柵欄技術(shù)在果蔬保鮮中的應(yīng)用

宋 歡，蔡 君，晏家瑛，萬 佳

（重慶日用化學(xué)工業(yè)研究所，重慶401123）

柵欄技術(shù)在果蔬保鮮中的應(yīng)用

宋 歡，蔡 君，晏家瑛，萬 佳

（重慶日用化學(xué)工業(yè)研究所，重慶401123）

果蔬保鮮問題是長期以來我國食品發(fā)展中急需解決的問題之一，同時也是制約我國果蔬出口的主要瓶頸。柵欄技術(shù)是根據(jù)食品內(nèi)不同柵欄因子的協(xié)同作用或交互效應(yīng)使食品達到相對穩(wěn)定的食品防腐保鮮技術(shù)。本文對果蔬保鮮中的重要柵欄因子溫度、濕度、氣調(diào)技術(shù)、輻照因子、包裝材料、保鮮劑等進行了探討。

柵欄技術(shù)，柵欄因子，果蔬，保鮮

果品蔬菜通常是以鮮活形式上市，營養(yǎng)豐富、口感適宜，是人們生活中不可缺少的食品。隨著我國果蔬生產(chǎn)能力的提高，產(chǎn)量逐年增加，但是往往因缺乏貯藏保鮮技術(shù)而造成大量腐爛，有關(guān)資料顯示，我國每年腐爛的果蔬超過8000萬t，加上生產(chǎn)人工運輸成本，造成的經(jīng)濟損失高達750億元，占整個行業(yè)產(chǎn)值的30%以上［1］。果蔬保鮮貯藏業(yè)的落后已成為這一產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“瓶頸”，在未來相當(dāng)長的一段時間內(nèi)，果蔬保鮮業(yè)將是一個保持高速發(fā)展的潛在市場。防腐保鮮是食品工業(yè)的根本，對于導(dǎo)致果蔬保藏中的腐爛問題，人們已經(jīng)開始引入柵欄技術(shù)（Hurdle Technology），研究不同柵欄因子（Hurdle Factor）及其組合疊加效應(yīng)來保持果蔬產(chǎn)品的質(zhì)量并延長其消費期。果蔬保鮮是一項綜合技術(shù)，單一的保鮮方法通常存在著一定的缺陷，采用復(fù)合保鮮技術(shù)，才能發(fā)揮相輔相乘的作用，有效地阻止果蔬的劣變。本文介紹了果蔬的采后生理，對果蔬保鮮中的重要柵欄因子溫度、濕度、氣調(diào)技術(shù)、輻照因子、保鮮劑等進行了探討，以期為果蔬保鮮提供理論參考。

1 果蔬的采后生理

1.1 呼吸作用

采后的果蔬仍然進行著一系列的生命活動。其中，呼吸作用是果蔬采后最主要的生命活動之一。呼吸作用是在酶作用下的一種緩慢的氧化過程，它把果蔬組織中復(fù)雜的有機物質(zhì)分解成比較簡單的物質(zhì)，并釋放出大量的能量。由于果蔬采后呼吸作用所需要的原料是果品本身貯存的營養(yǎng)物質(zhì)和水分，因此采后的生命活動必然會使果蔬品質(zhì)逐漸下降。

1.2 乙烯的生理機制果蔬進入成熟階段后，會不斷產(chǎn)生乙烯，促進果蔬成熟。對多數(shù)呼吸高峰型果蔬來說，乙烯高峰出現(xiàn)的時間與呼吸高峰出現(xiàn)的時間一致，凡能控制乙烯生成的措施，都可以抑制呼吸作用和延緩果蔬的后熟。而對非呼吸高峰型果蔬來說，在收獲后的任何時候，乙烯都能促使呼吸強度上升，上升的幅度隨乙烯濃度的提高而增大，同時加快果蔬的衰老。另外，果蔬在受傷后，乙烯的產(chǎn)生和呼吸強度明顯增加，會加速果蔬的后熟衰老。

1.3 果蔬的蒸發(fā)失水

新鮮果蔬的含水量很高，可達75%～95%，這是維持果蔬正常生理活動和新鮮品質(zhì)的必要條件。果蔬采后通過蒸發(fā)作用失水，水分的喪失導(dǎo)致果皮皺縮萎焉，并且代謝失調(diào)，使果蔬的耐藏性降低，質(zhì)量下降。

1.4 果蔬采后病害

果蔬采后腐爛多是由侵染性病害造成，由于果蔬的收獲期集中在高溫高濕季節(jié)，有利于微生物的繁殖，果蔬容易衰老腐爛。此外，果蔬在田間生長期間就已普遍遭受多種真菌的潛伏浸染，在果蔬表皮內(nèi)部以休眠狀態(tài)存在。在果蔬采收時仍未表現(xiàn)癥狀，但一旦果蔬成熟或貯運環(huán)境不適宜時就表現(xiàn)出病害癥狀，造成果蔬的嚴重腐爛變質(zhì)。

表1 食品保藏中常用的柵欄因子

2 柵欄技術(shù)

柵欄技術(shù)理論是德國Kulmbach肉類研究院專家Leistner.L和Robel提出的一套系統(tǒng)地、科學(xué)地控制食品保質(zhì)期的理論［2-3］。該理論認為食品要達到可貯性與衛(wèi)生安全性，其內(nèi)部必須存在能夠抑制食品所含腐敗菌和病原菌生長繁殖的因子，即柵欄因子，通過臨時或永久性打破微生物的內(nèi)平衡而抑制微生物的腐敗與毒素產(chǎn)生，從而保持食品的品質(zhì)。在實際生產(chǎn)中常運用不同柵欄因子的協(xié)同作用，形成多靶攻擊，從不同方面抑制食品腐敗，保證食品的衛(wèi)生安全性，這一技術(shù)即為柵欄技術(shù)［4］。

在提出“柵欄”這個專業(yè)術(shù)語之前，實際上早已經(jīng)開始應(yīng)用“柵欄因子”來進行食品的防腐與保藏。到目前為止，食品保藏中得到應(yīng)用和有潛在應(yīng)用價值的柵欄因子的數(shù)量已經(jīng)超過100個。Leistner.L和Gorris［5］指出，從法規(guī)和安全考慮，目前可應(yīng)用的柵欄因子有50多種，可分為四類，如表1。

隨著人們對食品防腐保鮮研究的深入，對保鮮理論有了更全面的認識，柵欄技術(shù)理論也被不斷補充和完善，在食品行業(yè)有了更廣泛的應(yīng)用。通過多種技術(shù)的科學(xué)結(jié)合，阻止食品品質(zhì)劣變，將食品的危害性以及在加工和商業(yè)銷售過程中品質(zhì)的惡化降低到最小程度［6］。

在傳統(tǒng)食品的現(xiàn)代化加工和新產(chǎn)品的開發(fā)中，將柵欄技術(shù)與危害分析關(guān)鍵點控制技術(shù)（HACCP）和微生物預(yù)報技術(shù)結(jié)合已經(jīng)成為必然［7］。針對性地選擇和調(diào)整柵欄因子，再利用HACCP的監(jiān)控體系，從而保證產(chǎn)品的品質(zhì)及安全性。HACCP的引入，使得在選擇和調(diào)整柵欄因子時有據(jù)可依，同時還可檢測出所選柵欄因子是否達到要求。

3 主要柵欄因子在果蔬保鮮中的應(yīng)用

3.1 溫度因子

溫度是影響果蔬后熟和衰老的最重要的環(huán)境因素。一般在5～35℃之間，溫度每上升10℃，呼吸強度就增大1～1.5倍。因此，低溫貯藏可以降低果蔬的呼吸強度，減少果蔬的呼吸消耗。對呼吸高峰型的果蔬而言，降低溫度，不但可降低其呼吸強度，還可延緩其呼吸高峰的出現(xiàn)。但并不是貯藏溫度越低越好，各種果蔬都有它最適宜的貯藏溫度，即貯藏適溫。在此溫度下，最能發(fā)揮果蔬所固有的耐藏性和抗病性，低于這個溫度，就可能導(dǎo)致冷害。表2列舉了部分果蔬的貯藏適溫。

同時，低溫可抑制乙烯的產(chǎn)生，從而抑制果蔬的衰老。溫度也是影響果蔬蒸發(fā)失水的重要因素之一，在一定的濕度條件下，溫度越低，水分蒸發(fā)越慢。低溫還能抑制病原菌的生長。因此，應(yīng)盡可能維持適宜的低溫。

3.2 濕度因子

許多研究表明濕度對果蔬采后生理會產(chǎn)生重大、廣泛的影響，保持相對濕度適宜的貯藏環(huán)境對于減輕果蔬失水，避免由于失水產(chǎn)生的不良生理效應(yīng)，保持果蔬的耐貯性具有重要作用。但濕度與其它環(huán)境因素相比，其研究水平相當(dāng)滯后，過去認為相對濕度高會增加果蔬的腐爛率，但最新研究［9］認為，導(dǎo)致果蔬腐爛增加的主要原因，不是由于相對濕度高，而是由于水汽在果蔬表面凝結(jié)為水珠。目前由于使用了有效的防腐劑，國內(nèi)外有不少報道主張采用95%～97%高濕貯藏，另外，氣調(diào)貯藏也允許采用較高的相對濕度。

薛彥斌［9］用63種果蔬作試材，結(jié)果表明單純用促進或抑制來表述濕度環(huán)境與果蔬生理反應(yīng)的關(guān)系不夠全面，單就呼吸活性的變化可將果蔬分為三大類型：

a.低濕促進呼吸型：包括香蕉、西洋梨、獼猴桃等大部分躍變型果實，大部分果菜類，根菜類中的直根類，薯類等。b.低濕抑制呼吸型：包括中國梨、日本梨、草莓、大部分葉菜類，食用菌類，花卉類等。c.低濕高濕無差別型：包括葡萄、橙等。

表2 常見果蔬的貯藏適溫

表3 果蔬保鮮劑的分類及作用

3.3 氣體成分因子

適當(dāng)提高貯藏環(huán)境中的CO2濃度和適當(dāng)降低O2濃度，可以有效地降低果蔬的呼吸強度，抑制乙烯的產(chǎn)生和催熟致衰作用，從而延緩果蔬的后熟與衰老過程。適宜的高CO2和低O2可抑制某些果蔬的生理病害，也可抑制侵染貯藏果蔬的某些真菌的生長，減少由此引起的腐爛。Dangyang Ke等［10］認為，氣調(diào)也影響著許多參與新陳代謝的酶系統(tǒng)，低O2和高CO2可以抑制與后熟有關(guān)的酶，這些酶與有機酸、糖類、脂肪酸等的代謝有關(guān)，決定著植物的衰老進程。

近年來，在果蔬呼吸機理及測定方法，包裝內(nèi)外氣體交換機理以及不同產(chǎn)品適宜的氣體組分等方面取得了大量的研究成果［11-12］，并已進入工程應(yīng)用。同時，在氣調(diào)貯藏系統(tǒng)中引入數(shù)學(xué)模型的研究日益增加［13-15］，通過對呼吸強度函數(shù)的推導(dǎo)，建立果蔬的呼吸速率模型，在此基礎(chǔ)上給出熱力學(xué)意義上果蔬最適貯藏環(huán)境的判定依據(jù)。應(yīng)用該依據(jù)并根據(jù)呼吸熵產(chǎn)率與貯藏溫度、氧組分濃度變化關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，對果蔬氣調(diào)貯藏的最適貯藏環(huán)境參數(shù)進行預(yù)測，從而建立具有普遍意義的果蔬貯藏環(huán)境優(yōu)化模型。

3.4 保鮮劑因子

果蔬保鮮劑按其作用和使用方法可分為如下八類，見表3。

長期以來，化學(xué)保鮮劑在控制采后果蔬腐爛和延緩采后果蔬衰老方面發(fā)揮著重要作用。然而隨著病原菌抗性的增強和人們安全意識的提高，開發(fā)安全、環(huán)保的生物源保鮮劑，已成為國內(nèi)外保鮮劑開發(fā)研究的方向和熱點［16-19］。生物源保鮮劑因沒有化學(xué)防腐保鮮劑所帶來的環(huán)境污染、農(nóng)藥殘留及抗藥性等問題，且有貯藏條件易控制、處理目標(biāo)明確等優(yōu)點而日益受到人們的關(guān)注。

生物源果蔬保鮮劑是利用生物代謝物及其衍生物開發(fā)出的具有殺菌防腐和延緩采后果蔬生理衰老作用的一類物質(zhì)的總稱，根據(jù)其來源可分為三大類，即植物源、動物源和微生物源。植物源保鮮劑主要包括多酚類、苯丙素類、甙類、多糖類和萜類，多是植物次生代謝物質(zhì)，不僅有良好的抗氧化作用，同時具有較強的抑菌防腐能力［20］。動物源保鮮劑目前主要集中在蜂膠［21］和殼聚糖［22-23］的研究。微生物源保鮮劑是以微生物的代謝產(chǎn)物等為原料經(jīng)提取、酶法轉(zhuǎn)化或者發(fā)酵等技術(shù)生產(chǎn)的天然微生物性防腐保鮮劑，目前，世界公認并已在50多個國家和地區(qū)進行工業(yè)化生產(chǎn)的生物防腐劑有乳酸乳球菌素、納他霉素和曲酸［18-19］。

3.5 輻照因子

輻照保鮮主要利用鈷-60、銫-137發(fā)出的γ射線，以及加速電子、X-射線穿透有機體時使其中的水和其他物質(zhì)發(fā)生電離，生成游離基或離子的原理，對散裝或預(yù)包裝的果蔬起到殺蟲、殺菌、防霉、調(diào)節(jié)生理生化等效應(yīng)，可以替代乙烯、二溴化物、溴甲烷以及環(huán)氧乙烷等化學(xué)試劑。一般用于果蔬貯藏的是低劑量輻照處理，感官特性的變化很小。

果蔬輻照保鮮存在的主要問題在于，建造輻照處理中心一次性投資太大，在一個地區(qū)不可能建造多個輻照中心，其次輻照食品的安全性尚待確定，因此處理的實用性還有待進一步的研究。目前應(yīng)用到新鮮果蔬的貯藏和防腐上是有限的。

3.6 其它保鮮方法

3.6.1 調(diào)壓保鮮技術(shù)［24］調(diào)壓貯藏是在氣調(diào)貯藏的基礎(chǔ)上建立起來的，它包括減壓貯藏和加壓貯藏。減壓貯藏是將水果蔬菜放在一個密閉冷卻的容器內(nèi)，用真空泵抽氣，使之取得較低的絕對壓力，其壓力大小要根據(jù)果蔬的商品特性及貯溫而定。當(dāng)所要求的低壓達到后，新鮮空氣不斷通過壓力調(diào)節(jié)器、加濕器，帶著近似飽和的溫度進入貯藏室，果蔬就可以得到新鮮、潮濕、低壓、低氧的空氣。

高壓貯藏其原理主要是在貯存物上方施加一個小的由外向內(nèi)的壓力，使貯存物外部大氣壓高于其內(nèi)部蒸汽壓，形成一個足夠的從外向內(nèi)的正壓差，一般壓力約為250～400MPa。這樣的正壓可以阻止水果水分和營養(yǎng)物質(zhì)向外擴散，減緩呼吸速度和成熟速度，故能有效地延長果實貯藏期。

3.6.2 生物保鮮技術(shù)［25］生物保鮮技術(shù)是近年來發(fā)展起來的具有廣闊前途的貯藏保鮮方法，其中利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)進行貯藏保鮮是生物技術(shù)在果蔬貯藏保鮮上應(yīng)用的典型實例。目前已找到了產(chǎn)生乙烯的基因，一旦找到關(guān)閉這種基因的方法，就可減慢乙烯的產(chǎn)生速度，減緩果蔬的成熟、衰老速度，使產(chǎn)品更易存放。1994年國內(nèi)首先報道轉(zhuǎn)基因番茄果實，將反義ACC合成酶質(zhì)粒pKAC轉(zhuǎn)入“麗春”番茄，檢測表明，轉(zhuǎn)化體植株葉片乙烯釋放量為對照的40%，果實僅為對照的10%。

3.6.3 靜電場處理保鮮［26］隨著微波能技術(shù)的研究與應(yīng)用，在果蔬保鮮領(lǐng)域，可利用諸如電磁波、電磁場等微弱能源對生產(chǎn)對象進行節(jié)能、高效及高品質(zhì)的處理。靜電場處理極有可能打破水分子間原有的締合的平衡狀態(tài)，使水分子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。

高壓靜電場處理能有效地延長番茄貯藏時間，與對照組相比，特別是在電場強度為 150kV/m、60min/d的處理中能使番茄的呼吸高峰推遲14d出現(xiàn)，并且發(fā)現(xiàn)電場處理也有效地保持了番茄的硬度。利用空氣放電保鮮機對甜辣椒進行一次性處理，然后將果實放入塑料袋中，貯藏于8℃左右的恒溫庫中，與不處理的甜辣椒果實作比照。結(jié)果表明，放電處理對甜辣椒的呼吸強度、轉(zhuǎn)紅率有明顯的抑制作用；放電處理20min，花萼新鮮度最好，而果實腐爛率以處理10min的較低。

3.6.4 細胞間水結(jié)構(gòu)化氣調(diào)保鮮［27-29］結(jié)構(gòu)化水技術(shù)是指利用一些非極性分子（如某些惰性氣體）在一定的溫度和壓力條件下，與游離水結(jié)合而形成籠形水合物結(jié)構(gòu)的技術(shù)。通過結(jié)構(gòu)化水技術(shù)可使果蔬組織細胞間水分參與形成結(jié)構(gòu)化水，使整個體系中的溶液粘度升高，從而產(chǎn)生以下兩個效應(yīng)：第一，酶促反應(yīng)速率將會減慢，可望實現(xiàn)對有機體生理活動的控制；第二，果實水分蒸發(fā)過程受到抑制。這為植物的短期保鮮貯藏提供了一種全新的理論和方法。日本東京大學(xué)學(xué)者用氙氣制備甘藍、花卉的結(jié)構(gòu)化水，并對其保鮮工藝進行了探索，獲得了較為滿意的保鮮效果。

4 展望

目前，我國果蔬貯藏保鮮產(chǎn)業(yè)已經(jīng)實質(zhì)性地參與到激烈的國際化競爭中，其本質(zhì)是科技的競爭，今后我國果蔬貯藏保鮮產(chǎn)業(yè)的持續(xù)、穩(wěn)定、健康發(fā)展將比過去更加倚重于科技創(chuàng)新。強化果蔬貯藏保鮮科技創(chuàng)新能力就是從根本上加強我國農(nóng)業(yè)的競爭力，是當(dāng)前迫切需要解決的戰(zhàn)略問題［30］。因此，提高科技創(chuàng)新能力，增強市場競爭能力，全面提高果蔬貯藏保鮮產(chǎn)業(yè)的科學(xué)技術(shù)水平是實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級的根本途徑，也是果蔬貯藏保鮮產(chǎn)業(yè)發(fā)展的不竭動力。

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Application of hurdle technology in fruits and vegetables preservation

SONG Huan，CAI Jun，YAN Jia-ying，WAN Jia
（Chongqing Research Institute of Daily-used Chemical Industry，Chongqing 401123，China）

Fruits and vegetables preservation has long been one of the problems urgently to be resolved in food development，which is also a key bottleneck to restrain the export of fruits and vegetables.Hurdle technology is a food-freshness preservation technology which makes use of the synergism or the interactive effect of various hurdle genes to achieve the stability of the food.The basic principle of hurdle factors and some important factors used in fruits and vegetables storage，such as temperature，humidity，MAP，radiation，preservative and so on were discussed.

hurdle technology；hurdle factor；fruits and vegetables；preservation

TS255.3

A

1002-0306（2010）11-0408-05

2009-10-10

宋歡（1983-），男，碩士研究生，主要從事食品添加劑的研究與開發(fā)工作。

重慶市科委攻關(guān)項目（2009AC1127）。