物理方法在鮮切蘋果保鮮中的應(yīng)用研究進展

王智榮，楊 琦，呂新剛,*，鄭力榕，高 慧

鮮切果蔬，又名半處理果蔬或輕度加工果蔬，是新鮮果蔬經(jīng)分級、整理、清洗、切分、去心（核）、修整、保鮮、包裝等程序處理后形成的快捷方便食品。相對于完整的新鮮果蔬，鮮切果蔬更易產(chǎn)生生理衰老、營養(yǎng)損失、組織變色、質(zhì)地軟化或木質(zhì)化、風(fēng)味下降、微生物侵染等問題，使其品質(zhì)保持困難，大大縮短了這類產(chǎn)品的貨架壽命，限制了鮮切果蔬加工業(yè)的發(fā)展[1-5]。近年來，國內(nèi)外科研人員圍繞如何保持鮮切蘋果的品質(zhì)及延長貨架壽命等方面進行了大量研究，涉及物理、化學(xué)、生物等方法，其中物理方法因其安全性、便利性而受到廣泛關(guān)注和認可。考慮到目前消費者對食品安全關(guān)注度的提升，本文對物理保鮮方法在鮮切蘋果中的應(yīng)用進行了綜述，以期為其在本領(lǐng)域的深入發(fā)展及生產(chǎn)中的進一步應(yīng)用提供借鑒。

物理保鮮方法是利用物理的技術(shù)手段達到保鮮的目的，其基本原理主要是通過調(diào)節(jié)溫度、濕度、壓力、氣體成分等物理參數(shù)對果蔬產(chǎn)品進行作用，使之對環(huán)境反應(yīng)遲緩，改變果蔬原來的生物規(guī)律，最終實現(xiàn)保鮮。

1 光電方法在鮮切蘋果中的應(yīng)用

1.1 紫外輻照

紫外（ultraviolet，UV）輻照殺菌是利用適當波長的紫外線能夠破壞微生物機體細胞中的DNA或RNA的分子結(jié)構(gòu)，造成生長性細胞死亡和/或再生性細胞死亡，達到殺菌消毒的效果，能有效避免或消除食品生產(chǎn)和制作過程中可能出現(xiàn)的嚴重交叉污染問題。用于鮮切蘋果殺菌的紫外線波長在200～280 nm范圍內(nèi)，即短波紫外線（UV-C light，UV-C）區(qū)，UV-C波長短，能量高，殺菌效果好[5-8]。

UV輻照對鮮切蘋果的殺菌保鮮效果取決于蘋果品種、輻照劑量、輻照時間等。大多數(shù)報道認為適宜時間的低劑量UV輻照，能有效抑制鮮切蘋果中霉菌、酵母菌等腐敗菌的生長繁殖，維持較高水平的可滴定酸、抗壞血酸、還原糖和可溶性固形物含量，從而明顯延長鮮切蘋果的貨架期[6-9]（表1）。Manzocco等[7]的研究表明，這可能是因為UV輻照能促使鮮切蘋果表面形成干燥的可食保護性薄膜，有利于抑制微生物的生長繁殖和阻止離子滲漏，并有助于消除存儲期間的不良異味；但他們同時發(fā)現(xiàn)，高強度（大于1.2 kJ/m2）UV輻照會破壞鮮切蘋果細胞生物膜的完整性，導(dǎo)致褐變和質(zhì)量損失加劇。這和Gómez等[8]關(guān)于鮮切蘋果的褐變隨著輻照強度的增強和輻照時間的延長更嚴重的研究結(jié)果一致（表1），因此，應(yīng)采用適宜的低強度輻照處理。此外，在UV輻照前，用適當濃度的檸檬酸或抗壞血酸浸漬鮮切蘋果，其綜合效果更好，尤其是在抑制褐變方面。例如，經(jīng)過檸檬酸和UV聯(lián)合處理的鮮切富士蘋果，其各方面表現(xiàn)明顯好于兩者單獨處理[10-11]。

UV穿透能力差，只能對表面進行消毒殺菌，對蘋果切片背面和內(nèi)部均無殺菌效果，對芽孢和孢子幾乎沒有作用[5]，這些都限制了UV輻照的應(yīng)用。鑒于此，尋求聯(lián)合而非單一的UV輻照技術(shù)不失為一種可行的解決方案。

表1 光電方法在鮮切蘋果保鮮中的應(yīng)用Table 1 Applications of photoelectric methods in preservation of fresh-cut apples

1.2 脈沖光殺菌技術(shù)

脈沖光是一寬光譜白色閃光，譜帶的分配與太陽光相似，但每一個脈沖閃光強度約是海平面處太陽光強度的20 000 倍。脈沖光中起殺菌作用的波段可能是紫外光，其他波段起協(xié)同作用。脈沖強光有一定的穿透性，當閃照時，脈沖強光作用使微生物蛋白質(zhì)發(fā)生變性，從而使細胞失去生物活性，達到殺菌的目的[18]。

一般認為，脈沖光的殺菌保鮮效果和蘋果品種、脈沖光強度、脈沖光處理時間等有關(guān)。脈沖光能有效殺滅鮮切蘋果表面的微生物，有利于鮮切蘋果的保存和貨架期的延長（表1）。但Ignat等[12]研究指出，高強度的脈沖光對李斯特菌的作用不大；而且，隨著脈沖強光強度的增強，鮮切蘋果表面溫度不斷上升，導(dǎo)致褐變不斷加深。通過光學(xué)顯微鏡觀察，高強度的脈沖光使得切分后的蘋果細胞失去了區(qū)域化功能，造成酶與底物的接觸機會增多，導(dǎo)致蘋果組織褐變加劇。顯然，脈沖光的強度不宜過高。Gómez等[13]研究發(fā)現(xiàn)10 g/L的抗壞血酸和1 g/L的氯化鈣混合液浸漬，結(jié)合71.6 J/cm2的脈沖光處理，鮮切蘋果表面的褐變最小，微生物數(shù)量明顯降低，但對切片的硬度和脆性沒有顯著影響。Moreira等[14]報道，脈沖光結(jié)合涂膜處理鮮切金冠蘋果，能有效抑制嗜溫菌、嗜冷菌、酵母菌和霉菌的生長繁殖，對鮮切蘋果的抗氧化活性、質(zhì)構(gòu)和感官特性影響甚微。

然而，由于脈沖強光主要用于食品及包裝材料表面殺菌，處理多層不透明包裝鮮切蘋果時，滅菌效果會受到一定程度的削弱，導(dǎo)致處理對象外部與中心殺菌效果不一致。此外，脈沖強光誘導(dǎo)的熱效應(yīng)是其殺菌機制之一，瞬時引起的局部溫度升高可能會加速鮮切蘋果組織水分蒸發(fā)以及一些酶促或非酶促劣變進程，對鮮切蘋果的品質(zhì)造成不利影響[18]。

1.3 高壓脈沖電場及磁電輔助浸漬

高壓脈沖電場處理是一種新型的非熱食品處理技術(shù)，它是以較高的電場強度（10～50 kV/cm）、較短的脈沖寬度（0～100 μs）和較高的脈沖頻率（0～2 000 Hz）對液體、半固體食品進行處理[19-20]。Shayanfar等[15]研究表明，高壓脈沖電場處理能有效殺滅微生物，并在貯藏過程中有效控制微生物的生長繁殖，保持鮮切蘋果的固有顏色。此外，高壓脈沖電場所需能量低，溫度上升幅度不大，對鮮切蘋果的質(zhì)構(gòu)、營養(yǎng)風(fēng)味等幾乎沒有影響，是一種理想的殺菌技術(shù)。

磁電輔助浸漬是將感應(yīng)交變電場施加于浸漬溶液體系，并結(jié)合旋轉(zhuǎn)磁場作用，即以交變電場力和交變磁場力共同作用促使菌體或離子發(fā)生大規(guī)模的遷徙運動，加速其在鮮切蘋果組織中的滲透和擴散，以達到益生菌富集或離子強化的目的。楊哪等[16]研究表明，體系場強和磁場強度越高，越有利于菌體的擴散和滲透，其最適的電場頻率和磁場頻率分別為200 Hz和1 Hz。此外，磁電輔助浸漬還應(yīng)用于鈣離子強化，當施加到浸漬體系的電壓為200 V、信號波形為脈沖波時，鈣離子向蘋果切片的滲透和擴散效果最為顯著[17]。

2 高壓技術(shù)在鮮切蘋果中的應(yīng)用

2.1 超高壓技術(shù)

超高壓處理就是將食品密封于彈性容器或置于無菌壓力系統(tǒng)中，在高靜壓條件（一般100 MPa以上）下處理一段時間，從而抑制微生物的生長甚至殺死微生物，達到貯藏保鮮的目的。超高壓處理可能引起微生物細胞形態(tài)和細胞壁、細胞膜結(jié)構(gòu)的改變，進而破壞細胞正常的生化反應(yīng)和遺傳機制，細胞膜結(jié)構(gòu)的改變很可能是超高壓處理導(dǎo)致一些微生物死亡的主要原因[21]。

在20～30 ℃條件下，300～400 MPa處理鮮切果蔬5～15 min，即能有效殺滅果蔬中酵母和霉菌的營養(yǎng)細胞，但至少需要600 MPa的超高壓處理10～15 min并結(jié)合60～90 ℃的熱處理才能使這些孢子致死[22]。對于一些具有高傳染能力的細菌如大腸桿菌和沙門氏菌，因其對酸敏感，故而采用相對較低的壓力處理就能取得較好的殺菌效果。

超高壓處理除了具有顯著的殺菌效果外，還會影響多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）的活性。PPO被認為是導(dǎo)致鮮切蘋果褐變的主要作用酶，超高壓處理對PPO活性的抑制或激活會影響蘋果切片的褐變程度。從現(xiàn)有的報道來看，200～500 MPa對PPO具有激活效應(yīng)[23]，而當壓力超過500 MPa，則會抑制酶活性。如Weemaes等[24]研究發(fā)現(xiàn)，室溫下，600 MPa處理會鈍化PPO活性，且大致符合一級動力學(xué)反應(yīng)。也有些研究得出了相反的或不同的結(jié)論（表2）。林怡等[25]研究表明，鮮切蘋果片的色變符合零級動力學(xué)反應(yīng)，當以400 MPa壓力處理10 min時，可以顯著減緩色變速率。此外，為進一步抑制褐變，很多學(xué)者開始探尋聯(lián)合技術(shù)而非單一的超高壓處理。如Vercammen等[26]將蘋果切片浸于250 g/L酸化的葡萄糖溶液中，施以450 MPa的超高壓處理，切片的貨架期從不作處理的15 d延長到了90 d，且該處理對硬度幾乎沒有影響。Niranjala等[27]用體積分數(shù)為50%的菠蘿汁浸漬高壓處理鮮切蘋果，也得到了類似的結(jié)果。

2.2 高壓惰性氣體處理

在一定壓力和溫度條件下，氬、氙、氮、氪等惰性氣體能和水分子形成氣體水合物，在氣體水合物中，水分子作為主體通過氫鍵形成籠形結(jié)構(gòu)，氣體分子被包圍在籠形結(jié)構(gòu)中。果蔬中氣體水合物的形成會降低鮮切蘋果組織內(nèi)水活度和酶分子的活性，抑制果蔬的代謝活動而達到保鮮的作用。加壓處理后，惰性氣體會進入鮮切果蔬組織內(nèi)的微氣孔中，取代果肉組織中氧分子等氣體分子，在鮮切果蔬貯藏中起到后續(xù)保鮮的作用[28]。

吳志霜等[28-29]研究發(fā)現(xiàn)，高壓氬氣處理的鮮切蘋果，其呼吸速率和乙烯生成量明顯降低，褐變和微生物的生長繁殖也得到有效的控制，然而150 MPa[29]和25 MPa[28]處理對呼吸速率、乙烯生成量、總酚含量影響沒有顯著差別。在用惰性氣體進行高壓處理前，用一定濃度的抗壞血酸、檸檬酸和氯化鈣的混合液浸漬切片適當時間，能有效改善高壓處理引起的硬度下降等問題[29]。Wu Zhishuang等[30]用體積比為2∶9的氬氣和氙氣混合氣體對鮮切蘋果進行1.8 MPa高壓處理，能促進鮮切蘋果的創(chuàng)口愈合反應(yīng)，提高酚類物質(zhì)和木質(zhì)素的積累，顯著抑制大腸桿菌和釀酒酵母的生長繁殖（表2）。Tardelli等[37]的研究結(jié)果支持這一觀點，蘋果的PPO、POD和抗壞血酸過氧化物酶（ascorbate peroxidase，APX）的生理活性亦幾乎不受影響。

表2 高壓技術(shù)在鮮切蘋果保鮮中的應(yīng)用Table 2 Applications of high-pressure technology in preservation of fresh-cut apples

表3 氣調(diào)貯藏技術(shù)在鮮切蘋果保鮮中的應(yīng)用Table 3 Applications of modified atmosphere packaging in preservation of fresh-cut apples

3 氣調(diào)貯藏技術(shù)在鮮切蘋果中的應(yīng)用

氣調(diào)貯藏是通過調(diào)節(jié)和控制氣體比例的方式來達到貯藏保鮮的目的，是目前國際上使用普遍使用的一種保鮮技術(shù)。對于鮮切果蔬，氣調(diào)條件通常是通過采用自發(fā)氣調(diào)包裝實現(xiàn)的，對鮮切蘋果的保鮮效果取決于蘋果品種、溫度、濕度和氣體成分等，但最主要的影響因素是氣體成分。絕大多數(shù)的報道認為，高濃度CO2和低濃度O2的氣調(diào)貯藏能有效延長蘋果的貨架期，但過高濃度的CO2對蘋果有傷害（表3）。例如，體積分數(shù)5% CO2+5% O2比體積分數(shù)35% CO2+5% O2的氣體組成能更好地保持鮮切蘋果的硬度和色澤[31]。姜愛麗等[32]指出氣調(diào)能有效降低褐變程度和抑制腐爛發(fā)生，體積分數(shù)5% O2+10% CO2更有利于抑制腐爛，但體積分數(shù)5% O2+5% CO2更有利于控制褐變。氣體成分對鮮切蘋果品質(zhì)影響還取決于所采用包裝的性質(zhì)。例如，高O2低CO2透過率包裝能更好地保持鮮切蘋果果香、口感、甜度和質(zhì)構(gòu)[33]。在體積分數(shù)90.5% N2+7.0% CO2+2.5% O2的初始氣體成分下，中透O2比低透O2塑料包裝抑制PPO活性的效果更好，進而顯著延長鮮切蘋果的貨架期[34]。除對O2/CO2的調(diào)控之外，Ar也被用于氣調(diào)組分的調(diào)控。體積分數(shù)80% Ar+20% CO2的氣體配比能顯著降低乙烯的生成量，并能誘導(dǎo)生成乙醛、乙醇、乙酸乙酯等物質(zhì)，而對鮮切蘋果的硬度、外觀、風(fēng)味幾乎沒有影響[35]。此外，蘋果鮮切前的貯藏環(huán)境也影響其切片貨架品質(zhì)。Toivonen等[36]研究發(fā)現(xiàn)，從氣調(diào)庫移出并在低溫大氣環(huán)境下放置2 周的蘋果，其切片在貯藏過程中顏色更穩(wěn)定，二次褐變明顯減弱。

4 溫度調(diào)控在鮮切蘋果中的應(yīng)用

4.1 低溫貯藏技術(shù)

低溫貯藏就是利用低溫技術(shù)將食品溫度降低，并維持在低溫狀態(tài)。根據(jù)生物學(xué)反應(yīng)的Q10理論，溫度每降低10 ℃，代謝速率會下降2～3 倍。低溫貯藏可以有效地抑制鮮切蘋果表面微生物的生長和繁殖，鈍化酶的生物活性，減弱鮮切蘋果的呼吸作用，降低鮮切蘋果內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)的速率，有利于保持鮮切蘋果的品質(zhì)，是一種常用的保藏方法[5]（表4）。Roversi等[38]研究發(fā)現(xiàn)，4 ℃條件下貯藏鮮切蘋果30 d后，其水分含量仍高達85%。Fagundes等[39]指出，在11 d貨架期內(nèi)，貯藏溫度為2、5、7 ℃的鮮切蘋果都能保持較好品質(zhì)，而貯藏溫度為2 ℃的實驗組呼吸速率和質(zhì)量損失最低。魏敏等[40-41]報道認為，低溫能有效抑制PPO、POD、PAL的活性，確定了鮮切富士和嘎啦蘋果的最適貯藏溫度為6 ℃。

4.2 熱處理

熱處理是指對果蔬在采后以高于果實成熟季節(jié)的溫度（10～15 ℃）進行處理。熱處理的目的在于殺滅微生物，抑制有害微生物的生長，破壞果蔬中的酶，鈍化PPO、POD等活性，降低呼吸強度，抑制乙烯生成。熱處理可以有效地控制鮮切果蔬在貯藏保鮮過程中的腐敗變質(zhì)，延長貯藏時間[42]（表4）。范林林等[43]研究發(fā)現(xiàn)，50 ℃的熱水處理2 min能更好地維持鮮切蘋果的外觀、風(fēng)味和硬度，抑制微生物繁殖，具有很好的護色能力；而60 ℃和70 ℃熱水處理的效果卻低于未處理組，且顯著低于50 ℃熱水處理組。Aguayo等[44]研究發(fā)現(xiàn)，48 ℃和55 ℃熱水處理2 min的實驗組，不論是顏色、感官品質(zhì)、微生物總數(shù)，還是抗氧化活性物質(zhì)、酚類物質(zhì)含量，都沒有顯著差異，顯然，從降低能源消耗和減少高溫對鮮切蘋果的損傷等方面來看，48 ℃熱水處理更好。

表4 溫度調(diào)控在鮮切蘋果保鮮中的應(yīng)用Table 4 Applications of temperature control in preservation of fresh-cut apple

5 其他技術(shù)

5.1 減壓冷藏技術(shù)

減壓冷藏是在普通冷藏的基礎(chǔ)上引入減壓技術(shù)，并在冷藏期間保持恒定的低壓、低溫，是集真空冷卻、氣調(diào)貯藏、低溫保存和減壓技術(shù)于一體的食品貯藏方法[45]。胡欣等[46]研究表明，蘋果切片經(jīng)減壓冷藏處理（1 417～1 503 Pa、3.1～4.5 ℃）比普通冷藏更能有效減緩切片表面的褐變。雖然減壓冷藏具有冷卻速率快、保存質(zhì)量好、方便環(huán)保、延長貨架壽命和沒有危害物質(zhì)產(chǎn)生等優(yōu)點，但也存在高成本問題，另外容易導(dǎo)致食品失水，以及喪失原有的香氣和風(fēng)味[45]（表5）。

表5 其他物理技術(shù)在鮮切蘋果保鮮中的應(yīng)用Table 5 Applications of other physical techniques in preservation of fresh-cut apples

5.2 超聲波處理

超聲波處理主要是利用高頻高能量的超聲波的空穴效應(yīng)產(chǎn)生瞬間高溫、高壓，使某些細菌致死、病毒失活的過程。超聲波能破壞一些體積較小的微生物細胞壁，導(dǎo)致微生物死亡，從而延長鮮切果蔬的貨架期[5,49]（表5）。楊明冠等[47]研究表明，超聲波處理可以顯著鈍化PPO的活性，在一定的處理時間范圍內(nèi)，隨超聲功率的增大，酶活力迅速降低。但也有報道認為，超聲波處理沒有明顯的抑制酶活力的能力[48]。

6 結(jié) 語

過去幾十年，隨著技術(shù)水平的提升以及對鮮切蘋果貨架期間生理生化變化的深入研究，物理方法通過殺菌、抑制褐變和軟化等方面作用效應(yīng)而表現(xiàn)出對鮮切蘋果的良好保鮮效果，且明顯表現(xiàn)出處理快速便捷、安全性高的技術(shù)優(yōu)勢。因而，物理技術(shù)在鮮切果蔬方面的應(yīng)用具有良好的潛力和前景。目前產(chǎn)業(yè)應(yīng)用方面，使用較多的仍是氣調(diào)、低溫貯藏和熱處理等傳統(tǒng)方法；而UV輻照、高壓脈沖電場、超高壓等技術(shù)也必將隨著新型設(shè)備的開發(fā)而受到青睞。綜上，未來應(yīng)加強以下研究以推進物理技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用：1）針對殺菌、抑制褐變和軟化作用，著重研究各物理方法的典型作用機制、影響因素及處理條件，強化各方法的作用優(yōu)勢；2）對不同物理方法進行聯(lián)合使用，研究協(xié)同作用條件及機制，實現(xiàn)優(yōu)勢互補；3）食品、機械、信息等方面背景研究人員開展協(xié)同研究，聯(lián)合攻關(guān)。相信隨著技術(shù)、設(shè)備的成熟及成本的降低，物理方法在鮮切果蔬保鮮方面必將發(fā)揮越來越大的作用。

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