電解式臭氧水在“巨峰”葡萄電商物流中的應(yīng)用研究

王玉清，陳羽尚，房若彤，陳 瑤，張潔茹，葛舒琳，范衛(wèi)康，朱東興

(1 常熟理工學(xué)院生物與食品工程學(xué)院，江蘇常熟，215500；2 江蘇省常熟市神農(nóng)果業(yè)專業(yè)合作社，江蘇常熟，215500)

葡萄VitisviniferaL.屬于漿果，以其甘甜多汁、營養(yǎng)豐富而深受人們喜愛，但采后易出現(xiàn)腐爛變質(zhì)等問題，尤其在南方產(chǎn)區(qū)高溫、高濕產(chǎn)季，使其貯運品質(zhì)難以適應(yīng)“互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)業(yè)”電商銷售趨勢與要求，而線下產(chǎn)地單一銷售有限，腐爛損耗每年高達20%左右[1]。采用物流緩沖包裝[2-3]、納他霉素與二氧化硫類化學(xué)方式[4-6]、電暈法臭氧防腐[7]等用于葡萄電商物流保鮮均有一定報道，而批量冷鏈成本高且不適應(yīng)目前電商銷售模式(終端分散購買、快遞時間不確定性、常溫小包裝快遞直達)[2]，使葡萄電商物流中品質(zhì)劣變和安全商品性問題仍未得到較好解決[5]，制約了果品電商產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

隨著食品安全發(fā)展，減少化學(xué)保鮮劑或?qū)で笃浒踩娲俏磥碲厔輀8]。在葡萄保鮮技術(shù)中，物理保鮮(如臭氧、氣調(diào)、低溫等)安全、綜合使用效果更好[9]，臭氧作為一種物理防腐保鮮技術(shù)，兼具廣譜滅菌與抑制果蔬衰老等作用[10]，歐美國家已批準為食品安全防腐劑，用于果蔬保鮮[11]。在臭氧產(chǎn)生方法中，(去離子水)電解法較傳統(tǒng)(空氣)電暈法，不產(chǎn)生有害副產(chǎn)物(氮化物)，安全性與應(yīng)用前景更好[12]。用電解法產(chǎn)生的臭氧水在鮮切蓮藕防腐保鮮[13]、腌漬青菜脫鹽滅菌[14]、柑桔表面農(nóng)藥降解[15]等方面均取得較好效果，筆者前期用于無花果電商物流期防腐效果顯著[16]，但其用于電商葡萄物流防腐保鮮的研究尚未見報道。

本研究針對目前我國果品電商銷售特點與物流貯運需求，采用電解式臭氧水處理鮮食葡萄，結(jié)合氣調(diào)與隔熱降溫包裝模擬常溫電商物流條件，分析貯運期保鮮效果，篩選適宜的臭氧水處理劑量及綜合物理保鮮方法，為鮮食葡萄電商物流常溫貯運中化學(xué)替代防腐保鮮探索安全、高效的物理技術(shù)途徑。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試的“巨峰”(VitisviniferaL cv.Kyoho)葡萄于2021年8月26日采自江蘇常熟葡萄主產(chǎn)基地，選取質(zhì)量性狀相近、充分成熟、無落粒與病蟲害的優(yōu)質(zhì)果穗，采后2 h內(nèi)運回實驗室處理。

1.2 儀器與設(shè)備

QCQJ-1-3型電解式臭氧氣機(武漢威蒙環(huán)?？萍加邢薰?、HPSJ-25型臭氧氣液混配機(武漢威蒙環(huán)?？萍加邢薰?、Milli-Q Advantage A10超純水系統(tǒng)(默克密理博有限公司)、TU-190雙束紫外可見分光光度計(北京普析通用儀器有限責(zé)任公司)、TA.XTC型質(zhì)構(gòu)儀(上海保圣實業(yè)發(fā)展有限公司)、WYA-2S阿貝折光儀(上海精密科學(xué)儀器有限公司)。

1.3 試驗設(shè)計與方法

1.3.1 葡萄臭氧水處理條件優(yōu)化工藝 果實篩選并分組→不同濃度臭氧水制備→臭氧水防腐保鮮處理(單因素、正交試驗)→晾干MAP包裝→預(yù)冷與保冷隔熱包裝→模擬常溫電商物流貯藏→評估與參數(shù)優(yōu)化。

1.3.2 工藝操作要點 果實篩選及分組。將采摘運回的整穗葡萄，3個果穗分為一個包裝盒，每組處理設(shè)3次重復(fù)(3個包裝盒)，共9穗葡萄。

電解式臭氧水制備。采用QCQJ-1-3型電解式臭氧氣機電解電導(dǎo)率小于3.0 μs/cm的高純?nèi)ルx子水，產(chǎn)生的臭氧氣體，經(jīng)HPSJ-25型臭氧氣液混配機配成相應(yīng)濃度，臭氧水現(xiàn)制現(xiàn)用。

果實臭氧水防腐保鮮處理。單因素試驗：臭氧水保鮮效果的主要影響因素為處理濃度與時間，以這兩個因素作為單因素變量，研究各因素對葡萄防腐保鮮影響的參數(shù)中心值，即在超凈操作間，5組葡萄，在臭氧水處理時間固定為7.5 min，處理濃度分別為8、13、18、23、28 mg/L進行防腐處理，經(jīng)后續(xù)晾干、預(yù)冷、模擬物流包裝，以物流期5 d的果實腐爛率、落粒率為評價指標，確定臭氧水處理濃度的參數(shù)中心值；另外5組葡萄，在臭氧水處理濃度固定為18 mg/L，處理時間分別為1.50、3.75、7.50、15、30 min進行防腐處理，經(jīng)后續(xù)晾干、預(yù)冷、模擬物流包裝，以物流期5 d的果實腐爛率、落粒率為評價指標，確定臭氧處理時間的參數(shù)中心值。正交試驗優(yōu)化：在上述單因素試驗中心值基礎(chǔ)上，以臭氧水處理濃度(A)、處理時間(B)為考查變量，設(shè)置中心值最佳范圍、空列誤差項(C)，進行三因素三水平設(shè)計(見表1)及其L933空列正交試驗水平組合9組處理(見表4)，經(jīng)后續(xù)晾干、預(yù)冷、模擬物流包裝，以物流期5 d果實腐爛率、落粒率和新鮮度的綜合評分為評估指標，優(yōu)化葡萄臭氧水防腐保鮮的最佳參數(shù)。

表1 正交試驗因素水平

自發(fā)式氣調(diào)包裝(MAP)與低溫預(yù)冷處理。浸泡處理后葡萄在超凈間晾干，分裝密封于0.03 mm PE食品保鮮袋，進行MAP氣調(diào)與隔菌包裝，置(0±0.5)℃冷藏柜預(yù)冷，使果品溫度達到0 ℃左右。

模擬常溫電商物流貯藏并評估。將預(yù)冷后的葡萄果穗用MAP包裝袋，按3袋裝入隔熱泡沫盒，盒內(nèi)放2個300 g冰袋，果穗包裝袋之間、果穗包裝袋與冰袋、盒子之間的空隙，用充氣塑料袋緩沖分隔，密封隔熱盒，模擬常溫電商物流貯運環(huán)境(25±5)℃，第5 d(國內(nèi)電商快遞平均物流期3～5 d)評估保鮮指標，優(yōu)化臭氧處理參數(shù)。

1.3.3 最佳電解式臭氧水結(jié)合物理保鮮包裝對葡萄電商物流期的保鮮效應(yīng) 按1.3.1的方法，用上述優(yōu)化的電解式臭氧水最佳濃度與時間處理葡萄，作為處理(T)組，同時，以無菌蒸餾水相同時間浸泡果實作為各對照組，晾干后分組包裝、評估物流期保鮮效應(yīng)，具體分組如下：CK1組(發(fā)泡網(wǎng)套包裝+常溫紙箱)，CK2組(0.03 mm PE袋MAP包裝+常溫紙箱)，CK3組(0.03 mm PE袋MAP包裝+冰袋及隔熱盒保冷包裝)，CK4組(0.03 mm PE袋MAP包裝+預(yù)冷+冰袋及隔熱盒保冷包裝)，T組(最佳電解式臭氧水+0.03 mm 厚PE袋MAP包裝+預(yù)冷+冰袋及隔熱盒保冷包裝)。各組處理27穗葡萄，模擬常溫電商物流貯運環(huán)境(25±5)℃，第5、10 d進行葡萄貯藏品質(zhì)指標的測定，分析保鮮效應(yīng)。

1.3.4 貯藏品質(zhì)指標的測定 腐爛率、落粒率、新鮮度調(diào)查及計算參照朱東興等[17]的方法；可溶性固形物含量(SSC)測定參照蔣家偉等[18]的方法；維生素C含量采用紫外分光光度法[19]；可滴定酸(TA)含量采用堿液滴定法[19]。

綜合評分的計算：綜合評分(%)=(100%-每組腐爛率)×0.5+(100%-每組落粒率)×0.3+每組新鮮度×0.2。

果實硬度的測定。采用TA-XTC型質(zhì)構(gòu)儀，圓柱形測試探頭對去皮葡萄進行TPA模式測定，測前速度是5.0 mm/s，測試速度2.0 mm/s，測后上行速度10.0 mm/s，下壓距離10 mm，兩次壓縮停頓時間為5 s，觸發(fā)力0.049 N。

1.4 數(shù)據(jù)處理

本試驗各指標取樣以電商物流貯運用包裝盒為單位，重復(fù)3次，結(jié)果取平均值，所得數(shù)據(jù)均采用Excel 2016軟件進行處理與作圖、SPSS 17.0軟件進行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 單因素試驗結(jié)果分析

2.1.1 電解式臭氧水處理濃度對葡萄防腐保鮮效果 由表2可知，隨著臭氧水處理濃度的增加，果實腐爛率呈現(xiàn)先下降后上升趨勢，在濃度為23 mg/L時腐爛率最低，與其他濃度差異顯著(p<0.05)；果實落粒率隨臭氧濃度增加亦逐漸降低，但當(dāng)濃度超過23 mg/L后，落粒率反而上升?？赡苡捎诔粞跛疂舛容^低時，防腐保鮮效果不充分，而過高會加速果實氧化損傷，導(dǎo)致保鮮效果變差[20]，因此，取23 mg/L臭氧水濃度為后續(xù)優(yōu)化試驗中心點。

表2 臭氧水處理濃度對葡萄腐爛率和落粒率的影響

2.1.2 電解式臭氧水處理時間對葡萄防腐保鮮效果的影響 由表3可知，隨著臭氧水處理時間的延長，葡萄腐爛率總體呈現(xiàn)先下降后略微上升的規(guī)律，在處理7.5 min時果實腐爛率最低，并與1.50、3.75 min處理之間差異達顯著水平(p<0.05)；果實落粒率隨臭氧水處理時間增加亦呈先降后升的相似趨勢，在處理時間為7.5 min時落粒率亦最低，與1.50、3.75、30 min處理間差異顯著(p<0.05)?？梢娫谔幚頃r間上同樣存在時間過短效果不充分、時間過長導(dǎo)致果實內(nèi)部不可逆氧化損傷[21]，因此，選7.5 min為后續(xù)處理時間優(yōu)化試驗的中心點。

表3 臭氧水處理時間對葡萄腐爛率和落粒率的影響

2.2 正交試驗結(jié)果與分析

根據(jù)上述單因素結(jié)果，進行正交試驗優(yōu)化臭氧水處理濃度與時間，正交試驗結(jié)果與方差分析見表4、表5。

由表4可知，各因素對果實腐爛率、新鮮度與落粒率綜合評分影響的主次順序為A(臭氧水處理濃度)>B(臭氧水處理時間)>C(空列誤差項)。臭氧水處理較優(yōu)條件為A1B3，即濃度為19 mg/L的電解式臭氧水處理葡萄11 min，該組合正好出現(xiàn)于試驗結(jié)果表2中，為綜合評分最高(0.95分)的第3組。

表4 正交試驗結(jié)果與極差分析

由表5方差分析可知，電解式臭氧水處理濃度、處理時間對常溫物流5 d葡萄保鮮綜合評分的影響，在各自因素內(nèi)不同處理水平間均達到了顯著性差異(F>F0.01)，說明這兩個因素為影響保鮮綜合評分的顯著性因素，其處理水平的選取對保鮮效果影響較大，需嚴格控制與篩選。

表5 保鮮綜合評分方差分析

2.3 驗證試驗

根據(jù)上述正交試驗確立的臭氧水最佳處理參數(shù)，對葡萄進行保鮮驗證實驗。結(jié)果顯示，該條件結(jié)合其余物理保鮮包裝，模擬常溫電商物流條件貯運5 d，其果實腐爛率為4.20%、落粒率為5.70%、新鮮度為99.10%，貯藏保鮮綜合評分為0.96，優(yōu)于正交表中其余各組，防腐保鮮效果好。

2.4 最佳電解式臭氧水結(jié)合物理保鮮包裝對葡萄電商物流期的保鮮效應(yīng)

2.4.1 對葡萄腐爛率、落粒率、新鮮度的影響 以普通網(wǎng)套包裝(CK1)、單獨物理保鮮包裝(CK2、CK3、CK4)為各組對照，檢驗電解式臭氧水結(jié)合物理保鮮包裝優(yōu)化組合(T)對葡萄貯藏品質(zhì)的影響。結(jié)果如表6所示，優(yōu)化組合處理對葡萄腐爛率、落粒率的抑制效果最好，其果實腐爛率與落粒率均顯著低于同期各對照組(p<0.05)，常溫物流5 d，對照組CK1果實腐爛率與落粒率已上升至失去商品價值，而T組腐爛率、落粒率較CK1分別低19.1%、57.6%(p<0.05)，保持新鮮商品性；至第10 d，各組果實腐爛率、落粒率均已上升至失去商品價值，但組合處理(T)仍顯著低于其余各單獨物理保鮮(CK2、CK3、CK4)、網(wǎng)套包裝(CK1)等對照處理(p<0.05)。

果蔬采后新鮮度因水分蒸發(fā)與自身消耗而不斷下降。前期研究發(fā)現(xiàn)，MAP包裝能有效抑制冷藏期葡萄水分散失引起的鮮度下降[17]，由表6可知，未采用MAP包裝與物理降溫保冷包裝的CK1，其鮮度下降很快，物流第5 d，已降至96.0%，至第10 d時，已降為失鮮狀態(tài)，相比之下，其余組果實鮮度均不同程度高于CK1，其中MAP包裝結(jié)合降溫保冷的T組、CK4組果實新鮮度最高，物流第5 d均高于99%，二者對葡萄鮮度保持效果也接近(p>0.05)，說明MAP包裝結(jié)合低溫保冷對抑制葡萄水分蒸發(fā)引起的鮮度下降的有效性。

表6 不同處理組葡萄電商物流貯運期的腐爛率、落粒率和新鮮度

2.4.2 對葡萄果實硬度與可溶性固形物含量(SSC)的影響 硬度與SSC是評價果實采后衰老及品質(zhì)變化的重要指標[22]，隨果實成熟與呼吸消耗二者均會降低。由圖1A可知，普通網(wǎng)套包裝(CK1)組果實硬度下降最快，物流期均低于其余各組，單獨物理保鮮包裝(CK2、CK3、CK4)處理不同程度抑制了果實硬度的下降，而最佳優(yōu)化組合處理抑制硬度下降效果最佳，使T組果實硬度均高于其余各單獨處理組，尤其物流第5 d差異達顯著性水平(p<0.05)。

組合處理對SSC下降的抑制效果與硬度相似(圖1B)，物流第5 d，T組果實SSC顯著高于CK1、CK2(p<0.05)，也明顯高于CK3、CK4；至第10 d，T組果實SSC與各對照組差異不顯著(p>0.05)，略低于CK4組，可能與臭氧對可溶性物質(zhì)中部分成分氧化消耗有關(guān)[21]。

注：同一貯運時間不同小寫字母表示差異顯著(p<0.05)。CK1：發(fā)泡網(wǎng)套包裝+常溫紙箱；CK2：0.03 mm PE袋MAP包裝+常溫紙箱；CK3：0.03 mm PE袋MAP包裝+冰袋及隔熱盒保冷包裝；CK4：0.03 mm PE袋MAP包裝+預(yù)冷+冰袋及隔熱盒保冷包裝；T組：最佳電解式臭氧水+0.03 mm 厚PE袋MAP包裝+預(yù)冷+冰袋及隔熱盒保冷包裝。圖2同。

2.4.3 對葡萄可滴定酸(TA)和維生素C(VC)含量的影響 TA、VC是影響果蔬貯藏品質(zhì)的重要因素，隨采后衰老加劇，VC與酸類常因清除自由基與生理代謝而被消耗，導(dǎo)致含量逐漸減少[23]。由圖2可知，物流貯運期，葡萄TA、VC 含量均呈持續(xù)下降趨勢，與普通包裝的CK1相比，單獨物理保鮮包裝(CK2、CK3、CK4)延緩了果實中這兩種還原性物質(zhì)的下降速率及降幅，而臭氧與物理保鮮優(yōu)化組合(T)對TA、VC下降的延緩效果，在第5 d優(yōu)于各單獨物理保鮮包裝，但在第10 d低于單獨物理保鮮包裝CK4組，表現(xiàn)出對還原性較強的這兩種物質(zhì)有促進降解作用[18，24]。

圖2 不同處理組葡萄電商物流期果實可滴定酸與維生素C含量變化

3 結(jié)論與討論

腐爛、落粒和失水(鮮)是葡萄不耐貯運的主要誘因，傳統(tǒng)二氧化硫(SO2)類葡萄化學(xué)保鮮劑，由于安全和環(huán)保缺陷已被限制使用[25]，電解式臭氧作為一種更安全的氧化型物理防腐保鮮劑，被認為是SO2類化學(xué)保鮮劑的高效安全替代技術(shù)[26]。一般認為，臭氧與低溫、氣調(diào)等其他物理技術(shù)綜合用于葡萄保鮮，效果優(yōu)于單一技術(shù)處理[9]，但臭氧在不同種類果蔬及品種上適宜的處理濃度和時間不同[27]。本研究通過正交模型優(yōu)化，獲得巨峰葡萄常溫物流期電解式臭氧水最佳保鮮條件為19 mg/L處理11 min，并結(jié)合MAP包裝(0.03 mm PE膜)、(0±0.5)℃預(yù)冷、冰袋保冷與隔熱盒包裝綜合應(yīng)用，電商常溫物流5 d，盒內(nèi)保冷效果較好(13±2)℃，顯著抑制了果實腐爛率、落粒率的上升(p<0.05)，減緩了果實硬度、SSC、TA與VC含量的下降，保鮮效果明顯，其機理不僅與臭氧殺滅腐敗菌[26]、誘導(dǎo)果實產(chǎn)生抗病性[28]、破壞衰老相關(guān)酶[11]、縮小表皮氣孔而降低失水(鮮)[29]有關(guān)，也與臭氧結(jié)合MAP、預(yù)冷及保冷包裝等物理保鮮綜合應(yīng)用密切相關(guān)，這在紅地球葡萄[30]、水蜜桃[31]，以及前期葡萄靜態(tài)貯藏研究[17]上均得到證實。

電解式臭氧水結(jié)合物理保鮮包裝(臭氧水處理+MAP+預(yù)冷+冰袋及隔熱保冷包裝)較單獨物理保鮮包裝(MAP+預(yù)冷+冰袋及隔熱保冷包裝)整體效果好，僅在常溫物流10 d后，SSC與TA、VC含量略低于單獨物理保鮮包裝，與這些還原性成分對臭氧敏感，部分被氧化緩慢分解有關(guān)[18，24]，在無花果[18]、葡萄[24]、楊梅[32]上有相似研究結(jié)果，可見對富含還原性敏感成分的果蔬，在臭氧防腐的有效性前提下，篩選低的使用劑量，以及結(jié)合氣調(diào)、低溫等有利于還原性敏感成分保護的綜合處理十分必要。

優(yōu)化組合處理常溫物流第10 d的保鮮效果，雖不同程度優(yōu)于各對照組，但隨著貯運時間的延長，盒內(nèi)溫度已升至室溫，預(yù)冷及冰袋保冷效果消失，加之長時間密封，果實有氧呼吸可能受限，致使腐爛與落粒率較高，失去商品性，可見電商分散物流中遠距離、長周期貯運，在優(yōu)化適宜劑量臭氧保鮮基礎(chǔ)上，研究隔熱盒內(nèi)冰袋加入比例、延長保冷時間，以及小空間密閉盒內(nèi)MAP適宜包裝材料及厚度，以提高透氣率、避免無氧呼吸，值得探索。

相較氣態(tài)臭氧處理密閉性環(huán)境要求[7，33]，本研究電解式臭氧水處理便捷，結(jié)合其他物理保鮮技術(shù)，可滿足“巨峰”葡萄國內(nèi)電商物流平均周期(3～5 d)的商品性，適合個體網(wǎng)購小包裝分散銷售模式，為葡萄電商分散物流中常溫貯運提供安全物理保鮮技術(shù)途徑。