不同冷等離子處理對(duì)鮮切獼猴桃保鮮效果的影響

王照琪， 馮 蕊， 仲崇山， 孫小燕， 關(guān)新星， 楊 波

(中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院，北京 100083)

在環(huán)保、可行性上，化學(xué)、生物技術(shù)應(yīng)用于果蔬保鮮存在一定劣勢(shì)，而以等離子技術(shù)為基礎(chǔ)的物理方法則顯現(xiàn)出較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，既對(duì)果蔬有一定的生理調(diào)控作用，又對(duì)病害有一定的抑制和防治作用。等離子體是不同于固體、液體和氣體的物質(zhì)第四態(tài)，高頻電場(chǎng)通過(guò)無(wú)聲放電可以產(chǎn)生等離子氣流，使高能分子與工作氣體分子碰撞發(fā)生一系列物理、化學(xué)反應(yīng)，并將氣體激活生成抗微生物的活性自由基粒子以撞擊、殺滅果蔬表面附著的細(xì)菌等微生物，同時(shí)可與微生物發(fā)生氧化反應(yīng)產(chǎn)生CO2和H2O，抑制微生物的呼吸作用，延長(zhǎng)果蔬保鮮時(shí)間[1-3]。

低溫等離子體對(duì)殘留農(nóng)藥的降解效果尤為顯著，同時(shí)可清除乙烯、乙醇等會(huì)對(duì)果蔬保鮮效果造成不利影響的代謝物，誘導(dǎo)果蔬氣孔減小，降低果蔬呼吸作用強(qiáng)度，對(duì)細(xì)菌、真菌類病害有較強(qiáng)的防除作用，對(duì)病毒的增殖也有一定的抑制作用[4-6]。目前，對(duì)低溫等離子技術(shù)在果蔬保鮮方面的研究相對(duì)較多。Kim等研究證實(shí)，冷等離子技術(shù)在水果保鮮方面能夠發(fā)揮作用[7-8]；Lee等研究發(fā)現(xiàn)，低溫等離子處理是一種有效的非熱能食品加工手段，對(duì)果蔬保鮮有積極作用[9]；Ramazzina等研究表明，冷等離子處理可以有效延緩鮮切獼猴桃的腐敗時(shí)間[10]；Tappi等研究證明，使用低溫等離子技術(shù)處理哈密瓜、菊苣切片等材料，與對(duì)照相比，試驗(yàn)組的儲(chǔ)存時(shí)間明顯變長(zhǎng)，而品質(zhì)及外觀變化十分微小，幾可忽略[11-15]；馮磊等對(duì)刺五加、刺嫩芽的研究表明，等離子低溫處理的最佳保鮮條件為預(yù)冷2 h、等離子濃度2 psc、臭氧濃度15%、溫度 3 ℃[16]。國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀表明，低溫等離子技術(shù)發(fā)展速度很快，潛在市場(chǎng)巨大，但技術(shù)手段尚不成熟，仍處于試驗(yàn)研究階段，在果蔬保鮮的市場(chǎng)化應(yīng)用方面還存在很大的改善空間[17-18]。

獼猴桃是易腐的優(yōu)質(zhì)水果，果實(shí)切片售賣或冷藏在超市、餐飲等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。本試驗(yàn)以鮮切獼猴桃為材料，對(duì)比分析了介質(zhì)阻擋放電和滑動(dòng)電弧放電、氣相和液相處理及不同處理時(shí)間對(duì)鮮切獼猴桃保鮮效果的影響，以保證其在保質(zhì)期內(nèi)有較高的食用價(jià)值和較好的口感，并為相應(yīng)技術(shù)的市場(chǎng)化發(fā)展提供了可靠依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 等離子體放電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1.1 介質(zhì)阻擋放電系統(tǒng) 利用電極高壓放電產(chǎn)生電暈，催化介質(zhì)間空氣發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生大量活性物質(zhì)(圖1-a)。介質(zhì)放電反應(yīng)室是一個(gè)長(zhǎng)、寬、高分別為29.5、19.5、14 cm的長(zhǎng)方體，由丙乙酸材料制成，底座尺寸為35 cm×25 cm，兩側(cè)配有直徑為2 cm的圓柱形通氣孔，尺寸為13.5 cm×13.5 cm×2 cm 的長(zhǎng)方體亞克力板作為可替換阻擋介質(zhì)平行放置于直徑為2.5 cm的兩圓形電極之間(圖1-b)。外置電源及調(diào)壓器輸出端的電壓波形、放電頻率等參數(shù)采用Tektronix TDS 2012C型示波器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

1.1.2 滑動(dòng)電弧放電系統(tǒng) 采用CTP-2000K型號(hào)電源，滑動(dòng)弧由電極間最窄間隙處產(chǎn)生并逐漸向?qū)掗g隙處擴(kuò)散，與干燥空氣反應(yīng)生成大量的活性氧、多種活性氮(圖1-c)。電極由一對(duì)固定在基礎(chǔ)平板上的分離式刀片構(gòu)成，兩直角邊尺寸分別為12 cm、3 cm，厚度為0.4 cm(圖1-d)。同樣，外置電源及調(diào)壓器輸出端的電壓波形、放電頻率等參數(shù)采用Tektronix TDS 2012C型示波器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

1.2 試驗(yàn)處理

將獼猴桃果實(shí)切片，取相鄰部位切片在不同冷等離子體放電系統(tǒng)中分別進(jìn)行氣相、液相處理，處理時(shí)間分別為5、10、15、20 min，靜置時(shí)間為10 min，以未經(jīng)冷等離子體處理的鮮切獼猴桃為對(duì)照。

氣相處理?xiàng)l件下，為保證裝置的氣密性良好，將反應(yīng)系統(tǒng)兩側(cè)的通氣孔密閉，接通電源，在乙烯分解效果相對(duì)較好的放電條件25 kV、8 kHz下處理裝置內(nèi)空氣，產(chǎn)生大量活化物質(zhì)與獼猴桃切片表面發(fā)生反應(yīng)。為避免功率過(guò)大對(duì)鮮切獼猴桃表面造成不可逆的傷害，氣相處理時(shí)將獼猴桃切片置于介質(zhì)阻擋放電裝置或滑動(dòng)電弧放電裝置的空腔中。

液相處理?xiàng)l件下，介質(zhì)阻擋放電系統(tǒng)采用IPX4 ACO-9610型氣泵向一側(cè)通氣孔通入干燥的空氣，并從另一側(cè)不斷抽取反應(yīng)后的活化氣體注入水中，在水溶劑條件下與待處理的獼猴桃切片表面發(fā)生反應(yīng)；滑動(dòng)電弧放電系統(tǒng)采用20ENY045型氣液混合泵進(jìn)行氣液混合，使液相反應(yīng)室中的液體溶劑能夠與獼猴桃切片表面充分接觸，提高反應(yīng)效率[19]。將經(jīng)冷等離子體氣相或液相處理及未經(jīng)處理的獼猴桃切片(對(duì)照)分裝于多個(gè)相同的密閉玻璃容器內(nèi)培養(yǎng)，以避免出現(xiàn)交叉污染，培養(yǎng)條件為溫度25 ℃、濕度24%。

1.3 測(cè)定內(nèi)容和方法

分別在試驗(yàn)前及處理后48、72 h觀察果實(shí)外觀，指標(biāo)檢測(cè)過(guò)程中取3組相同處理?xiàng)l件的鮮切果進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)，分別采用GY-3型果實(shí)硬度計(jì)、ATAGO PAL-1型手持糖度計(jì)測(cè)量果實(shí)硬度和可溶性固形物含量，采用酸堿法測(cè)定果實(shí)可滴定酸含量，重點(diǎn)考察分析冷等離子處理15 min對(duì)果實(shí)品質(zhì)的影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同冷等離子處理方式對(duì)獼猴桃切片外觀的影響

由圖2可見(jiàn)，未經(jīng)冷等離子體處理的獼猴桃切片(對(duì)照)培養(yǎng)48 h時(shí)，果實(shí)開(kāi)始腐敗，且失水皺縮情況較為嚴(yán)重，培養(yǎng)至72 h時(shí)果實(shí)已完全腐敗，表面出現(xiàn)菌落，喪失食用價(jià)值；介質(zhì)阻擋放電條件下，經(jīng)氣相、液相處理的獼猴桃切片培養(yǎng)72 h時(shí)，果實(shí)表面均未出現(xiàn)菌落且顏色鮮綠，邊緣組織未與果皮分離，未出現(xiàn)明顯的失水皺縮情況；滑動(dòng)電弧放電條件下，經(jīng)氣相處理的獼猴桃切片培養(yǎng)72 h時(shí)，果實(shí)表面未見(jiàn)菌落且顏色鮮綠，邊緣組織未與果皮分離，未出現(xiàn)明顯的失水皺縮情況，而經(jīng)液相處理的獼猴桃切片表面組織雖未見(jiàn)菌落，但顏色轉(zhuǎn)褐色，稍呈腐敗癥狀。

2.2 不同放電方式對(duì)獼猴桃切片品質(zhì)的影響

2.2.1 介質(zhì)阻擋放電相同時(shí)間條件下氣相、液相處理對(duì)果實(shí)品質(zhì)的影響 由圖3、圖4、圖5可知，將采用介質(zhì)阻擋放電處理的獼猴桃切片培養(yǎng)72 h，液相處理組別的可滴定酸含量明顯低于氣相處理，可滴定酸含量同時(shí)刻幅值差可達(dá)29.9%；經(jīng)過(guò)冷等離子處理，液相、氣相處理組別的可滴定酸含量、硬度、可溶性固形物含量均明顯高于對(duì)照，其中，經(jīng)介質(zhì)阻擋放電液相處理的組別綜合表現(xiàn)相對(duì)較好，食用價(jià)值相對(duì)更高，保鮮效果較好，這可能是由于該條件下等離子放電產(chǎn)生的活性物質(zhì)能夠充分溶于水溶劑并與獼猴桃切片接觸充分，而氣相處理時(shí)受到接觸面積的限制，能夠接觸到的活性物質(zhì)相對(duì)較少。

2.2.2 滑動(dòng)電弧放電與介質(zhì)阻擋放電相同時(shí)間條件下液相處理對(duì)果實(shí)品質(zhì)的影響 由圖4、圖5、圖6可知，使用介質(zhì)阻擋放電與滑動(dòng)電弧放電進(jìn)行液相處理的組別，其可溶性固形物、可滴定酸含量相對(duì)較高，明顯高于對(duì)照且相互間無(wú)明顯差異。其中滑動(dòng)電弧放電處理組別的可滴定酸含量變化較為平緩，同時(shí)刻各組別間幅值差可達(dá)53.8%，介質(zhì)阻擋放電處理組別的果實(shí)硬度整體高于滑動(dòng)電弧放電處理組別，且多在培養(yǎng)48 h時(shí)出現(xiàn)峰值，說(shuō)明此時(shí)獼猴桃果實(shí)仍有較高的食用價(jià)值。

2.2.3 介質(zhì)阻擋放電條件下液相處理不同時(shí)間對(duì)果實(shí)品質(zhì)的影響 由圖7可知，獼猴桃切片在介質(zhì)阻擋放電條件下液相處理15 min時(shí)，其可滴定酸含量隨培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)呈增加趨勢(shì)，且在培養(yǎng)72 h時(shí)含量最高，說(shuō)明這一處理時(shí)間相對(duì)較好。

3 結(jié)論與討論

有研究表明，經(jīng)O2產(chǎn)生的低溫等離子體作用15 s，金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的殺滅率可達(dá)99.99%，作用60 s殺滅率可達(dá)100%。一方面是由于系統(tǒng)產(chǎn)生的臭氧能氧化分解細(xì)菌內(nèi)部降解葡萄糖所需的酶，致使三羧酸循環(huán)(TCA循環(huán))無(wú)法進(jìn)行，從而導(dǎo)致細(xì)胞生命活動(dòng)所需的腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)無(wú)法供應(yīng)，使細(xì)菌滅活死亡；另一方面是等離子體直接作用于細(xì)菌，破壞其細(xì)胞器、DNA和RNA，使細(xì)菌的新陳代謝過(guò)程受到破壞，導(dǎo)致細(xì)菌死亡。

在果實(shí)的貯藏過(guò)程中，由于呼吸作用導(dǎo)致大量乙烯合成，活性氧快速增加，脂肪氧化酶(LOX酶)活性提高，致使膜脂過(guò)氧化過(guò)程加快，丙二醛(MDA)大量積累，加速果實(shí)衰老、腐敗。獼猴桃果實(shí)的腐敗過(guò)程受乙烯含量影響很大，在此期間，果實(shí)的酸度、硬度往往呈下降趨勢(shì)，可溶性固形物含量呈上升趨勢(shì)且變化明顯。經(jīng)過(guò)冷等離子處理能夠使獼猴桃的呼吸速率得到延緩，乙烯得到有效分解[15]，間接導(dǎo)致了果實(shí)可滴定酸含量、可溶性固形物含量、硬度等指標(biāo)的變化，進(jìn)而在確保食用價(jià)值的前提下延長(zhǎng)了獼猴桃果實(shí)的保鮮時(shí)間。本試驗(yàn)結(jié)果表明，空氣在介質(zhì)阻擋或滑動(dòng)電弧放電條件下形成的冷等離子體通過(guò)氣相或液相處理鮮切獼猴桃，可對(duì)鮮切獼猴桃的保鮮效果產(chǎn)生積極作用并延長(zhǎng)其保質(zhì)期；較為適宜的條件是放電電源參數(shù)25 kV、8 kHz處理15 min，處理時(shí)間過(guò)短會(huì)使得冷等離子體與果實(shí)表面反應(yīng)尚不充分，浸泡時(shí)間過(guò)長(zhǎng)則容易使果實(shí)因吸脹作用而受到破壞。

致謝：感謝中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)高電壓實(shí)驗(yàn)室提供試驗(yàn)設(shè)備，感謝中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院副教授曹建康、研究生張藝楠對(duì)本試驗(yàn)提供技術(shù)支持。