三種熏蒸劑在果蔬保鮮中應(yīng)用的研究進(jìn)展

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(1.大連民族大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,遼寧大連 116600;2.生物技術(shù)與資源利用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,遼寧大連 116600;3.大連理工大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,遼寧大連 116024)

水果和蔬菜中富含人體必需的維生素、礦物質(zhì)、纖維等一系列對(duì)人體有益的物質(zhì),廣受消費(fèi)者的喜愛(ài)。隨著人們生活水平的提高,人們?cè)絹?lái)越重視果蔬的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值、良好的口感和風(fēng)味等[1]。但果蔬在采后由于采收不當(dāng)和自身的生理代謝,微生物侵染以及機(jī)械損傷等原因極易腐敗變質(zhì),不耐貯藏[2]。因此,果蔬保鮮技術(shù)的研究與應(yīng)用顯得尤為重要,近年來(lái)已有許多國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)果蔬保鮮技術(shù)進(jìn)行了研究,結(jié)果表明合適的熏蒸劑處理可以降低果實(shí)的硬度和色澤變化,在延遲果蔬的呼吸強(qiáng)度和乙烯釋放量等方面都具有良好的效果。

表1 熏蒸劑在采后果蔬和鮮切果蔬中的應(yīng)用Table 1 Application of fumigant in postharvest and fresh cut fruits and vegetables

對(duì)果蔬進(jìn)行保鮮主要是通過(guò)調(diào)節(jié)環(huán)境溫度、濕度、壓力和氣體成分,旨在延長(zhǎng)果蔬的保質(zhì)期,此種保鮮方法不易控制,需要大型儀器等;還有利用天然或合成的保鮮劑對(duì)果蔬進(jìn)行浸泡、涂膜從而達(dá)到延長(zhǎng)果蔬保質(zhì)期的目的,此類(lèi)方法操作繁瑣、成本高、且有化學(xué)殘留,對(duì)人體易造成傷害,所以尋求一種操作簡(jiǎn)便,無(wú)污染,無(wú)殘留的方法顯得尤為重要,熏蒸技術(shù)通過(guò)促使熏蒸劑在密閉空間內(nèi)快速均勻分散的形式作用在果蔬方面,通過(guò)控制酶活、抑制有害菌生長(zhǎng)等方式達(dá)到延長(zhǎng)果蔬的保鮮期,更好的保證了果蔬在貯藏過(guò)程中的品質(zhì)[3]。該處理方法不與果蔬直接接觸,因此該技術(shù)處理果蔬對(duì)果實(shí)及人體的毒害作用較小,操作簡(jiǎn)便,被認(rèn)為是一種新型的保鮮方法。本文綜述了近年來(lái)在果蔬保鮮中使用較多的熏蒸劑,旨在為果蔬保鮮熏蒸劑的選擇提供理論基礎(chǔ)。

1 熏蒸技術(shù)

1.1 熏蒸原理

熏蒸是指在密閉空間內(nèi)利用熏蒸劑以氣態(tài)形式擴(kuò)散并與果蔬作用,主要是通過(guò)抑制有害微生物生長(zhǎng),調(diào)節(jié)果蔬新陳代謝,控制酶活等方式延長(zhǎng)果蔬貯藏期[4]。

1.2 常見(jiàn)熏蒸劑及使用要求

近年來(lái),國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)果蔬熏蒸技術(shù)進(jìn)行了研究,如Han等[5]研究表明乙醇熏蒸可以較好地改善果蔬的貯藏品質(zhì),延長(zhǎng)西蘭花貯藏期，在貯藏至6 d仍可被消費(fèi)者接受。但使用熏蒸劑的同時(shí)還要注意以下幾點(diǎn):a.熏蒸劑本身的理化性質(zhì);b.根據(jù)被熏蒸物的類(lèi)別及含水量、害蟲(chóng)或者病蟲(chóng)的種類(lèi)及其發(fā)展?fàn)顟B(tài)與危害程度來(lái)選擇適當(dāng)?shù)难魟┻M(jìn)行熏蒸處理;c.要考慮熏蒸時(shí)的溫濕度以及風(fēng)力、密封程度等。隨著人們生活水平的不斷提高以及對(duì)食品安全問(wèn)題的普遍關(guān)注,人們對(duì)果蔬熏蒸劑提出了更高的要求,即天然、綠色、安全。表1總結(jié)了近五年來(lái)乙醇、NO、臭氧等熏蒸劑在采后果蔬和鮮切果蔬中的應(yīng)用。

2 常見(jiàn)熏蒸劑在果蔬保鮮中的應(yīng)用

近年來(lái),熏蒸技術(shù)逐漸發(fā)展,應(yīng)用在果蔬保鮮中的熏蒸劑種類(lèi)較多,本文主要介紹在采后和鮮切果蔬中均有應(yīng)用的乙醇、一氧化氮和植物精油等熏蒸劑,對(duì)其熏蒸方法和應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行總結(jié)。

2.1 乙醇在果蔬保鮮中的應(yīng)用

乙醇是果蔬天然產(chǎn)物的次生代謝物,被美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局(FDA)定義為公認(rèn)的安全物質(zhì)[59]。乙醇主要是利用乙醇易揮發(fā)的特點(diǎn)對(duì)果蔬進(jìn)行熏蒸處理,通過(guò)抑制乙烯的合成、呼吸速率等方面有效延緩果蔬成熟衰老、減少腐爛和褐變程度、延長(zhǎng)貨架期,提高商品價(jià)值。乙醇熏蒸處理操作簡(jiǎn)便,成本較低,對(duì)環(huán)境無(wú)污染,在果蔬保鮮上具有較好的前景[6,60]。

2.1.1 乙醇在采后果蔬保鮮中的應(yīng)用 乙醇熏蒸技術(shù)在采后果蔬保鮮中應(yīng)用較廣,在藍(lán)莓[9]、番木瓜[10]、木薯[12]等方面均有研究,表2總結(jié)了近五年乙醇熏蒸在采后果蔬保鮮中的應(yīng)用。從表中可以看出乙醇熏蒸可以維持果蔬較好的生理品質(zhì)和酶活等相關(guān)指標(biāo),從而達(dá)到保鮮效果。

表2 乙醇熏蒸在采后果蔬保鮮中的應(yīng)用Table 2 Application of ethanol fumigation in fresh-keeping of fruits

2.1.2 乙醇在鮮切果蔬保鮮中的應(yīng)用 鮮切果蔬是經(jīng)最小加工處理形成的即食、即用產(chǎn)品,在加工過(guò)程中機(jī)械損傷不利于鮮切果蔬品質(zhì)的保持,限制了果蔬加工業(yè)的發(fā)展。因此,尋求一種保鮮方法延長(zhǎng)貨架期是鮮切果蔬加工過(guò)程中需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題[61],乙醇熏蒸處理是一個(gè)較好的處理方法,Fan等[51]人研究了濃度為50、100和200 mL/L的乙醇熏蒸山藥片2 h,然后在5 ℃的條件下貯藏,每隔3 d測(cè)定相應(yīng)指標(biāo),結(jié)果表明,12 d后200 mL/L的乙醇熏蒸山藥片只有輕微褐變,對(duì)照組褐變嚴(yán)重;褐變主要是由于酚類(lèi)化合物的積累和組織損傷導(dǎo)致苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性增加產(chǎn)生的,乙醇熏蒸處理可以抑制PAL活性,減少酚類(lèi)化合物的積累,同時(shí)具有較好的抗菌性能,降低失重率,有效抑制鮮切山藥褐變和微生物生長(zhǎng)。李佳格[49]研究了溫度在(25±1) ℃下,濃度為0、2、4、6 mL/L的乙醇熏蒸處理切條的生菜,取出后在4 ℃貯藏,每隔2 d測(cè)定其相應(yīng)指標(biāo),10 d后2和4 mL/L乙醇熏蒸處理后,生菜的感官評(píng)分明顯高于對(duì)照組,4 mL/L乙醇熏蒸處理后,生菜的MDA含量比對(duì)照組低0.33 mmol·g-1,2 mL/L乙醇熏蒸處理組過(guò)氧化氫酶(CAT)活性、SOD活性分別比對(duì)照組高19.42、11.52 U·g-1;乙醇熏蒸處理后的鮮切生菜菌落總數(shù)比對(duì)照組降低0.32～1.1×105CFU·g-1;在整個(gè)貯藏期間生菜中大腸菌群數(shù)量都呈下降趨勢(shì),乙醇處理組下降速度較快,從第6 d起乙醇處理組未檢出大腸菌群,而對(duì)照組與0 d比還存在15.8%;處理和對(duì)照組均未檢出單增李斯特菌。由此可知,乙醇熏蒸處理可以抑制果蔬酶活和微生物的生長(zhǎng)從而達(dá)到保鮮的目的,延長(zhǎng)貨架期。

除此之外,乙醇熏蒸處理還可以提高果蔬的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值延緩其衰老。王慧倩等[50]研究了在20 ℃條件下,分別用0、100、250、500、1000 μL/L乙醇熏蒸西蘭花6 h,然后切成不同直徑大小的小花貯藏在10 ℃恒溫恒濕箱中(相對(duì)濕度95%),每隔2 d測(cè)定其相應(yīng)指標(biāo),結(jié)果表明,500 μL/L的乙醇熏蒸處理效果最好,可延長(zhǎng)貨架期至12 d,顏色參數(shù)H和L*表現(xiàn)西蘭花的顏色變化情況,處理后的黃化不明顯,10 d后乙醇處理組的葉綠素a、葉綠素b和總?cè)~綠素的含量分別是對(duì)照組的2.3、2.7、2.4倍;處理組的TP和總黃酮峰值含量分別為1.355和0.785 mg/g,顯著高于對(duì)照組的1.309和0.752 mg/g,整個(gè)貯藏期間的TP和總黃酮含量均高于對(duì)照組;乙醇處理貯藏10 d后處理組的總硫代葡萄糖苷含量為0.411 μmol/g,高于對(duì)照組的0.341 μmol/g,蘿卜硫素含量是對(duì)照組的1.82倍,均說(shuō)明處理后的西蘭花可以更好保持其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。同樣,Han等[5]的研究表明,6 mL/kg的乙醇熏蒸處理西蘭花5 h后能夠有效減緩西蘭花失重、蛋白質(zhì)和葉綠素含量的降低,6 d后6 mL/kg處理組仍然在視覺(jué)上可接受,而對(duì)照西蘭花泛黃,說(shuō)明乙醇熏蒸處理可以延緩貯藏期西蘭花的衰老。

2.2 一氧化氮在果蔬保鮮中的應(yīng)用

NO是近年來(lái)發(fā)現(xiàn)的一種廣泛存在植物體內(nèi)的小分子信號(hào)調(diào)節(jié)物質(zhì),它調(diào)節(jié)了幾乎所有形式生物(包括微生物、植物和動(dòng)物)的各種生理和生化過(guò)程,如植物的呼吸作用、果蔬組織的成熟衰老、細(xì)胞凋亡、各種脅迫、抗病防御反應(yīng)等[62-64]。NO處理主要是通過(guò)抑制果實(shí)的呼吸、減少乙烯生物合成、減緩果皮轉(zhuǎn)色以及降低相關(guān)酶活性來(lái)延緩果實(shí)衰老,延長(zhǎng)其貯藏期[65],NO熏蒸具有處理方便、效果明顯、省時(shí)省力、節(jié)約成本等優(yōu)點(diǎn)。

2.2.1 NO在采后果蔬保鮮中的應(yīng)用 近年來(lái),越來(lái)越多的實(shí)驗(yàn)表明NO在采后果蔬保鮮中發(fā)揮重要作用[66-67]。張政等[20]采用40、80、150、300、500、1000 μL/L的NO氣體間歇熏蒸處理葡萄2 h,每隔7 d熏蒸一次。處理后用0.03 mm的PE袋包裝,置于(0±0.5) ℃的條件下貯藏,每隔12 h測(cè)定其指標(biāo),結(jié)果表明,62 d后300 μL/L的NO處理,葡萄的TSS含量是對(duì)照組的1.14倍,可滴定酸降低了6.86%;12 d后對(duì)照組開(kāi)始出現(xiàn)腐爛、落粒現(xiàn)象,而300 μL/L處理組到32 d和42 d才開(kāi)始出現(xiàn)此現(xiàn)象,62 d后300 μL/L處理組的腐爛率、落粒率和果梗褐變指數(shù)分別為5.51%、8.68%、44.58%，低于對(duì)照組的14.52%、21.11%、60.32%,從改善葡萄在貯藏過(guò)程中的品質(zhì)指標(biāo)來(lái)延緩果實(shí)的衰老。Li等[23]在20 ℃下用0、40、60和80 μL/L的NO氣體熏蒸處理木瓜3 h,取出后用0.03 mm聚氯乙烯袋覆蓋(不密封),置于20 ℃下儲(chǔ)藏,每隔2 d測(cè)定其指標(biāo),結(jié)果表明,乙烯釋放速率在6 d時(shí)達(dá)到峰值隨后下降,60 μL/L處理組比對(duì)照組的低1.3倍,呼吸速率一直上升并在第12 d后下降(對(duì)照組和60 μL/L處理組分別為25.2508和20.6234 mg/h·kg·FW CO2);8 d后木瓜迅速軟化,對(duì)照組和60 μL/L處理組硬度為41.57 N和105.12 N,為初始硬度值的17.31%和43.76%,在第12 d比對(duì)照組高28.95 N,說(shuō)明NO處理能有效抑制貯藏期間果蔬組織軟化同時(shí)延緩木瓜顏色變化,抑制果糖、葡萄糖、蔗糖和TSS的增加,延長(zhǎng)貯藏期提高木瓜品質(zhì)。同樣,60 μL/L濃度的NO氣體熏蒸處理在哈密瓜[16]等果蔬保鮮中取得了顯著效果。由此可知,NO氣體熏蒸可以較好的維持果蔬在貯藏期間品質(zhì),達(dá)到保鮮的目的,延長(zhǎng)果蔬的貨架期。

與此同時(shí),NO氣體熏蒸還從抑制相關(guān)酶活等方面提高其貯藏期。高維亞等[24]用5、10、20 μL/L NO氣體熏蒸處理蓮霧2 h,取出后裝入塑料盤(pán)中并用保鮮膜(打孔)包裝,置于溫度(4±0.5) ℃、相對(duì)濕度(85%±2%)條件下貯藏,每隔1 d取樣進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)測(cè)定,結(jié)果表明,在貯藏2～4 d內(nèi)處理組的細(xì)胞壁纖維素含量與對(duì)照組有明顯差異,6 d后差異不明顯,從整體可知,10 μL/L NO處理組的細(xì)胞壁纖維素含量最高;12 d后處理組絮狀綿軟指數(shù)為對(duì)照組的77.97%,果肉硬度為對(duì)照組1.14倍,果膠含量是對(duì)照組的1.62倍;10 μL/L濃度的NO處理可抑制多聚半乳糖醛酸酶(PG)活性和果膠甲基酯酶(PME)活性上升;12 d后PAL活性和POD活性與對(duì)照相比分別降低0.21倍和2.56倍。通過(guò)抑制細(xì)胞壁和木質(zhì)素代謝相關(guān)酶活減緩蓮霧軟化,從而達(dá)到保鮮的目的。同樣千春錄[19]的實(shí)驗(yàn)表明,10 μL/L濃度的NO氣體熏蒸可以有效地抑制水蜜桃果實(shí)軟化,貯藏10 d后CAT是對(duì)照組的3.26倍,抗壞血酸過(guò)氧化物酶(APX),是對(duì)照組的1.89倍,提高了水蜜桃果實(shí)清除自由基酶系能力,同時(shí)保持細(xì)胞膜的完整性,進(jìn)而改善了水蜜桃的貯藏品質(zhì)。

2.2.2 NO在鮮切果蔬保鮮中的應(yīng)用 NO在鮮切果蔬保鮮中應(yīng)用逐漸得到關(guān)注,朱珍等[53]研究了NO氣體緩釋熏蒸處理對(duì)鮮切蘋(píng)果片品質(zhì)變化的影響。褐變是導(dǎo)致鮮切蘋(píng)果片商品價(jià)值降低的重要原因,4 d后對(duì)照組L*值降至75.00,而處理組仍高達(dá)77.01;處理組的硬度、失重率和VC含量分別下降了20.49%、2.80%和21.78%,而對(duì)照組則下降了36.35%、5.18%和34.65%,有效的延緩鮮切蘋(píng)果片的品質(zhì)劣變,為鮮切蘋(píng)果片的貯藏保鮮提供了一種新方法。Iakimova等[54]研究了溫度為21 ℃的黑暗條件下,濃度為50、100、200和400 mg/L的NO熏蒸處理切條的生菜0.5、1.0、2.0和3.0 h,取出后放置不同溫度(4、12 ℃)貯藏,測(cè)定其相應(yīng)指標(biāo),結(jié)果表明,濃度為100、200 mg/L NO熏蒸1、2 h的NO處理效果較好,可以延長(zhǎng)貨架期20～22 d,而對(duì)照組7 d后達(dá)到了可銷(xiāo)售性的極限,處理組顯著延遲了生菜片的褐變長(zhǎng)達(dá)26 d,說(shuō)明NO氣體熏蒸可以有效的抑制生菜的褐變延長(zhǎng)貨架期。

2.3 植物精油在果蔬保鮮中的應(yīng)用

植物精油,又稱(chēng)香油精、芳香油和揮發(fā)油,是植物中一種重要的揮發(fā)性次生代謝物,其具有高揮發(fā)性、低殘留且有一定芳香氣味,能在常溫下?lián)]發(fā)成油狀物質(zhì),同時(shí)它還是一種GRAS(generally recognized assafe)物質(zhì)。植物精油熏蒸處理主要是在食物周?chē)纬梢志諊?通過(guò)抑制細(xì)菌、真菌、抗病毒等病原真菌從而達(dá)到果蔬保鮮的效果[68-69],植物精油毒性極小,不污染環(huán)境,可替代化學(xué)保鮮劑作為防腐抑菌劑。

2.3.1 植物精油在采后果蔬保鮮中的應(yīng)用 一些化學(xué)熏蒸劑由于污染環(huán)境和危害人體健康而被禁止使用。因此,有必要選擇一種新型和安全的熏蒸劑直接應(yīng)用于果蔬上,植物精油保鮮被認(rèn)為是果蔬保鮮研究領(lǐng)域最有前景的發(fā)展方向之一。Jia等[35]也研究了香茅精油(CEO)熏蒸對(duì)馬鈴薯發(fā)芽和品質(zhì)的影響,測(cè)其發(fā)芽率、失重率、淀粉、還原糖、赤霉素(GA3)和α-茄堿的變化。結(jié)果表明,對(duì)照組馬鈴薯的發(fā)芽率在第60 d為16.67%,α-茄堿含量的峰值達(dá)到1.92 mg 100 g-1FW,而CEO處理的馬鈴薯在第75 d沒(méi)有顯示發(fā)芽的跡象,在第90 d發(fā)芽率與對(duì)照組出現(xiàn)顯著差異,同時(shí)對(duì)照組的α-茄堿含量是高濃度CEO熏蒸處理的1.88倍,CEO處理還能抑制了淀粉的降解、還原糖含量的增加和GA3的產(chǎn)生,從而達(dá)到抑芽效果。Huang等[36]研究了丁子香酚(EUG)對(duì)茄子冷害的影響,將茄子用25 μL/L EUG在20 ℃條件下熏蒸處理4 h,然后在4 ℃,85%～90%濕度下儲(chǔ)藏12 d,結(jié)果表明,12 d后對(duì)照組的冷害指數(shù)約為EUG處理果實(shí)的3.5倍,未經(jīng)處理的茄子損失了初始重量的4.8%,而用EUG熏蒸處理后重量損失僅為2.6%,在儲(chǔ)藏的前6 d,兩組MDA含量在整個(gè)貯藏過(guò)程中變化趨勢(shì)相似均是先急劇上升此后緩慢增加,25 μL/L EUG處理的茄子果實(shí)中MDA含量比冷藏第6 d的對(duì)照低14.8%;抑制了TP、PPO和POD活性,同時(shí)EUG處理的果實(shí)中C-重復(fù)/脫水響應(yīng)元件結(jié)合因子(SmCBF)的表達(dá)水平比對(duì)照果實(shí)高約9.5倍,均說(shuō)明精油熏蒸可以抑制茄子冷害的發(fā)生。由此可知植物精油熏蒸處理可以抑芽和降低果蔬冷害的發(fā)生。

2.3.2 植物精油在鮮切果蔬保鮮中的應(yīng)用 鮮切果蔬由于方便、快捷的優(yōu)點(diǎn)被人們廣泛關(guān)注,所以精油熏蒸技術(shù)也被應(yīng)用在鮮切果蔬中,精油熏蒸技術(shù)為了更好的達(dá)到保鮮效果,在鮮切果蔬保鮮中常與其他技術(shù)的結(jié)合使用。閆靜坤等[55]將西瓜切塊后用0.3378/100 g、0.6756/100 g和1.0134/100 g的肉桂醛熏蒸處理,取出后置于4 ℃和28 ℃下貯藏,每天測(cè)定其相應(yīng)指標(biāo),結(jié)果表明,1.0134/100 g的肉桂醛-β-環(huán)糊精包合物結(jié)合4 ℃冷藏處理對(duì)鮮切西瓜的保鮮作用最好,此時(shí),4 d后失重率為對(duì)照組的20.51%,處理后TSS含量下降5.73%而對(duì)照組下降19.88%,原始pH為5.59±0.01,冷藏4 d后pH為5.38±0.01,能夠最有效延緩鮮切西瓜pH的下降,減少微生物繁殖,從而效維持西瓜品質(zhì),保鮮效果最佳。Xing等[56]研究了化學(xué)浸泡+肉桂精油熏蒸+真空包裝(MVP)對(duì)鮮切蓮藕保鮮的影響,結(jié)果表明,復(fù)合處理后的鮮切蓮藕貯藏期16 d,而對(duì)照組8 d后出現(xiàn)嚴(yán)重褐變,16 d后對(duì)照組重量減輕4.28%,而處理組在貯藏結(jié)束時(shí)重量損失為0.87%,同時(shí)減緩了可滴定酸度(TA),VC含量和TP含量變化,抑制PPO活性,延緩了鮮切蓮藕的微生物變質(zhì),有效地延長(zhǎng)了鮮切蓮藕的保質(zhì)期,為精油用于開(kāi)發(fā)安全無(wú)毒的生物保鮮劑提供理論依據(jù)。

熏蒸技術(shù)貯藏保鮮果蔬可以達(dá)到良好的效果,近年來(lái),熏蒸技術(shù)應(yīng)用于保鮮果蔬尚處在研究階段,應(yīng)用于鮮切果蔬方面應(yīng)用還較少,發(fā)展不同類(lèi)型的熏蒸劑應(yīng)用于鮮切果蔬保鮮是有必要的,還可為以后鮮切果蔬保鮮提供理論依據(jù)。

3 展望

隨著社會(huì)的發(fā)展和人們生活水平的提升,對(duì)果蔬新鮮程度的要求也在不斷提高。熏蒸技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用為果蔬保鮮提供了新思路。但是現(xiàn)今熏蒸技術(shù)在果蔬貯藏保鮮中的大部分研究應(yīng)用還處在起步階段,存在諸多需要解決的問(wèn)題。主要包括:熏蒸技術(shù)最早使用在醫(yī)療、環(huán)境領(lǐng)域,在果蔬保鮮應(yīng)用中起步較晚,還有許多技術(shù)設(shè)備及操作方式還需要改進(jìn);熏蒸技術(shù)需要嚴(yán)格的空間密閉性,因此完善和建造適當(dāng)?shù)馁A藏間是十分必要的;隨著人們對(duì)食品安全及環(huán)境保護(hù)的高度關(guān)注,尋求無(wú)毒無(wú)害、綠色環(huán)保的熏蒸劑迫在眉睫,同時(shí)還應(yīng)不斷地進(jìn)行開(kāi)發(fā)與實(shí)際應(yīng)用的研究。相信隨著科技的發(fā)展,研究的深入,熏蒸技術(shù)的使用一定能夠?yàn)楣弑ｕr做出更大的貢獻(xiàn)。