编辑推荐：
本文聚焦含天然抗菌剂（NAM）的活性包装（AAPM）技术，探讨其对延长鱼制品保质期、减少浪费及提升可持续性的作用。文中分析了 NAM 的抗菌特性、AAPM 的开发应用、环境影响及相关问题，为鱼制品保鲜技术研究提供了全面参考。
1. 引言
鱼是全球重要的食物，为人们提供丰富蛋白质，在欧洲饮食中占据重要地位。但鱼制品极易腐败，微生物生长是导致其变质的主要原因，这使得全球大量鱼制品在供应链中被浪费，在欧盟，每年有 50% 的市售鱼被浪费。因此，开发新技术延长鱼制品保质期、减少浪费对保障全球粮食安全意义重大。
传统保鲜技术虽能延长鱼制品保质期，但消费者对新鲜、健康、天然鱼制品的需求日益增长，促使海鲜行业寻求新的保鲜方法。障碍技术（hurdle technology）应运而生，将温和保鲜技术与含 NAM 的 AAPM 结合，有望生产出安全、可持续的食品。
AAPM 通过与食品或包装顶空相互作用，抑制微生物生长，其开发常使用植物或动物来源的清洁标签和天然防腐剂。目前研究主要关注有机 acids、多糖（如壳聚糖 chitosan）、植物精油（EOs）和微生物来源的抗菌剂等 NAM 在 AAPM 中的应用。同时，环境因素在包装选择和使用中至关重要，使用可持续包装材料开发 AAPM 可减少鱼制品浪费和包装对环境的影响，其可持续性可通过生命周期评估（LCA）进行评估。
2. 用于延长鱼制品保质期的天然抗菌剂
2.1 植物精油
EOs 是从植物中提取的疏水、芳香、挥发性液体，具有广谱抗菌活性，能有效抑制食源性病原体和腐败微生物生长，如迷迭香、丁香、肉桂等 EOs 在延长生鱼制品保质期方面展现出巨大潜力。
EOs 的抗菌效果取决于其生物活性化合物，如萜烯、苯丙素和萜类化合物等，主要成分包括百里酚、香芹酚等。其抗菌活性受多种因素影响，如目标细菌类型、生长条件、植物品种等。EOs 对革兰氏阳性菌的抗菌效果更显著，因为其细胞膜结构利于 EOs 及其生物活性化合物的穿透和相互作用，而革兰氏阴性菌的外膜会限制 EOs 的扩散。
2.2 壳聚糖
壳聚糖是一种天然聚合物，源自海洋贝壳或真菌细胞壁，在食品包装行业备受青睐。它具有抗菌、抗氧化、成膜性好、可生物降解、无毒、生物相容性好、气体渗透性低等优点，且被美国食品药品监督管理局（USFDA）认定为一般公认安全（GRAS）物质。
壳聚糖的抗菌性能受其来源、乙酰化程度、浓度、分子量、与鱼基质的相互作用以及目标微生物等因素影响。它对革兰氏阳性菌和阴性菌均有广泛活性，作用机制包括与细菌细胞壁的阴离子自由基结合、破坏细胞膜、阻碍营养物质交换以及干扰 DNA/RNA 和蛋白质合成等。
2.3 有机酸
有机酸是天然存在的有机化合物，包括短链弱酸、（单）羧酸、脂肪酸和氨基酸等，常见于水果或植物中。有机酸对海鲜相关腐败微生物和病原体具有较强抗菌活性，如对假单胞菌属（Pseudomonas spp.）、肠杆菌科（Enterobacteriaceae）等。
有机酸的抗菌作用源于其未解离酸形式的亲脂性，能穿透细菌细胞膜，进入细胞后解离，降低细胞质 pH 值，破坏营养运输系统，导致细胞崩溃。但有机酸的抗菌效果受碳链长度、不饱和程度、酸的 pKa 值和食品基质 pH 值影响。为避免直接使用有机酸对鱼肌肉造成破坏，可将其与聚合物结合，如壳聚糖、淀粉等，以保持鱼制品质量。常见的食品级有机酸及其盐类，如乳酸、柠檬酸等，已被证实能有效延长生鱼保质期。
2.4 天然抗菌剂作为障碍技术在鱼类加工中的应用
障碍技术是将两种或多种温和保鲜技术智能组合，形成微生物难以逾越的障碍。在鱼类保鲜中，冷藏和包装是常用方法，但存在成本高、冷链断裂易导致质量恶化等问题。
将 NAM（如 EOs、壳聚糖和有机酸）单独或组合使用，通过浸涂、涂膜、喷涂等方法，以聚合物为载体，可有效延长鱼制品保质期。NAM 组合产生的协同作用能增强抗菌活性，为开发高效 AAPM 提供了更大潜力。
2.5 影响天然抗菌剂抗菌活性的内在和外在因素
NAM 与鱼基质的相互作用会影响其抗菌效果，这一相互作用受鱼的固有成分（如营养物质、pH 值、水分活度等）和环境条件（如温度、相对湿度、包装气氛等）影响。
鱼富含蛋白质和脂肪，这些营养物质可能为腐败和致病微生物提供保护，降低 NAM 的抗菌活性。例如，EOs 与蛋白质氨基酸基团结合会使其抗菌效力降低，壳聚糖的氨基也会与脂肪和蛋白质相互作用，抑制其抗菌活性。不过，水分活度高有助于 NAM 向微生物细胞位点移动，增强其抗菌活性；低 pH 值能延长细菌生长的延迟期，抑制多数食源性细菌生长，同时使含酚类化合物的 NAM 疏水性增强，提高其穿透细菌细胞膜的能力。
外在因素方面，低温储存可减缓嗜冷菌的生长，增强 NAM 的抑制作用。包装系统对 NAM 的分散和性能影响重大，在皮肤或真空包装中，NAM 与食品直接接触，其在包装材料中的扩散性、溶解性和稳定性至关重要；在气调包装（MAP）中，挥发性 NAM 会释放到包装顶空被食品吸收。
3. 用于保存鱼制品的抗菌活性包装材料的开发
3.1 天然抗菌剂在包装材料中的应用
将 NAM 添加到包装材料（如薄膜、垫子、小袋、标签和托盘）中，可调节其向食品的释放。制造 AAPM 的方法主要有以下几种：
- 直接将 NAM 掺入聚合物包装基质，可通过传统热处理（如共挤出）或非加热方法（如溶剂复合、静电纺丝和浇铸）实现，直接掺入能使 NAM 逐渐释放抑制微生物生长，但分散不均匀可能影响抗菌效果。
- 用含有抗菌化合物的基质对包装进行涂层处理，抗菌化合物可通过蒸发进入包装顶空或扩散迁移到食品表面，与直接应用相比，涂层处理能增加抗菌物质与食品的接触，提高效率。
- 将 NAM 整合到小袋或垫子中，再放入包装内，可实现抗菌物质的控释，有效抑制微生物生长，延长保质期。
- 使用具有固有抗菌成膜性能的聚合物，如壳聚糖和聚赖氨酸，其带电胺基可与微生物细胞膜上的负电荷反应，导致细胞死亡。
3.2 聚合物表面的活化
将 NAM 涂覆到塑料包装材料（如 PE、LDPE、PET 等）表面具有挑战性，需提高聚合物表面的活化能以实现 NAM 的附着。塑料表面可通过化学或辐射处理进行改性。
化学处理使用强酸氧化，虽能提高表面活化潜力，但存在安全隐患和环境污染问题。辐射处理方法则具有无毒、简单、无溶剂、环保、可持续和工业可扩展性等优点，如等离子体放电、电晕放电、UV / 臭氧处理等，这些方法能在塑料表面产生羟基或羧基等功能基团，增加表面能和膜的粘附性能，促进 NAM 的附着。
等离子体处理是一种常用的辐射处理方法，通过在电极间产生等离子体，与聚合物表面反应，可改变其物理、化学和结构性质。例如，氧等离子体与聚合物表面原子反应，可产生多种含氧功能基团，增加表面能和粘附性。等离子体处理还可用于包装表面和食品加工仪器的消毒，提高食品安全性。
电晕放电也是一种基于等离子体的处理方法，在高电位差下产生等离子体，与塑料表面相互作用，增加表面极性，常用于多种塑料薄膜的表面改性。
4. 使用抗菌活性包装的环境影响
食品浪费对环境影响巨大，全球食品浪费产生的温室气体排放量约占总排放量的 6%。减少包括海鲜在内的食品浪费对实现可持续经济和环境目标至关重要。
AAPM 使用可持续 NAM 可延长鱼制品保质期，减少食品浪费，但开发过程需确保对环境无不利影响。LCA 是评估产品或过程环境影响的标准化方法，通过定义目标和范围、进行清单分析、评估环境影响和解释结果四个阶段，可全面了解产品的环境足迹。
目前，LCA 已广泛应用于评估鱼和海鲜产品的环境影响，但关于包装系统与食品浪费关系的研究较少。已有研究表明，活性包装系统在减少食品浪费、降低环境影响方面效果显著，如在新鲜牛奶、新鲜牛肉、新鲜混合沙拉等产品中，活性包装不仅延长了保质期，还减少了食品浪费和环境影响。尽管尚未有关于减少鱼制品浪费的 LCA 研究报道，但对传统鱼包装材料的比较分析已揭示了其包装材料使用、功能单位、系统边界等信息。
5. 抗菌活性包装应用中的监管、安全和经济问题
5.1 监管问题
NAM 作为食品配料使用时通常被认为是安全的，但作为 AAPM 中的活性剂时，不再具有 GRAS 地位，可能需要获得监管机构的额外批准，如美国食品药品监督管理局（FDA）、欧洲食品安全局（EFSA）等。使用 AAPM 包装的产品可能需遵循特定的标签法规，以告知消费者抗菌剂的存在和相关安全预防措施。不过，当 NAM 作为间接添加剂且在食品中含量极低、无功能影响时，通常可豁免食品标签要求。
5.2 安全问题
抗菌包装需进行安全测试，评估抗菌物质从包装迁移到食品中的可能性以及与食品成分结合的毒性风险。确保 NAM 不会导致微生物产生耐药菌株也至关重要。活性物质的迁移应符合相关法规，如欧盟法规（EC）No.1935/2004，迁移量不得超过 0.01 mg/kg。
EOs 通常被认为是安全的，但超过一定剂量（2000 mg/kg）可能产生口服毒性，其在欧盟用于鱼类保鲜的最大允许浓度受 EFSA 和欧盟委员会法规限制，且可能需遵循新型食品法规进行安全评估和授权。有机酸作为食品添加剂可能产生有毒衍生物，还可能影响食品口感。此外，动物源壳聚糖存在致敏性问题，真菌源壳聚糖已被列为新型食品添加剂。
5.3 经济问题
AAPM 的开发需平衡功能、成本和安全。由于使用抗菌剂及将其整合到包装中的成本，AAPM 的制造成本高于传统包装。制造商需权衡生产成本与产品保质期延长等潜在效益。消费者对 AAPM 的需求可能影响其经济可行性，若消费者认可其延长保质期、提高食品安全等优点，AAPM 更具市场潜力。但 AAPM 的回收成本较高，可能阻碍相关基础设施和技术的投资。
6. 总结
AAPM 为提高鱼和海鲜产品的保质期和安全性提供了有前景的解决方案。研究表明，AAPM 能显著减少鱼制品浪费和环境影响，符合消费者对健康食品防腐剂的偏好。然而，AAPM 的有效性受多种因素影响，未来研究应聚焦于优化这些因素，以充分发挥 AAPM 的优势。工业界采用 AAPM 对改善食品安全、减少食品浪费、增强食品储存稳定性、保障粮食安全和促进环境可持续性具有重要意义。
