熱處理對(duì)鮮切果蔬品質(zhì)影響的研究進(jìn)展

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(1.鄭州輕工業(yè)大學(xué)食品與生物工程學(xué)院,河南鄭州 450002; 2.食品生產(chǎn)與安全河南省協(xié)同創(chuàng)新中心,河南鄭州 450002; 3.河南省冷鏈?zhǔn)称焚|(zhì)量安全控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,河南鄭州 450002; 4.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)副產(chǎn)品加工研究中心,河南鄭州 450002)

鮮切果蔬,又稱最小加工果蔬或輕加工果蔬,即對(duì)新鮮果蔬進(jìn)行清洗、去皮、去核、切分、包裝和冷藏等工序,使其仍保持新鮮品質(zhì)且可供消費(fèi)者直接食用的產(chǎn)品[1]。鮮切果蔬加工工序簡(jiǎn)單,且活性成分的含量與新鮮果蔬相當(dāng),深受消費(fèi)者的認(rèn)同[2-4]。然而,貨架期短是遏制鮮切果蔬發(fā)展的主要瓶頸問題,這主要是由于果蔬在切割之后生理生化活動(dòng)變的更為活躍,從而導(dǎo)致鮮切后的果蔬更易發(fā)生質(zhì)地軟化、切割面褐變、微生物侵染、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)流失和木質(zhì)化等品質(zhì)劣變[5]。

熱處理是一種傳統(tǒng)的物理保鮮方法,在果蔬采后病蟲害防治、提高果蔬貯藏抗性及改善貯藏品質(zhì)方面有較多的報(bào)道[6-8]。而將熱處理技術(shù)應(yīng)用于鮮切果蔬的保鮮和貯藏則是近年來的研究熱點(diǎn)[9-10]。熱處理可以鈍化酶活性,使蛋白質(zhì)變性,進(jìn)而保持鮮切果蔬的品質(zhì);也有研究者認(rèn)為,熱處理之后的果蔬果香味會(huì)增加,酸澀味、苦味和發(fā)酵味會(huì)減少[11]。依據(jù)熱處理在果蔬切割加工前后的不同,主要有鮮切前和鮮切后熱處理兩種方式[12-14]。近年來的研究表明,適宜的熱處理溫度和時(shí)間不僅有利于保持鮮切果蔬的品質(zhì),同時(shí)也不會(huì)影響其感官性能[15-16]。為了更為明晰熱處理在鮮切果蔬加工和貯藏中的作用機(jī)理,更好地將這一物理保鮮方法應(yīng)用于鮮切果蔬的加工中,本文綜述了熱處理對(duì)鮮切果蔬的感官品質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和安全品質(zhì)等方面的影響,并歸納了熱處理與其他保鮮技術(shù)組合改善鮮切果蔬品質(zhì)的研究進(jìn)展,以期為熱處理應(yīng)用于鮮切果蔬的貯藏保鮮和提高鮮切果蔬的食用安全提供參考。

1 熱處理和熱處理與其他技術(shù)結(jié)合對(duì)鮮切果蔬相關(guān)品質(zhì)的影響

經(jīng)過切割處理后的果蔬由于沒有了表皮的保護(hù)作用,導(dǎo)致切割面的生理生化活動(dòng)加快,主要體現(xiàn)在呼吸作用增強(qiáng)、細(xì)胞完整結(jié)構(gòu)破壞、酚/酶區(qū)域化分布被打破等。因此,如果沒有采取及時(shí)有效的保護(hù)或保鮮措施,更易發(fā)生氧化作用、酶促作用等,并將很快喪失其感官品質(zhì)和食用價(jià)值。在生產(chǎn)實(shí)踐中,熱處理雖可殺滅鮮切果蔬表面的部分微生物,改善其貯藏品質(zhì),但是要將鮮切果蔬的貨架期延長(zhǎng)1～2周,僅僅采用熱處理是不夠的。因此,常常需要組合其他的保鮮方法改善鮮切果蔬的貯藏品質(zhì)和延長(zhǎng)貨架期,如表1所示,目前有大量的這方面的研究。

表1 常見的熱處理與其他方法結(jié)合在鮮切果蔬中的應(yīng)用Table 1 Application of combining heat with other treatments to preserve quality of fresh-cut fruits and vegetables

1.1 熱處理和熱處理與其他技術(shù)結(jié)合對(duì)鮮切果蔬感官品質(zhì)的影響

1.1.1 色澤 鮮切果蔬的色澤是直接影響消費(fèi)者購(gòu)買欲望的重要感官指標(biāo)之一。由于鮮切處理破壞了果蔬的完整結(jié)構(gòu),導(dǎo)致其切割面更易發(fā)生褐變、褪色等色澤劣變的現(xiàn)象。研究表明,采用熱處理可起到抑制或鈍化引起褐變反應(yīng)的相關(guān)酶活性,保護(hù)果蔬的色澤。對(duì)鮮切雙孢蘑菇(白色種)采用40 ℃/5 min處理,抑制了褐變相關(guān)酶的活性以及提高了抗氧化物質(zhì)和抗氧化酶類的活性,從而抑制了其褐變的發(fā)生[27]。同樣,采用45 ℃熱水處理鮮切甘蔗3 h后,可以顯著降低貯藏中鮮切甘蔗的PAL、PPO、POD、1-氨基環(huán)丙烷羧酸合成酶(1-amino cyclopropane-1-carboxylic acid synthase,ACS)、ACC oxidase(ACO)、酸性轉(zhuǎn)化酶(acid invertase,AI)和中性轉(zhuǎn)化酶(neutral invertase,NI)的活性,同時(shí)也能顯著地減輕鮮切甘蔗的褐變和乙烯生成[28]。Loaiza-Velarde等[29]發(fā)現(xiàn),采用50 ℃/90 s處理鮮切芹菜葉柄,顯著降低了切割傷誘導(dǎo)的PAL活性和褐變的發(fā)生。Chang等[24]對(duì)去皮后的芋頭采用55 ℃/45 s熱水浸漬處理,之后采用MAP或真空包裝,發(fā)現(xiàn)熱水處理的芋頭表現(xiàn)出最高的明亮度(L*值),且總色差值(ΔE)最低,感官品質(zhì)最好。Maghoumi等[20]發(fā)現(xiàn),單獨(dú)采用熱水(55 ℃/30 s)處理石榴籽粒,可以有效抑制PPO的活性。然而,有研究也指出,熱處理抑制褐變的發(fā)生取決于果蔬中酚類含量的高低,短時(shí)熱處理可以降低酚類含量低的果蔬的褐變發(fā)生,但對(duì)于酚類含量高的果蔬如土豆和蘋果,效果則較差[30]。

1.1.2 質(zhì)地 在果蔬鮮切之前,采用適宜的熱水處理可以有效保持鮮切果蔬的硬度,但隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng),硬度仍會(huì)有所下降。采用35～45 ℃的溫水浸漬梨果40～150 min,可在2 ℃貯藏3 d內(nèi)保持鮮切梨塊的硬度,但之后鮮切梨塊的硬度有所下降[31]。在對(duì)鮮切哈密瓜的相關(guān)研究中,發(fā)現(xiàn)熱水(20、40和60 ℃)結(jié)合氯化鈣(1%、2.5%和5%)處理鮮切哈密瓜塊不同時(shí)間(1、2.5和5 min),均可以提高鮮切哈密瓜的硬度,且在高浸漬溫度下,果實(shí)組織中的總鈣濃度增加了約300%,但浸漬時(shí)間對(duì)硬度的影響不顯著[32]。當(dāng)采用含有1%乳酸鈣的60 ℃熱水浸漬哈密瓜整果60 min,之后進(jìn)行鮮切處理后,可延長(zhǎng)鮮切哈密瓜的貨架期,但是乳酸鈣的添加對(duì)果實(shí)品質(zhì)沒有較大的影響[11]。

在研究不同鈣鹽熱水處理對(duì)鮮切芒果品質(zhì)的影響時(shí)發(fā)現(xiàn),熱水浸鈣處理對(duì)鮮切芒果品質(zhì)的影響與鈣鹽類型相關(guān)。氯化鈣、乳酸鈣和丙酸鈣熱水浸漬處理可以提高鈣結(jié)合水平50%并保持芒果塊的硬度,而碳酸鈣熱水浸漬則降低了鮮切芒果塊硬度的19%[33]。將芒果整果浸于50 ℃的熱水中30 min后冷卻,經(jīng)鮮切處理后,浸于0.25%的殼聚糖溶液中進(jìn)行可食膜處理,可有助于保持鮮切芒果的硬度和色澤[19]。

1.2 熱處理和熱處理與其他技術(shù)結(jié)合對(duì)鮮切果蔬營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響

果蔬是人體獲得抗壞血酸、多酚、胡蘿卜素、黃酮、花青素等生理活性物質(zhì)的主要食物來源之一。采用60 ℃熱水處理顯著提高了鮮切黃洋蔥的總酚含量(由44.92 mg GAE/100 g升高到52.32 mg GAE/100 g),且50 ℃熱水處理的洋蔥表現(xiàn)出最低的失重率[13]?？梢?采用熱水處理(50和60 ℃)可以保持總酚含量和提高鮮切洋蔥的抗氧化活性。Sonia 等[34]采用55和60 ℃的熱水浸漬處理鮮切綠辣椒3 min,并分別貯藏于2、4和10 ℃條件下。結(jié)果發(fā)現(xiàn),在4 ℃貯藏條件下,對(duì)照組的鮮切綠辣椒抗壞血酸含量約降低了16%,處理組的酚類含量增加了11%,槲皮黃酮和抗氧化能力得以保持。在10 ℃貯藏條件下,兩處理組之間的抗氧化物質(zhì)沒有顯著變化。結(jié)果表明,采用熱水處理(55和60 ℃)可以保持鮮切綠辣椒的生物活性物質(zhì)。

采用抗壞血酸鈣熱水浸漬(先采用48 ℃熱水處理2 min,然后浸漬在6%的抗壞血酸鈣溶液中2 min)處理了鮮切蘋果,結(jié)果發(fā)現(xiàn),單獨(dú)采用熱水處理沒有提高鮮切蘋果的抗壞血酸含量,單獨(dú)浸鈣處理可以顯著降低鮮切蘋果的褐變,并能提高抗壞血酸含量和延長(zhǎng)貨架期。而采用熱水和浸鈣組合處理可使鮮切蘋果的貨架期比僅浸鈣處理的延長(zhǎng)7 d,同時(shí)在貯藏28 d時(shí),組合處理組的微生物數(shù)量顯著低于對(duì)照組[17]。

將桃整果采用三種不同的熱處理組合(即40 ℃/50 min、40 ℃/70 min和40 ℃/120 min)后鮮切,并裝入兩種不同類型的氣調(diào)包裝袋中(modified atmosphere packaging,主動(dòng)MAP和被動(dòng)MAP)中,桃果硬度顯著提高,同時(shí),也發(fā)現(xiàn)經(jīng)熱處理之后的鮮切桃塊,采用被動(dòng)MAP包裝對(duì)琥珀酸、檸檬酸和維生素A沒有顯著影響,但造成了維生素C的降低[12]。采用50 ℃熱水浸漬桃果10 min,4 h后進(jìn)行鮮切處理并采用MAP包裝,可以顯著控制鮮切桃塊貯藏期間的褐變和硬度下降,且包裝袋中的CO2濃度和乙烯含量顯著降低。然而,采用熱處理和MAP氣調(diào)包裝增加了桃果總胡蘿卜素的損失和引起了色相值(C)的降低[35]。

采用溫水熱處理(5和47 ℃,2 min)結(jié)合氣調(diào)包裝和γ-輻射處理鮮切生菜,降低了抗氧化活性和由輻射引起的多酚的積累[36]。采用熱處理(100 ℃/45 s)和UV-C照射((0.78±0.36) kJ/m2)處理胡蘿卜整果,處理組的鮮切胡蘿卜有較高的多酚含量和低的POD活性,而且微生物數(shù)量和呼吸強(qiáng)度都明顯低于對(duì)照組[21]。

1.3 熱處理和熱處理與其他技術(shù)結(jié)合對(duì)鮮切果蔬安全品質(zhì)的影響

切割面的汁液流失是造成鮮切果蔬易受微生物感染的主要原因。污染鮮切果蔬的微生物主要有細(xì)菌、霉菌、酵母和乳酸菌等[37-39]。采用20 ℃或50 ℃的20 ppm氯水處理接種了大腸桿菌O157∶H7的鮮切生菜,沒有顯著降低大腸桿菌O157∶H7的數(shù)量[40]。而在胡蘿卜鮮切之前采用100 ℃熱水處理,比氯水清洗更能有效控制細(xì)菌總數(shù)、酵母和霉菌以及乳酸菌在貯藏期間的繁殖,且比氯水處理的鮮切胡蘿卜的貨架期延長(zhǎng)約3 d[38]。采用50 ℃熱水處理鮮切西蘭花1.5 min,然后采用殼聚糖或CMC進(jìn)行涂膜包裹,在20 d的貯藏期間,單獨(dú)采用殼聚糖涂膜或殼聚糖結(jié)合熱水處理都可使嗜常溫細(xì)菌、腸細(xì)菌、酵母和霉菌以及乳酸菌顯著降低[26]。

2 熱處理對(duì)鮮切果蔬保鮮的機(jī)理

溫度是影響果蔬生長(zhǎng)和發(fā)育最重要的外在因素之一,采后對(duì)果蔬進(jìn)行熱處理,可以顯著地影響果蔬的新陳代謝和細(xì)胞功能,主要體現(xiàn)在熱處理對(duì)植物細(xì)胞膜的流動(dòng)性和脂閥變化有影響,并激活離子通道(如Ca2+);對(duì)蛋白質(zhì)穩(wěn)定性和疏水基團(tuán)的暴露有影響,改變基因翻譯和降解,促進(jìn)細(xì)胞骨架的分解;對(duì)染色質(zhì)變化、DNA-蛋白質(zhì)相互作用和組蛋白置換有影響;對(duì)酶促反應(yīng)、解偶聯(lián)通量、三磷酸腺苷(ATP)、煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(DADPH)、活性氧(reactive oxygen species,ROS)和氧化還原反應(yīng)有影響;對(duì)DNA展開和miRNA動(dòng)力學(xué)變化有影響等方面。由于這些變化可以導(dǎo)致植物組織的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)發(fā)生相應(yīng)的改變,從而在轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組和代謝組水平上影響植物的耐熱性[41]。然而,鮮切果蔬的生理生化反應(yīng)又不完全與完整果蔬相同,在熱處理后,果蔬組織中熱激蛋白的特性、自由基的變化、相關(guān)酶基因的表達(dá)以及切割部位產(chǎn)生的次生代謝物質(zhì)等都發(fā)生了變化,由此可能會(huì)影響鮮切果蔬的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和感官品質(zhì)。

2.1 產(chǎn)生熱激蛋白

熱激蛋白(heat shock proteins,HSPs)是果蔬組織在高于正常生長(zhǎng)溫度10 ℃以上的處理后,合成的一類獨(dú)特的蛋白質(zhì),一般而言,這類熱激蛋白可以保護(hù)和提高果蔬的耐熱性。熱應(yīng)激反應(yīng)的一個(gè)中心作用是在熱應(yīng)激轉(zhuǎn)錄因子的控制下合成熱激蛋白,這些熱激蛋白能夠防止蛋白質(zhì)降解和支持蛋白質(zhì)復(fù)性來保護(hù)植物免受熱損傷[42]。在對(duì)蘋果進(jìn)行熱處理后,熱激蛋白基因被強(qiáng)烈激活[43]。而果蔬在切割之后,切割部位的類苯基丙烷的代謝會(huì)加快,導(dǎo)致PAL活性和酚類含量的提高,從而加速褐變的發(fā)生[29,44]。然而,鮮切果蔬經(jīng)熱處理后,優(yōu)先促進(jìn)了切割部位熱激蛋白的合成,進(jìn)而阻礙了PAL活性的提高,從而可以起到抑制褐變的目的[30]。然而,關(guān)于熱處理對(duì)鮮切果蔬切割部位熱激蛋白合成影響的研究較為少見,應(yīng)是將來研究熱處理對(duì)鮮切果蔬保鮮機(jī)理的方向之一。

2.2 抑制活性氧的產(chǎn)生和積累

熱處理破壞了果蔬組織中的蛋白質(zhì)、生物膜、RNA和細(xì)胞骨架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,也改變了細(xì)胞中的酶促反應(yīng)的有效性,引起了代謝的不平衡。而這種失衡的代謝導(dǎo)致了活性氧(reactive oxygen species,ROS)的積累。事實(shí)上,活性氧的產(chǎn)生和積累也是果蔬組織對(duì)熱處理的一種生理反應(yīng)[41]。與未真空充氮的處理相比,采用-20～-60 kPa的真空度條件下處理鮮切雙孢蘑菇2 min,重復(fù)3次,然后在40 ℃的溫水中浸泡5 min的處理,可顯著提高超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化氫酶(CAT)的活性,降低鮮切雙孢蘑菇陰離子產(chǎn)生速率,減少H2O2的積累,而采用較高真空度(-80～-98 kPa)的處理則加速了超氧陰離子的產(chǎn)生[45]。而且,在-40 kPa/40 ℃/5 min條件下,可有效減緩鮮切雙孢蘑菇的硬度下降和細(xì)胞壁組分的降解[46]。由此可見,ROS的產(chǎn)生與和細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)完整性與真空度有較大的關(guān)系,而熱處理?xiàng)l件與ROS生成和細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)的關(guān)系仍需進(jìn)一步研究。

2.3 阻止切割部位產(chǎn)生的次生代謝物質(zhì)的氧化

大部分的研究都指出,切割處理可以刺激果蔬中的次生代謝產(chǎn)物的合成和轉(zhuǎn)化[47-48]。在較低的熱處理溫度和較短的熱處理時(shí)間范圍內(nèi),有些果蔬組織中可能會(huì)產(chǎn)生更多的次生代謝物質(zhì)(如酚類化合物),從而提高鮮切果蔬的清除自由基和抗氧化能力,延長(zhǎng)貨架期[13,34]。然而,在較高的熱處理溫度條件下,PAL、POD和PPO等與果蔬氧化反應(yīng)相關(guān)的酶類活性受限,會(huì)出現(xiàn)總酚、花青素、類胡蘿卜素和抗壞血酸含量的下降[14,35,49]。因此,次生代謝產(chǎn)物的合成與熱處理的條件、果蔬種類、貯藏環(huán)境等密切相關(guān),尤其是和酶促反應(yīng)相關(guān)的次生代謝產(chǎn)物。同時(shí),熱處理也可以阻止次生代謝產(chǎn)物如酚類化合物的氧化降解,進(jìn)而起到抑制褐變的目的[47]。

3 展望

熱處理是一種物理保鮮方法,無毒無害,迎合了大眾抵觸化學(xué)保鮮劑和健康意識(shí)逐漸提升的社會(huì)大環(huán)境。而且,熱處理作為一種傳統(tǒng)的物理保鮮方法也正在逐漸轉(zhuǎn)變其應(yīng)用方法,由最初的高溫?zé)釥C到現(xiàn)在的低溫?zé)崴?、熱蒸汽、熱空氣等形?在滿足食品安全的前提下,也正朝著保護(hù)食品感官和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的方向發(fā)展。但是,熱處理在鮮切果蔬上的應(yīng)用范圍還比較窄,主要是集中在一些根莖類蔬菜和少量的鮮切水果加工中。而果蔬種類繁多,采后生理分為呼吸躍變型和非呼吸躍變型,經(jīng)鮮切之后其生理生化反應(yīng)也存在較大差異。因此,更為廣泛地開展熱處理在鮮切果蔬保鮮中的應(yīng)用,將有助于深入歸納熱處理與鮮切果蔬生理和品質(zhì)的關(guān)系。

柵欄技術(shù)是將熱處理應(yīng)用到鮮切果蔬保鮮的支撐理念。消費(fèi)者對(duì)鮮切果蔬的購(gòu)買欲首先是基于其食用安全和感官評(píng)價(jià),其次是營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。在感官品評(píng)中,色澤、質(zhì)地、口感和香氣是其基本組成部分。單獨(dú)采用熱處理可能會(huì)對(duì)鮮切果蔬的感官造成損失,比如,高溫長(zhǎng)時(shí)間的熱處理不僅破壞了鮮切果蔬的感官和質(zhì)地,同時(shí)也會(huì)造成營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和香氣物質(zhì)的流失。因此,在既能起到鈍化或抑制引起鮮切果蔬品質(zhì)劣變的酶活性的同時(shí),又不影響其感官品質(zhì),就需借助或聯(lián)合其他的保鮮方法,如MAP包裝、輻射以及可食膜等保鮮技術(shù)等。

尋求和確定熱處理影響鮮切果蔬生理和品質(zhì)的生物標(biāo)記物。借助代謝組學(xué)分析的相關(guān)方法和思路,探究熱處理后鮮切果蔬在生理生化變化方面的特性,明晰熱激蛋白、活性氧、細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)、次生代謝產(chǎn)物等代謝途徑與品質(zhì)的關(guān)系,可為熱處理在鮮切果蔬加工中的應(yīng)用提供更為準(zhǔn)確的依據(jù)。