化學處理在鮮切蘋果保鮮中的應用研究進展

王智榮，鄭力榕，呂新剛，闞建全, 4, 5*

1(西南大學 食品科學學院，重慶，400715) 2(中國農(nóng)業(yè)大學 食品科學與營養(yǎng)工程學院，北京，100083) 3(西北大學 化工學院，陜西 西安，710069)4(農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品貯藏保鮮質量安全風險評估實驗室(重慶)，重慶，400715) 5(中匈食品科學聯(lián)合研究中心，重慶，400715)

鮮切果蔬，又名半處理果蔬、最小或輕(淺)度加工果蔬，是對新鮮果蔬進行分級、整理、清洗、切分、去心(核)、修整、保鮮、包裝等程序處理，提供給消費者的一種營養(yǎng)豐富、食用方便、新鮮衛(wèi)生的100%可食用的產(chǎn)品[1]。因其具有方便快捷、營養(yǎng)安全等特點，鮮切果蔬倍受世界各國消費者的青睞，然而，相對于完整的新鮮果蔬，鮮切果蔬更易產(chǎn)生生理衰老、水分和營養(yǎng)損失、切片表面變色、質地軟化、微生物侵染嚴重等問題，大大縮短了這類產(chǎn)品的貨架壽命[1-2]。蘋果，富含多種糖、酸、維生素、礦物質、膳食纖維等營養(yǎng)成分，是舉世公認的營養(yǎng)程度最高的健康水果之一。近年來，國內(nèi)外科研人員在如何保持鮮切蘋果的品質及延長貨架壽命等方面進行了大量的研究?；瘜W處理，因其具有操作簡單、成本低廉、保鮮效果好等特點，在鮮切蘋果貯藏保鮮中應用廣泛。因此，本文對備受關注的化學處理方法在鮮切蘋果中的應用進行了綜述，以期為其在本領域的深入發(fā)展及生產(chǎn)中的進一步應用提供借鑒。

1 化學處理

化學處理是指在切分處理前/后添加一定量的安全無毒副作用的化學物質，以改變果蔬的生理活性，維持或改善切片的組織質地，控制褐變，抑制病原微生物的生長繁殖，以提高鮮切產(chǎn)品的食用品質和銷售價值[2]?？寡趸瘎┤缰菜?、(D-異)抗壞血酸(鹽)、磷脂、乳酸鈣(鈉)等，酸度調節(jié)劑如乳酸、碳酸氫鈉、L-蘋果酸、檸檬酸(鉀、鈉)等，增稠劑如果膠、黃原膠、卡拉膠、阿拉伯膠、海藻酸鈉/鉀、羧甲基纖維素鈉、淀粉等，防腐劑如ε-聚賴氨酸鹽酸鹽等，因其安全、高效，被允許用于我國的加工水果，包括鮮切水果中[3]。

2 化學處理在鮮切蘋果中的應用進展

2.1 新型殺(抑)菌劑

水果切分后的清洗操作是鮮切蘋果加工過程中唯一能直接減少微生物污染的步驟，過去常用含有50～120 mg/L自由氯的溶液浸泡殺菌，但氯及其化合物會形成致癌的氯化副產(chǎn)物[4-5]。近年來，更加安全、健康、環(huán)保的新型殺(抑)菌劑得到了極大的發(fā)展(表1)。

亞氯酸鈉是一種安全的高效殺菌劑，其氧化性比次氯酸高，美國食品藥物管理局(United States Food and Drug Administration，F(xiàn)DA)允許使用0.5～1.2 g/L的亞氯酸鈉對果蔬和鮮切果蔬進行噴灑或浸泡[4-5]。LUO等[6]研究發(fā)現(xiàn)，亞氯酸鈉可使鮮切“紅元帥”表面的大腸桿菌數(shù)量下降3～3.6個對數(shù)值，和氯化鈣聯(lián)用時可保持切片良好品質達14 d，此外，亞氯酸鈉還能有效抑制多酚氧化酶(Polyphenol oxidase，PPO)活性，從而減輕褐變程度[7]。

過氧乙酸是由過氧化氫和醋酸混合而成的一種綠色、環(huán)保強氧化型殺菌劑，質量濃度在50 mg/L以下就能達到良好的殺菌效果[4]。ABADIAS等[8]研究表明，80 mg/L過氧乙酸處理能使蘋果切片表面的病原菌數(shù)量降低2～3個對數(shù)值。

臭氧也是一種強氧化型殺菌劑，其氧化強度是氯的1.5倍，殺菌速度是氯的600～3 000倍，其反應產(chǎn)物為水和氧氣，不會污染環(huán)境[4, 9]。侯玉茹等[9]報道，9 d后，經(jīng)臭氧水處理的切片的表面菌落總數(shù)僅為對照的1.7%；劉程惠[10]的研究也表明臭氧能有效延長鮮切蘋果的貨架期。然而，臭氧化學性質不穩(wěn)定，在實際利用中，需要實時監(jiān)控臭氧的濃度，另外，臭氧可能會造成抗壞血酸、胡蘿卜素等營養(yǎng)物質的損失[4]。

酸性電解水是指通過電解稀鹽溶液，產(chǎn)生氯氣和各種次氯酸鹽，有效殺滅各種微生物，且對人體安全無害[4-5]。張秋婷等[11]研究表明，微酸電解水對大腸桿菌具有明顯的致死效應；GRACA等[12]指出酸性電解水殺菌效果最好，其次是中性電解水，而次氯酸鈉殺菌效果最差；于曉霞[13]優(yōu)化的酸性電解水殺菌工藝，可使減菌率高達91.84%。然而，酸性電解水需要持續(xù)通電，且溶液中的有效氯濃度極易受光照、溫度等影響，因而在使用中應特別注意控制外界環(huán)境[13]。

隨著消費者安全意識和要求的提高，許多天然物質由于具有明顯的抑菌作用而備受關注(表1)。TORNUK等[14]報道，百里香、小茴香、迷迭香、月桂葉的植物水溶膠都能有效降低大腸桿菌O157∶H7和鼠傷寒沙門氏菌的數(shù)量，尤以百里香水溶膠抑菌作用最好；SALVIA等[15]研究指出檸檬草香精油能有效抑制鮮切“富士”蘋果天然菌和大腸桿菌的生長繁殖；銀杏葉和種皮提取液也能有效控制切片表面的微生物數(shù)量[16]。除此之外，一些果蔬的香氣成分如己醛、2-E-己烯醛、乙酸己酯等能通過被動擴散透過細胞質膜，發(fā)揮抑菌作用[2]。但是，天然抑菌劑在水中的溶解度一般較低，其自身所帶的強烈味道會對蘋果切片的氣味和口感造成不良影響[2]；而且，天然抑菌劑的提取或生產(chǎn)通常需要先進的設備和操作技術，價格昂貴。因此，雖然天然抑菌劑是未來發(fā)展的必然趨勢，但距離大規(guī)模商業(yè)應用還很遙遠。

表1 新型殺(抑)菌劑在鮮切蘋果保鮮中的應用Table 1 The application of novel fungicides (bacteriostatic agent) on preservation of fresh-cut apples

注：—表示文獻中未指明蘋果品種。

2.2 鈣鹽溶液處理

蘋果經(jīng)機械切分后，切面組織被破壞，釋放果膠甲酯酶(Pectin methylesterase，PME)、多聚半乳糖醛酸酶(Polygalacturonase，PG)等水解酶，降解細胞壁，進而引起蘋果切片軟化[2]。鈣離子可以和果膠上的自由羧基交聯(lián)形成交叉聚合體或鈣橋，從而維持整體結構的穩(wěn)定性，且鈣鹽溶液處理還能有效降低果實的膜透性，延緩衰老[1-2]。氯化鈣是使用最廣泛的鈣鹽，能有效提高蘋果切片的硬度，如楊巍等[17]報道氯化鈣能推遲蘋果切片PPO、過氧化物酶(Peroxidase，POD)活性高峰的到來； VARELA等[18]指出，10 g/L氯化鈣處理可保持蘋果切片可接受硬度和良好品質達8 d，但會造成不良風味和苦澀口感。因而，目前越來越多的學者轉向氯化鈣替代物的研究(表2)，一些有機酸鈣如丙酸鈣、乳酸鈣、抗壞血酸鈣等保鮮作用顯著[2, 19]，有望取代氯化鈣，應用于鮮切蘋果的保鮮中。

表2 鈣鹽處理在鮮切蘋果保鮮中的應用Table 2 The application of calcium salt treatment on preservation of fresh-cut apples

2.3 褐變抑制劑

褐變是影響鮮切蘋果貨架期最主要的因素，鮮切蘋果的褐變主要由酶促褐變引起，現(xiàn)已明確，酶促褐變是在有氧存在的情況下，酚類底物和PPO反應形成醌類物質所致[2, 4]。因而，褐變抑制劑的作用機理主要包括螯合PPO輔基Cu2+、改變酶作用的酸堿環(huán)境、與酶產(chǎn)生競爭性抑制而降低酶活、還原酚的氧化產(chǎn)物、與褐變底物酚類結合、改變酚類底物的結構等，從而實現(xiàn)抑制或減輕褐變[1-2]。過去常用的褐變抑制劑是亞硫酸鹽，但是亞硫酸鹽會破壞食品組織營養(yǎng)，并會引發(fā)哮喘病人過敏反應，F(xiàn)DA已禁止使用[1, 20]。由此，探索和開發(fā)健康安全的褐變抑制劑備受世人關注。

2.3.1 新型褐變抑制劑

目前，使用最廣泛的褐變抑制劑是(異)抗壞血酸(表3)，抗壞血酸能將醌還原為酚類底物，進而有效抑制酶促褐變。在過去很長一段時間里，抗壞血酸常和鈣鹽聯(lián)用，在抑制褐變的同時，能明顯提高鮮切蘋果的硬度[2]。CRISTIANE等[21]聯(lián)用抗壞血酸和氯化鈣，保持鮮切蘋果的良好品質達11 d。然而，抗壞血酸不穩(wěn)定，且當抗壞血酸被完全氧化成脫氫抗壞血酸時，就會喪失抑制褐變的能力[2]。另外，有報道指出，抗壞血酸可能會引起鮮切蘋果的氧化損傷[22]。

羧酸如檸檬酸、植酸等能通過降低pH和螯合銅離子等途徑抑制PPO活性，因而也被廣泛用于鮮切蘋果的保鮮(表3)。檸檬酸濃度為3 g/L時對鮮切“富士”蘋果就有很好的保鮮效果[20]，而對于鮮切“寒富”蘋果，檸檬酸濃度為15 g/L護色效果最好，能保持切片良好品質達8 d[23]；植酸的作用效果和其濃度有關，較高濃度能有效抑制褐變，濃度較低時，會加速切片的軟化[24]。

近年來，鹵化鹽的抗褐變能力頗受關注。LI等[25]比較了各種鹵化鹽的護色效果，結果表明，氟化鹽>氯化鹽≈溴化鹽>碘化鹽，隨后，他們用抗壞血酸鈣混合NaCl浸泡蘋果切片，發(fā)現(xiàn)處理后的切片，PPO活性大為降低，可保持較好品質達30 d。用廉價的鹵化鹽尤其是氯化鈉取代或部分取代高價的抗壞血酸(鹽)，能在顯著抑制褐變的同時有效降低成本[26]。

用含氮氣體如N2、NO熏蒸鮮切蘋果，也是最近幾年的研究熱點(表3)。AMISSAH等[27]研究表明，NO處理能顯著抑制醇脫氫酶(alcohol dehydrogenase，ADH)的活性，且蘋果切片越小，作用效果越好；朱珍等[28]發(fā)現(xiàn)NO緩釋熏蒸處理能有效抑制切片褐變、軟化、失重和PPO活性，并能維持較高的可溶性固形物(total soluble solid，TSS)、可滴定酸(titratable acid，TA)、VC和總酚含量。

從植物中提取有效活性成分，作為天然保鮮劑，抑制鮮切蘋果的褐變，近年來備受關注和重視。目前研究最多的是生姜提取液(表3)，生姜提取液濃度過高或過低都會影響蘋果切片的感官品質，胡艷超等[29]發(fā)現(xiàn)用0.1 g/L生姜提取液和氯化鈣復合液浸泡，更能抑制切片的PPO和POD活性，并能有效減少失重。有研究報道，雪松松針提取物對鮮切蘋果也有較好的保鮮效果[30]。雖然這些活性成分安全、健康，但是植物提取物會很快擴散到蘋果切片中，在切片表面的濃度迅速下降，會削弱抑菌效果，而且，植物提取物成分復雜，浸涂處理后可能會影響鮮切蘋果的感官品質[6]。

2.3.2復合護色液

單一的褐變抑制劑只具有一條或少數(shù)幾條作用途徑，往往護色效果或護色時間極為有限，聯(lián)用多種褐變抑制劑是解決這一問題的有效途徑(表3)。目前最常用的是(異)抗壞血酸(鹽)混合鈣鹽或/和羧酸。張芳等[31]報道，用5 g/LD-異抗壞血酸鈉+10 g/L檸檬酸+8 g/L NaCl+1.6 g/L EDTA-2Na復合液處理，貯藏12 d后，切片仍能保持較好品質。4-己基間苯二酚，是PPO的競爭性抑制劑，復合液中添加少量的4-己基間苯二酚，能顯著提高護色效果[20]。此外，含硫醇化合物如N-乙酰半胱氨酸、還原型谷胱甘肽能和醌反應形成無色物質或還原醌為二元酚[2]，也常常用于配制高效的復合護色液。

表3 褐變抑制劑在鮮切蘋果保鮮中的應用Table 3 The application of browning inhibitors on preservation of fresh-cut apples

2.4 涂膜處理

涂膜處理是指在蘋果切片表面添加一層可食性薄膜，該薄膜可以減少水分蒸發(fā)和營養(yǎng)流失，限制溶質遷移和氣體交換，抑制呼吸作用，延緩乙烯生成，降低生理生化反應速度，推遲鮮切蘋果組織衰老和腐敗[1-2]。而且，成膜劑可作為抗氧化劑、褐變抑制劑和營養(yǎng)成分等添加劑的載體，可有效控制蘋果切片的褐變，抑制微生物的生長繁殖，因而被認為是對鮮切蘋果保鮮最有效的方法之一[2]。

2.4.1 多糖類涂膜劑

殼聚糖，因其具有抑菌、保鮮和成膜性好等特點，是目前應用最廣泛的多糖涂膜劑。然而，殼聚糖溶解度不高，因而，殼聚糖的分解產(chǎn)物、溶解度更高的殼寡糖引起眾多學者的興趣。薩仁高娃等[32]研究發(fā)現(xiàn)，殼寡糖涂膜能有效降低切片質量損失，抑制脂氧合酶活性，延緩衰老。此外，利用化學、生物等方法對殼聚糖進行改性，也能有效提高殼聚糖溶解度和保鮮效果。吳昊等[33]用漆酶催化殼聚糖與沒食子酸反應，制成的殼聚糖-沒食子酸衍生物有更好的護色和抑菌作用。單一成分涂膜的作用效果有限，混合抗氧化劑或/和抑菌劑往往能有效提高蘋果切片的安全性和貨架期，如WU等[34]用殼聚糖混合普魯蘭糖和谷胱甘肽浸漬“富士”切片可延長貨架期達10 d。除了殼聚糖，海藻酸鈉也是常用的多糖涂膜劑，被廣泛地用于復合涂膜液中。郭宇歡等[35]指出，1.0 g/L生姜提取物+10 g/L海藻酸鈉浸漬涂膜在減少水分損失、維持硬度、抑制褐變和微生物侵染等方面有較好效果；劉永等[36]通過響應面法，確定茶樹油/海藻酸鈉涂膜的最佳制備工藝為：13.0 g/L海藻酸鈉+19.9 g/L甘油+2.6 g/L茶樹油。除此之外，淀粉[37]、羧甲基纖維素[38]等也常常作為復合涂膜液的成膜成分(表4)。

2.4.2 蛋白類涂膜劑

蛋白類涂膜劑主要是溶菌酶、白蛋白等(表4)。馮敘橋等[39]研究發(fā)現(xiàn)，在一定范圍內(nèi)，溶菌酶的濃度越高，對鮮切“寒富”蘋果的保鮮效果越好，當濃度達0.8 g/L時，切片的感官評價、色澤、硬度、TSS和抗壞血酸含量均處于較高水平，在4 ℃條件下可延長切片貨架期達8 d；蔡景勝等[40]報道，蠶繭中的絲素蛋白能有效降低“紅富士”切片失重，抑制PPO活性，延緩褐變，并維持較高的Vc含量。不含褐變抑制劑的白蛋白膜卻能有效控制鮮切蘋果的褐變，一般認為，是膜內(nèi)的半胱氨酸起主要作用，而蛋白形成的膜阻止氧的進入可能也是抑制褐變的原因之一[41]。

表4 涂膜處理在鮮切蘋果保鮮中的應用Table 4 The application of coating on preservation of fresh-cut apples

注：—表示文獻中未指明蘋果品種。

2.4.3 納米涂膜液和微乳液

納米技術及納米涂膜液在鮮切果蔬中的應用是近年來的研究熱點。ZAMBRANO等[42]報道，含α-生育酚的納米乳劑處理后的切片，其呼吸速率僅為35 mL O2/(kg·h)，能保持較好品質達21 d；GALINDO等[43]發(fā)現(xiàn)，和對照相比，經(jīng)生育酚微膠囊/黃原膠涂膜的鮮切蘋果，其呼吸速率下降了63%，PPO和苯丙氨酸解氨酶(phenylalnine ammonialyase，PAL)活性也明顯降低；類似地，劉永等[44]研究發(fā)現(xiàn)，用納米SiO2/海藻酸鈉涂膜處理20 s，能有效減緩切片的生理變化，保持鮮切蘋果的品質。微乳液，由于能顯著提高精油在水油兩相中的溶解能力，也常作為植物精油涂膜液的載體，應用于鮮切蘋果的保鮮[2, 45]。

2.4.4 活性包裝

此外，在包裝薄膜上涂布或在成膜劑中加入抗氧化劑或/和抑菌劑，制成活性保鮮包裝薄膜，也是目前的研究方向之一[1]。陳晨偉等[46]在PE/PVA薄膜上涂布不同濃度的α-生育酚，而后包裹“紅富士”切片，結果發(fā)現(xiàn)，含α-生育酚的薄膜能有效抑制切片的褐變和PPO活性，抑制硬度、Vc和TA含量下降；張燕等[47]在聚乙烯醇流延成膜過程中加入不同質量分數(shù)的檸檬酸，并用改性薄膜密封包裹鮮切“紅富士”，結果表明，檸檬酸濃度為2%時保鮮效果最好，室溫下6 d后，切片的各項指標均優(yōu)于對照和其他處理組。

雖然涂膜處理能有效保持鮮切蘋果的品質，但切片表面形成的膜會造成厭氧環(huán)境，可能會削弱蘋果的香氣，影響揮發(fā)性成分的生成[1-2]。

2.5 化學方法和物理技術結合處理

化學處理雖然較好地保持了鮮切蘋果的營養(yǎng)品質，但對切片的品質特征仍有或多或少的不利影響，聯(lián)合多種處理方法是鮮切蘋果保鮮的發(fā)展方向，目前，最常用的是化學處理結合物理保鮮技術如紫外輻照、脈沖光、(超)高壓等(表5)。CHEN等[50]發(fā)現(xiàn)，聯(lián)用檸檬酸浸漬和紫外線輻照處理的切片褐變較輕，失重較少，表面微生物數(shù)量較少，可食性和貯藏品質較好；MOREIRA等[51]聯(lián)用涂膜和脈沖光處理，切片表面的嗜溫菌、嗜冷菌、酵母菌和霉菌顯著減少，而DPPH自由基清除活性、質構和感官品質幾乎不變；VERCAMMEN等[52]將鮮切蘋果在護色液中浸漬后，用450 MPa超高壓處理10 min，結果將切片的微生物貨架期由空白的15 d延長至90 d，這可能是因為超高壓對微生物具有亞致死和致死效應[11]。此外，低溫、熱處理、電離輻射、超聲波處理、氣調貯藏等[1, 20]也是化學處理常常聯(lián)用的物理方法。

表5 化學方法和物理技術結合處理在鮮切蘋果保鮮中的應用Table 5 The application of combination of chemical treatments and physical methods on preservation of fresh-cut apples

3 結語

隨著科學技術的快速發(fā)展和對鮮切蘋果貯藏期間生理生化變化的深入研究，化學處理通過鈍化酶活、抑制褐變、阻止軟化、控制微生物生長繁殖等作用效應，有效延長了鮮切蘋果的貨架期。而且，化學處理簡單快速，成本低廉，便于大規(guī)模操作，在鮮切果蔬的產(chǎn)業(yè)應用中占有重要地位。然而隨著消費者對新鮮、方便、健康、衛(wèi)生食品要求的不斷提高，化學處理的安全性始終備受關注和質疑。因此，未來應加強以下研究以推進化學處理的產(chǎn)業(yè)化應用：(1)探索和開發(fā)更加安全、高效的天然殺(抑)菌劑、褐變抑制劑；(2)針對各種保鮮效應，著重研究各化學處理的作用機制和影響因素，強化各方法的作用優(yōu)勢；(3)聯(lián)合使用多種化學處理方法，優(yōu)化各種化學處理劑的配比，研究和發(fā)揮其協(xié)同作用；(4)綜合使用化學處理方法和物理保鮮技術，強化研究其相互協(xié)同的作用條件和機制，實現(xiàn)優(yōu)勢互補。相信隨著保鮮技術的發(fā)展與成熟，鮮切蘋果的品質將得到有效保障。