水产品气调保鲜原理与应用

我国是水产品生产大国，水产品在化学组成上主要由蛋白质、脂肪、碳水化合物和水组成，这些成分不同的配比给予鱼和贝类等特有的风味、颜色和营养价值。然而水产品的高水分活度、中性pH 和自溶酶导致其极易腐败。水产品的劣变主要由两种原因造成，一种是包括脂肪氧化、内原酶活性相关的生物反应，另一种是微生物的代谢作用。因此必须采用更加合理有效的保鲜技术来延长水产品货架期，减少水产品因变质不能食用而导致的资源浪费。近年来，已经有一系列的保鲜技术用于水产品上。低温保鲜是通过降低微生物繁殖速度、降低酶活性、抑制非酶反应来延长货架期，但是对控制温度的设备要求较高；化学保鲜剂技术是通过使用化学保鲜剂对水产品进行灭菌和抑制酶活性延长其货架期，但是存在化合物残留隐患；辐照保鲜是利用γ 射线对产品进行照射，由于其强穿透力达到对微生物的杀灭而无残留，但是设备造价较高。气调保鲜(MAP)是用一种或几种气体混合，通过改变封闭系统中气体构成来抑制微生物生长和机体生物反应，最终延长产品保质期，此技术被广泛用于新鲜水产品的保鲜。

一、气调保鲜原理与影响因素

1.原理

气调保鲜是采用一种或多种混合气体(通常为二氧化碳、氮气、氧气)来替换包装容器中的空气，通过改变产品贮藏环境中气体类型和配比，抑制微生物生长繁殖、脂类氧化、内源酶所引起的反应，延长水产品保质期的一种保鲜方法。二氧化碳对人体无毒，主要通过延长微生物生长调整期和降低对数生长期的生长速率对包装容器中微生物起抑制作用；氮气通过替换氧气延缓氧化酸败反应和抑制需氧微生物生长，同时还能防止包装塌陷；氧气通过刺激需氧菌生长，抑制厌氧菌的生长，同时可保持红色鱼肉中肌球素色素以氧化形式存在，增加肉的色泽。水产品中由于内源酶的持续活动，腺苷核苷酸分解为肌苷单磷酸，最终分解为肌苷和次黄嘌呤，从而导致风味物质减少，口感欠佳。气调保鲜能够延长水产品货架期、减少潜在的经济损失，货架期的延长减少了出货量，从而降低了分销成本。

2.影响因素

(1)产品初始状态。气调保鲜效果与产品包装前受污染程度相关。鱼在捕获期间的挣扎不仅会伤害其自身，还会加速尸僵后期生化过程，意味着肉质的劣变。因此在捕鱼时，采用如Aqui-S 的食品级麻醉剂安定鱼后，将产品暂存于无污染的水箱中，可以降低因挣扎造成肉质变化的风险。同样在贝类养殖收获过程中通过把贝类转移到干净的水中能够为其解毒和净化，增加产品初始状态品质。通过简单快速的物流为加工厂或商店提供新鲜甚至尸僵期前的水产品，可以保证产品以更新鲜卫生的状态呈现在消费者面前。当水产品具有更好的初始状态时，气调保鲜技术能更好地延长其货架期。

(2)温度。水产品保鲜中，温度决定了其劣变的速度，直接影响产品货架期。鱼在5℃时的腐败速率是0℃时的2倍，是-10℃时的4倍。这是因为微生物活动受温度影响很大，一些微生物在-10℃以下难以生存，一些嗜冷微生物生长缓慢；当温度接近0℃时微生物生长迟缓期被延长。当鳕鱼的储藏温度稍高于冻点(-3～-1℃)时，其腐败速率低于对其使用融化冰(接近0℃)储藏时的腐败效率(Duun A S等，2007)。大西洋鲑在0～10℃条件下采用MAP储藏，以明亮发光杆菌作为腐败菌观测其生长，温度越低微生物生长速率越低(Powell S M等，2015)。扇贝的货架期在低温(0℃)、高二氧化碳(50%)配比下比室温状态下能延长5～10 天(Simpson R等，2010)。当水产品储存在适宜的温度时，气调保鲜技术才能更好地发挥效果。

(3)气体。二氧化碳和氮气是常用于新鲜水产品气调保鲜的气体。混合气体的抑菌效果由气体浓度、细菌数量、储藏温度、产品种类决定。二氧化碳和氮气作为常用的保鲜气体，二者合理的配比更有助于保持产品品质。

(4)包装材料。气调保鲜涉及使用包装材料对产品进行包装，包装材料对于保鲜效果也有一定的影响。包装材料根据气体渗透性质决定，通常为氧气通过率(OTR)指标，其中聚合物种类和膜厚度是决定膜渗透性的关键。最常用的包装材料基于4 种高分子材料，包括PVC(聚氯乙烯)、PET(聚对苯二甲酸乙二酯)、PP(聚丙烯)、LDPE(低密度聚乙烯)。阻隔性优良的包装材料不仅可以使包装盒内气体环境不发生变化，同时还能阻止外部气体进入。当采用高阻隔性材料包装产品时，保持产品周围环境相对稳定有助于延长产品货架期。

二、水产品气调保鲜技术应用

1.抑菌作用

在含二氧化碳的气调保鲜中采用高阻隔性膜能够有效地阻止新鲜水产品中微生物生长。在鳕鱼、三文鱼、岩鱼、沙丁鱼、扇贝等水产品气调保鲜中充入二氧化碳能够延长微生物生长的迟缓期，从而抑制微生物的生长。气调保鲜条件下，假单胞菌、黄杆菌、微球菌和莫拉氏菌等需氧腐败微生物的生长被阻止，从而这些嗜冷微生物易产生的三甲胺、挥发性氮、次黄嘌呤、胺等化学腐败指标也相应减少，水产品货架期得以延长。新鲜水产品在储藏过程中，由于乳酸杆菌和其他革兰氏阳性菌的生长，导致其变酸，影响产品品质。在富含二氧化碳的新鲜水产品气调保鲜中，由于抑制需氧菌的生长，三甲胺、总挥发性氮和胺的含量也降低。尽管高含量的二氧化碳能阻止微生物生长，如果提高储存温度，可能会降低储存在二氧化碳中新鲜鱼产品品质(Reddy N R 等，2010)。因此对新鲜水产品进行气调保鲜的时候，在利用气体抑菌性的同时，还要保证储存环境的低温条件。

2.气调保鲜技术与前处理技术结合

对水产品采用气调保鲜之前，可利用一系列前处理技术来提升产品品质和货架期。通过把幼鱼柳浸入5%的氯化钠溶液后放进3℃、100%的二氧化碳环境中，能提升其质地、颜色和货架期(Mit⁃suda H等，1980)。利用1%山梨酸钾溶液组合气调保鲜技术(二氧化碳60%、氧气20%、氮气20%)在1℃透气袋下能够延长新鲜手握寿司和三文鱼货架期至少28 天；鲜鱼储藏在0～1℃下，山梨酸钾能够防止食物腐败和病原微生物生长，同时阻止产三甲胺的细菌生长(FEY等，1981)。接种单核细胞增生李斯特菌的液熏三文鱼分别用双乙酸酯(0～0.15%)和乳酸(0～0.15%)处理后，再分别采用气调包装(二氧化碳40%、氮气60%)和真空包装，在8～15℃下储藏。8℃条件下，与控制组相比，双乙酸酯的添加能够抑制三文鱼单核细胞增生李斯特菌的生长，货架期能到40 天(Mejlholm 等，2007)。在储藏之前采用高压处理(150兆帕、10分钟、5℃)三文鱼鱼柳，能够延长其货架期2天，配合MAP(二氧化碳50%、氮气50%)使用，能够延长货架期4天(Bouletis A D等，2017)。把前处理技术与气调保鲜技术结合起来应用于水产品保鲜，能更好地提升产品品质和安全性。

3.设备

用于气调保鲜的主要有箱式和枕式两种设备。基本操作是将食物放在具有阻隔性的塑料薄膜或小袋中，抽真空或气体冲洗以除去空气，并用热封或黏合剂密封包装。对于真空包装产品，将产品放置在预制的小袋中或包裹在薄膜中，薄膜既提供了水分和气体渗透屏障，又可以使食品周围保持恒定的环境。箱式机器使用热成型或预制托盘，而枕式包装设备是水平或垂直成型填充密封。

气体比例混合装置是气调保鲜技术中的核心部分，其功能是要保证按预定的最佳比例将两种或3种气体混合，气体钢瓶中的压缩气体经过减压阀减压后进入气体比例混合装置，按照设定的比例混合完成后进入包装机。不同气体配比是通过容器总体积一定、不同组分气体分压不同，实现对混合气体的精确调节。气体混合器可以为气调保鲜包装内提供成比例的气体，使得混合气体更适宜包装产品。

三、发展前景

我国气调保鲜技术在水产品方面的应用较少，随着技术的发展和人们对高品质水产品需求增加，该技术在我国会有很大的普及空间。为解决目前水产品气调保鲜技术依然存在的微生物安全性问题，需要加强相关的致病菌鉴定、货架期预测模型的研究。同时，随着包装设备、包装材料、包装技术的提升，气调保鲜技术将为水产品的生产、加工、储藏、运输提供更加便利的帮助。