采后果實減壓貯藏技術的研究進展

陳敬鑫，徐帆，葛永紅，呂靜祎，李永新，勵建榮，米紅波*，馮敘橋*

1(渤海大學 食品科學與工程學院，遼寧 錦州，121013)2(生鮮農產品貯藏加工及安全控制技術國家地方聯合工程研究中心， 遼寧 錦州，121013)3(浙江農林大學 農業(yè)與食品科學學院, 浙江 杭州，311300)

減壓貯藏(hypobaric storage)又稱負壓貯藏或低壓貯藏，是繼冷藏和氣調貯藏技術之后發(fā)展起來的一種貯藏方法，由美國科學家BURG于1960年首次提出[1]。減壓貯藏是一種綠色無污染的新一代果蔬物理保鮮技術，具有操作簡單、無化學藥劑殘留、食用安全性高等優(yōu)點。與冷藏和氣調貯藏相比，減壓貯藏技術對果實的保鮮效果有顯著提高，尤其對一些易腐水果，可達到其他常規(guī)保鮮技術難以實現的保鮮效果，被稱為“世紀保鮮新技術”[2]。例如，氣調貯藏、生理調節(jié)劑等方法均無法解決水蜜桃在貯藏過程中的腐爛、冷害等問題，而采用減壓技術卻可實現軟溶質水蜜桃的高品質貯藏保鮮[3]。減壓貯藏也因其作用原理和技術上的先進性，被一些學者稱為保鮮技術上的第三次革命[2]。隨著消費者對食品安全性的關注，減壓貯藏作為一種安全的物理貯藏方法，越來越受到從事食品貯藏保鮮研究人員的關注。

1 減壓貯藏的原理

減壓貯藏是指將果蔬放置于特定密閉容器中，并通入低于大氣壓的空氣的一種果蔬貯藏系統(tǒng)，該系統(tǒng)需要滿足兩個條件，一是容器須堅固且可承受一定的壓力，如曲面的厚鋼板材質；二是通入氣體的濕度必須達到或接近100%相對濕度(relative humidity，RH)[4]。

目前，一部分研究者們認為減壓貯藏的保鮮效果是由其貯藏過程中的低氧環(huán)境造成的。然而，RICHARDS等[5]在研究低壓脅迫對擬南芥生長狀況的影響的過程中發(fā)現，在低壓誘導條件下，只有不到一半的差異基因與缺氧有關，這說明低壓脅迫響應是獨特的，它比單純的低氧脅迫更復雜，且低壓誘導了擬南芥中的水分移動，即使是氣壓的微小變化也會引起其生物學上的顯著差異。由此推測，低壓條件對果蔬采后貯藏的影響可能是由多個因素相互作用造成的。

1.1 減壓形成低氧氣體環(huán)境

在道爾頓定律所描述的氣體特性中提到，空氣中各組分氣體的分壓與總壓成正比。即氣壓降低到一定程度，空氣中各組分氣體的分壓相應降低，O2濃度也隨之降低，因此減壓可以營造一個低氧的氣體環(huán)境[4]。

1.2 減壓促進果蔬組織中揮發(fā)性氣體向外擴散

FULLER公式表明，組織結構內某氣體向外擴散的速度與該氣體在組織內外的分壓差及其擴散系數成正比，擴散系數又與外部環(huán)境壓力成反比；溫度愈高或壓力愈低，擴散系數越大，就越利于及時排除果蔬貯藏過程中產生的有害氣體[6]。因此，減壓貯藏可在很大程度上促進果蔬組織內揮發(fā)性有害氣體(如乙烯、乙醇、乙醛)向外擴散，減少由這些物質引起的生理病害，并從根本上消除CO2中毒的可能性。研究表明，蘋果的內部乙烯隨環(huán)境壓力的降低呈線性減小趨勢，當氣壓從101 kPa降至26.7 kPa，蘋果的內部乙烯可減少至原來的1/4倍[7]。

2 減壓貯藏的方式

2.1 長時減壓貯藏

長時減壓貯藏是指通過降低貯藏環(huán)境壓力，形成一定的真空度，并維持一定的RH，有效降低果實的呼吸強度，延長果實貯藏期的一種長時間貯存或運輸的技術[8]。研究表明，園藝產品最佳減壓貯藏的壓力條件為1.33～2.67 kPa。在實驗室條件下，果實的減壓貯藏期比氣調貯藏延長10%～30%，較普通冷藏時間延長30%～50%[1]。

在常規(guī)的減壓貯藏條件下，貯藏壓力越低，大多數果實的貯藏壽命越長，但存在著果實失水萎蔫和風味變淡的可能性。為解決減壓貯藏可能存在的問題，張憨等[9]提出了適用于易腐果實長期貯藏的三階段減壓貯藏工藝，該工藝技術已獲國家發(fā)明專利?；诠麑嵅珊蟮拇x特性，三階段減壓處理將減壓貯藏的壓力和相對濕度條件設定為“低-中-高”3個不同的階段，即隨著貯藏期的延長，逐步升高容器內的壓力和相對濕度，達到既可維持果實的新鮮狀態(tài)，又有利于恢復果實典型風味的效果。

2.2 短時減壓處理

相對于長時減壓貯藏，短時減壓處理是一種果實采后預處理技術，即以適宜的低壓、溫度和濕度對采后果實產品進行持續(xù)時間較短(<48 h)的處理方式[10]。短時減壓處理可分為短期減壓冷藏和短期減壓常溫貯藏兩種方式。短時減壓處理既有促進果實中有害氣體快速擴散等減壓處理具有的優(yōu)點，又可以避免長期減壓貯藏過程中可能造成的果實失水和風味變淡問題，并可降低減壓貯藏的高耗能成本[11]。相對于其他果實采后預處理方式，短時減壓處理可有效地增強果實的貯藏保鮮效果，且其設備可用于果實采收后在產地的短時貯藏。

經長期和短期減壓處理后的果實，離開減壓環(huán)境后均具有后續(xù)保鮮效應：果實的冷藏保鮮期、冷鏈斷鏈保鮮期會延長，且采后損耗減少，果實品質下降速率減緩[12]，即能夠延長果實的運輸時間和貨架期。將產地收獲的蔬菜、水果和食用菌置于低壓冷庫短時間處理，有助于延長其貯藏期，更好地保持其原有風味[10]。

2.3 與其他保鮮技術結合的減壓處理

減壓處理結合其他保鮮技術不僅能取得良好的保鮮效果，而且可有效減少果實在庫時間，降低成本[11]。1-甲基環(huán)丙烯(1-methylcyclopropene，1-MCP)是一種有效的內源乙烯抑制劑，廣泛應用于果實的貯藏保鮮[13]。研究表明，在低壓條件下，氣態(tài)1-MCP可以更加快速的進入果實內部并積累，使得1-MCP達到更為高效的保鮮效果[14]。此外，精油作為一種能夠延長果實采后壽命的天然防腐劑受到了廣泛的關注，但用量大時，易產生異味。將精油與低壓處理相結合，可以進一步降低控制采后腐爛所需的精油用量，且使精油在果實表面的分布更為均勻[15]。

3 減壓對果實品質的影響

目前研究表明，減壓貯藏可減弱果實的生理代謝，抑制其硬度下降，并可減少果實的糖分、可滴定酸(titratable acid,TA)和抗壞血酸(ascorbic acid,ASA)等營養(yǎng)物質的損耗，保持果實的食用品質和商品價值，進而延長其貯藏期和貨架期。

3.1 減壓貯藏對采后果實貯藏期的影響

相對于傳統(tǒng)貯藏方法，減壓貯藏可顯著提高采后果實的貯藏保鮮品質。在0 ℃、8 kPa減壓貯藏條件下，巴特梨、Clapp梨以及考密斯梨的貯藏期可由冷藏條件下的15～90 d延長至120～180 d；蛇果、金冠蘋果、麥金托什紅蘋果的貯藏期可由60～120 d延長至180 d[4]。拉賓斯大櫻桃置于0 ℃、90%～95% RH、20 kPa的低溫減壓條件下，其貯藏期由常壓下的28 d延長至49 d[16]。在-1 ℃、85 kPa貯藏條件下，大平頂棗的貯藏期延長至60 d以上[17]。4 ℃、50.7 kPa的減壓貯藏條件可使石榴的貯藏期延至120 d，且保持良好的籽粒品質[18]。

3.2 減壓貯藏對采后果實硬度的影響

質地變軟是大多數果實成熟衰老最顯著的變化之一。富士蘋果于-1 ℃、80 kPa條件下減壓貯藏30 d時，蘋果硬度下降了21.7%，而常壓貯藏硬度下降了35.9%[19]。安哥諾李果實在0 ℃、20.3 kPa條件下貯藏至105 d時，其硬度較常壓貯藏提高了8.7%[20]。常壓條件下貯藏36 d時，新疆白杏的硬度下降至貯藏初期的17.3%，而50 kPa條件下減壓貯藏的果實硬度為貯藏初期的32.6%[21]。研究表明，減壓貯藏可通過抑制多聚半乳糖醛酸酶(polygalacturonase，PG)與β-半乳糖苷酶(β-galactosidase，β-Gal)活性而阻止原果膠的水解，從而延緩果實的軟化速率[19]。由此可見，減壓貯藏可通過抑制相關酶的活性，顯著抑制果實硬度的下降，延緩其果實軟化，但最適宜減壓貯藏條件因果實品種而異。

3.3 減壓貯藏對采后果實色澤的影響

果實中含有葉綠素、番茄紅素等色素物質，低壓會影響這些物質的合成和分解，延緩果實顏色的變化。對冬棗來說，在0 ℃常壓貯藏的果實于第21天轉紅，而在0 ℃、20.3 kPa貯藏的果實于第29 天轉紅，可見減壓貯藏明顯減緩了棗果實的轉紅速率[22]。番茄果實成熟過程中葉綠素逐漸減少，番茄紅素逐漸增加。KOU等[23]研究發(fā)現，第16 天時常壓處理的番茄變紅，而70和40 kPa低壓處理的番茄分別在第20天和第24天變紅，表明低壓處理在一定程度上可抑制葉綠素的降解和番茄紅素的合成，從而延緩番茄的變紅速率。此外，謝建華等[24]研究發(fā)現，12 ℃、10 kPa 的減壓貯藏可有效延緩芒果的轉黃速率。申江等[25]研究表明，減壓貯藏有助于保持草莓原有的色澤和亮度，且效果優(yōu)于冰溫貯藏。

3.4 減壓貯藏對采后果實糖分和有機酸的影響

可溶性固形物(total soluble solid，TSS)、TA和ASA是果實的主要呈味物質，直接影響著采后果實的風味品質，其含量主要取決于果實種類和采收期，而減壓貯藏過程中減壓處理強度和持續(xù)時間對果實糖和酸的合成代謝具有較為顯著的影響。

在20 ℃常壓貯藏下，番茄果實的TSS和TA的峰值出現在第8天，70 kPa減壓條件可使其峰值延遲至第12天，而40 kPa減壓處理的果實，其TSS和TA高峰分別出現在第16天和第14天[23]。張潤光等[18]對石榴進行為期120 d的減壓處理發(fā)現，在貯藏過程中果實的TSS和TA均呈下降趨勢，常壓處理的果實其TSS和TA的含量分別下降了22.4%和52.8%，而在4 ℃、50.7 kPa減壓條件下處理的果實TSS和TA的含量下降了13.9%和39.6%。這些研究表明減壓可有效延緩果實TSS和TA的下降，保證其風味品質。

隨著果實的成熟衰老，ASA含量逐漸下降。郝曉玲等[22]研究發(fā)現，常壓棗果實的ASA含量下降較快，而減壓貯藏(0 ℃，81.1、50.7、20.3 kPa)棗果實的ASA含量從第46天開始均顯著高于常壓貯藏的棗果實。AN等[26]發(fā)現，3 ℃、50.7 kPa減壓貯藏可有效延緩草莓ASA的降低。龐凌云等[27]研究發(fā)現，減壓貯藏可降低ASA氧化酶活性，抑制ASA被氧化的速率，進而延緩圣女果中ASA含量下降。

4 減壓貯藏對果實采后病害的影響

4.1 生理性病害

目前，關于減壓影響采后果實生理性病害的研究多集中于果實的褐變。LI等[28]發(fā)現，0.5 ℃條件下，經25 kPa減壓貯藏后，梨心褐變率較常壓降低37%。PRISTIJONO等[29]研究發(fā)現，與常壓相比，在10 ℃、4 kPa 條件下，夏南瓜的莖端褐變率降低了50%。對川中島水蜜桃進行4 ℃、10 kPa的減壓處理發(fā)現，在貯藏至第20天時，經減壓處理的果肉亮度(L*值)顯著高于常壓對照，說明減壓可有效延緩水蜜桃果肉褐變[30]。陳文烜等[31]對水蜜桃進行減壓冷藏[0 ℃、(10±5) kPa]，發(fā)現減壓處理既可減少活性氧(reactive oxygen species，ROS)生成，又有利于ROS的清除；同時可有效減少果肉中丙二醛(malondialdehyde，MDA)的含量，抑制果實褐變。SONG等[32]將桃果實于10～20 kPa、0～1 ℃和90%～95% RH的條件下貯藏，發(fā)現低壓處理后的果實在貯藏30 d時褐變指數比常壓處理的果實低28.6%，且果實的ASA和谷胱甘肽(glutathione，GSH)含量均高于常壓處理組，減壓環(huán)境還提高了ASA-GSH循環(huán)相關的抗壞血酸過氧化物酶(ascorbate peroxidase，APX)、谷胱甘肽還原酶(glutathione reductase，GR)和單脫氫抗壞血酸還原酶(mono-dehydroascorbic acid reductase，MDHAR)活性，表明低壓緩解果實的內部褐變可能與觸發(fā)ASA-GSH循環(huán)有關。

減壓不但可以減輕完整果實的褐變，而且對鮮切果實的褐變也有抑制作用。胡欣等[33]對蘋果進行減壓冷藏(1.5 kPa、4 ℃)處理24 h后將其切分，放置在無控溫條件下6 h，發(fā)現短時減壓處理可以有效抑制鮮切蘋果的褐變。

4.2 侵染性病害

果實的采后腐爛主要是由病原微生物侵染引起的。目前，多數學者認為，減壓對病原微生物的抑制作用是由其低氧環(huán)境造成的。然而，HASHMI等[34]對草莓進行相同O2濃度的低壓(50 kPa)和低氧(101 kPa、10%O2)處理，發(fā)現50 kPa的低壓處理顯著降低了草莓的腐爛程度，而低氧處理的草莓與對照沒有顯著差異。也有研究表明，在常壓下只有當O2濃度低于1%時，才會對微生物起到明顯的抑制作用，且其濃度越低對微生物的抑制作用越強[35]?？梢姕p壓對病原微生物的抑制作用并不是僅由低氧造成。

由于低壓對微生物的生長繁殖具有較強的抑制作用，低壓貯藏也可作為常規(guī)殺菌劑的替代措施之一，以有效控制果實的采后腐爛[36]。楊梅是一種典型的南方易腐水果，易受機械損傷和真菌侵染而發(fā)生腐爛，而減壓貯藏可有效降低其腐爛率。研究表明，1 ℃、55 kPa條件下貯藏15 d時，楊梅果實的腐爛率僅為18.75%[37]。楊虎清等[38]也發(fā)現，經5 ℃預冷12 h后的楊梅果實在0 ℃、40 kPa、90%～95%RH條件下貯藏16 d時，其果實的腐爛指數低于20%，而其對照果實的腐爛指數高達41%?？梢?，減壓預處理和減壓貯藏均可顯著抑制楊梅果實的腐爛。此外，黃宇斐等[30]發(fā)現，4 ℃、50 kPa可極大地改善川中島水蜜桃的貯藏品質，其在減壓貯藏20 d時其腐爛指數較常壓減少了87%。

低壓對果實腐爛的抑制作用與其誘導果實中的抗性相關酶活性具有一定的相關性。錢驊等[39]研究發(fā)現，在4 ℃條件下減壓預處理12 h后，繼續(xù)冷藏至21 d的藍莓果實中超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)活性為空白對照組的1.4倍；過氧化氫酶(catalase，CAT)活性為空白對照組的1.1倍。且果實中的SOD和CAT活性與腐爛率呈負相關。LI等[40]也發(fā)現，在20 ℃貯藏25 d后，25和50 kPa貯藏條件下藍莓果實的CAT活性為常壓貯藏的2倍。這說明短時減壓處理和長時減壓貯藏均有利于貯藏期間藍莓果實保持較高SOD、CAT活性，延長其貯藏期。WANG等[41]研究表明，0 ℃、85%～90% RH的減壓(10～20 kPa)處理提高了水蜜桃果實的CAT和SOD活性，增加其ATP和ADP含量，降低其脂氧合酶(lipoxygenase，LOX)活性，進而延緩水蜜桃的腐爛速率。HASHMI等[34,42]的研究表明，低壓預處理(50 kPa，4 h)誘導了草莓中苯丙氨酸解氨酶(phenylalnine ammonialyase，PAL)、幾丁質酶和過氧化物酶(peroxide，POD)活性的增加；在接種灰霉或根霉孢子后，經低壓處理的草莓腐爛發(fā)生率降低，這說明低壓可通過提高果實的抗性來抑制腐敗的發(fā)生。

減壓貯藏也是一種可以替代化學熏蒸劑殺死昆蟲的方法[43]。減壓貯藏下低氧環(huán)境是造成有害昆蟲死亡的主要原因[44]。當昆蟲被放置在低氧環(huán)境中足夠長的時間后，其三磷酸腺苷的產生減少，導致膜磷脂水解增加；細胞和線粒體膜透性增加，導致細胞損傷或死亡[45]。研究表明，在O2濃度小于6.6%的情況下，特別是在0.15%～0.30%的情況下，昆蟲可得到有效的控制[46]。JIAO等[47]發(fā)現，10 ℃和98% RH條件下，1.33 kPa減壓貯藏對蘋果蛾卵及生長期2、3、5 d的幼蟲均有較好的滅蟲效果。FINKELMAN等[48]研究了30 ℃，6～7 kPa條件對可可豆蟲卵致死率的影響，結果發(fā)現減壓處理能顯著地增加蟲卵的致死率；壓力愈低，減壓時間愈長，對昆蟲的殺滅效果愈好。此外，對桃蚜蟲的減壓處理實驗也驗證了這一觀點。在6.67 kPa條件下處理24、48、52 h后，桃蚜蟲的死亡率分別為79.3%、94.5%、96.2%；而2 kPa條件下，其死亡率分別為98.3%、99.3%、100%[35]。

5 總結與展望

綜上所述，減壓貯藏技術的低壓低氧環(huán)境可有效維持采后果實品質，預防采后生理和侵染性病害，提高采后果實的貯藏保鮮品質。作為一種新技術，減壓貯藏的適用范圍及保鮮效果均優(yōu)于其他現有保鮮技術，但同時在保鮮機理和應用方面面臨著諸多問題和挑戰(zhàn)。

首先，在減壓貯藏保鮮過程中果實品質評價方面，尚缺乏其風味品質的相關信息，尤其是揮發(fā)性香氣成分。同時，減壓貯藏的保鮮機理研究仍局限于低氧因素，而減壓因素所致的保鮮機制仍未得到全面闡述。

其次，果實的貯藏保鮮效果與其品種、成熟度、產地等因素有很大關系；減壓結合其他貯運技術的協同保鮮效果可有助于節(jié)約減壓庫容量和耗能，如減壓預處理與冷鏈運輸、綠色保鮮劑結合減壓貯藏等。然而，現有減壓貯藏保鮮的文獻資料仍缺乏相關內容。

再者，構建減壓貯藏系統(tǒng)環(huán)境模擬與優(yōu)化設計。例如，建立減壓庫內的控濕系統(tǒng)數學模型，以協調減壓庫的真空系統(tǒng)、加濕系統(tǒng)、換氣系統(tǒng)，維護特定的濕度條件，解決過低壓力下水蒸氣冷凝等問題。

由此，基于減壓貯藏保鮮機理和工藝參數數據庫的基礎上，研發(fā)高效節(jié)能的果實低壓冷藏裝備對于減壓貯藏保鮮技術的推廣應用具有重要意義?？傊b于其在農產品貯藏保鮮方面的優(yōu)越效果，低壓貯藏保鮮技術將會在傳統(tǒng)貯藏技術的基礎上更進一步克服園藝產品的區(qū)域性、季節(jié)性和易腐性，為其采后減損保質提供有力保障。