輻照技術(shù)在果蔬貯藏保鮮中的應(yīng)用研究進(jìn)展

劉澤松 ，史君彥 ，王 清 ，高麗樸 ，孟德梅 ，左進(jìn)華 ,*

（1.北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究中心，農(nóng)業(yè)部蔬菜產(chǎn)后處理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，果蔬農(nóng)產(chǎn)品保鮮與加工北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，農(nóng)業(yè)部華北地區(qū)園藝作物生物學(xué)與種質(zhì)創(chuàng)制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，農(nóng)業(yè)部都市農(nóng)業(yè)（北方）重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100097；2.天津科技大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300457）

近年來(lái)，隨著社會(huì)的發(fā)展和人們生活品質(zhì)的提高，對(duì)果品、蔬菜等農(nóng)副產(chǎn)品的需求量日益增長(zhǎng)。但是果蔬生產(chǎn)具有較強(qiáng)的季節(jié)性和地域性，在生產(chǎn)旺季貯運(yùn)過(guò)程中因采后處理不當(dāng)導(dǎo)致大量果蔬腐爛變質(zhì)，經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重。據(jù)商業(yè)部統(tǒng)計(jì)，我國(guó)果蔬每年因采后處理不當(dāng)導(dǎo)致的損耗率高達(dá)20%～30%，果蔬損失達(dá)8 000 萬(wàn) t，是發(fā)達(dá)國(guó)家的 4～6 倍[1]。因此，如何解決果蔬淡旺季貯運(yùn)保鮮技術(shù)問(wèn)題尤為重要。

輻照保鮮技術(shù)始于上世紀(jì)40 年代，是利用電子射線、x射線、γ 射線等射線照射食品，殺滅害蟲(chóng)，消除病原微生物及其他腐敗菌或抑制食品中某些代謝反應(yīng)和生物活性，以達(dá)到延長(zhǎng)貯藏保鮮期的目的[2]。輻照保鮮技術(shù)具有殺菌效果顯著、實(shí)施劑量可調(diào)，保護(hù)果蔬外形、組織結(jié)構(gòu)、原有的色、香、味和營(yíng)養(yǎng)成分，同時(shí)具有方法簡(jiǎn)單、無(wú)污染、無(wú)殘留等優(yōu)點(diǎn)[3]。研究發(fā)現(xiàn)，果蔬經(jīng)一定劑量的輻照處理后，新陳代謝和呼吸作用受到抑制，膜脂過(guò)氧化反應(yīng)減弱，成熟衰老進(jìn)程延緩，保鮮期延長(zhǎng)[4-5]。根據(jù)輻照的來(lái)源不同，可將輻照保鮮技術(shù)分為γ 等射線輻照、電子束輻照、紫外輻照以及LED 光輻照等。本文擬從這四種輻照技術(shù)的作用原理、應(yīng)用及可能存在的問(wèn)題進(jìn)行概述，以期為今后果蔬貯藏輻照保鮮技術(shù)的深入研究和應(yīng)用提供參考。

1 輻照技術(shù)的基本原理及特點(diǎn)

輻照技術(shù)是一種果蔬貯運(yùn)的新型物理保鮮技術(shù)，在應(yīng)用過(guò)程中果蔬本身的溫度變化不大，可最大限度地保持其外觀品質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)成分，其作用的基本原理是利用電離輻射或放射性元素（60Co、137Cs）等產(chǎn)生的γ、β、x射線以及電子加速器產(chǎn)生的高能電子束等輻照處理果蔬，抑制其生理代謝活動(dòng)，減少乙烯的產(chǎn)生，殺滅害蟲(chóng)，消除果蔬中的病原微生物及其他腐敗細(xì)菌，從而達(dá)到果蔬貯藏保鮮的目的[2,6]。

輻照技術(shù)作為一種物理保鮮技術(shù)，與其他物理保鮮技術(shù)一樣，無(wú)需加入添加物，且具有以下特點(diǎn)：最大限度地保持果蔬的外形及原有的風(fēng)味和成分；安全環(huán)保、無(wú)污染；易于操作、殺菌徹底以及處理效率高、低耗能、低成本[7]。

2 輻照技術(shù)在果蔬貯藏保鮮中的應(yīng)用

輻照技術(shù)不僅影響果蔬貯藏中的生理生化變化，而且對(duì)其原有的風(fēng)味物質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)成分無(wú)影響，而且輻照射線（除紫外線外）具有較強(qiáng)的穿透力，可帶包裝處理，減少污染，還能進(jìn)行工業(yè)化批量生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)控，因此備受青睞。

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)多種果蔬的輻照保鮮技術(shù)進(jìn)行研究，取得較好的進(jìn)展。研究發(fā)現(xiàn)，一定劑量的輻照后可抑制果蔬的代謝活動(dòng)，減輕腐爛和霉變，在電鏡下可觀察到果蔬的果皮細(xì)胞膜、葉綠體、線粒體等細(xì)胞結(jié)構(gòu)的損傷受到一定程度的抑制，果皮細(xì)胞的衰老被顯著延緩，從而果蔬成熟被延遲，貨架期得到延長(zhǎng)[6,8]。

2.1 γ 射線輻照保鮮技術(shù)

γ 射線輻照技術(shù)是用鈷等放射性元素產(chǎn)生的γ射線具有較強(qiáng)的穿透力，輻照果蔬后可影響其生理生化變化，同時(shí)保持其原有的風(fēng)味和營(yíng)養(yǎng)成分，對(duì)表面微生物起到破壞其內(nèi)部的DNA、RNA 或蛋白質(zhì)等有機(jī)分子，從而使細(xì)菌、病毒、微生物死亡，以達(dá)到延長(zhǎng)果蔬貯藏期的目的[5,9]。

研究發(fā)現(xiàn)，2.5 kGy 的60Co γ 射線輻照處理不僅有效地抑制藍(lán)莓果實(shí)表面微生物的生長(zhǎng)和繁殖，降低腐爛率，還可抑制其呼吸強(qiáng)度和硬度的下降，降低乙烯生成量，調(diào)節(jié)自我保護(hù)酶，從而達(dá)到延長(zhǎng)保鮮期的目的[10-11]，而低劑量 0.15 kGy 和 0.3 kGy 的 γ 射線輻照對(duì)藍(lán)莓果實(shí)品質(zhì)無(wú)顯著影響，但能改善不同品種的保鮮期[12]。Jesus Filho 等[13]發(fā)現(xiàn)，盡管對(duì)照組草莓的抗壞血酸含量、硬度和失重的保持好于2.0 kGy 劑量的γ 射線處理的草莓果實(shí)，但二者外觀接受度保持一致，而且輻照處理可有效鈍化嗜溫需氧菌的活性，顯著降低了霉菌和酵母菌的數(shù)量。同時(shí)Hussain 等[14]發(fā)現(xiàn)，李子經(jīng)60Co γ 射線輻照后也能有效抑制果實(shí)表面的微生物生長(zhǎng)，從而延長(zhǎng)李子的貯藏保鮮期。Koike等[15]發(fā)現(xiàn)，60Co γ 射線輻照還可降低蔬菜上的細(xì)菌數(shù)量，破壞其表面微生物真菌。沙糖橘經(jīng)60Co γ 射線輻照處理后同樣能延長(zhǎng)保鮮期，且其抗壞血酸等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的含量不受影響[16]。Najafabadi 等[17]發(fā)現(xiàn)，紅棗經(jīng)2.5 kGy 劑量的γ 射線輻照后，果實(shí)品質(zhì)得到提高，使得總單體花青素和總酚含量顯著增加。Gloria 等[18]發(fā)現(xiàn)，香蕉經(jīng)1.0 kGy 的γ 射線輻照后減緩了淀粉的降解以及果糖和葡萄糖的形成與積累，延緩了果實(shí)成熟，能減少其在貯藏過(guò)程中的損失。Wang 等[19]發(fā)現(xiàn)，3.0 kGy 劑量的γ 射線輻照處理能有效抑制竹筍中苯丙氨酸解氨酶（PAL）、過(guò)氧化物酶（POD）和多酚氧化酶活性（PPO）的活性，從而延緩其褐變，并且還能延緩其木質(zhì)化進(jìn)程，同時(shí)降低了竹筍主要營(yíng)養(yǎng)成分的流失，證明了輻照處理是一種能較好地延長(zhǎng)竹筍貯藏期的保鮮方法。甘藍(lán)經(jīng)60Co γ 射線輻照后，可增強(qiáng)細(xì)胞內(nèi)亞麻酸的釋放，從而增加其組織內(nèi)揮發(fā)性油類(lèi)物質(zhì)反式己二烯含量，同時(shí)增加了揮發(fā)性油類(lèi)物質(zhì)中黑芥子油苷和異硫氰酸丙酯的含量，改善了甘藍(lán)的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)，延長(zhǎng)其保鮮期[20]。

γ 射線雖對(duì)微生物有強(qiáng)烈的致死效果，但其對(duì)維持植物中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的作用不如其他輻照技術(shù)顯著，并且其成本較高[21]，在使用過(guò)程及廢棄物處置中還存在安全性和環(huán)境問(wèn)題。有研究發(fā)現(xiàn)，柑橘等水果對(duì)γ 射線較敏感[22]，在一定程度上限制了其在果蔬保鮮領(lǐng)域的應(yīng)用。

2.2 電子束輻照保鮮技術(shù)

電子束輻射保鮮技術(shù)的原理是利用電子加速器產(chǎn)生的高能電子束（最大能量10 MeV）射線輻照果蔬，通過(guò)高能脈沖直接作用使其表面微生物發(fā)生一系列理化反應(yīng)，從而抑制呼吸活動(dòng)、內(nèi)源乙烯的產(chǎn)生及酶活性，防止腐爛，并能延緩果蔬成熟，延長(zhǎng)保鮮期[23]。Kong 等[24]對(duì)藍(lán)莓的研究發(fā)現(xiàn)，小于3.0 kGy 的電子束輻照可有效抑制藍(lán)莓中大腸桿菌的生長(zhǎng)，同時(shí)不影響其主要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和抗氧化活性，延長(zhǎng)保鮮期。甜櫻桃經(jīng)電子束輻照處理后，果實(shí)霉變率和失重率也顯著降低[25]，說(shuō)明電子束輻射能較好抑制微生物生長(zhǎng)。Ramakrishnan 等[26]在模擬運(yùn)輸和市場(chǎng)條件下，采用低劑量（0.4 kGy 和1.0 kGy）電子束輻照葡萄柚和檸檬，4 ℃下貯藏20 d，發(fā)現(xiàn)1.0 kGy 輻照的兩種水果除失重有較小變化外，硬度幾乎無(wú)變化，可溶性固形物和可滴定酸含量保持恒定，貯藏10 d 后游離糖含量顯著增加，VC 含量下降，該劑量輻照處理可最大限度地減少貯藏期間果品品質(zhì)的下降。黃略略等[27]發(fā)現(xiàn)，荔枝經(jīng)0.5 kGy 電子束輻照處理后，結(jié)合低溫貯藏可顯著減緩其失重率、VC 含量和可滴定酸含量的下降，更好地保持了果肉的風(fēng)味和品質(zhì)。

王秋芳等[28]對(duì)花椰菜的研究發(fā)現(xiàn)，1.0 kGy 劑量電子束輻照處理抑制了表面微生物的數(shù)量，降低了失重率的升高和VC 和可溶性蛋白的損失，減少了MDA 含量的積累，提高了貯藏期間的感官品質(zhì)，從而延長(zhǎng)了貨架期。此外，王海宏等[6]還采用0～1.0 kGy 劑量的電子束處理不同成熟度的番茄，發(fā)現(xiàn)電子束輻照能顯著延緩番茄貨架期間的后熟轉(zhuǎn)紅，且在供試范圍內(nèi)劑量越高，抑制效果越明顯，對(duì)失重、皺縮和霉變現(xiàn)象無(wú)影響，可減少綠熟期番茄的乙烯釋放量和乙烯合成關(guān)鍵酶基因的表達(dá)量，對(duì)高成熟度番茄可促進(jìn)乙烯生成。因此，0～1.0 kGy 劑量的電子束處理可延長(zhǎng)較低采摘成熟度的番茄的貯藏期，促進(jìn)高成熟度番茄的衰敗。

電子束雖然成本較低[21]，不會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)廢棄物，但其穿透能力較差，因此這種處理方法不適用于很多類(lèi)型的食品。

2.3 紫外輻照保鮮技術(shù)

紫外線因波長(zhǎng)不同分為UV-A、UV-B 和UV-C三種。其中UV-A 是指波長(zhǎng)為350～320 nm 的長(zhǎng)波紫外線，UV-B 是波長(zhǎng)為 320～280 nm 的中波紫外線，波長(zhǎng)短于280 nm 的短波紫外線則是UV-C，且波長(zhǎng)在250～270 nm 的紫外線具有較強(qiáng)的殺菌能力。近年來(lái)，紫外輻照被廣泛應(yīng)用于果蔬的貯藏保鮮中，一定劑量的紫外線輻照處理可控制果蔬表面的微生物和病原菌生長(zhǎng)繁殖，減輕果實(shí)腐爛，刺激防御機(jī)制相關(guān)的物質(zhì)和酶活性，降低乙烯的生成，抑制果實(shí)中細(xì)胞壁降解酶活性，延長(zhǎng)果蔬的保鮮期[29-30]。

在紫外輻照保鮮的應(yīng)用中，UV-A 因其在果蔬貯藏保鮮中的效果不顯著，因此相關(guān)研究較少。Csepregi等[31]發(fā)現(xiàn)，采后UV-A 和UV-B 輻照處理可能導(dǎo)致葡萄漿果皮黃酮醇-糖苷含量和總抗氧化能力出現(xiàn)短暫的下降，誘導(dǎo)采后酚類(lèi)代謝。Aiamla-or 等[32]發(fā)現(xiàn)，UV-A 輻照處理西蘭花后對(duì)其花蕾黃化無(wú)抑制作用。而Ponte 等[33]發(fā)現(xiàn)，在采前進(jìn)行UV-A 輻照處理可增加番茄果實(shí)的成熟同步性和營(yíng)養(yǎng)特性，使其對(duì)消費(fèi)者具有更好的吸引力。

UV-B 輻照主要靠破壞細(xì)胞內(nèi)的DNA 和蛋白質(zhì)，從而影響果蔬組織內(nèi)一系列的生理代謝過(guò)程[34]。Aiamla-or 等[32,35]發(fā)現(xiàn)，19.0 kJ·m-2UV-B 輻照處理可有效抑制采后西蘭花的黃化，延緩葉綠素含量的降低，降低葉綠素降解相關(guān)的基因BoSGR和BoNYC1的表達(dá)，起到較好的保鮮作用。Castagna 等[36]也發(fā)現(xiàn)，番茄經(jīng)UV-B 處理后可提高其抗壞血酸和類(lèi)胡蘿卜素的含量，但對(duì)硬度有不良影響。

目前對(duì)UV-C 輻照作用機(jī)制的闡述還不明確，大致為兩種觀點(diǎn)。一種認(rèn)為UV-C 可直接殺死殘留在果蔬表面的致病菌；另一種觀點(diǎn)認(rèn)為UV-C 輻照可誘導(dǎo)果蔬的防御機(jī)制，從而抵御致病菌的侵染，防止腐爛變質(zhì)[37]。

Sripong 等[38]研究了山竹的 UV-B 和 UV-C 輻照處理，發(fā)現(xiàn)UV-C 比UV-B 輻照具有更強(qiáng)的殺菌能力，可有效防治山竹果實(shí)的腐爛病，13.0 kJ·m-2UV-C輻照最有效，可誘導(dǎo)植物防御相關(guān)的關(guān)鍵酶活性，包括苯丙氨酸解氨酶（PAL）、過(guò)氧化物酶（POD）、幾丁質(zhì)酶和β-1,3-葡聚糖酶，也可影響總酚和過(guò)氧化氫（H2O2）含量。此外，UV-C 輻照還可延緩果實(shí)的失重、呼吸速率、果皮和花萼的顏色變化，有效保持了山竹花萼中的葉綠素含量。焦中高等[39]發(fā)現(xiàn)，短波UV-C處理對(duì)櫻桃可有效保持其可滴定酸、總酚、總黃酮、花色苷的含量，激發(fā)果實(shí)中多酚和花色苷等生物活性物質(zhì)的合成與積累，顯著提高了果實(shí)的抗氧化能力，延長(zhǎng)櫻桃的貯藏保鮮時(shí)間。

同時(shí)，張娜等[37]也發(fā)現(xiàn)，UV-C 處理可抑制西蘭花表面微生物的生長(zhǎng)，延緩花球的腐爛。UV-C 處理能有效殺滅櫻桃番茄的酵母和霉菌等微生物[40]，而且其硬度和色澤不受影響，可顯著延長(zhǎng)其保鮮期。UVC 處理還能有效殺滅櫻桃番茄表面的鼠傷寒沙門(mén)氏菌[41]。此外，Mansourbahmani 等[42]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng) 3.0 和4.5 kJ·m-2UV-C 處理后的番茄，果實(shí)具有較高的硬度和苯酚含量，果膠甲基酯酶（PME）活性、果膠酶（PG）活性、乙烯含量和腐爛受到抑制，因此可延長(zhǎng)番茄貯藏期。

紫外輻照一定程度上能延長(zhǎng)商品貨架期，但低劑量紫外輻照不能完全殺滅微生物，微生物會(huì)出現(xiàn)光復(fù)活現(xiàn)象[43]，且其穿透力較低，影響了其在果蔬保鮮領(lǐng)域的應(yīng)用。

2.4 LED 光輻照保鮮技術(shù)

LED 輻照保鮮技術(shù)是通過(guò)發(fā)射不同顏色的光對(duì)果蔬進(jìn)行照射，與各種植物進(jìn)行光合作用來(lái)實(shí)現(xiàn)光譜的基本吻合，提高光能的利用率，可進(jìn)一步降低果蔬的呼吸作用，提升感官品質(zhì)，延緩生理老化，以達(dá)到殺菌和延長(zhǎng)貯藏期的效果[44]。

表1 LED 輻照對(duì)果蔬保鮮效果的影響Table 1 Effect of LED irradiation on preservation of fruits and vegetables

LED 輻照能采用指定的光源來(lái)促進(jìn)光合作用，減少營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的消耗，但其滅菌機(jī)制尚不清楚，且運(yùn)用LED 輻照進(jìn)行保鮮需長(zhǎng)時(shí)間對(duì)果蔬進(jìn)行照射，其設(shè)備運(yùn)行成本較高。

3 研究趨勢(shì)和存在的問(wèn)題

目前關(guān)于果蔬輻照處理的研究正日益增多，其研究主要集中在水果采后貯藏保鮮領(lǐng)域，主要研究其對(duì)采后水果生理代謝活動(dòng)及其可能的機(jī)理方面，在蔬菜保鮮上的應(yīng)用還較少，且輻照處理的研究多集中在單一輻照層面上。輻照技術(shù)對(duì)果蔬采后保鮮有較好的效果，但其作用機(jī)制較為模糊，未來(lái)可對(duì)其機(jī)制進(jìn)行深入研究。

雖然關(guān)于果蔬輻照處理的研究正日益增多，不同的果蔬經(jīng)輻照處理之后，都能不同程度地延長(zhǎng)其貯藏期，降低其營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)流失的速度，對(duì)果蔬保鮮的研究具有重大意義。但仍然存在著諸多的問(wèn)題，如不同種類(lèi)的水果和蔬菜對(duì)輻照種類(lèi)、劑量的選擇都有著不同的需求，同種蔬菜在不同采后季節(jié)對(duì)輻照的條件也有所不同，并且沒(méi)有一定的規(guī)律性。要在安全的輻照劑量范圍內(nèi)，為每一種果蔬找到適宜的輻照保鮮方法，還需要進(jìn)行更多的研究。并且放射性物質(zhì)會(huì)對(duì)人體會(huì)造成巨大的危害，怎樣減少輻照保鮮應(yīng)用中人的參與，成為關(guān)鍵問(wèn)題。此外，放射性物質(zhì)輻照處理要求的操作環(huán)境嚴(yán)苛，且成本高。由于現(xiàn)有技術(shù)的局限性，如何尋找一種適宜的輻照處理技術(shù)應(yīng)用于果蔬保鮮并安全地將其進(jìn)行大規(guī)模的推廣和應(yīng)用成為目前亟需解決的問(wèn)題。

4 展望

輻照保鮮技術(shù)是物理保鮮技術(shù)的一種，具有環(huán)保、節(jié)能、無(wú)殘留等優(yōu)點(diǎn)，可保持食品原有的口感和風(fēng)味，在食品保鮮領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，只要控制好劑量，既能延長(zhǎng)食品的保鮮期，又不會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生毒副作用。因此，我們應(yīng)該加大對(duì)輻照果蔬的種類(lèi)、劑量范圍、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和安全性等方面的研究，加快其在工業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用。

對(duì)此，筆者對(duì)輻照保鮮技術(shù)的研究提出幾點(diǎn)建議：一是采用兩種或多種輻照技術(shù)復(fù)合處理，如紫外輻照不具有穿透性，對(duì)果蔬表面和內(nèi)部侵染的病原微生物的殺菌效果不明顯，抑制果蔬腐爛效果亦不相同，因此可采用紫外輻照結(jié)合LED 輻照技術(shù)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，以便研究更有效的果蔬貯藏保鮮方法；二是可以將輻照技術(shù)和其他保鮮處理技術(shù)聯(lián)合使用，以期進(jìn)一步提高保鮮效果，低溫能抑制植物組織的呼吸強(qiáng)度，抑制其酶活性，而γ 射線能很好地抑制微生物生長(zhǎng)，采用復(fù)合處理技術(shù)能更好地延長(zhǎng)商品的貨架期；三是開(kāi)發(fā)便攜式輻照設(shè)備，使其可以快速方便地安裝在運(yùn)輸工具上或超市倉(cāng)庫(kù)中，減少果蔬在運(yùn)輸中或售賣(mài)時(shí)的變質(zhì)和腐爛，以進(jìn)一步延長(zhǎng)其保鮮期；四是加大關(guān)于輻照技術(shù)安全性的宣傳力度，直接輻照雖然對(duì)人體會(huì)產(chǎn)生巨大的危害，但是目前研究發(fā)現(xiàn)果蔬經(jīng)輻照后并不會(huì)產(chǎn)生安全問(wèn)題，因此輻照過(guò)的果蔬是可以放心攝入的。