常見漿果氣調(diào)貯藏保鮮技術(shù)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)

常見漿果類主要包括越橘(Vaccinium)、樹莓(Rubus)、茶藤子(Ribes)、沙棘(Hippophae)、藍(lán)靛忍冬(Lonicera)、草莓(Fragaria)、五味子(Schisandr)、酸漿(Physalis)等[1]。漿果中水分含量極高,并含有豐富的糖、蛋白質(zhì)、有機(jī)酸、維生素、礦物質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),以及多酚、花青素、黃酮等生理活性物質(zhì)[2]。漿果在抗氧化、預(yù)防治療疾病和促進(jìn)機(jī)體健康方面具有重要的作用,營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高,因此廣受大眾消費(fèi)者青睞。漿果類水果具有不耐貯藏,季節(jié)選擇性強(qiáng),易受病原菌侵染等特性,使其口感和商業(yè)價(jià)值大打折扣。為保證漿果的新鮮口感以及其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,防止其腐爛變質(zhì),國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者對(duì)漿果的貯藏保鮮進(jìn)行了深入的研究。

氣調(diào)貯藏保鮮技術(shù)通過物理手段保持漿果的穩(wěn)定性,具有抑制漿果成熟,降低低溫冷害和生理?yè)p傷,以及長(zhǎng)期保持漿果的色香味與品質(zhì)的特點(diǎn),是漿果貯藏保鮮方面的研究熱點(diǎn)[3]。本文針對(duì)漿果氣調(diào)貯藏保鮮技術(shù)對(duì)漿果保鮮過程中的生理特性的影響作用及當(dāng)前漿果的主要貯藏方式的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述,并對(duì)當(dāng)前的技術(shù)的發(fā)展前景進(jìn)行分析和預(yù)測(cè),以期作為未來(lái)氣調(diào)貯藏保鮮技術(shù)發(fā)展的參考依據(jù)。

1 氣調(diào)貯藏保鮮技術(shù)概述

氣調(diào)貯藏保鮮技術(shù)是指根據(jù)果蔬的不同生理特點(diǎn),通過調(diào)節(jié)貯藏氛圍的氣體成分,以降低漿果的呼吸強(qiáng)度和酶的活性,從而維持漿果原有的形態(tài)、色澤、口感和營(yíng)養(yǎng)成分,最終延緩漿果的成熟和衰老的方法[4]。

氣調(diào)保鮮貯藏技術(shù)分為采用自然降氧的自發(fā)氣調(diào)貯藏(Modified atmosphere storage,MA)和采用人工快速降氧的機(jī)械氣調(diào)庫(kù)貯藏(Controlled atmosphere storage,CA)。MA是指通過漿果自身呼吸代謝來(lái)降低環(huán)境中的O2含量,提高CO2的含量。主要包括氣調(diào)包裝(Modified Atmosphere Packing,MAP)和塑料薄膜帳硅窗氣調(diào),其特點(diǎn)是成本低,易操作,但具有不易控制所需狀態(tài),影響貯藏效果的缺點(diǎn)。主要依靠氣調(diào)庫(kù)對(duì)漿果的貯藏環(huán)境的各項(xiàng)參數(shù)(溫度、濕度、氣體成分等)進(jìn)行調(diào)節(jié),特點(diǎn)是成本高,貯藏期更長(zhǎng)[5]。

2 氣調(diào)貯藏保鮮技術(shù)對(duì)漿果生理特性的影響

2.1 氣調(diào)對(duì)漿果內(nèi)乙烯的影響

乙烯對(duì)呼吸躍變型漿果的成熟具有催化作用,較低濃度的乙烯能夠有效促進(jìn)此類漿果的呼吸作用,刺激漿果成熟。氣調(diào)技術(shù)可以控制乙烯的合成量,低濃度O2能夠控制乙烯產(chǎn)生的原因是1-氨基環(huán)丙烷-1-羧酸(1-Amino Cyclopropane-1-Carboxylic acid,ACC)生成的過程是一個(gè)需氧的過程,在氮?dú)庵幸蚁┦遣荒芎铣傻?CO2對(duì)乙烯的抑制作用不清晰,CO2可能作用于乙烯生物合成的3個(gè)位點(diǎn):蛋氨酸(Met)→ACC,ACC→C2H,ACC→MACC(丙二?；鵄CC)。此外,也可能是由于CO2使pH降低來(lái)影響合成乙烯過程中的酶的活性[6]。在顏廷才等人的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)利用氣調(diào)、1-甲基環(huán)丙烯(1-methylcyclopropene,1-MCP)及氣調(diào)結(jié)合1-MCP處理都能有效地抑制軟棗獼猴桃內(nèi)部乙烯的生成,減小乙烯峰值,且氣調(diào)結(jié)合1-MCP處理作用效果最佳,1-MCP處理效果優(yōu)于氣調(diào)處理[7]。

2.2 氣調(diào)對(duì)呼吸作用的影響

保鮮漿果的根本途徑就是降低漿果的呼吸強(qiáng)度,減慢漿果的呼吸速率就會(huì)影響其正常生命活動(dòng)的進(jìn)行,進(jìn)而抑制漿果的腐爛變質(zhì)[8]。漿果采后作為活的有機(jī)體,呼吸作用對(duì)于之后的貯藏品質(zhì)至關(guān)重要。空氣中O2,CO2濃度是一定的,因此氣調(diào)環(huán)境內(nèi)O2和CO2濃度的變化對(duì)漿果的呼吸強(qiáng)弱起直接作用。侯玉茹等人研究表明,體積分?jǐn)?shù)為5%和10%的CO2結(jié)合氣調(diào)保鮮箱對(duì)草莓的貯藏效果較好[9]。除此以外,氣調(diào)箱的使用能明顯降低果實(shí)的呼吸強(qiáng)度,推遲其呼吸高峰的出現(xiàn),孟憲軍、姜愛麗等人發(fā)現(xiàn)藍(lán)莓在1 ℃時(shí),5% O2和30% CO2氣調(diào)貯藏條件時(shí)能更有利于延緩果實(shí)衰老進(jìn)程,使有效貯藏期長(zhǎng)達(dá)95 d[10]。高銘等以樹莓為研究對(duì)象,探討不同CO2濃度對(duì)冷藏期品質(zhì)的影響,得出結(jié)論為5%的CO2濃度最能維持貯藏過程中氣調(diào)箱內(nèi)CO2和O2濃度恒定,對(duì)保持樹莓品質(zhì)效果最好[11]。

有早期研究者發(fā)現(xiàn),低濃度的O2和高濃度CO2抑制呼吸作用的原因是削弱呼吸過程最后一步電子的氧化,抑制了電子傳遞鏈與氧化磷酸化產(chǎn)生的ATP,從而降低了代謝活性,而CO2主要影響糖酵解和三羧酸循環(huán)中的酶[12]。

2.3 氣調(diào)對(duì)自由基防御系統(tǒng)的影響

機(jī)體內(nèi)存在兩種自由基防御系統(tǒng):一種是酶促防御系統(tǒng),包括超氧化物岐化酶(Superoxide dismutase,SOD)、過氧化氫酶(Catalase,CAT)、過氧化物酶(Peroxidase,POD)等;另一種是非酶促防御系統(tǒng),包括谷胱甘肽(Glutathione,GSH)、維生素C(Vitamin C,VC)等。兩種防御系統(tǒng)在漿果貯藏過程中協(xié)同作用來(lái)保護(hù)機(jī)體,機(jī)體防御能力的強(qiáng)弱對(duì)貯藏時(shí)間的長(zhǎng)短和漿果品質(zhì)的好壞有著不可分割的作用。

2.3.1 氣調(diào)對(duì)酶促防御系統(tǒng)的影響 氣調(diào)能夠影響漿果內(nèi)部一系列酶系統(tǒng),可以抑制成熟酶的活性,調(diào)節(jié)漿果果實(shí)的成熟過程,還存在水解細(xì)胞壁和促進(jìn)衰老的酶類[13]。高CO2和低O2對(duì)多酚氧化酶(Polyphenol oxidase,PPO)有抑制作用,因此抑制了組織的褐變[14]。丙二醛(Malondialdehyde,MDA)是膜脂過氧化作用的主要產(chǎn)物之一,其含量的高低,是膜脂過氧化程度和果實(shí)衰老的標(biāo)志。適當(dāng)?shù)臍怏w成分與比例可提高SOD和POD的活性,抑制PPO的活性,降低果膠分解,清除自由基,減緩果實(shí)的成熟與衰老[15]。高銘等人研究發(fā)現(xiàn)體積分?jǐn)?shù)為5% CO2的箱式氣調(diào)處理樹莓,果實(shí)PPO活性的升高和MDA的積累受到一定的抑制,果實(shí)POD活性維持了較高水平[16]。

2.3.2 氣調(diào)對(duì)非酶促防御系統(tǒng)的影響 果實(shí)非酶促防御系統(tǒng)即抗壞血酸—谷胱甘肽(Ascorbate-glutathione,AsA-GSH)循環(huán),可清除過氧化氫源[17]。維生素C是合成谷胱甘肽的前體之一,它不僅能維持GSH的巰基處于還原狀態(tài),而且可以使氧化型谷胱甘肽轉(zhuǎn)變?yōu)镚SH,使機(jī)體代謝產(chǎn)生的H2O2被還原[18]。所以,只有VC和GSH的協(xié)同作用才能更好的發(fā)揮抗氧化作用。在孟憲軍有關(guān)箱式氣調(diào)的實(shí)驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn),在10%、20%、30%三種CO2濃度處理下均有利于VC和GSH含量的保持,尤其是30% CO2處理60 d時(shí),VC含量呈現(xiàn)了顯著上升的趨勢(shì),而此時(shí)其GSH含量也有所上升,并且30% CO2處理的防腐保鮮效果最好,證明VC和GSH間存在著協(xié)同作用[19]。因此,證明氣調(diào)影響非酶促防御系統(tǒng),使其在漿果貯藏期間變強(qiáng)。

2.4 氣調(diào)對(duì)漿果細(xì)胞壁代謝的影響

同時(shí),氣調(diào)對(duì)細(xì)胞壁酶活性的影響主要體現(xiàn)在纖維素酶(Cellulase,CS)、果膠甲酯酶(Pectinesterase,PE)及多聚半乳糖醛酸酶(Polygalacturonase,PG)的活性上,通過控制氣體成分影響相關(guān)細(xì)胞壁酶活性進(jìn)而減緩果實(shí)軟化的過程。如胡花麗等人發(fā)現(xiàn)3% O2與5% CO2的氣調(diào)貯藏抑制果實(shí)軟化進(jìn)程與其降低果膠甲酯酶活性有關(guān);單純10%CO2氣調(diào)處理會(huì)加快豐香草莓的軟化與其誘導(dǎo)果實(shí)纖維素酶、果膠甲酯酶及多聚半乳糖醛酸酶活性增強(qiáng)有關(guān)[20]。

3 氣調(diào)貯藏保鮮方式分類

3.1 MA貯藏

MA是采用具有氣體阻隔性能的包裝材料包裝食品,根據(jù)需求的不同,在低溫條件下降低氧氣濃度,向包裝內(nèi)充入不同比例的氣體以防止食品在物理、化學(xué)等方面的品質(zhì)下降或減緩其腐敗變質(zhì)的速度,抑制腐敗微生物的生長(zhǎng),從而延長(zhǎng)食品的貨架期,提高食品的價(jià)值[21]。Li等人通過研究氣調(diào)包裝在沙棘采后10 d中的影響,發(fā)現(xiàn)經(jīng)過氣調(diào)包裝處理的沙棘的抗氧化活性比未處理的高,其中經(jīng)過160 OTR(氧氣滲透率)處理的沙棘抗氧化活性更高。同時(shí)他們還指出氣調(diào)包裝技術(shù)可以與其他類似冰溫貯藏相結(jié)合以提高貯藏效果[22]。而李方根據(jù)氣體傳質(zhì)基礎(chǔ)理論與Fick定理建立微孔膜氣調(diào)包裝內(nèi)外氣體交換的數(shù)學(xué)模型,發(fā)現(xiàn)孔徑和孔數(shù)對(duì)包裝內(nèi)氣體體積分?jǐn)?shù)變化的影響顯著,膜厚影響不顯著,且模型預(yù)測(cè)值與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合度較高[23]。氣調(diào)包裝的效率和性能主要取決于對(duì)被包裝產(chǎn)品生理特性的正確理解和包裝件自身的合理設(shè)計(jì)。同時(shí),氣體成分的調(diào)節(jié)是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程,包括漿果的呼吸和氣體對(duì)薄膜的滲透兩個(gè)環(huán)節(jié),氣調(diào)包裝的機(jī)理、漿果包裝理論模型的建立和表征是氣調(diào)包裝的關(guān)鍵。

3.2 CA貯藏

CA貯藏主要是通過氣調(diào)庫(kù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的,所謂氣調(diào)庫(kù),即為將機(jī)械冷藏同氣調(diào)貯藏相結(jié)合的貯藏設(shè)施,是通過計(jì)算機(jī)調(diào)控設(shè)備內(nèi)部的氣體成分、溫濕度以及乙烯濃度的一種保鮮方法。一個(gè)完整的氣調(diào)庫(kù)包括制冷設(shè)備、制氮設(shè)備、溫度傳感配置、二氧化碳脫除設(shè)備、乙烯脫除設(shè)備和加濕設(shè)備,同時(shí)還要有相對(duì)應(yīng)的建筑格局[24]。在發(fā)達(dá)國(guó)家,氣調(diào)庫(kù)在六七十年代已經(jīng)得到推廣和普及,鮮果的保鮮貯藏量占水果總量的40%～50%,其中氣調(diào)庫(kù)貯藏的鮮果占總貯藏量的60%～70%,即總產(chǎn)量的30%左右[25]。劉海東從保溫性、氣密性以及保鮮技術(shù)和設(shè)備等方面分析氣調(diào)庫(kù)的耗能狀況,全面準(zhǔn)確掌握氣調(diào)保鮮過程的規(guī)律和技術(shù)特性,從而減少不必要的能耗[26]。在周博等人的研究中,經(jīng)過對(duì)該氣調(diào)庫(kù)的快速降氧過程數(shù)值模擬獲得庫(kù)內(nèi)O2和CO2濃度隨時(shí)間變化的規(guī)律,發(fā)現(xiàn)在貨物區(qū)則存在一定的梯度,貨物區(qū)中心位置不利于果蔬的貯藏[27]。而宿廣汀在長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)后研究出O2和CO2濃度的自動(dòng)控制系統(tǒng),這對(duì)氣調(diào)庫(kù)的進(jìn)一步開發(fā)和應(yīng)用具有非常大的推動(dòng)作用[28]。同時(shí)氣調(diào)庫(kù)的控制系統(tǒng)是保鮮氣調(diào)貯藏和運(yùn)輸環(huán)境調(diào)控的關(guān)鍵組成部分。結(jié)合工業(yè)控制技術(shù)的發(fā)展,計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù),控制系統(tǒng)對(duì)環(huán)境的保鮮漿果氣調(diào)貯藏保鮮和運(yùn)輸提出了新的趨勢(shì)[29]。氣調(diào)庫(kù)具有精準(zhǔn)調(diào)控,貯藏量大且貯藏期長(zhǎng)的的優(yōu)點(diǎn),但其成本高,占地面積大,對(duì)相配套設(shè)備和操作人員的技術(shù)要求高,目前也是眾多研究者的研究熱點(diǎn)之一。

4 前景與展望

我國(guó)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大國(guó),2015年我國(guó)農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值達(dá)到了57635.8億元,其中水果總產(chǎn)量為27375.0萬(wàn)噸[30]。常見漿果栽種面積以及產(chǎn)出量都居世界前列,同時(shí)我國(guó)也是漿果進(jìn)口大國(guó)。當(dāng)前,國(guó)內(nèi)的貯藏保鮮技術(shù)發(fā)展相對(duì)于國(guó)外來(lái)說(shuō)還有很大的差距,我國(guó)每年采后水果的損失量達(dá)生產(chǎn)總量的25%～30%,居全球首位[31]。因此,我國(guó)的漿果貯藏保鮮體系的發(fā)展也是挑戰(zhàn)與機(jī)遇并存。

近些年來(lái),隨著人們生活質(zhì)量的逐漸提高,氣調(diào)保鮮貯藏技術(shù)也已經(jīng)日趨成熟,被廣泛的應(yīng)用于各類果蔬保鮮中。雖然我國(guó)近年來(lái)大力發(fā)展氣調(diào)貯藏技術(shù),但也存在相應(yīng)的問題:首先,現(xiàn)有的氣調(diào)方法不具有針對(duì)性,對(duì)于部分漿果品種在氣調(diào)環(huán)境脅迫下的呼吸特性和響應(yīng)尚缺乏系統(tǒng)性的實(shí)驗(yàn)研究。其次,我國(guó)當(dāng)前建立起的氣調(diào)庫(kù)自動(dòng)化低,依然是人為影響因素較大?，F(xiàn)有的漿果呼吸速率模型形式復(fù)雜、參數(shù)多、預(yù)測(cè)精度低,能預(yù)測(cè)的變量少,并且缺乏對(duì)溫度、濕度、氣體成分等影響因素的有效控制。此外,對(duì)于漿果氣調(diào)貯藏保鮮技術(shù)的研究多數(shù)仍停留在實(shí)驗(yàn)方法上,局限于對(duì)氣體成分、包裝材料、貯藏條件的研究,對(duì)于氣調(diào)貯藏的使用溫度、濕度,以及氣調(diào)貯藏的氣體組成與漿果之間相互作用機(jī)制的研究不夠徹底。

因此,針對(duì)以上面臨的問題有以下解決對(duì)策:一,要進(jìn)一步細(xì)化漿果的分類,并對(duì)每一種細(xì)化的漿果的采后生理特性進(jìn)行深入研究,制定具有針對(duì)性的氣調(diào)貯藏保鮮方法;二,可結(jié)合計(jì)算機(jī)數(shù)學(xué)模型精確控制氣調(diào)庫(kù)中的各類影響因素,實(shí)時(shí)監(jiān)控貯藏過程中的生理生化動(dòng)態(tài),以達(dá)到動(dòng)態(tài)調(diào)控的目的;三,從生理學(xué),分子生物學(xué)等方面進(jìn)一步研究氣體組成與生理變化之間的關(guān)系,建立可以通過測(cè)量漿果的質(zhì)量變化預(yù)測(cè)趨勢(shì)變化的一個(gè)數(shù)學(xué)模型,更好地引導(dǎo)漿果在儲(chǔ)存期間的氣體參數(shù)設(shè)置。

隨著科技的不斷進(jìn)步與消費(fèi)者品質(zhì)要求的提高,單一的控制氣體成分來(lái)延長(zhǎng)保鮮期的方式已經(jīng)不能夠滿足市場(chǎng)需求,因此,單一氣調(diào)保鮮技術(shù)開始向復(fù)合氣調(diào)保鮮的方向發(fā)展,而與其他貯藏技術(shù)如涂膜保藏、臭氧殺菌保藏、輻照殺菌保藏等相結(jié)合的技術(shù)成為眾多研究者的對(duì)象,如臭氧+氣調(diào)[32]、涂膜+氣調(diào)[33]、冰溫處理+氣調(diào)[34]、1-MCP+箱式氣調(diào)[35]、UV-C+氣調(diào)[36]以及磁場(chǎng)+氣調(diào)貯藏[37]等復(fù)合型氣調(diào)貯藏保鮮技術(shù)。多種復(fù)合型的氣調(diào)保鮮技術(shù)具有無(wú)農(nóng)藥殘留、環(huán)境污染及抗藥性等優(yōu)勢(shì),符合果蔬綠色包裝保鮮的新趨勢(shì),而且將氣調(diào)與更多技術(shù)相結(jié)合不僅能夠通過對(duì)氣體成分進(jìn)行調(diào)節(jié)，降低代謝對(duì)漿果造成的營(yíng)養(yǎng)流失,還能夠抑制和殺滅致病菌。因此,復(fù)合型氣調(diào)貯藏保鮮技術(shù)，尤其是與天然提取物相結(jié)合的氣調(diào)貯藏保鮮技術(shù)已經(jīng)成為今后氣調(diào)貯藏技術(shù)的主要研究和發(fā)展方向。

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