非熱加工技術(shù)在鮮切果蔬保鮮中的應用研究進展

俞靜芬，尚海濤，盧超兒，朱 麟，林旭東

（1.寧波市農(nóng)業(yè)科學研究院，浙江寧波 315040；2.寧波市綠盛菜籃子商品配送有限公司，浙江寧波 315040）

鮮切果蔬（Fresh-cut fruits and vegetables）又稱最小加工、輕微加工、半加工、即食或即用果蔬，因具有新鮮、便捷、營養(yǎng)、可食率高等優(yōu)點而受到消費者的青睞。鮮切果蔬加工已成為國內(nèi)外果蔬加工研究的重要領(lǐng)域，具有極大的消費群體和商業(yè)價值，發(fā)展前景十分廣闊[1-3]。然而，經(jīng)清洗、去皮、切分等加工處理后，鮮切果蔬極易污染假單孢菌、芽孢桿菌、沙門氏菌、單增李斯特菌、大腸桿菌等各類腐敗菌和致病菌，從而造成潛在食品安全隱患。此外，加工也會對鮮切果蔬品質(zhì)造成一系列不良影響，如營養(yǎng)流失、組織軟化、切面褐變、營養(yǎng)價值降低、質(zhì)地軟化或木質(zhì)化、風味下降、產(chǎn)生異味等。上述問題成為制約鮮切果蔬產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。目前，鮮切果蔬的保鮮方法主要涉及物理方法（低溫貯藏、氣調(diào)保鮮等）、化學方法（亞硫酸鹽、抑霉唑、多菌靈等化學保鮮劑）等，但普遍存在能耗高、有毒有害化學物質(zhì)殘留等問題[4-5]。因此，研發(fā)鮮切果蔬保鮮新方法和新技術(shù)是當前果蔬加工研究的重要內(nèi)容。近年來，非熱加工技術(shù)在鮮切果蔬保鮮領(lǐng)域的應用受到廣泛關(guān)注，主要包括低溫等離子體、超高壓、紫外線、脈沖強光、脈沖電場、超聲波等。上述非熱加工技術(shù)不僅具有良好的殺菌效果，而且處理溫度低并能夠較好地保持食品本身的營養(yǎng)成分及感官品質(zhì)[6-8]。綜述了低溫等離子體、紫外線、脈沖光、酸性電解水和超聲波等非熱加工技術(shù)在鮮切果蔬保鮮領(lǐng)域的最新應用研究進展，分析了上述技術(shù)對鮮切果蔬營養(yǎng)和感官品質(zhì)的影響，以期為非熱加工技術(shù)在鮮切果蔬保鮮中的實際應用提供理論參考。

1 低溫等離子體

等離子體（Plasma）被稱為物質(zhì)的第4種狀態(tài)，僅次于固體、液體和氣體。等離子體是由離子、電子、自由基和化學性粒子等組成的電中性物質(zhì)，具有能量密度高、化學活性成分豐富等特點。根據(jù)離子溫度與電子溫度是否處于熱平衡狀態(tài)可將等離子體分為高溫等離子體和低溫等離子體[9]。目前，可通過介質(zhì)阻擋放電（Dielectric barrier discharge，DBD）、電暈放電、微波放電、電弧放電等方式產(chǎn)生低溫等離子體。低溫等離子體主要用于食品殺菌、內(nèi)源酶失活、食品組分改性、有毒化學物質(zhì)降解、食品包裝等領(lǐng)域[10-12]。

1.1 低溫等離子體在鮮切果蔬保鮮中的應用

近年來，低溫等離子體在鮮切果蔬殺菌保鮮中的應用受到廣泛關(guān)注[13]。研究證實，低溫等離子體對鮮切果蔬具有良好的殺菌效果。Kilonzo-Nthenge A等人[14]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)放電功率為200 W的電暈放電等離子體處理30～240 s后，接種于鮮切蘋果表面的沙門氏菌（Salmonella）降低了1.3～5.3 log10CFU/cm2，而大腸桿菌（E.coli）降低了0.6～5.5 log10CFU/cm2。Wang R X等人[15]也發(fā)現(xiàn)，大氣壓低溫等離子體射流處理能夠有效失活接種于鮮切胡蘿卜、黃瓜和梨表面的沙門氏菌。此外，低溫等離子體也能夠失活多酚氧化酶（Polyphenol oxidase，PPO）、過氧化物酶（Peroxidase，POD）、果膠甲酯酶（Pectin methy-lesterase，PME）等內(nèi)源酶，進而有效抑制鮮切果蔬酶促褐變。Tappi S等人[16]采用DBD等離子體處理鮮切蘋果片30 min并于室溫貯藏4 h。結(jié)果表明，與對照組相比，DBD等離子體處理組樣品PPO活性降低了42%，同時褐變面積降低了65%。BuBler S等人[17]也發(fā)現(xiàn)，經(jīng)微波放電低溫等離子體處理10 min后，鮮切蘋果中PPO和POD活性分別降低了62%和65%，而鮮切馬鈴薯中PPO和POD活性分別降低了77%和89%。

1.2 等離子體活化水在鮮切果蔬保鮮中的應用

除低溫等離子體直接處理外，由低溫等離子體誘導產(chǎn)生的活化水也被證實對鮮切果蔬具有良好的殺菌保鮮效果。與直接低溫等離子處理相比，等離子體活化水具有良好的均勻性和流動性，而且操作方便。Lim J Y等人[18]研究了等離子體活化水對鮮切馬鈴薯的保鮮效果。結(jié)果表明，經(jīng)等離子體活化水浸泡處理10 min并于室溫貯藏4 d后，鮮切馬鈴薯表面大腸桿菌可降低3.78個對數(shù)單位。同時，等離子體活化水未對鮮切馬鈴薯的色澤、硬度、失重率、pH值等指標造成不良影響。Liu C H等人[19]也得到了類似的試驗結(jié)果。研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)等離子體活化水（制備電壓為8 kV，7.0 kHz）浸泡處理5 min并于4℃下貯藏12 d后，相對于去離子水處理組樣品，等離子體活化水處理組鮮切富士蘋果需氧菌總數(shù)、霉菌、酵母和大腸菌群數(shù)分別降低了1.05，0.64，1.04，0.86 log10CFU/g。此外，等離子體活化水能夠有效抑制鮮切蘋果褐變，同時未對其硬度、可滴定酸、總酚含量、自由基清除能力等造成影響[19]。

在今后的研究中，應系統(tǒng)評價低溫等離子體和等離子體活化水的安全性。此外，關(guān)于低溫等離子體應用于鮮切果蔬保鮮的研究主要集中于實驗室研究，存在處理量小、自動化程度低等問題。因此，在后續(xù)研究中應重點研發(fā)一系列適用于鮮切果蔬加工需要的低溫等離子體生產(chǎn)裝備。

2 紫外線

2.1 紫外線概述

紫外線（Ultraviolet light，UV）是一種電磁波，其波長位于可見光和X射線之間。按其波長不同可以分為長波紫外線（UVA，320～400 nm）、中波紫外線（UVB，280～320 nm）、短 波紫外 線（UVC，200～280 nm）和真空紫外線（VUV，100～200 nm）。其波長為254 nm時殺菌效果最好。紫外線的主要殺菌機制是對微生物核酸的損傷。微生物經(jīng)紫外線處理后，相鄰的嘧啶分子（尤其是胸腺嘧啶）發(fā)生光化學損害，產(chǎn)生光產(chǎn)物（環(huán)丁烷嘧啶二聚體和6-4嘧啶-嘧啶酮等），從而阻止DNA的復制和轉(zhuǎn)錄，最終導致微生物死亡[20]。紫外線具有殺菌廣譜、成本低和操作方便等優(yōu)點，適用于鮮切果蔬的殺菌保鮮[21]。

2.2 紫外線在鮮切果蔬保鮮中的應用

Han C等人[22]采用不同劑量（1，4，8，12 kJ/m2）紫外線（254 nm）處理鮮切萵苣并于4℃貯藏6 d。結(jié)果表明，紫外線處理能夠有效抑制貯藏過程中鮮切萵苣褐變、葉綠素降解、維生素損失；紫外線對鮮切萵苣PPO和POD酶活力無顯著影響，但能夠顯著抑制苯丙氨酸解氨酶（Phenylalanine ammonialyase，PAL）的活力。Avalos-Llano K R等人[23]也發(fā)現(xiàn)紫外線處理（254 nm，5.8 kJ/m2）并于0℃貯藏4，8，12 d后，鮮切草莓表面細菌總數(shù)分別降低了1.2，1.4，0.8個對數(shù)單位，而酵母/霉菌總數(shù)分別降低了0.9，1.3，0.8個對數(shù)單位；紫外線處理也較好地保持 維C、總酚、總黃酮、花青素等理化指標。

2.3 紫外發(fā)光二極管在鮮切果蔬保鮮中的應用

目前，消毒殺菌應用的紫外光源大多是低壓紫外汞燈，存在易破碎、耗能高、產(chǎn)生熱量高、污染重（汞和惰性氣體）等缺點。近年來，紫外發(fā)光二極管（Ultraviolet light-emitting diode，UV-LED）作為代傳統(tǒng)汞燈的替代光源，具有體積小、效率高、壽命長、環(huán)保安全、易于設(shè)計等優(yōu)點，在食品殺菌保鮮領(lǐng)域的潛在應用受到廣泛關(guān)注[24-25]。Lante A等人[26]研究了波長為390 nm的UVA-LED對鮮切蘋果和鮮切梨的保鮮效果。結(jié)果表明，UVA-LED處理（2.43×10-3W/m2，10～60 min）能夠有效抑制鮮切蘋果和鮮切梨發(fā)生褐變，其抑制作用與紫外線強度、處理時間、樣品類型等因素有關(guān)。Kim MJ等人[27]研究了波長為405 nm的LED處理對鮮切木瓜的殺菌作用及品質(zhì)影響。結(jié)果表明，經(jīng)的LED處理（1.7 kJ/cm2，4℃）后，接種于鮮切木瓜表面的4種沙門氏菌降低了1.0～1.2 log10CFU/cm2，但未對鮮切木瓜的色澤、維C、總黃酮、β-胡蘿卜素和抗氧化活性造成不良影響。

3 脈沖強光

3.1 脈沖強光概述

脈沖強光（Pulsed light，PL）又稱為脈沖紫外光、高強度寬譜脈沖光等，是一種安全（無汞）、強效、節(jié)能的新型非熱殺菌技術(shù)[28]。該技術(shù)利用惰性氣體（主要為氙氣）閃光燈在200～1 100 nm范圍內(nèi)產(chǎn)生短時間、高功率的廣譜光脈沖，通過光熱和光化學效應實現(xiàn)對病毒、真菌、細菌等有害微生物的有效滅殺[29]。脈沖強光技術(shù)具有滅殺效果強、產(chǎn)品使用方便、安全可靠、使用壽命長、使用和維護成本低等優(yōu)點，近年來也被廣泛應用鮮切果蔬的保鮮[30]。

3.2 脈沖強光在鮮切果蔬保鮮中的應用

Tao T T等人[31]采用脈沖光處理鮮切萵苣，結(jié)果表明經(jīng)脈沖強光（200～1 100 nm，16.8 J/cm2）處理后，鮮切萵苣表面的腸炎沙門氏菌、大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和李斯特菌分別減少了2.01，2.55，1.10，2.93 log10CFU/g；于4℃貯藏8 d后發(fā)現(xiàn)，脈沖光處理可以較好地保持鮮切萵苣的水分含量，并對其色澤、可溶性固形物、葉綠素和抗壞血酸均無顯著影響。趙越[32]發(fā)現(xiàn)，經(jīng)脈沖強光處理（脈沖電壓2 400 V，脈沖次數(shù)26次，脈沖距離9 cm）后，鮮切油麥菜表面大腸桿菌和沙門氏菌的致死率達到了99.78%；經(jīng)脈沖強光處理（沖電壓2 400 V，脈沖次數(shù)24次，脈沖距離10 cm）后，鮮切白菜表面大腸桿菌和沙門氏菌的致死率達到了99.45%；脈沖強光處理后，鮮切油麥菜和鮮切白菜的感官品質(zhì)、可溶性固形物、葉綠素含量、失重率、維C、亞硝酸鹽等指標無明顯差異。

綜上所述，適宜劑量的脈沖強光能殺滅鮮切果蔬表面的微生物并有效保持其營養(yǎng)和感官品質(zhì)，在提高鮮切果蔬安全性及延長貨架期方面有巨大的應用潛力。雖然脈沖強光滅菌速度快、效率高，滅菌過程綠色環(huán)保，但其主要適用于鮮切果蔬表面殺菌；此外，脈沖光強瞬時引起的局部高溫可能會加速果蔬組織的水分蒸發(fā)并造成品質(zhì)劣變[33]。

4 酸性電解水

4.1 酸性電解水概述

酸性電解水（Acidic electrolyzed water，AEW）又稱為次氯酸水，主要通過電解稀氯化鈉溶液制備。酸性電解水具有殺菌能力強、殺菌范圍廣、無污染、無殘留、制取方便、價格低廉等特點。根據(jù)pH值可將酸性電解水分為強酸性電解水（pH值＜2.7）、弱酸性電解水（2.7＜pH值＜5.0）和微酸性電解水（5.0＜pH值＜6.5），其中強酸性電解水具有廣泛的殺菌作用[34-36]。低pH值和高氧化還原電位是強酸性電解水滅活微生物的主要原因。強酸性電解水的pH值遠低于微生物的最適pH值，致使微生物細胞結(jié)構(gòu)中的兩性物質(zhì)（脂多糖等）破壞，細胞膜通透性增加，細胞內(nèi)物質(zhì)外漏，進而滅活微生物[34-35]。高的氧化還原電位（＞1 000 mV）導致細胞內(nèi)的電子流發(fā)生變化，進而干擾RNA的合成[36]。

4.2 酸性電解水在鮮切果蔬保鮮中的應用

王丹等人[37]比較了酸性電解水與次氯酸鈉清洗對鮮切菠菜的保鮮能力。結(jié)果表明，當鮮切菠菜質(zhì)量與酸性電解水體積比為1∶15時，強酸性電解水（pH值2.35，有效氯含量為56 mg/L，氧化還原電位為1 130 mV）可使鮮切菠菜表面菌落總數(shù)降低2.20 log10CFU/g，顯著優(yōu)于弱酸性電解水（pH值5.45，有效氯含量為49 mg/L，氧化還原電位為770 mV）和次氯酸鈉溶液（pH值11.4，有效氯含量為100 mg/L，氧化還原電位為267.4 mV）。Koide S等人[38]研究發(fā)現(xiàn)，與自來水處理組樣品相比，經(jīng)弱酸性電解水（pH值5.5，有效氯含量為23 mg/L）于18℃浸泡處理10 min后，鮮切胡蘿卜表面總好氧菌和酵母/霉菌總數(shù)均降低0.6 log10CFU/g；此外，弱酸性電解水未對鮮切胡蘿卜的色澤、硬度、抗壞血酸和β-胡蘿卜素含量等造成顯著影響。趙德錕等人[39]研究發(fā)現(xiàn)，酸性電解水能夠降低鮮切云南紅梨中的多酚氧化酶活性，從而抑制其褐變。

一些研究證實，酸性電解水與溫熱、紫外線等協(xié)同能夠增強對鮮切果蔬的殺菌保鮮效果。Liu Q等人[40]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)酸性電解水（pH值4.02，有效氯含量為4 mg/L，氧化還原電位為956.8 mV）于60℃浸泡處理10 min后，鮮切胡蘿卜表面大腸桿菌O157:H7和沙門氏菌分別降低了1.14 log10CFU/g和0.9 log10CFU/g；當經(jīng)酸性電解水于80℃浸泡處理10 min后，鮮切胡蘿卜表面大腸桿菌O157:H7和沙門氏菌分別降低了3.5 log10CFU/g和3.0 log10CFU/g。

5 超聲波

5.1 超聲波概述

超聲波（Ultrasound）是指頻率大于20 kHz的聲波。當超聲波在介質(zhì)中傳播的聲強超過一定閾值時，細胞內(nèi)部形成“空化”狀態(tài)，使細胞液瞬間產(chǎn)生高溫、高壓，導致微生物細胞壁、細胞膜和遺傳物質(zhì)等發(fā)生破壞，進而導致微生物死亡。

5.2 超聲波在鮮切果蔬保鮮中的應用

目前，超聲波技術(shù)在胡蘿卜、菠蘿和蘋果等鮮切果蔬微生物控制方面已取得良好的效果。研究人員發(fā)現(xiàn)，經(jīng)超聲波（130 W，42 kHz）處理10 min后，鮮切萵苣表面的好氧嗜中溫菌和霉菌總數(shù)分別減少了1.7 log10CFU/g和2.3 log10CFU/g。李麗等人[41]研究了自來水清洗和超聲清洗對鮮切胡蘿卜的保鮮效果；研究表明，與自來水清洗相比，超聲波清洗能較好地保持鮮切胡蘿卜的感官品質(zhì)，減緩營養(yǎng)物質(zhì)抗壞血酸、胡蘿卜素、可溶性固形物含量的降低，同時可有效降低其表面的細菌。超聲波還能抑制與鮮切果蔬褐變相關(guān)的PPO和POD等酶的活性，降低營養(yǎng)物質(zhì)消耗。楊明冠等人[42]研究了超聲波處理對鮮切蘋果多酚氧化酶的鈍化的影響，結(jié)果表明，隨著超聲功率的增加、時間的延長和溫度的升高，超聲處理對鮮切蘋果PPO的鈍化效應越好。尹曉婷等人[43]發(fā)現(xiàn)功率為240 W的超聲波處理鮮切萵苣10 min后，其表面初始菌落總數(shù)下降了0.91 lg10CFU/g，同時POD和PPO的活性受到抑制，葉綠素和抗壞血酸的損失減少，從而延緩了鮮切生菜的衰老和褐變。

6 結(jié)語

鮮切果蔬具有新鮮、營養(yǎng)、衛(wèi)生、方便、可食率高等優(yōu)點，近年來逐漸成為生鮮食品工業(yè)中快速發(fā)展的一個新領(lǐng)域，具有廣闊的市場發(fā)展空間。如何保持鮮切產(chǎn)品的新鮮、營養(yǎng)與安全是制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要問題。低溫等離子體、脈沖強光、超聲波技術(shù)等新型非熱加工技術(shù)在有效殺滅鮮切果蔬微生物的同時，也能夠較好地保持鮮切果蔬營養(yǎng)物質(zhì)及感官品質(zhì)，從而在一定程度上延長了其貨架期。因此，研發(fā)能夠滿足鮮切果蔬生產(chǎn)實際需要的非熱加工裝備是今后的重要研究方向之一。此外，還應系統(tǒng)研究多種非熱加工技術(shù)協(xié)同處理在鮮切果蔬保鮮領(lǐng)域的應用，以期達到最佳保鮮效果。