甜櫻桃采后商品化處理技術(shù)研究進展

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(1.山東省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)產(chǎn)品研究所,山東省農(nóng)產(chǎn)品精深加工技術(shù)重點實驗室, 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部新食品資源加工重點實驗室,山東濟南 250100; 2.山東師范大學生命科學學院,山東濟南 250014)

甜櫻桃是薔薇科落葉灌木果樹,其果實外觀紅亮剔透,且富含多種維生素和礦物質(zhì),具有抗癌、抗腫瘤、預(yù)防心腦血管疾病等作用。甜櫻桃在世界上種植廣泛,品種繁多[1]。近年來,我國甜櫻桃生產(chǎn)種植業(yè)高速發(fā)展,到2016年中國甜櫻桃種植面積高達18萬hm2,產(chǎn)量超70萬t[2],已成為櫻桃生產(chǎn)大國。盡管我國甜櫻桃種植面積廣、產(chǎn)量高,但產(chǎn)品質(zhì)量及經(jīng)濟效益與發(fā)達國家相比相對落后。究其原因,主要是我國對采后甜櫻桃的商品化處理技術(shù)還不完善,再加上櫻桃皮薄汁豐、收獲期處于高溫環(huán)境的特點,使得櫻桃易遭受病原菌的侵染,進而導(dǎo)致采后易腐爛、品質(zhì)裂變快、貯藏期短。

引起甜櫻桃腐爛發(fā)生的主要病原菌有鏈格孢菌屬(Alternaria)、葡萄孢屬(Botrytis)、青霉屬(Penicillium)、鐮刀菌屬(Fusarium)、曲霉屬(Aspergillus)等[3-4],且甜櫻桃采后更易受病原菌的侵染,除了在生長期采取一定的預(yù)防措施和防治方法外,建立統(tǒng)一、標準、專業(yè)的采后商品化處理技術(shù)尤為關(guān)鍵。許多國內(nèi)外研究者圍繞甜櫻桃采后處理技術(shù)(包括采收、預(yù)冷、分級、貯藏保鮮、包裝等)進行了深入研究。本文綜述了采后甜櫻桃的商品化處理主要環(huán)節(jié),重點分析了甜櫻桃的保鮮技術(shù),為研發(fā)新型綠色、安全、經(jīng)濟、有效的保鮮技術(shù)奠定基礎(chǔ)。

1 采收

采收是甜櫻桃商品化處理環(huán)節(jié)的第一步,確定合理的采收期是采收環(huán)節(jié)最關(guān)鍵的問題。田間甜櫻桃大面積成熟時間一般在5～6月份,此段時間晝夜溫差大,光照充足,加上櫻桃的成熟期較短,且不同品種櫻桃和同一果樹的不同部位櫻桃成熟期也不一致,甜櫻桃采收過早和過晚都會影響果實的風味品質(zhì)。李芳東等[5]研究發(fā)現(xiàn),采收時間對“美早”櫻桃果實品質(zhì)的影響較大。采收過早,果實較硬,但單果重和可溶性固形物(TSS)含量較低,且風味不足;采收過晚,盡管TSS可以增加將近20%,但果實變軟,不適宜遠距離銷售;適時采收,單果重和TSS基本達到較好的水平,且硬度適中,適合遠距離銷售。Chauvin等[6]研究發(fā)現(xiàn),中、晚熟甜櫻桃具有較好的色澤和硬度,深受消費者喜愛,綜合比較中熟甜櫻桃的評價最高。裘紀瑩等[7]研究了目前國內(nèi)快遞簡易包裝運輸時成熟度對“紅燈”櫻桃果實品質(zhì)的影響,發(fā)現(xiàn)九成熟的櫻桃的TSS、還原糖和可滴定酸含量隨時間延長變化平緩適中,腐敗率低,外觀色澤較好,適用于快遞包裝運輸。隨著技術(shù)的不斷進步,科學家也開始利用無損檢測技術(shù)分析果實品質(zhì)后進而確定采收期。Overbeck等[8]利用傳感器測定了 “Samba”和“Bellise”兩個甜櫻桃品種的NAI(歸一化花青素指數(shù),與花青素呈相關(guān)性)和NDVI(歸一化植被指數(shù),與葉綠素a呈相關(guān)性)值,進而確定甜櫻桃果實成熟度和最佳采收期。因此,櫻桃的采收時期往往取決于櫻桃的的成熟度和各種品質(zhì)指標,在此基礎(chǔ)上,種植者需結(jié)合市場需求,分批、分期的適時采收[9]。

采收環(huán)節(jié)除了合理確定采收期外,采收方式也逐漸引起關(guān)注。由于多數(shù)甜櫻桃果實皮薄汁多,容易破碎,因此目前櫻桃的采收方式一般為人工采收,采收過程中勞動強度較大,采收工人需具備識別櫻桃成熟度的經(jīng)驗,且需防止機械損傷。甜櫻桃采收期往往勞動力短缺,因此,科學家也開始研發(fā)櫻桃采摘機器人。張麗等[10]設(shè)計了一款新的基于模糊控制和高速并聯(lián)自動化控制的機器人,能夠準確區(qū)分櫻桃成熟度,降低誤采率和采摘破損率,提高工作效率。隨著5G時代的來臨和人工智能的發(fā)展,櫻桃采摘機器人將有望進一步完善、升級并應(yīng)用。

2 預(yù)冷

甜櫻桃的采收時期氣溫較高,剛剛收獲的果實帶有大量的田間熱和蒸發(fā)熱。采收后立即進行預(yù)冷不僅可以除去大量的熱,還可以抑制病原微生物的生長,在一定程度上可以起到保鮮的作用。因此,預(yù)冷是甜櫻桃商品化處理的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。發(fā)達國家早已把預(yù)冷作為甜櫻桃商品化處理的重要環(huán)節(jié),而我國很多地方缺乏完整的冷鏈物流體系,多數(shù)將此步驟省略,直接在常溫條件下運輸銷售,造成不小的經(jīng)濟損失。研究發(fā)現(xiàn),甜櫻桃采后4～6 h內(nèi)迅速預(yù)冷,使果實溫度降到0 ℃,在相對濕度為90%～95%的環(huán)境條件下能夠較好保持果梗的新鮮指數(shù)[11-13]。

目前,甜櫻桃的預(yù)冷方式主要包括真空預(yù)冷[11]、普通空氣預(yù)冷[12]、壓差預(yù)冷[12]、冷水預(yù)冷[13-14]、強制通風預(yù)冷[15]等,可以根據(jù)不同櫻桃品種的生理特性和所處氣候條件選擇使用。崔建潮等[15]以“美早”櫻桃為試材,采用0 ℃冰水混合物和強制通風預(yù)冷的方式對采收的甜櫻桃果實進行預(yù)冷,結(jié)果表明兩種預(yù)冷方式均能夠降低果實失重率,一定程度上延緩果實外觀色澤的下降,延長貨架期2～3 d。但冰水預(yù)冷處理時間相對較短,比通風預(yù)冷的時間縮短了62%,且更能顯著延緩TSS和可滴定酸含量的下降,保持果實硬度,這與Alique等[13]、Manganaris等[14]研究結(jié)果一致。張瀟方等[16]比較了壓差預(yù)冷、冷庫預(yù)冷、0 ℃冰水+冷庫預(yù)冷三種預(yù)冷方式處理“先鋒”的效果,結(jié)果發(fā)現(xiàn)0 ℃冰水+冷庫預(yù)冷和壓差預(yù)冷兩種方式處理的櫻桃果實呼吸強度和乙烯釋放量明顯降低,果實營養(yǎng)品質(zhì)較好,具有預(yù)冷速度快、耗能低等優(yōu)點。楊艷芬[17]研究了在氣調(diào)包裝條件下,0 ℃貯藏與常溫貯藏、低溫運輸與常溫運輸?shù)牟煌瑮l件下壓差預(yù)冷機預(yù)冷“紅燈”櫻桃的效果,發(fā)現(xiàn)壓差預(yù)冷能夠顯著降低櫻桃的腐爛率和失重率,還可較好的保持TSS和VC的含量;將采后甜櫻桃及時預(yù)冷并低溫運輸結(jié)合0～5 ℃貯藏能夠使櫻桃的保鮮期延長至50 d。目前在實際生產(chǎn)中,水預(yù)冷因其實廉價、高效,仍然是目前應(yīng)用最為廣泛的預(yù)冷方式,但針對不同櫻桃品種和價值,相應(yīng)的預(yù)冷技術(shù)仍需進一步完善和推廣。

3 分級

采后甜櫻桃果實分級的目的是剔除小果、傷殘果和病害果,整理出健康、均一、光滑、整齊的果實,提高其整體商品價值。甜櫻桃分級的主要依據(jù)包括果形、色澤、大小、成熟度、硬度、風味等指標[18]。關(guān)于甜櫻桃分級,不同國家有不同的分級標準,但大多以果實直徑大小進行分級,美國和加拿大以ROW為公制單位,新西蘭和澳洲以MM為公制單位。我國還沒有統(tǒng)一分級標準,一般按照果實大小分為超特等(≥10 g)、特等(8.0～9.9 g)、一等(6.0～7.9 g)、二等(4.0～5.9 g)四個等級[19]。法國水果和豆類專業(yè)技術(shù)中心(CTIFL)發(fā)明的色卡可以將不同品種櫻桃按照口徑大小和顏色分為不同等級,其口徑大小分為22～34 mm 13個不同等級;顏色分為從淺紅到深紅到深紫色等7個不同的等級[20]。此法對甜櫻桃分級更具有專業(yè)性和嚴謹性,分級后甜櫻桃外觀顏色整體均一,光澤無瑕,更易受消費者喜愛,缺點是需要專業(yè)的人士對櫻桃挑選,成本較高。張麗芬[21]采用基于視覺技術(shù)的櫻桃分選機,根據(jù)農(nóng)業(yè)部標準對美早、紅燈、先鋒三個品種的櫻桃進行分選,與人工分選相比,結(jié)果準確率達99%,且分選快,設(shè)備小,對櫻桃無任何損失。Li等[22]用近紅外高光譜成像技術(shù)來檢測不同成熟期櫻桃果實的TSS與pH的關(guān)系,在對櫻桃成熟度進行分級的同時,實現(xiàn)了果實品質(zhì)指標(如TSS)的測定,但該技術(shù)仍需改進,如提高準確率并降低成本。目前市場上應(yīng)用較多的是機械分級,可以根據(jù)客戶需要設(shè)置分選直徑范圍(一般10～40 mm可調(diào)),不僅分選效率高、分級準確,還可節(jié)省大量的人力和財力,但分級過程中不可避免的會造成小部分機械損傷。

4 貯藏保鮮

新鮮的甜櫻桃極易腐爛,經(jīng)過預(yù)處理和篩選分級后,貯藏保鮮技術(shù)將決定櫻桃的保質(zhì)期和貨架期。甜櫻桃的保鮮技術(shù)主要可以分為物理保鮮技術(shù)、化學保鮮技術(shù)和生物保鮮技術(shù)三大類。物理技術(shù)主要包括低溫冷藏、熱處理[23]、超聲波[24]、減壓[25]、輻照[26]、氣調(diào)[27]、等離子體、脈沖電場等;化學保鮮主要利用氯氣、二氧化氯、過氧乙酸、有機酸、H2O2、二氧化硫、次氯酸鈉等化學保鮮劑涂膜、浸漬等方式實現(xiàn)櫻桃的保鮮;生物保鮮主要是使用殼聚糖、聚賴氨酸等生物保鮮劑延長櫻桃貯藏期。

4.1 物理保鮮技術(shù)

物理保鮮技術(shù)具有安全無毒、綠色環(huán)保的優(yōu)點。甜櫻桃的貯藏最開始是以冷藏保鮮為主,低溫冷藏可以抑制果實的呼吸作用,減緩其生理代謝過程,從而在一定程度上延緩果實的衰老[28],同時也抑制了病原微生物的快速繁殖。一般來說,適于貯藏櫻桃的溫度為0 ℃,相對濕度為95%以上。Asghari[23]研究了熱處理和殼聚糖對“Napoleon”(那翁)櫻桃采后貯藏過程中腐爛率的影響,發(fā)現(xiàn)50 ℃熱處理和殼聚糖單獨處理櫻桃均可明顯降低腐爛率,同時貯藏過程中果實的TSS和可滴定酸含量穩(wěn)定。姚瑞琪等[25]研究了減壓結(jié)合低溫處理八成熟“拉賓斯”櫻桃品種,發(fā)現(xiàn)減壓處理有效降低了果實褐變指數(shù),同時保持了較高的TSS、硬度和VC含量。因此,減壓貯藏可用于櫻桃的貯藏保鮮,但此法成本較高。戚蓉迪等[26]采用不同處理劑量的電子束輻照處理櫻桃后,室溫貯藏條件下花青素含量明顯比對照組高,低溫貯藏條件下櫻桃果實失重率和霉變率均低于對照,這說明輻照處理對常溫貯藏和低溫貯藏都適用。王維海等[27]通過控制氣調(diào)包裝中不同氣體的比例對雷尼櫻桃進行保鮮,發(fā)現(xiàn)當O2濃度為7%,CO2濃度為20%時果實腐爛率最低,同時硬度、可滴定酸和TSS變化相對較小。

4.2 化學保鮮技術(shù)

化學保鮮技術(shù)在各類果蔬上的應(yīng)用都比較成熟,主要包括利用化學氯氣、二氧化氯[32]、有機酸、Ca2+[33]、1-甲基環(huán)丙烯(1-MCP)[34]、二氧化硫、次氯酸鈉等保鮮劑,可以抑制病原菌生長、延緩自身代謝進程。其中1-MCP是各類果蔬應(yīng)用最為廣泛的一種化學保鮮劑。它是一種乙烯的競爭性抑制劑,與乙烯受體結(jié)合而阻斷乙烯的合成,從而能夠降低果實呼吸速率,延緩衰老。胡樹凱等[34]發(fā)現(xiàn)4 ℃恒溫條件下,1-MCP可以有效保持“紅燈”櫻桃果實硬度、TSS、VC含量以及較佳的風味。楊娟俠等[32]將1-MCP+ClO2協(xié)同處理甜櫻桃,其果實品質(zhì)比單一處理更好,其中40 mg/L ClO2+0.5 μL/L 1-MCP的效果最佳,能夠明顯降低櫻桃腐爛率和失重率,保持較高的TSS和和滴定酸含量,金童等[35]、吳凡[36]也得到了相似的研究結(jié)果。除1-MCP之外,SO2也對櫻桃貯藏有明顯效果。劉大苗等[37]發(fā)現(xiàn)在0 ℃條件下,采用SO2脈沖防霉技術(shù)熏蒸櫻桃,能夠明顯降低櫻桃腐爛率,保持TSS和VC含量,且該處理技術(shù)SO2殘留量低。目前允許使用的其他化學保鮮劑因其效果明顯、成本較低也正在被研究者考慮應(yīng)用到櫻桃上,但大多會造成化學物質(zhì)的殘留而污染環(huán)境,因此建議在允許使用劑量范圍內(nèi)減少使用。

4.3 生物保鮮技術(shù)

相比于大多數(shù)化學保鮮劑,生物保鮮技術(shù)由于其相對綠色、環(huán)保的優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于果蔬的保鮮。生物保鮮劑[38]主要包括植物類保鮮劑,如中草藥、植物精油、堿類和酚類等;動物類保鮮劑如殼聚糖、蜂膠等;微生物類保鮮劑和生物酶類。杜小琴等[39]將植物精油用于采后甜櫻桃果實,能夠降低櫻桃腐爛率,延長貯藏期。陳镠等[40]發(fā)現(xiàn)殼聚糖復(fù)配納米氧化鋅涂膜甜櫻桃可使櫻桃保持較高TSS、VC、可滴定酸含量,降低丙二醛(MDA)含量升高,抑制過氧化氫酶(CAT)、過氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)活性下降。舒康云等[41]將殼聚糖與甘草提取物復(fù)配成保鮮液浸泡櫻桃,使櫻桃色澤、外觀以及口感等綜合感官效果比對照好,且櫻桃果實失重率下降、腐爛率較低,VC和可溶性糖含量高。張少飛等[42]以鈣離子為交聯(lián)劑將殼聚糖與魔芋精粉按2∶1混合制備成復(fù)合膜,將其應(yīng)用于櫻桃可食用保鮮膜中,發(fā)現(xiàn)該保鮮膜可有效降低儲藏櫻桃的失重率,將來有望應(yīng)用于櫻桃的保鮮。此外,苦豆子半乳甘露聚糖復(fù)配CaCl2、檸檬酸、甘油涂膜[43],大豆分離蛋白與茶多酚復(fù)配涂膜[44],漂白膠與CaCl2復(fù)配涂膜[45],中藥提取物大黃和高良姜復(fù)配涂膜等[46]等復(fù)合配方涂膜處理櫻桃同樣具有良好的保鮮效果。

微生物保鮮技術(shù)主要是利用微生物菌體自身與病原菌的拮抗或寄生關(guān)系直接起到保鮮作用,或者利用其產(chǎn)生的次級代謝產(chǎn)物保鮮。聚賴氨酸是白色鏈霉菌(Streptomycesalbulus)產(chǎn)生的一種代謝產(chǎn)物,對霉菌、病毒、革蘭氏陽性菌和陰性菌都有明顯的抑制作用,是一種廣譜抑菌劑。Liu等[47]研究發(fā)現(xiàn)200 mg·L-1的聚賴氨酸可以通過破壞細胞膜完整性使其產(chǎn)生細胞滲漏導(dǎo)致細胞死亡,進而完全抑制青霉的菌落擴展。劉璐等[48]研究發(fā)現(xiàn)500 mg·L-1的聚賴氨酸濃度能夠在冰溫條件下有效降低櫻桃的腐爛率,保持果梗新鮮指數(shù)和果實光澤度,并明顯抑制TSS的消耗,減少MDA的積累,有效抑制CAT、POD的活性下降,從而保持果實的抗氧化能力,延緩果實衰老。有研究報道山梨酸鉀[49]、納他霉素[50]等應(yīng)用于櫻桃的保鮮也取得了很好的效果。隨著對更多高效生物保鮮劑的深入研究,相信未來不久生物保鮮技術(shù)將在生產(chǎn)中得到大幅推廣應(yīng)用。

5 包裝

合理有效的包裝可減少或避免運輸、裝卸中的機械損傷,防止產(chǎn)品受到塵土和微生物等的污染,減少水分損失,并降低果實腐爛。甜櫻桃果實的包裝分為采摘包裝、運輸包裝、銷售包裝。采摘包裝容器內(nèi)有軟襯的包裝紙、聚乙烯泡沫等,運輸包裝主要是采用紙箱和聚乙烯泡沫箱;銷售包裝根據(jù)市場需求主要有紙盒、塑料盒、塑料袋等[51]。李金麗等[52]采用普通功效型保鮮紙箱(MS1)和增強除濕型保鮮紙箱(MS2)對櫻桃腐爛率、失重率、果實硬度、TSS、可滴定酸和VC含量等各項理化品質(zhì)指標的進行測定。結(jié)果表明,常溫貯藏9 d后,MS2試驗組對櫻桃保鮮效果最佳,其腐爛率、失重率較低,果實硬度保持較好、TSS、可滴定酸、VC含量保持較高的水平。焦吉蘋等[53]研究了運輸過程中泡沫箱、納米箱對甜櫻桃品質(zhì)的影響,結(jié)果表明,以普通包裝箱作為對照,運儲36 h納米箱外包裝處理的甜櫻桃可有效抗機械損傷,果實腐爛率和果柄干枯指數(shù)最低;運儲48 h泡沫箱和納米箱處理效果無顯著差異,但泡沫箱處理果柄干枯指數(shù)最低,運儲72 h泡沫箱處理腐爛率最低,約為納米箱與普通紙箱處理的60%,因此,建議48～72 h的長距離的櫻桃運輸最好采用泡沫箱。

6 結(jié)論與展望

近年來,甜櫻桃采后的科學研究不再僅局限于貯藏,開始覆蓋商品化處理全過程。本研究從采收、預(yù)冷、分級、貯藏保鮮、包裝等多個環(huán)節(jié)總結(jié)了近年來甜櫻桃采后的商品化處理技術(shù)。采收環(huán)節(jié)中,通過品質(zhì)測定或無損檢測技術(shù)并結(jié)合市場需求適時采收可有效提高甜櫻桃貯藏效果;預(yù)冷環(huán)節(jié)中,冰水預(yù)冷因其快速、廉價一直是生產(chǎn)上規(guī)?；A(yù)冷的常用方式,將來的研究如果在預(yù)冷環(huán)節(jié)完成果實表面殺菌將有效延長甜櫻桃貯藏期;分級環(huán)節(jié)中制定統(tǒng)一標準化的分級標準,提升分級設(shè)備水平可大幅提高甜櫻桃的分級效率和商品價值;貯藏環(huán)節(jié)中,隨著各類技術(shù)的進步,廉價、高效的物理保鮮結(jié)合生物保鮮技術(shù)應(yīng)成為未來生產(chǎn)上的主要應(yīng)用技術(shù);包裝在延長甜櫻桃貨架期方面的作用逐漸凸顯,未來材料學、生物學相結(jié)合研發(fā)出生態(tài)環(huán)境友好型的櫻桃保鮮材料將成為研究熱點。

盡管各個環(huán)節(jié)都有較好的處理方法,但缺乏系統(tǒng)化、規(guī)范化、標準化,技術(shù)環(huán)節(jié)之間無法有機銜接。深入研究櫻桃采后處理環(huán)節(jié)銜接過程中的科學問題,建立在完整冷鏈物流體系下的一體化櫻桃商品化處理技術(shù),制定出一整套櫻桃采后處理標準,將成為下一步甜櫻桃采后商品化處理研究工作的重點方向。