臭氧在鮮切果蔬保鮮中的應(yīng)用

鄒 凱，趙東方，胡 蓉，付海姣，張 敏

（西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品貯藏保鮮質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估實(shí)驗(yàn)室（重慶)，重慶市特色食品工程技術(shù)研究中心，重慶 400715)

臭氧在鮮切果蔬保鮮中的應(yīng)用

鄒 凱，趙東方，胡 蓉，付海姣，張 敏*

（西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院，農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品貯藏保鮮質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估實(shí)驗(yàn)室（重慶)，重慶市特色食品工程技術(shù)研究中心，重慶 400715)

對(duì)臭氧在鮮切果蔬保鮮中的應(yīng)用進(jìn)行了綜述。詳細(xì)介紹了臭氧保鮮的機(jī)理、臭氧保鮮的影響因素、臭氧與其他保鮮技術(shù)在鮮切果蔬保鮮中的協(xié)同作用，并分析了臭氧在鮮切果蔬保鮮應(yīng)用中存在的問(wèn)題及今后的發(fā)展方向。

臭氧，鮮切果蔬，保鮮

鮮切果蔬又稱(chēng)輕度加工果蔬，是對(duì)新鮮果蔬進(jìn)行分級(jí)、整理、清洗、切分、去心（核)、修整、保鮮、包裝等處理，使其成為新鮮、衛(wèi)生和營(yíng)養(yǎng)的方便食品[1]。隨著人們生活方式及觀念的轉(zhuǎn)變，鮮切果蔬以其便捷、衛(wèi)生和營(yíng)養(yǎng)的突出優(yōu)勢(shì)滿(mǎn)足了現(xiàn)代人們對(duì)于食品安全、快捷和健康的需求，成為一種非常有前景的消費(fèi)模式。然而鮮切果蔬在加工過(guò)程中的清洗、切分及修整等處理會(huì)導(dǎo)致果蔬生理生化反應(yīng)加劇、營(yíng)養(yǎng)成分損失加大且易受微生物侵染，大大降低了鮮切果蔬的食用價(jià)值且縮短了貨架期[2-3]。臭氧因殺菌徹底、無(wú)殘留及殺菌廣譜等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)成為目前較為先進(jìn)的殺菌保鮮技術(shù)，將臭氧應(yīng)用到鮮切果蔬的保鮮中也具備了一定的理論基礎(chǔ)和良好的適用性[4]。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)此展開(kāi)了深入的研究。文章對(duì)臭氧保鮮技術(shù)在鮮切果蔬保鮮中的研究及應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行了綜述。

1 臭氧保鮮機(jī)理

1.1 降低果蔬的呼吸作用

臭氧處理能夠抑制鮮切果蔬的呼吸作用，減少養(yǎng)分消耗，降低果蔬在貯藏過(guò)程中的失重，延長(zhǎng)果蔬的保鮮期。王瑾等[5]在研究鮮切花椰菜保鮮時(shí)發(fā)現(xiàn)相比非臭氧處理的對(duì)照組，用臭氧處理過(guò)的實(shí)驗(yàn)組在貯藏的各個(gè)時(shí)期均明顯抑制了鮮切花椰菜的呼吸強(qiáng)度，且失重率也明顯降低。同樣有研究發(fā)現(xiàn)用2.5mg·L-1的臭氧處理鮮切黃花梨能顯著抑制其呼吸強(qiáng)度，同時(shí)在貯藏期間能將鮮切黃花梨中可溶性固形物保持在較高水平[6]。

此外，臭氧還能產(chǎn)生具有較強(qiáng)穿透力的負(fù)氧離子，影響糖代謝的正常進(jìn)行，降低果蔬的代謝水平，保持果蔬的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[7]。

1.2 降解果蔬中的有害物質(zhì)

臭氧是強(qiáng)氧化劑，能消除果蔬呼吸所釋放出的乙烯、乙醛、乙醇等有害物質(zhì)，延緩果蔬的衰老。同時(shí)，臭氧與乙烯反應(yīng)產(chǎn)生的中間氧化物還是霉菌等微生物的有效抑制物[8]。

朱克花等[6]在用2.5mg·L-1臭氧水處理鮮切黃花梨的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)貯藏中后期的乙烯平均釋放量（70μL·kg-1FW·h-1)顯著低于非臭氧處理組（80μL· kg-1FW·h-1)，同時(shí)還顯著降低了鮮切黃花梨的褐變指數(shù)。Tzortzakis[9]在研究用臭氧氣體保鮮番茄切片的實(shí)驗(yàn)中也得出類(lèi)似的結(jié)論，臭氧能將貯藏環(huán)境中的乙烯控制在較低的含量，同時(shí)還能降低番茄切片的失重率，延長(zhǎng)其保鮮期。

1.3 滅菌及抑菌作用

現(xiàn)在研究認(rèn)為臭氧的殺菌功能主要是由臭氧分解后產(chǎn)生新生態(tài)氧的氧化能力來(lái)實(shí)現(xiàn)的[10]。首先，臭氧能穿透胞壁，進(jìn)入到細(xì)胞壁內(nèi)，作用于外殼的脂蛋白和內(nèi)部的脂多糖，從而使細(xì)胞膜的通透性發(fā)生改變，內(nèi)容物滲出，導(dǎo)致微生物溶解死亡[11]。其次，臭氧的氧化作用還對(duì)細(xì)胞的不飽和脂肪酸和酶系統(tǒng)造成一定的破壞，將蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)化為短肽[12]，導(dǎo)致微生物正常代謝活動(dòng)異常。此外，臭氧還能降解DNA，也是殺滅微生物的一個(gè)重要原因[13]。

Selma等[14]將接種過(guò)沙門(mén)氏菌的成熟鮮切甜瓜和未成熟的鮮切甜瓜在10000ppm的臭氧氣氛中放置30min，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)沙門(mén)氏菌最大減少量分別為4.2lg、2.8lgCFU/12.6cm2，研究還發(fā)現(xiàn)使用臭氧對(duì)鮮切甜瓜進(jìn)行保鮮處理能降低病原體和腐敗微生物的生長(zhǎng)速率而且不會(huì)對(duì)鮮切甜瓜的感官品質(zhì)造成很大的影響。Selma等[15]用臭氧水處理鮮切萵筍也得出類(lèi)似的結(jié)論。

此外還有研究表明，臭氧可以誘導(dǎo)果蔬合成病原相關(guān)蛋白、抗氧化劑以及消除活性氧的各種酶，能夠形成抵抗病原物的防御體系[16-17]。

2 影響臭氧保鮮效果的主要因素

2.1 臭氧濃度

不同濃度臭氧的氧化能力和穩(wěn)定性是不一樣的，因此臭氧濃度是影響臭氧殺菌保鮮效果的一個(gè)重要因素。Aguayo[18]的研究表明，與（4±0.5)μL/L的臭氧處理相比，7μL/L的臭氧處理對(duì)鮮切西紅柿表面微生物的殺滅作用更有效。徐斐燕[19]等在臭氧處理鮮切西蘭花保鮮研究中也有相似的結(jié)論，即2.4mg/L臭氧水處理的鮮切西蘭花的菌落總數(shù)比1.2、1.8mg/L臭氧水處理組要降低一個(gè)數(shù)量級(jí)，同時(shí)在抑制多酚氧化酶活性、保持葉綠素含量和感官品質(zhì)等方面都要明顯優(yōu)于1.2、1.8mg/L臭氧水處理組。但是，2.4mg/L臭氧水處理的鮮切西蘭花的還原糖含量也要明顯低于其它處理組，可能是臭氧濃度過(guò)高對(duì)還原糖的有一定氧化作用。

2.2 相對(duì)濕度

相對(duì)濕度對(duì)臭氧的分解速率有著顯著的影響，因此臭氧的殺菌效果與相對(duì)濕度有著密切的關(guān)系[20]。研究發(fā)現(xiàn)，在不同相對(duì)濕度的環(huán)境中臭氧的消毒效果有顯著差異（p＜0.05)，增加環(huán)境的相對(duì)濕度能有效提高臭氧的消毒效果。當(dāng)環(huán)境的相對(duì)濕度從40%增加到70%時(shí)，臭氧對(duì)金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的殺滅作用也隨之提高[21]。Tzortzakis[9]在用臭氧處理鮮切番茄的研究中發(fā)現(xiàn)，相對(duì)濕度在95%時(shí)的效果最佳，該條件下有利于發(fā)揮臭氧抑制微生物的作用，還可以減少番茄的失重。

2.3 其它因素

Tzortzakis[22]的研究發(fā)現(xiàn)臭氧處理能夠抑制草莓、番茄、李子和葡萄上灰霉孢子的產(chǎn)生，這種抑制作用相比于臭氧對(duì)馬鈴薯右旋糖瓊脂培養(yǎng)基上培養(yǎng)的灰霉菌落的抑制作用更強(qiáng)，因此研究者認(rèn)為果蔬-菌體的相互作用在一定程度上會(huì)影響臭氧對(duì)菌體的抑制效果。

果蔬是否采用通風(fēng)或敞開(kāi)的包裝方式，也會(huì)影響臭氧的殺菌抑菌效果。在柑橘保鮮包裝實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，聚乙烯包裝袋和纖維紙板箱的臭氧滲透效果較差，滲透率約9%～17%，而具有通風(fēng)口的塑料箱可達(dá)到82%，并且有通風(fēng)口的塑料箱的貯藏效果也很好[23]。吳建生[24]等在研究臭氧處理鮮切甘藍(lán)時(shí)也發(fā)現(xiàn)相同條件下，開(kāi)口套袋的保鮮效果較優(yōu)。同樣，Palou[25]也認(rèn)為果蔬在臭氧處理過(guò)程中采用能夠通風(fēng)或者頂部敞開(kāi)的包裝，保鮮效果最好。

3 臭氧與其它保鮮技術(shù)的協(xié)同作用

3.1 臭氧與低溫的協(xié)同作用

溫度是影響鮮切果蔬保鮮品質(zhì)的重要因素之一。低溫能夠抑制果蔬相關(guān)酶的活性和呼吸作用，降低各種生理生化反應(yīng)速度，抑制組織褐變并延緩衰老，同時(shí)還能抑制微生物的生長(zhǎng)，所以鮮切果蔬的貯藏品質(zhì)與低溫環(huán)境有著密不可分的聯(lián)系[26]。在高濃度臭氧冰制取技術(shù)的研究中表明，低溫條件能提高臭氧在水中的溶解率和保持臭氧的穩(wěn)定性，而臭氧在一定高濃度范圍內(nèi)能促進(jìn)鮮切果蔬的殺菌保鮮效果，所以低溫對(duì)臭氧的作用效果有明顯的提升[27]。

Barboni等[28]研究發(fā)現(xiàn)在4℃的條件下，臭氧能有效保持鮮切獼猴桃中可溶性糖和有機(jī)酸含量，而在常溫下臭氧雖然也能顯著殺滅鮮切獼猴桃上的灰霉菌菌落，但同時(shí)也會(huì)顯著降低獼猴桃中的可溶性糖和有機(jī)酸的含量。還有研究表明，臭氧協(xié)同0℃冷庫(kù)貯藏時(shí)能有效抑制鮮切青花菜的黃化，延緩鮮切青花菜中葉綠素的降解，并抑制類(lèi)胡蘿卜素的合成，保持鮮切青花菜的感官品質(zhì)[29]。

3.2 臭氧與紫外線的協(xié)同作用

大多數(shù)細(xì)胞都能吸收一定波長(zhǎng)的紫外線，被吸收的紫外線對(duì)細(xì)胞遺傳物質(zhì)DNA中的堿基對(duì)產(chǎn)生一種光化作用，引起遺傳物質(zhì)發(fā)生變異，使細(xì)菌不能繁殖后代或當(dāng)即死亡，從而達(dá)到殺菌的目的[30]。然而紫外線殺菌存在殺菌死角、紫外線衰退、穿透力不強(qiáng)等缺陷[31]。而臭氧由于是氣體，在殺菌時(shí)不存在理論上的死角，能對(duì)紫外線殺菌效果進(jìn)行良好的補(bǔ)充，同時(shí)紫外線還能加速臭氧的分解，產(chǎn)生新生態(tài)氧。研究表明，單獨(dú)使用臭氧、紫外線處理鮮切果蔬可使初始菌數(shù)分別減少5.9lg、4.0lgCFU/mL，而二者結(jié)合處理可以使微生物初始菌落數(shù)減少6.6lgCFU/mL，顯然二者結(jié)合處理效果更好[32]。

3.3 臭氧與超聲波的協(xié)同作用

陳育彥等[33]在鮮切韭薹保鮮的研究中發(fā)現(xiàn)，超聲波和臭氧處理能降低鮮切韭薹的呼吸強(qiáng)度，減少失重，有效地保護(hù)葉綠素和維生素C，同時(shí)還能抑制表面微生物的生長(zhǎng)繁殖，有利于鮮切韭薹的保鮮。尤其是二者的協(xié)同處理能將韭薹的保鮮期延長(zhǎng)到11d。研究者認(rèn)為臭氧與超聲波產(chǎn)生協(xié)同作用的原因有可能是超聲波降低了液體表面張力，使臭氧溶解量增加，新生態(tài)氧更加分散并形成小氣泡，臭氧與微生物的作用面積擴(kuò)大，臭氧能更好地發(fā)揮滅菌作用。此外，超聲波可能還會(huì)促使臭氧的氧化還原作用增強(qiáng)。

3.4 臭氧與氣調(diào)包裝的協(xié)同作用

適宜的氣體環(huán)境能夠顯著抑制乙烯的產(chǎn)生、降低果蔬的呼吸速率、延緩新陳代謝、減少營(yíng)養(yǎng)成分的損失，同時(shí)還能抑制微生物的生長(zhǎng)，防止鮮切果蔬腐敗[34]。因此，有研究者對(duì)臭氧與氣調(diào)包裝的協(xié)同效應(yīng)在鮮切果蔬中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。

Chauhan等[35]在利用臭氧水清洗鮮切胡蘿卜后用氣調(diào)包裝進(jìn)行貯藏實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，臭氧水與氣調(diào)包裝協(xié)同處理能顯著（p＜0.05)降低鮮切胡蘿卜的木質(zhì)化，同時(shí)還能降低多酚氧化酶（Poly phenol oxidase，PPO)和過(guò)氧化物酶（Peroxidase，POD)的活性，控制酵母菌和霉菌總量，將大腸桿菌的數(shù)量控制在不可檢出的程度，并保持胡蘿卜良好的色澤。An等[36]研究證明臭氧水預(yù)處理鮮切蘆筍后進(jìn)行氣調(diào)包裝能顯著降低鮮切蘆筍的木質(zhì)化，并將鮮切蘆筍中纖維素和半纖維素的含量保持在較低的水平。

3.5 臭氧與酸性電解水的協(xié)同作用

酸性電解水具有殺菌能力強(qiáng)、制取方便和安全性高等特點(diǎn)[37]。Wang等[38]采用5種液體（自來(lái)水;酸性電解水;臭氧水溶液;加氯水以及先用酸性電解水后用臭氧水溶液)連續(xù)清洗鮮切香菜。清洗后，采用透氧率為6200mL/dm2的聚乙烯膜進(jìn)行包裝，在0℃下貯藏14d后檢測(cè)發(fā)現(xiàn)采用酸性電解水和臭氧水溶液的結(jié)合處理對(duì)鮮切香菜的好氧性細(xì)菌總數(shù)、大腸桿菌總數(shù)、電解質(zhì)液滲漏及感官品質(zhì)的控制效果最好。

3.6 臭氧與熱處理的協(xié)同作用

熱處理作為一種安全高效、無(wú)殘留、簡(jiǎn)便易行和耗能低的處理方法，在鮮切果蔬保鮮中有廣泛的應(yīng)用[39]。有研究者對(duì)熱處理和臭氧在鮮切果蔬保鮮中的協(xié)同作用進(jìn)行了研究，分別采用75℃熱水處理1min，10000ppm臭氧處理30min和二者結(jié)合的方式對(duì)鮮切甜瓜進(jìn)行處理，發(fā)現(xiàn)二者的結(jié)合使用對(duì)減少鮮切甜瓜菌落總數(shù)的效果最為明顯，而且不會(huì)破壞鮮切甜瓜的組織結(jié)構(gòu)和香氣[40]。

4 臭氧的數(shù)學(xué)模型研究

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)臭氧在鮮切果蔬保鮮數(shù)學(xué)模型的研究并不多。國(guó)內(nèi)有研究者以切片蓮藕為包裝對(duì)象，將臭氧氣體充入尼龍/聚乙烯（PA/PE)復(fù)合袋中，仿真模擬不同溫度下的氣體濃度的改變，通過(guò)遺傳算法（GA)建立了臭氧作用下的鮮切蓮藕呼吸數(shù)學(xué)模型。實(shí)驗(yàn)表明，在0～10℃之間鈍化酶的臭氧消耗速度與溫度存在明顯的線性關(guān)系，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)7.5℃下包裝袋內(nèi)的氣體體積分?jǐn)?shù)隨時(shí)間的變化與實(shí)測(cè)值能很好地吻合[41]。

5 臭氧在鮮切果蔬保鮮應(yīng)用中有待解決的問(wèn)題

臭氧處理作為一種先進(jìn)、綠色、環(huán)保、低能耗的保鮮技術(shù)與其他保鮮技術(shù)相比較，有著無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。其能耗低，擁有多種有效的抑菌途徑，抑菌保鮮效率高，與多種保鮮技術(shù)協(xié)同的效果顯著，在實(shí)際生產(chǎn)中有很大的應(yīng)用前景，因此，加強(qiáng)對(duì)臭氧保鮮技術(shù)的深入研究具有重要的實(shí)際意義。然而，臭氧在鮮切果蔬保鮮領(lǐng)域還有以下幾方面需要進(jìn)一步研究。

5.1 保鮮機(jī)理有待進(jìn)一步確定

臭氧對(duì)鮮切果蔬有很好的保鮮效果，但也有自身的局限性，并不是所有的鮮切果蔬都適宜用臭氧進(jìn)行保鮮。Ketteringham等[42]發(fā)現(xiàn)，臭氧水殺滅鮮切青椒中需氧菌的效果并不明顯。還有研究認(rèn)為，使用臭氧處理鮮切番茄會(huì)破壞其香氣成分[18]。因此還需要進(jìn)一步研究臭氧對(duì)鮮切果蔬的保鮮機(jī)理，明確適宜臭氧保鮮的果蔬類(lèi)型。

5.2 臭氧保鮮條件有待明確

臭氧在使用過(guò)程中濃度越高保鮮效果不一定越好，有時(shí)濃度過(guò)高會(huì)對(duì)果蔬產(chǎn)生很多不利的影響。Beckerson[43]研究認(rèn)為，較高濃度的臭氧不僅提高了果蔬細(xì)胞膜的相對(duì)電導(dǎo)率，增加了膜透性，而且葉綠素和類(lèi)胡蘿素也會(huì)遭受破壞。還有研究人員也得出類(lèi)似的結(jié)論，他們認(rèn)為過(guò)高濃度的臭氧對(duì)果蔬進(jìn)行保鮮會(huì)增大細(xì)胞膜的滲透率，細(xì)胞內(nèi)含物外滲，引起果蔬細(xì)胞的損傷，從而導(dǎo)致品質(zhì)下降或腐敗變壞[44]。因此，根據(jù)鮮切果蔬的差異，科學(xué)地選擇適宜的臭氧濃度將成為未來(lái)研究的一個(gè)重要方向。針對(duì)該問(wèn)題，有研究者認(rèn)為，可以利用氧化還原電位監(jiān)測(cè)臭氧水對(duì)鮮切果蔬的消毒能力[45]。此外，溫度、處理時(shí)間、pH等條件對(duì)鮮切果蔬保鮮的影響也需進(jìn)一步明確[46]。

5.3 臭氧保鮮模型的研究

建立鮮切果蔬呼吸的數(shù)學(xué)模型，能夠?yàn)轷r切果蔬保鮮包裝提供一定的理論依據(jù)，對(duì)鮮切果蔬保鮮的包裝設(shè)計(jì)有一定的指導(dǎo)作用。目前，對(duì)果蔬呼吸數(shù)學(xué)模型的研究大多集中在以氮?dú)狻⒍趸?、氧氣做為充填氣體，結(jié)合包裝膜的阻隔性建立起來(lái)的數(shù)學(xué)模型[47-48]。而臭氧條件下鮮切果蔬的呼吸數(shù)學(xué)模型的研究基本上是空白，因此研究臭氧保鮮的數(shù)學(xué)模型對(duì)于臭氧在鮮切果蔬保鮮中的應(yīng)用意義重大。

5.4 制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，為其安全合理使用提供依據(jù)

臭氧在低濃度下對(duì)人體的健康不會(huì)產(chǎn)生危害，然而0.2ppm或更高濃度的臭氧隨接觸時(shí)間的不同對(duì)人體呼吸道會(huì)有不同程度的傷害[4]。臭氧的生產(chǎn)加工過(guò)程以及產(chǎn)品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)在我國(guó)尚未有明確規(guī)定。為保障作業(yè)人員的安全，并更合理科學(xué)地使用臭氧，急需制訂臭氧生產(chǎn)和使用標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)臭氧保鮮技術(shù)的推廣使用進(jìn)行規(guī)范，促進(jìn)其健康發(fā)展。

6 結(jié)論

國(guó)內(nèi)外對(duì)臭氧在鮮切果蔬貯藏中的防腐保鮮效果都給予了積極的評(píng)價(jià)，認(rèn)為不同種類(lèi)的鮮切果蔬在不同條件下合理使用不同濃度的臭氧可顯著提高其商業(yè)價(jià)值。不可否認(rèn)的是目前臭氧在鮮切果蔬保鮮中的應(yīng)用還需要進(jìn)一步完善和提高。未來(lái)研究方向應(yīng)該包括以下幾個(gè)方面：深入研究臭氧對(duì)鮮切果蔬的保鮮機(jī)理，明確臭氧濃度、相對(duì)濕度、溫度、處理時(shí)間和pH等條件對(duì)鮮切果蔬保鮮的影響，建立相應(yīng)的臭氧保鮮數(shù)學(xué)模型，并進(jìn)一步研究、開(kāi)發(fā)可與臭氧協(xié)同作用的高濃度臭氧冰制取技術(shù)以彌補(bǔ)臭氧單一處理的不足。鮮切果蔬在我國(guó)仍處于發(fā)展的初級(jí)階段，利用綠色、高效的臭氧技術(shù)對(duì)鮮切果蔬進(jìn)行保鮮，對(duì)推動(dòng)鮮切果蔬在我國(guó)的商品化具有重大意義。

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Application of ozone in storage of fresh-cut fruits and vegetables

ZOU Kai，ZHAO Dong-fang，HU Rong，F(xiàn)U Hai-jiao，ZHANG Min*
（Chongqing Special Food Programme and Technology Research Center，Laboratory of Quality&Safety Risk Assessment for Argo-products on Storage and Presrevation（Chongqing)，Ministry of Agriculture，College of Food Science，Southwest University，Chongqing 400715，China)

Application of ozone in preservation of fresh-cut fruits and vegetables was reviewed，including the mechanism and the factors affecting preservation and the combination of ozone and other preservation technologies in preservation of fresh-cut fruits and vegetables.Some problems and prospect of the application of ozone in fresh-cut fruits and vegetables were analyzed.

ozone;fresh-cut fruits and vegetables;preservation

TS255.1

A

1002-0306（2012)14-0376-06

2011－11－24 *通訊聯(lián)系人

鄒凱（1989-)，男，碩士研究生，研究方向：食品包裝材料及技術(shù)。

國(guó)家科技支撐計(jì)劃（2011BAD36B02);“十二五”國(guó)家863計(jì)劃項(xiàng)目（2011AA100805)。