物理加工技術(shù)在果蔬保鮮中的應(yīng)用

羅 麗，付院生，陳萬林，胡佳玲，聶益晗，趙亞茹，王順民*

（1.安徽工程大學生物與食品工程學院，安徽蕪湖 241000；2.安徽邁濤食品有限公司，安徽馬鞍山 243000）

新鮮果蔬富含多種營養(yǎng)物質(zhì)，對人體健康有益，但是采摘后新鮮果蔬的代謝活動十分旺盛，易出現(xiàn)褪綠黃化、褐變、腐爛、營養(yǎng)物質(zhì)消耗、病原菌污染等品質(zhì)劣變問題，導致貨架期變短、商品價值大大降低，此外病原微生物污染還會增加消費者患食源性疾病的風險[1]，因此新鮮果蔬的保鮮尤為重要。目前，關(guān)于果蔬保鮮的研究很多，其保鮮方法主要包括物理保鮮技術(shù)[2]、化學保鮮技術(shù)[3]以及生物保鮮技術(shù)等[4]。

目前國內(nèi)外常見利用有機酸、茉莉酸甲酯、赤霉素等進行化學保鮮，天然植物提取物、可食性涂膜等生物保鮮技術(shù)，可有效改善果蔬貯藏效果[4]。但這些技術(shù)存在化學試劑殘留，用量難控制，成本略高等限制。而物理保鮮如臭氧、超聲波、電解水、微波等，不僅可以減少產(chǎn)品的病原微生物含量，降低成本，還具有處理條件易控制、保鮮效果良好和安全性高等優(yōu)勢，因此備受人們青睞。本文主要介紹了臭氧、超聲波、電解水和微波四種物理保鮮技術(shù)的原理及其在果蔬保鮮應(yīng)用方面的研究進展，為市場上果蔬保鮮技術(shù)的選擇提供參考。

1 物理加工技術(shù)在果蔬保鮮中的應(yīng)用

1.1 臭氧在果蔬保鮮中的應(yīng)用

臭氧常以臭氧和臭氧水的形式應(yīng)用于果蔬保鮮。臭氧通過與微生物細胞壁的脂類雙鍵反應(yīng)進入菌體內(nèi)部，作用于蛋白質(zhì)和脂多糖，使得細胞的通透性發(fā)生改變，同時也會破壞微生物的細胞器、酶系統(tǒng)和DNA、RNA，導致新陳代謝紊亂，從而能夠有效滅殺多種致病性微生物，可以達到廣譜高效的殺菌效果[5]。臭氧（水）能快速氧化分解消除乙烯，攻擊細胞膜上的呼吸酶，從而降低果蔬呼吸強度，降低其新陳代謝速率，減緩生理老化過程。另外，臭氧水還可以減少水中的有機物質(zhì)、去除多種金屬離子而起到消毒、殺菌和除臭的作用[6]。因最終可以分解為O2和水，故臭氧在處理過的產(chǎn)品上沒有殘留物，不會造成污染，是一種安全可靠的物質(zhì)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于果蔬保鮮領(lǐng)域。

1.1.1 臭氧對果蔬感官品質(zhì)的影響

臭氧可用于果蔬食品行業(yè)，以提高鮮切果蔬的抗氧化能力，防止氧化褐變的發(fā)生[7]。臭氧處理能夠有效防止果蔬的外觀色澤劣變，研究表明臭氧（水）處理可延緩果蔬葉綠素降解，減慢黃化速度。學者們研究發(fā)現(xiàn)，臭氧能起到延長蘋果[8]、南瓜[9]貯藏期，抑制褐變，有效減少葉綠素損失的效果；Aday 等[10]通過在冷藏條件下應(yīng)用低濃度（0.15 mg/m3）和中濃度（0.29 mg/m3）的臭氧，使得草莓保質(zhì)期延長至少3 周，并延緩了pH 值、總可溶性固形物、硬度和電導率的變化。

1.1.2 臭氧對果蔬氧化酶和抗氧化能力的影響

臭氧能有效抑制果蔬氧化酶，提高果蔬抗氧化能力。Zhang 等[11]研究發(fā)現(xiàn)，鮮切芹菜暴露于臭氧中能夠抑制其多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）活性，并且對PPO的抑制會隨著臭氧濃度的增加而增強；Chen 等[12]研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)過臭氧處理，鮮切青椒中PPO 的活性得到了抑制，同時可以增強超氧化物歧化酶和苯丙氨酸酶的活性，從而增強青椒的抗氧化防御系統(tǒng)。另外，Monika 等[13]研究發(fā)現(xiàn)，臭氧處理辣椒果實3 h 后，其果皮中大多數(shù)黃酮類物質(zhì)含量增加，提高了辣椒果實的抗氧化能力。

1.1.3 臭氧對果蔬抗菌性的影響

臭氧具有廣譜、高效的殺菌能力，能夠破壞微生物的新陳代謝，對各種致病性微生物均有較強的滅殺效果。研究表明，用3.63 mg/L 濃度的臭氧處理橄欖，可使乳酸菌和酵母菌的微生物數(shù)量減少1.0～1.5 lg (CFU/g)[14]；Selma 等[15]研究發(fā)現(xiàn)用9.82 mg/m3的臭氧處理馬鈴薯1 min后，其嗜溫菌、大腸菌群和單核細胞增生李斯特菌的計數(shù)分別減少了1.1、1.5、0.8 log(CFU/g)；Alwi 等[16]發(fā)現(xiàn)將鮮切甜椒暴露于9 mg/L 臭氧中6 h，大腸桿菌O157、鼠傷寒沙門氏菌和單增李斯特菌群分別減少了2.89、2.56、3.06 log(CFU/g)。劉曉燕等[17]研究表明，鮮切蓮藕臭氧水清洗處理10 min 能顯著減少鮮切蓮藕表面的菌落總數(shù)。

1.2 超聲波在果蔬保鮮中的應(yīng)用

在食品加工領(lǐng)域，超聲可以看作是一種高頻振動的形式，其在微觀尺度上產(chǎn)生流體混合和剪切力，能夠高效殺滅和破壞微生物，還能夠?qū)κ称樊a(chǎn)生諸如均質(zhì)、催陳、裂解大分子物質(zhì)等多種作用，從而改善食品品質(zhì)。此外，超聲波的空化作用還可以起到鈍酶、殺菌、延長貨架期的作用[18]。超聲誘導的細胞損傷、破裂和崩解是不可逆的。而微生物對超聲處理的抵抗力各不相同。研究表明，微生物對超聲波的激活的抵抗力由大到小的順序依次為孢子、真菌、酵母、革蘭氏陽性細胞、革蘭氏陰性細胞。超聲波已經(jīng)被視為一種清潔技術(shù)，與其他化學和物理食品加工概念相比，它具有很高的被消費者接受的潛力。當前的研究表明，超聲波在食品加工和防腐操作方面具有廣闊的前景[19]。

1.2.1 超聲波對果蔬保鮮品質(zhì)的影響

超聲波處理有助于提高果蔬產(chǎn)品的感官品質(zhì)，保持果蔬的色澤，延長貨架期，甚至增加果蔬營養(yǎng)成分。學者們研究發(fā)現(xiàn)，超聲波可以起到抑制蓮藕[17]、草莓[20]褐變，并保持色澤鮮亮，提高貨架期的效果；Esua 等[21]觀察番茄在13.87 W/L 超聲強度結(jié)合紫外線-C 輻射處理下，番茄紅素、總酚和維生素C 含量分別增加90%、30%和60%；Wang 等[22]經(jīng)過對櫻桃番茄進行106.19 W/L 強度的超聲波處理，可以有效抑制果實中乙烯生成，保持硬度和風味。

1.2.2 超聲波處理對果蔬氧化酶和抗氧化能力的影響

超聲波具有鈍酶和提高果蔬抗氧化能力的作用。Nascimento 等[23]研究顯示，超聲波預處理可以顯著減少百香果果皮總酚的損失，提高其抗氧化性；利用檸檬酸-超聲波（citric acid-ultrasonic，CA-US）復合處理（超聲時間7.5 min，超聲功率360 W）鮮切馬鈴薯，結(jié)果表明馬鈴薯PPO 和過氧化物酶（peroxidase，POD）活性均低于未處理樣品[24]；超聲結(jié)合抗壞血酸處理能夠抑制鮮切蘋果中過氧化物酶的活性[25]；Yeoh 等[26]研究顯示，25 W 和29 W的超聲處理，鮮切菠蘿中的PPO 和POD 活性均顯著低于對照（P＜0.05），且29 W 超聲處理10～15 min，顯著提高鮮切菠蘿的總抗氧化能力。

1.2.3 超聲波對果蔬抗菌性的影響

超聲波的空化作用對微生物有一定的滅活作用，能夠提高果蔬的抗菌性。尹曉婷等[27]研究顯示，超聲波處理（240 W、10 min、20 ℃）可以有效抑制生菜表面的微生物數(shù)量；超聲波處理10 min 能使櫻桃番茄表面初始菌落總數(shù)降低0.96 lg (CFU/g)，霉菌和酵母總數(shù)降低0.68 lg(CFU/g)，且在儲藏過程中處理后的樣品表面微生物能維持相對較低的水平[28]。

1.3 電解水在果蔬保鮮中的應(yīng)用

電解水（electrolyzed water，EW）是電解質(zhì)溶液如氯化鈉溶液在電場的作用下，形成具有一定pH 值、氧化還原電位以及有效氯濃度的功能水。電解水氧化能力強，目前采用電解產(chǎn)生羥基自由基進行微生物殺滅的研究很多[29]。用電解水對果蔬進行噴洗，可以短時間內(nèi)高效殺菌，是一種較為安全的保鮮方法。EW 復合可持續(xù)的綠色發(fā)展概念，與傳統(tǒng)的清潔系統(tǒng)相比具有許多優(yōu)勢，如成本效益高，易于使用，消毒有效，現(xiàn)場生產(chǎn)以及對人類和環(huán)境的安全性高等。

1.3.1 電解水對果蔬保鮮品質(zhì)的影響

與傳統(tǒng)次氯酸鈉相比，電解水處理在鮮切蔬菜硬度、質(zhì)量、葉綠素、維生素的保持方面則均能達到較好的效果[30]；研究表明弱電解水的有效氯濃度更低，安全性更好，能夠很大程度地保持新鮮果蔬的整體品質(zhì)。目前研究發(fā)現(xiàn)，利用電解水處理蘑菇[31]、茄子[32]，可以有效提高它們的貯藏時間，降低褐變指數(shù)，保鮮效果好；Aday[33]利用酸性電解水處理龍眼，可以有效降低果皮呼吸速率，保持果肉較高的可溶性固形物、蔗糖和維生素C 含量。

1.3.2 電解水對果蔬氧化酶和抗氧化能力的影響

電解水清洗能夠有效抑制果蔬中PPO 和POD 等酶活性，延緩果蔬褐變。何萌等[34]研究發(fā)現(xiàn)pH 5.65 的弱酸電解水（有效氯劑量48 mL/L，氧化還原電位800 mV）可以有效保持鮮切蓮藕的整體感官品質(zhì)，降低PPO 活性，從而有效延緩褐變，延長鮮切蓮藕的貨架期；同時還發(fā)現(xiàn)強酸電解水處理能有效保持鮮切馬鈴薯的感官品質(zhì)，降低PPO 活性，抑制馬鈴薯的褐變[35]。

1.3.3 電解水對果蔬抗菌性的影響

電解水通過產(chǎn)生羥基自由基而滅殺多種微生物，減少微生物對果蔬的破壞作用。楊越等[29]研究顯示，電解水的抑菌能力穩(wěn)定，可作為鮮切生菜的優(yōu)選清洗方式，提高其品質(zhì)；Wulfkuehler 等[36]研究表明微酸性電解水是一種安全有效的新鮮蔬菜消毒劑，在（23±2）℃條件下，SAEW（pH=5.2～5.5）和US 處理鮮切萵苣3 min 后進行水沖洗鮮切萵苣，SAEW+US+水沖洗處理能顯著減少酵母菌、霉菌、大腸桿菌和李斯特菌的數(shù)量，具有顯著的保鮮效果；Ding 等[37]研究表明超聲波輔助SAEW 處理，分別使櫻桃番茄和草莓的總好氧細菌減少了1.77、1.29 log(CFU/g)，酵母菌和霉菌總量減少了1.50、1.29 log(CFU/g)。

1.4 微波在果蔬保鮮中的作用

微波是一種高頻交變電磁波，能使果蔬組織中的極性分子（如水分子、蛋白質(zhì)）、離子摩擦、震蕩而產(chǎn)熱[38]。微波滅菌是微波熱效應(yīng)與非熱效應(yīng)協(xié)同作用的結(jié)果，其中熱效應(yīng)起到主要作用。微波的熱效應(yīng)是指微波以電磁波的形式傳播，當遇到介電物質(zhì)時，由于偶極子旋轉(zhuǎn)和離子極化，微波引起產(chǎn)品溫度升高，導致微生物的蛋白質(zhì)變性、細胞膜受損、酶失活，最終導致微生物細胞死亡。微波利用高頻率使得能量的轉(zhuǎn)移非常迅速，加熱速率非?？欤冶瘸Ｒ?guī)熱殺菌的溫度低，減少了必需營養(yǎng)素的降解，從而保留了營養(yǎng)物質(zhì)、風味、色澤及感官品質(zhì)。

1.4.1 微波對果蔬保鮮品質(zhì)的影響

微波漂燙是一種新型干法漂燙技術(shù)，利用熱效應(yīng)升高溫度以及非熱效應(yīng)破壞蛋白空間結(jié)構(gòu)的綜合作用，可以使造成風味、顏色和質(zhì)地品質(zhì)劣變的酶系統(tǒng)失活，且具有加工速度快、節(jié)約能源、營養(yǎng)物質(zhì)流失少和無廢水產(chǎn)生等優(yōu)點[38]。現(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)微波作用于西蘭花[39]、藍莓[40]，可以有效減少果實營養(yǎng)物質(zhì)的降解，降低整體褐變率，保持營養(yǎng)價值，延緩衰?。籞hang 等[41]發(fā)現(xiàn)核桃微波處理2.5 min，可使其在（2±0.5）℃下保存長達120 d，且對過氧化值、脂肪酸組成或生育酚等營養(yǎng)物質(zhì)含量無不利影響。

1.4.2 微波對果蔬酶活和抗氧化能力的影響

微波處理能夠有效抑制果蔬PPO 和POD 酶活性而減少氧化褐變的發(fā)生。Keying 等[42]研究了蔬菜在30%、55%、70%和100%的微波功率下處理0、1、2、3、4 min 對POD 酶活性的影響，結(jié)果表明，任意功率處理1 min 可使POD 活性降低。Palma-Orozco 等[43]采用微波處理蘋果，表明最佳的微波處理強度為0.51 J/g 或者937 W/165 s，該條件可使PPO 有效鈍化，且?guī)缀醪粫淖児獾奈⒂^結(jié)構(gòu)、風味和色澤。

1.4.3 微波對果蔬抗菌性的影響

微波具有熱效應(yīng)和非熱效應(yīng)雙重殺菌作用，能夠有效延長新鮮果蔬的貨架期。阿衣古麗·阿力木[44]研究表明，微波處理60 s 時可顯著降低甜瓜細胞膜透性，有效抑制致腐真菌的繁殖，有利于保持甜瓜硬度，降低腐爛率，從而提高甜瓜的耐藏性和抗病性。采用微波對蔬菜等食品進行滅菌處理，滅菌效果明顯，而且其中的維生素C 損失量較傳統(tǒng)滅菌方法低，并能夠較大程度地保持食品的營養(yǎng)成分[45]。

2 影響物理保鮮效果的因素

2.1 溫度

溫度是影響果蔬保鮮效果的重要因素之一，它的高低直接影響著果蔬自身的物理、生化及誘變反應(yīng)。在果蔬保鮮過程中，溫度需要控制在一定范圍內(nèi)，過高的溫度會使植物組織結(jié)構(gòu)和生理上產(chǎn)生變化，而較低的溫度則會降低新鮮農(nóng)產(chǎn)品的呼吸速率，最大限度地減少質(zhì)地和其他質(zhì)量相關(guān)因素的損失[46]。SAEW 處理櫻桃番茄的研究表明，60 ℃下SAEW 的除菌效果最好，且處理后櫻桃番茄品質(zhì)并不會遭到破壞[28]。通常，隨著溫度的升高，滅菌的效果也可以得到提高。此外，對易受冷害的果蔬，冷藏溫度過低會導致其膜結(jié)構(gòu)變化，質(zhì)量損失[47]，使得產(chǎn)品更容易腐爛。

2.2 處理時間

超聲波、臭氧等物理加工技術(shù)處理果蔬的時間不同，對果蔬酶活性和細菌活性的影響也不同。超聲處理鮮切馬鈴薯，當超聲時間增加至7.5 min 時，PPO 和POD 表現(xiàn)出最低活性；當超聲時間達到12.5 min 時，其PPO 和POD 活性均出現(xiàn)了上升趨勢，并與7.5 min 時相比，其活性差異明顯（P＜0.05）[24]。在評估超聲的不同接觸時間（40 kHz，200 W 分別持續(xù)1、5、10 min）對鮮切馬鈴薯的品質(zhì)的影響研究中，超聲處理5 min 可抑制50%的PPO活性，但最長的處理時間（10 min）會導致馬鈴薯細胞受損[48]。

2.3 微生物種群

果蔬自身所攜帶的微生物種群對不同物理作用存在抵抗特性，使得物理保鮮對果蔬的作用效果不同。Ali[49]發(fā)現(xiàn)鮮切辣椒上的細菌細胞對臭氧的抵抗力不同，其中臭氧對單核細胞增生李斯特菌更有效，其次是大腸桿菌O157 和鼠傷寒沙門氏菌。也有研究表明，除了微生物的種類影響臭氧作用，還包括耐臭氧性的菌落年齡，即較老的菌落具有更強的抵抗力，這可能與微生物的附著力強相關(guān)[50]。

2.4 果蔬種類

果蔬種類的不同也是影響物理加工技術(shù)應(yīng)用效果的重要因素之一。果蔬本身的pH 還會影響超聲波作用效率，通常較低的pH 會生長更多微生物，使得超聲波滅菌的效率降低；還有研究表明影響微波殺菌效果的因素包括果蔬的水分含量[45]。此外，有學者研究發(fā)現(xiàn)，因部分水果表面粗糙、多孔，細菌受到很好的保護，物理作用下難以除去，所以表面平滑的水果（蘋果、西紅柿）比表面粗糙的水果（橙子、鱷梨）更容易去除細菌[50]。

3 小結(jié)

臭氧、超聲波和電解水等物理加工技術(shù)已在果蔬保鮮領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，利用綠色、高效、節(jié)能的保鮮技術(shù)對果蔬進行鮮切加工，對推動我國果蔬工業(yè)的發(fā)展具有重大意義。這些技術(shù)能夠不同程度地保護產(chǎn)品的色澤，降低氧化酶活性，抵抗多種微生物，使果蔬保持良好的品質(zhì)，延長貨架期。因此，物理加工技術(shù)在果蔬保鮮領(lǐng)域應(yīng)受到更多人的重視。然而，現(xiàn)有物理技術(shù)依然存在不足之處，例如臭氧可能會降低果蔬中維生素的含量以及對人體健康產(chǎn)生不良影響，而微波溫度的非均勻分布會導致產(chǎn)品中形成熱點和冷點。此外，物理加工技術(shù)在進行產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)和其行業(yè)標準制定方面存在的問題也亟待解決。因此，深入分析現(xiàn)有物理技術(shù)的殺菌保鮮機制及影響因素對推動我國鮮切果蔬工業(yè)發(fā)展意義重大。