《Foods》：Controlling Microbial Spoilage of Aquatic Products with Hurdle Technology: A Review
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微生物增殖导致的腐败是水产品品质及营养价值下降的主要原因。目前的研究大多聚焦于各类抗菌方法，然而每种抗菌保鲜技术在维持贮藏品质和延长水产品货架期方面均存在一定局限性。本文对水产品的腐败微生物进行了分类，并指出希瓦氏菌属（Shewanella spp.）和假单胞
微生物增殖导致的腐败是水产品品质及营养价值下降的主要原因。目前的研究大多聚焦于各类抗菌方法，然而每种抗菌保鲜技术在维持贮藏品质和延长水产品货架期方面均存在一定局限性。本文对水产品的腐败微生物进行了分类，并指出希瓦氏菌属（Shewanella spp.）和假单胞菌属（Pseudomonas spp.）是常见的腐败菌。研究人员对栅栏技术的多重抗菌机制进行了剖析：组合栅栏被划分为五种模式（物理–物理、物理–化学、物理–生物、生物–化学和生物–生物），并连同新兴的智能控释抗菌包装一起综述了其在水产品中的应用。本文旨在为水产品保鲜技术的迭代优化提供理论参考。
主体内容总结
1. 引言
食品腐败是一个全球性挑战，对食品安全、营养品质和人类健康产生不利影响。水产品因风味鲜美且富含优质蛋白等高营养物质而广受消费者青睐，其新鲜度是决定感官品质和营养价值的关键因素。附着于水产品表面及存在于周围环境中的微生物在高水分、高营养条件下迅速增殖，使水产品在捕捞、运输和贮藏过程中极易发生腐败，不仅导致品质和营养价值下降，还可能引发食品安全风险。凡能抑制食品中微生物生长繁殖的因素均被定义为栅栏因子。栅栏技术通过整合物理、化学和生物栅栏因子构建多重抗菌屏障，以抑制微生物增殖并延缓水产品腐败。物理栅栏技术主要包括低温贮藏、pH调控、水分活度控制（如盐渍）、气调包装（modified atmosphere packaging, MAP）、超声波等；化学栅栏技术主要指人工添加的化学防腐剂和抗氧化剂，如山梨酸、丁基羟基甲苯和丁基羟基茴香醚；生物栅栏技术则以微生物抑制剂（如乳链菌肽（nisin）和溶菌酶）、微生物拮抗、天然提取物（包括有机酸、植物精油和茶多酚）以及群体感应（quorum-sensing, QS）抑制剂为代表。单一栅栏保鲜技术虽能在一定程度上延长水产品货架期，但普遍存在应用要求高、适用性有限等不足。组合栅栏技术展现出显著的协同保鲜效应，不同栅栏因子作用于微生物细胞膜结构、能量代谢途径、基因表达和QS系统，形成多维抗菌靶点，实现增强的保鲜效果。
2. 水产品的腐败微生物
微生物是导致水产品腐败的主要原因，主导腐败过程的微生物被定义为特定腐败菌（specific spoilage organisms, SSOs）。主要SSOs包括假单胞菌属、希瓦氏菌属、弧菌属、芽孢杆菌属、发光杆菌属、不动杆菌属、气单胞菌属、乳杆菌属和酵母菌属等，其中多数为革兰氏阴性菌。水产品腐败微生物群落的组成强烈依赖于环境和贮藏条件。新鲜水产品的初始菌群以革兰氏阴性菌为主，冷藏条件下嗜冷性假单胞菌属和希瓦氏菌属常成为主要腐败菌。在真空包装（vacuum packaging, VP）或MAP条件下，严格需氧的革兰氏阴性腐败菌生长受到抑制，腐败菌群转向耐CO2的兼性厌氧菌，如磷光发光杆菌和乳酸菌。假单胞菌属和希瓦氏菌属是鱼类（包括鲤鱼、草鱼和鲢鱼）中常见的腐败菌。假单胞菌属在低温条件下促进脂质氧化产物形成，加剧异味产生，并与希瓦氏菌属竞争铁离子，其代谢产物增加腐胺生成，导致水产品产生明显的酸臭味、肌肉质地松软、表面灰绿色变色及显著品质劣变。虾类的腐败过程受种类和贮藏环境等多因素影响，假单胞菌属、弧菌属和希瓦氏菌属是常见的优势腐败菌。凡纳滨对虾的SSOs属于希瓦氏菌属、嗜冷杆菌属、假单胞菌属、不动杆菌属和弧菌属。希瓦氏菌属也是冷藏条件下贝类的主要腐败菌。
3. 栅栏技术的抗菌机制
栅栏技术的抗菌保鲜机制主要包括破坏微生物结构完整性、干扰微生物能量代谢、调控微生物基因表达、改变微生物生存微环境和抑制QS系统。物理和化学处理可直接损伤微生物细胞外层屏障，破坏胞内稳态，最终导致微生物灭活。高压处理可引起细胞壁起泡、肿胀、破裂和细胞质泄漏；臭氧通过强氧化作用破坏膜蛋白和脂多糖，触发胞内物质泄漏；植物精油中的酚类、醇类等活性成分能够穿透细菌细胞膜，破坏膜结构并导致胞内物质释放；壳聚糖作为阳离子多糖，通过静电作用附着于细菌细胞膜负电荷表面，增加膜通透性，诱导胞内物质外流。多种防腐剂能够抑制微生物关键酶的活性，如微酸性电解水可使水产品内源酶失活，植物精油和多酚类化合物对细菌ATP酶和蛋白质合酶具有抑制作用。希瓦氏菌来源的三甲胺-N-氧化物还原酶（TorA）是鱼腥味产生的关键催化剂，抑制TorA活性有利于从源头抑制三甲胺的生物合成。某些醛类衍生物如（E）-2-己烯醛和肉桂醛可诱导活性氧（reactive oxygen species, ROS）过量积累，损害细胞质膜完整性，干扰糖酵解途径和ATP生物合成。在调控微生物基因表达方面，辐照和光动力灭活可调控细菌基因表达，枯茗醛通过氢键结合DNA，使DNA双螺旋结构松散，抑制金黄色葡萄球菌增殖。贮藏条件如温度、pH和水分活度的调控可直接或间接抑制微生物生长。低温条件通过降低微生物代谢速率和内源酶活性延缓腐败，酸化策略建立不利于多数腐败菌增殖的酸性微环境，干燥、腌制和盐渍降低水分活度以抑制微生物生长代谢。QS系统调控细菌生物被膜的形成和成熟，通过灭活合酶或消耗相应底物可抑制信号分子合成，QS抑制剂可瓦解生物被膜结构并减弱微生物活力和致病性。
4. 组合栅栏技术的应用
常见组合栅栏技术包括物理–物理、物理–化学、物理–生物、化学–生物和生物–生物栅栏技术。物理–物理组合中，低压静电场与部分冷冻联合处理可有效降低大黄鱼中假单胞菌属和嗜冷杆菌属等腐败菌的相对丰度，降低总挥发性盐基氮（total volatile basic nitrogen, TVB-N）和菌落总数，延缓腐败并延长货架期；300 MPa超高压与磁场联合处理可抑制草鱼鱼片的脂质氧化和蛋白质变性，抑制微生物生长。物理–化学组合中，微酸性电解水与冷冻联合处理显著抑制凡纳滨对虾肌原纤维蛋白和肌浆蛋白降解，对嗜冷杆菌属、希瓦氏菌属和黄杆菌属腐败菌分别实现71.6%、47.8%和100%的抑制率。物理–生物组合中，QS抑制剂电纺纤维可干扰微生物QS系统，抑制荧光假单胞菌生长及TVB-N和三甲胺的形成，延长冷藏三文鱼鱼片的货架期；葡萄籽、莲房和莲藕来源的酚类提取物与4 °C冷藏联合可降低变形菌门相对丰度，重塑鱼肉微生物群落结构；壳聚糖乳液包埋辣木籽肽MOp2可抑制大肠杆菌和金黄色葡萄球菌增殖，将草鱼货架期延长至9天；植物乳杆菌OV50可持续抑制多种食源性病原菌生长，降低肠杆菌目、大肠菌群、假单胞菌属、弧菌属和金黄色葡萄球菌丰度，将沙丁鱼货架期延长至12天；溶菌酶-黄蓍胶-海藻酸钠活性涂膜在?3 °C微冻贮藏下抑制大黄鱼TVB-N、丙二醛、组氨酸和鱼腥味化合物的形成。生物–化学组合中，含没食子酸的复合壳聚糖膜可减缓大西洋竹荚鱼TVB-N积累；含植物精油的玉米醇溶蛋白复合涂膜可降低虹鳟鱼肌肉中肠杆菌科、嗜冷菌、嗜中温和假单胞菌属总数；含蜂胶提取物的壳聚糖复合涂膜可改善金线鱼鱼片感官品质，延缓脂质氧化并延长货架期。生物–生物组合中，nisin与酚类化合物联合可有效降低应用剂量并增强对李斯特菌的抑制活性；含ε-聚赖氨酸和卡拉胶的壳聚糖涂膜对中国对虾具有显著抗菌效果，延缓脂质氧化并抑制TVB-N积累。
5. 未来展望
未来研究的核心任务在于量化栅栏技术选择与组合的规律。对于海水养殖鱼类，推荐采用低温与高CO2-MAP联合的栅栏体系；淡水鱼可采用VP或MAP与壳聚糖等生物防腐剂联合的保鲜策略；虾类可采用负载精油等活性物质的可食涂膜与低温和MAP等栅栏技术联合的复合策略。智能包装可通过包装基质的收缩、溶胀、溶解、官能团结构转变和分子自组装等理化变化实时感知内外环境变化，实现功能性活性保鲜剂释放速率的精准可控调节。常见响应模式包括温度响应型、pH响应型、光响应型、湿度响应型和酶响应型。仍需进一步研究的问题包括：栅栏因子间的相互作用机制、基于特定腐败菌生长动力学的预测模型、混合微生物群落行为以及在实际水产品基质中的验证。
6. 结论
希瓦氏菌属和假单胞菌属等SSOs是导致水产品腐败的关键微生物，有效控制此类微生物是水产品保鲜的核心挑战。组合栅栏技术通过多种因子间的协同作用在多个靶点抑制腐败微生物的代谢和增殖，实现优越的保鲜性能，已成为水产品保鲜领域的主流研究方向。智能控释抗菌包装等新兴技术有望为水产品新型长效保鲜技术的迭代开发提供理论支撑。
