水产品腐败菌与保鲜技术研究进展

姜兴为 ，杨宪时

（1.中国水产科学研究院东海水产研究所，上海 200090；2.上海海洋大学食品学院，上海 200090）

化学污染和物理损伤等很多因素可使食品变质，然而一个重要的原因是食品中的微生物在生长繁殖过程中产生了人们不喜欢或无法接受的异味。据估计全球每年损失的食物中有25%是由微生物造成的，腐败微生物的研究在全球范围内都广受关注。水产品营养丰富味道鲜美，深受人们喜爱。由于其营养物质和水分含量高、pH值接近中性，加之肌肉中结缔组织较少且容易变为碱性，水产品极易腐败变质。因此，开发有效的保藏方法对减少因微生物腐败而造成的损失至关重要。

1 水产品微生物生态学

食品是一个动态变化的微生态系统，在储藏过程中pH、氛围气体、营养物质和微生物菌相会发生一定的改变。由于原材料、加工过程中各项参数以及储藏条件都不尽相同，每种食品都有自己特定的微生物菌相。虽然刚捕获时水产品的菌相差别很大，但是水产鲜品及加工后的水产品可根据相似的微生物学生态分为几大类。在自然存放的水产品中革兰氏阴性发酵菌是优势腐败菌，而冰藏后优势腐败菌则变为革兰氏阴性嗜冷菌[1]。CO2包装可以抑制需氧腐败菌的生长，但是磷发光杆菌和乳酸菌可以在这种环境生存[2]。在水产品中添加微量NaCl、略微使其酸化和真空包装后冷藏（如冷熏鱼），可抑制革兰氏阴性需氧菌，而乳酸菌和革兰氏阴性发酵菌则成为产品的优势菌[2]。增加食品的保藏强度，比如将半保藏水产品酸化或者添加山梨酸和苯甲酸等防腐剂，可使乳酸菌和酵母菌变为优势菌。干制或干腌可抑制水产品中大部分细菌的生长，这类产品的变质是丝状真菌或昆虫引起的。许多水产品在加工过程中会进行轻微的加热处理，产芽孢菌可以在这类产品中生长，尤其在加工过程中没有经过加盐处理。

2 水产品腐败

水产品的腐败主要表现在某些细菌降解游离氨基酸生成胺、硫化物、醛、酮、酯、有机酸等，产生不良味道使产品变得感官上不可接受[3]。大部分海水鱼中都含有氧化三甲胺（TMAO），许多腐败菌进行呼吸作用时可利用TMAO作为电子载体并使其转变为三甲胺（TMA）。水产品腐败时微生物产生的代谢产物与畜肉和禽肉中产生的代谢产物差别不大，但是水产品腐败产生的TMA具有鲜鱼腐败时典型的氨臭味，这也是水产品腐败时其味道区别于其他肉类的原因。产气单孢菌、嗜冷肠杆菌、磷发光杆菌、腐败希瓦氏菌都可以降解TMAO产生TMA。有些腐败菌的代谢产物可作为水产品的质量判定指标。相对于速度慢的微生物学方法，利用化学指标来判断水产品鲜度速度要快得多。但是化学方法也有一定的局限性，有些代谢产物的含量较低只有在接近腐败的时候才可测定。水产品常用的单一化学指标有总挥发性盐基氮（TVBN）、TMA和次黄嘌呤。有时也用K值和生物胺含量来指示某些水产品的新鲜程度。由多种代谢产物构成的复合化学指标已经用统计学的方法鉴定了出来，它们与水产品的感官品质和货架期相关性更好[4]。将这种复杂化学成分分析、感官评价和多变量统计分析结合将成为未来食品腐败研究的重要领域。

3 水产品特定腐败菌

水产品在刚捕获时会受到多种微生物的污染，但只有很少部分细菌参与腐败过程，这些适合生存、繁殖并产生腐败臭味代谢产物的菌群，就是该产品的特定腐败菌 （Specific spoilage organism，SSO）[5]。储藏初期SSO数量非常少，占菌落总数的比例也很小，但是其生长速度比其他细菌快，并且随着储藏时间的增加在菌落总数中的比例不断增加。

3.1 特定腐败菌的分类与鉴定

在对某种SSO鉴定时，产生异味的定性能力（腐败潜在性）和产生腐败代谢物的定量能力（腐败能力）的鉴定是必要的。比较不同细菌接种到相同的无菌模式产品后TMA、生物胺或挥发性氨类物质产量因子的大小也是很有用的[6]。腐败能力是指一种特定腐败菌在某种条件下（pH、温度、水分活度和氛围气体）生长繁殖和产生腐败代谢产物的能力。腐败菌和它们腐败能力的鉴定将在本质上促进水产品货架期的预测以及延长。目前微生物菌相中的大部分细菌是通过传统方法和表型实验鉴定的。用16S rRNA基因序列鉴定的结果和传统方法的鉴定结果一致。腐败希瓦氏菌是在1985年以James M Shewan的名字命名的，他在水产品腐败领域研究了数十年。目前希瓦氏菌中嗜温性的耐盐菌落被证明是海藻希瓦氏菌（Shewanella algae），而嗜冷性的希瓦氏菌则分为腐败希瓦氏菌（Shewanella putrefaciens）和波罗地希瓦氏菌（Shewanella baltica）[7]。磷发光杆菌也是重要的水产品腐败菌，产生荧光和不产生荧光的菌落可通过简单的生化实验来鉴定。用生化实验来鉴定乳酸杆菌和肉食杆菌结果是不可靠的，但是采用十二烷基硫酸钠-聚丙稀酰胺凝胶电泳方法（SDS-PAGE）对其全细胞蛋白进行电泳可将乳酸菌鉴定的准确度精确至种[8]。目前和水产品腐败有关的酵母菌和霉菌的分类鉴定还较少。

3.2 特定腐败菌的检测方法

国内外大量文献都显示，水产品的剩余货架期可以用特定腐败菌的数量来预测，因此它们的检测方法引起了人们的极大兴趣。目前人们已经根据某种细菌腐败反应时产生的某些指示性或选择性标准，开发出了几种特定腐败菌的检测方法。这些方法包括用来检测产H2S的腐败希瓦氏菌的铁琼脂，将磷发光杆菌在含有TMAO的液体培养基中培养，通过测定培养基电导率的变化来确定磷发光杆菌的数量[9]。另外鲜鱼中假单胞菌的数量也可以用阻抗法来测定，但是到目前为止还没有专门培养乳酸菌和肠杆菌的选择性培养基。

当一种特定腐败菌检测方法的最低检测限度为102SSO/g时，它才对预测货架期有实际的帮助。以免疫学为基础的检测方法由于灵敏度太差（106～107SSO/g）并不能应用于实际。以16S rRNA探针为基础的检测方法也存在着不足，它的局限性是有些发光细菌对环境高度敏感。科学家还开发了一种以聚合酶链式反应（PCR）为基础的腐败希瓦氏菌鉴定方法，它可以区分腐败希瓦氏菌（S.putrefaciens）和海藻希瓦氏菌（S.algae）。聚合酶抑制物可以更换且它在实验室间的重现性非常好，在未来PCR技术的应用领域将非常广。以腐败菌专用培养基为基础的检测方法具有很好的敏感性，在将来的一段时间内此方法将会是腐败菌最重要的检测方法。

3.3 腐败菌之间的相互作用

水产品在储藏过程中腐败菌逐渐成为优势菌的主要原因为产品中理化状况适合它们生长。腐败菌只有达到一定的数量后（>106～107cfu/g）水产品才会出现明显的腐败，不同微生物之间的相互作用（拮抗和共生）可以影响它们的生长和新陈代谢。虽然鱼体肌肉中营养物质含量充足，但是铁离子的含量却是有限的，微生物在生长过程中会在细胞内产生含铁复合物。假单胞菌嗜铁素结合铁离子的能力特别强，假单胞菌的这一特性为分离选择它们提供了可能。乳酸菌在生长过程中会产生乳酸和细菌素，而且会和其他细菌竞争营养物质，所以它可以抑制其他细菌的生长。利用乳酸菌的这一特性可以将其从轻微保藏的水产品中分离出来。轻微保藏的水产品发生腐败时，乳酸菌和肠杆菌可以相互影响。乳酸菌可以将精氨酸降解成鸟氨酸，而肠杆菌则可以将鸟氨酸降解为尸胺。当乳酸菌存在时肠杆菌产生尸胺的量是肠杆菌单独存在时产生尸胺量的10至15倍[10]。另一个腐败菌之间相互作用的例子就是有些革兰氏阴性腐败菌会产生像酰化高丝氨酸内酯这样的化学传递信号。酰化高丝氨酸内酯在食品腐败中的作用现在还不清楚，但是很多研究表明在食品腐败的很多过程（果胶糖分解、蛋白质肽键水解、脂解作用和壳多糖分解活性）都和酰化高丝氨酸内酯有关。水产品中许多腐败菌都会代谢产生酰化高丝氨酸内酯，探索它在水产品腐败中作用将是未来研究的重要领域。

4 水产品的保鲜方法

4.1 低温保藏

水产品不论采取何种保藏方式都是以低温储藏为基础的，它是最简单有效的保藏方式，包括冷藏、冻藏、微冻和深度冷却后冰藏。由于冷藏只能在一定范围内抑制腐败菌的活动，对水产品的保鲜效果不是很好，只适合短时间储藏。冻藏在水产品中的应用较多，一般水产品常采用-18℃的冻藏温度，而对一些品质要求高的水产品则需选用-25℃甚至更低温度。冻藏会造成水产品肌肉冷冻变性，而且在水产品细胞内产生的大冰晶会损伤细胞，造成解冻时汁液流失多，鲜度及感官质量变差。微冻保鲜是指将水产品保藏在冻结点（-3℃）的一种轻度冷冻保鲜，也称作部分冻结。微冻保鲜的目的是在避免冻结损害的情况下尽量将水产品的温度降低。长期以来，人们普遍认为-1～-5℃是最大冰晶生成温度带，微冻储藏会因缓慢冻结而影响食品的质量。微冻时精确控温会造成生产流通成本上升，所以目前微冻技术还没有广泛应用于实际生产。深度冷却后冰藏是指鲜鱼捕获后立即放入-10℃的盐水中，运抵工厂后进行挑选分级，然后将鱼放入泡沫箱中冰藏。鲜鱼的宰杀方式对其品质有较大的影响，深度冷却能使活鱼立即进入冷休克状态并且鱼体温度能快速下降至0℃以下。冰温保鲜不仅能将水产品细胞维持在活体状态，还能有效抑制有害微生物的活动及各种酶的活性。随着人们对水产品品质要求的提高，水产品的市场价格逐渐形成了“活的最贵，冰鲜次之，冷冻最便宜”的格局，冰鲜水产品的比例将不断提高。

4.2 保鲜剂保鲜

水产品采用可食性涂膜进行保鲜近年来在国内外引起了广泛的重视，这种保护膜是以海藻酸钠、褐藻酸钙、壳聚糖等天然材料作为涂膜剂，膜和食物可以一起食用，用于虾仁、扇贝柱的保鲜，会使虾仁、扇贝柱的肉质更加细嫩口感更好[11]，用于冰鲜鱼保鲜可使其货架期延长[12-13]。Nisin（乳酸链球菌素）和溶菌酶是从微生物中提取出来的天然抑菌素，它们可以被人体消化吸收。Nisin对于抑制脂肪的酸败和G细菌及大肠杆菌的增殖方面具有明显的效果，而溶菌酶对于控制细菌总数的增殖、减缓TVBN值的增加具有重要的作用。薛长湖将Nisin和溶菌酶配合使用，能有效延长贻贝和牡蛎的货架期[14-15]。从天然植物中提取的许多物质也对水产品保鲜有较好的效果。如从茶叶中提取的茶多酚被公认为是一种安全的食品添加剂。用茶多酚处理的带鱼段和去内脏鲫鱼在鲜度指标内的贮藏期明显延长[16]，此外植物香辛料的提取物也被证明有抑菌作用。

4.3 气调保藏

有些水产品的腐败机理已经有了很深入的了解，成为研究通过抑制SSO来延长水产品货架期的科学基础。气调包装（MAP）就是SSO靶向抑制的方法之一，它是采用人工混合气体代替包装袋内的空气，通过抑制需氧腐败菌的生长来延长食品保鲜期。气调包装对禽畜肉的保鲜效果较好，但对鲜鱼的保鲜效果不好。用CO2包装来保藏冰温海水鱼，虽然CO2可以抑制腐败希瓦氏菌和假单胞菌的生长，在理论上可以大大延长鲜鱼的货架期，然而经CO2包装的鲜鱼磷发光杆菌变为优势腐败菌，它即可以耐受CO2又可以降解TMAO，造成经过CO2包装和没有经过CO2包装的鲜鱼腐败速率几乎一样。但是磷发光杆菌对低温比较敏感，可以通过冻结处理加以抑制从而大大延长这类产品的货架期。国外有文献表明经过冷冻后的冷藏MAP鳕鱼片货架期可延长大约一倍[17]。

4.4 辐照保鲜

辐照保鲜就是利用射线辐照起到杀灭腐败菌的作用，从而达到保持水产品品质及延长货架期的目的。食品辐照已被证明是一种高效、安全的加工手段，可有效地应用于食品保藏。水产品腐败菌中大部分是革兰氏阴性菌，而革兰氏阴性菌对射线较为敏感。国外关于冰鲜鱼的辐照保鲜研究得出辐照剂量为1 kGy时就可以起到很好的保鲜效果[18]，水产品的货架期可延长一倍以上而对脂肪氧化和营养物质的影响很小。辐照保鲜有以下优点：杀菌效果显著，剂量可根据需要进行调节；即使辐照剂量较高（大于10 kGy），水产品感官变化也不显著；没有非水产品物质残留；产生的热量极少；放射线穿透能力强、均匀、瞬间即逝，而且对其辐照过程可以进行准确控制；水产品辐照处理时，对包装无严格要求，可以在水产品包装以后进行处理，防止再次污染问题。

5 结论与展望

水产品腐败的很多方面都已经进行了十分透彻的研究，尤其是只有一种腐败菌对腐败起作用的水产品。轻微保藏的水产品在腐败过程中多种腐败菌相互作用，它们的腐败机理至今还不是十分清楚，这类产品货架期预测模型的开发和完善将是今后研究的重点领域。此外，不同水产品特定腐败菌准确而快速检测方法的开发也是今后的研究重点。透彻了解特定腐败菌的概念将有助于针对这类细菌寻找有效的保藏方法。特定腐败菌这一概念还可以延伸至食品微生物学的其他领域，传统上人们一直认为食品微生物学是相当稳定的研究领域，大部分情况下是通过检测菌落总数或者是否出现某一特定的致病菌来判断食品的品质。

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