物降解，具有无味、无毒、安全等特点。1、植物源生物保鲜剂许多植物中都存在抗菌物质，主要是醛类、酮类、酚类、酯类物质。（1）茶多酚能抑制G+菌和G-菌，属于广谱性的抗菌剂；最小抑菌浓度随菌种不同而差异较大，大多在50~500mg/kg之间，符合食品添加剂用量的一般要求。（2）大蒜提取物大蒜辣素和大蒜新素是大蒜中的主要抗菌成份。大蒜辣素的抗菌机理：分子中的氧原子与细菌中半胱氨结合使之不能转变为胱氨酸，从而影响细菌体内的氧化还原反应的进行。大蒜对多种球菌、霉菌有明显的抑制和杀菌作用，是目前发现的具有抗真菌作用植物中效力最强的一种。茶多酚2、动物源生物保鲜剂（1）鱼精蛋白（protamine）鱼精蛋白是一种特殊的抗菌肽，是存在于许多鱼类中的成熟精细胞中的一种球形碱性蛋白。相对分子质量较小，大约为4000~10000，由30个左右的氨基酸组成，精氨酸占其氨基酸组成的2/3以上，加热不凝固，等电点在10~12之间，带正电荷。①抑菌机理A、鱼精蛋白作用于微生物细胞壁，破坏了细胞壁的合成以达到其抑菌效果。B、鱼精蛋白作用于微生物细胞质膜，通过破坏细胞对营养物质的吸收来起抑菌作用。②制备方法鱼精置于稀硫酸溶液中，抽取出鱼精蛋白和混杂蛋白，然后在抽出液中加入有机溶剂沉淀，将沉淀溶于温水中，再冷却即析出鱼精蛋白。或用聚膦酸盐使硫酸或盐酸抽出液中的鱼精蛋白以磷酸盐形式沉淀出来，然后将沉淀溶解在高浓度的硫酸铵中，分解为精蛋白硫酸盐。纯化方法一般采用葡聚糖凝胶柱色谱法。③影响鱼精蛋白抗菌活性的因素A、菌种及其生长状况鱼精蛋白的抑菌性因其来源不同而存在差异；革兰阳性菌的发育受到了明显的抑制，而革兰阴性菌几乎不受影响；鱼精蛋白对新鲜鱼贝类和肉食品中所含的多数细菌起不到抑制作用。鱼精蛋白对经过热处理后的食品具有较好的保存效果；鱼精蛋白的最小抑菌浓度因菌种不同而异；对于同一种菌类来说，微生物所处的新陈代谢状况也会影响鱼精蛋白的效果。B、食品的pH鱼精蛋白在pH6.0以上时具有明显的抗菌活性。C、所含盐类及其浓度食品中各种盐类浓度的提高，鱼精蛋白的抑菌性会相应降低。同等浓度条件下二价盐类比一价盐类对细菌的保护作用更好。D、环境温度大多数食品加工时采用的温度对鱼精蛋白的抑菌作用影响不大。④在食品中应用需注意的问题应用中一般将鱼精蛋白与其它防腐剂或保鲜方法结合使用；鱼精蛋白与甘氨酸、醋酸钠、乙醇、单甘油酯混合使用时，抗菌作用有相乘的效果；使用大豆卵磷脂等乳化剂与鱼精蛋白复配，可解决鱼精蛋白在食品介质中溶解性的问题。⑤鱼精蛋白的安全性鱼精蛋白是一种对人体无害的、高度安全的、具有很高营养性和功能性的新型食品防腐剂；除鱼精蛋白以外，昆虫抗菌肽、防卫肽以及海洋生物抗菌肽等也是常见的生物保鲜剂。（2）溶菌酶（lysozyme）溶菌酶，又称细胞壁溶解酶，是一种专门作用于微生物细胞壁的水解酶。①溶菌酶的种类A、鸡蛋清溶菌酶相对分子质量为14307，等电点为11.1，最适溶菌温度为50℃，最适pH为7.0，一级结构由129个氨基酸组成，其高级结构的稳定性由4个二硫键、氢键和疏水键来维持。B、人和哺乳动物溶菌酶人和哺乳动物溶菌酶由130个氨基酸组成；一级结构中的氨基酸排列顺序与鸡蛋清溶菌酶的差异较大；高级结构也存在四个二硫键；人溶菌酶的溶菌活性比鸡蛋清溶菌酶高3倍。C、植物溶菌酶植物溶菌酶对小球菌的溶菌活性较鸡蛋清溶菌酶低，但对胶状甲壳质的分解活性则为鸡蛋清溶菌酶的10倍左右。D、微生物溶菌酶内-N-乙酰己糖胺酶：作用是分解构成细菌细胞壁骨架的多糖；酰胺酶：其作用是切断连接多糖和氨基酸之间的酰胺键；内-肽酶和蛋白酶：作用与酰胺酶相似；β-1，3葡聚糖酶、β-1，6-葡聚糖酶、甘露糖酶：其作用是分解细胞壁；磷酸甘露糖酶：与β-1，3葡聚糖酶、β-1，6-葡聚糖酶和甘露糖酶共同作用，分解细胞原生质；壳多糖酶：与葡聚糖酶共同作用，分解霉菌和酵母菌；脱乙酰壳多糖酶：主要作用是分解毛霉和根霉。②溶菌酶提取分离的方法原料一般都用蛋清或蛋壳；提取分离的方法有亲和色谱法、离子交换法、沉淀法、沉淀与凝胶色谱结合法等。③溶菌酶的作用机理溶菌酶能选择性地分解微生物细胞壁，主要是分解细胞壁中的肽聚糖。溶菌酶水解球菌细胞壁的作用点是N-乙酰胞壁酸（NAM）与N-乙酰葡萄糖胺（NAG）之间的β-1，4糖苷键断开；经过溶菌酶作用后，微生物细胞因为渗透压受到破坏而引起平衡破裂，从而使得微生物细胞的内溶物渗出导致细胞死亡。一般地，溶菌酶对G+菌均有较强的分解作用，而对G-菌无分解作用；溶菌酶的最适小分子底物为NAM-NAG交替组成的六糖；在溶菌酶分子中存在一个狭长的凹穴，在凹穴中的Glu35与Asp52构成了活性中心，它们在水解糖苷键时起协同作用。④溶菌酶在食品中的应用奶粉：有利于婴儿肠道菌群的正常化；奶酪：防止中后期奶酪的后期起泡、风味变差，具有抑菌作用，不至引起酪酸发酵；日本清酒：代替水杨酸用于防腐，加入量为l5mg/kg。肉制品、水果、水产品、面制品：防腐保鲜；酵母：经溶菌酶处理后，在培养过程中氮核蛋白质的释放量增加，提高了酵母蛋白利用率；壳聚糖：降解为低分子量；单独使用溶菌酶作为防腐保鲜剂使用有一定的局限性，需要添加其他的成分来促进防腐效果。在实际应用时，常与甘氨酸联用。3、微生物源生