湯石生,劉 軍,龔 麗,劉清化※,龍成樹(shù)
(1.廣東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)裝備研究所,廣州 510630;2.廣東弘科農(nóng)業(yè)機(jī)械研究開(kāi)發(fā)有限公司,廣州 510630)
近年來(lái),隨著人們生活水平的不斷提高,對(duì)水果及蔬菜等多種農(nóng)副產(chǎn)品的需求量越來(lái)越大。果蔬具有較強(qiáng)的生產(chǎn)季節(jié)性,保鮮儲(chǔ)藏要求較高,在生產(chǎn)旺季時(shí)大量果蔬因采后處理不當(dāng)導(dǎo)致腐爛變質(zhì)的事件經(jīng)常發(fā)生。據(jù)商業(yè)部統(tǒng)計(jì),由于果蔬采后商品化處理和儲(chǔ)藏運(yùn)輸保鮮技術(shù)水平低、貯運(yùn)設(shè)施不足等原因,導(dǎo)致果蔬采后的損耗率高達(dá)20%~30%,每年果蔬損失高達(dá)800萬(wàn)t,造成經(jīng)濟(jì)損失達(dá)800億元[1]。此外,果蔬旺季時(shí)供過(guò)于求,價(jià)格相對(duì)較低,而在淡季由于氣候、保鮮儲(chǔ)藏、運(yùn)輸?shù)仍颍斐晒?yīng)短缺,導(dǎo)致價(jià)格偏高,造成市場(chǎng)波動(dòng)[2]。因此,有效延長(zhǎng)果蔬采摘后的貯藏保鮮期,對(duì)減少果蔬腐爛現(xiàn)象的發(fā)生,解決果蔬供應(yīng)和需求間的矛盾,具有重要的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。
果蔬采后由于其旺盛的組織代謝活動(dòng)、微生物活動(dòng)及水分流失,易出現(xiàn)霉變、腐爛等變質(zhì)現(xiàn)象。近年來(lái),國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)果蔬保鮮儲(chǔ)藏過(guò)程中生命活動(dòng)進(jìn)行了大量研究,旨在通過(guò)物理、化學(xué)和生物方法來(lái)減緩果蔬的呼吸作用、抑制微生物的生長(zhǎng)以達(dá)到貯藏保鮮的目的。因物理保鮮儲(chǔ)藏技術(shù)設(shè)備昂貴,化學(xué)保鮮儲(chǔ)藏存在有毒殘留,所以目前果蔬的貯藏保鮮多采用低溫、氣調(diào)、臭氧處理等單一的保鮮技術(shù)[3]。但單一的保鮮儲(chǔ)藏技術(shù)存在不足,如儲(chǔ)藏時(shí)間短、儲(chǔ)藏品質(zhì)低、儲(chǔ)藏工藝與設(shè)備不匹配導(dǎo)致保鮮儲(chǔ)藏效果不佳等問(wèn)題。因此,將多種貯藏保鮮技術(shù)相互融合,如冷藏、氣調(diào)、綠色防腐劑、低劑量輻射預(yù)處理保鮮及紫外線保鮮、基因工程等各種保鮮技術(shù)的復(fù)合研究和應(yīng)用[4],以彌補(bǔ)單一保鮮技術(shù)的不足,并對(duì)儲(chǔ)藏工藝進(jìn)行系統(tǒng)分析研究,結(jié)合不同儲(chǔ)藏方法、不同保鮮劑、不同種類果蔬、不同收獲季節(jié)等多種因素,針對(duì)性地開(kāi)發(fā)保鮮儲(chǔ)藏工藝,提高儲(chǔ)藏保鮮品質(zhì),延長(zhǎng)果蔬的貯藏期,多種保鮮方法與保鮮工藝密切結(jié)合,將成為今后果蔬保鮮研究發(fā)展的方向。
氣調(diào)保鮮儲(chǔ)藏技術(shù)是通過(guò)合理控制儲(chǔ)藏溫度和儲(chǔ)藏環(huán)境二氧化碳濃度、氧氣濃度以及其他氣體成分的比例,使果蔬在維持正常生理活動(dòng)的前提下,最大限度地降低果蔬的呼吸作用,延緩其組織代謝,延長(zhǎng)果蔬保鮮貯藏時(shí)間,實(shí)現(xiàn)果蔬的市場(chǎng)反季節(jié)銷售[5]。氣調(diào)保鮮技術(shù)分為被動(dòng)氣調(diào)保鮮(MA)和主動(dòng)氣調(diào)保鮮(CA)[6],被動(dòng)氣調(diào)保鮮儲(chǔ)藏(MA)是指果蔬通過(guò)自身呼吸作用調(diào)節(jié)儲(chǔ)藏環(huán)境中氧氣和二氧化碳濃度,達(dá)到抑制自身生命活動(dòng),延長(zhǎng)保鮮儲(chǔ)藏周期的一種保鮮技術(shù)。主動(dòng)氣調(diào)保鮮儲(chǔ)藏(CA)是指根據(jù)不同果蔬的最佳儲(chǔ)藏環(huán)境氣體成分比例,借助其他機(jī)械設(shè)備作用,主動(dòng)調(diào)節(jié)儲(chǔ)藏環(huán)境氣體成分、溫度以及氣壓等條件,達(dá)到延長(zhǎng)果蔬儲(chǔ)藏周期的保鮮技術(shù)。被動(dòng)氣調(diào)保鮮儲(chǔ)藏(MA)成本低,操作簡(jiǎn)單;主動(dòng)氣調(diào)保鮮(CA)控制精確,技術(shù)復(fù)雜,保鮮儲(chǔ)藏成本相對(duì)較高。目前,常用的氣調(diào)保鮮技術(shù)主要有:塑料薄膜帳氣調(diào)、自然降氧法、微孔膜[7]、混合降氧法(MA)和人工調(diào)控儲(chǔ)藏環(huán)境氣體成分法(CA)[8]。與傳統(tǒng)的冷藏保鮮方式相比較,氣調(diào)保鮮儲(chǔ)藏具有保鮮品質(zhì)好、貯藏時(shí)間長(zhǎng)、工作能耗較低等多方面優(yōu)點(diǎn),可以延長(zhǎng)果蔬貯藏時(shí)間5~10倍。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)紅酥梨[6]、藍(lán)莓[9]、櫻桃[10]等水果進(jìn)行了氣調(diào)保鮮儲(chǔ)藏試驗(yàn)研究,試驗(yàn)表明氣調(diào)保鮮儲(chǔ)藏能有效延長(zhǎng)其保鮮儲(chǔ)藏周期,提高儲(chǔ)藏品質(zhì)。據(jù)統(tǒng)計(jì),美國(guó)、以色列柑橘總產(chǎn)量的50%以上為氣調(diào)保鮮;新西蘭的蘋果、獼猴桃氣調(diào)貯藏量為總產(chǎn)量的30%以上;法國(guó)、意大利以及荷蘭等國(guó)家氣調(diào)貯藏蘋果均達(dá)到其總貯藏量的50%~70%[11]。
冰溫是指從0℃開(kāi)始到生物體凍結(jié)溫度(即冰點(diǎn))為止的溫域。生物細(xì)胞中溶解了糖、酸、鹽類、氨基酸、多糖、可溶性蛋白等多種成分,導(dǎo)致其冰點(diǎn)低于純水,處于-3.5~-0.5℃之間。細(xì)胞中的各種天然分子物質(zhì)及其復(fù)合物以空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)存在,阻礙了水分子在細(xì)胞內(nèi)的遷移,增加了其凝結(jié)阻力,使得細(xì)胞的冰點(diǎn)低于0℃。所以,果蔬在0℃與冰點(diǎn)之間的溫度區(qū)域內(nèi)仍然能保持細(xì)胞活性,而生理活動(dòng)被抑制,減緩果蔬變質(zhì)腐爛,進(jìn)而延長(zhǎng)果蔬保險(xiǎn)貯藏時(shí)間[12]。林學(xué)亮[13]等對(duì)黃花梨的抗冷性研究中發(fā)現(xiàn),在-1℃貯藏條件下黃花梨果實(shí)表現(xiàn)出更強(qiáng)的抗冷性,果實(shí)的成熟度對(duì)其抗冷性影響明顯。黃花梨果實(shí)在冰溫條件下貯藏可以維持更好的貯藏品質(zhì)。楊德毅[14]等研究發(fā)現(xiàn)不同保鮮劑配比對(duì)保持巨峰葡萄感官、硬度、降低腐爛率、減緩可溶性固形物、總酸含量變化方面有一定效果,但對(duì)巨峰葡萄冰溫保鮮貯藏效果影響差異不明顯。
減壓貯藏又稱為減壓冷藏、真空貯藏等[15],是將需貯藏的物料置于密閉耐壓容器內(nèi),利用真空泵使之保持相對(duì)于大氣壓較低的壓力,通過(guò)壓力調(diào)節(jié)器和加濕器對(duì)貯藏容器內(nèi)部壓力和濕度進(jìn)行調(diào)節(jié),減壓的同時(shí)將貯藏產(chǎn)品的田間熱、呼吸熱以及二氧化碳、乙烯、乙醛等次生代謝產(chǎn)物帶出,并降低原有空氣中氧氣濃度。氧氣濃度低有利于抑制果蔬有氧呼吸強(qiáng)度,低二氧化碳濃度可避免高二氧化碳濃度傷害,抑制乙烯形成酶(EFE)的合成,減少維生素C的損失,抑制病害發(fā)生等,使果蔬產(chǎn)品在密閉空間內(nèi)長(zhǎng)期保持良好的貯藏品質(zhì)[16,17]。
近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者在減壓保鮮貯藏技術(shù)研究上取得很大進(jìn)展。Gao H Y等[18]對(duì)枇杷進(jìn)行了減壓貯藏研究,研究表明在壓力20~30 kPa,溫度2~4℃的條件下枇杷可貯藏49 d。王亞萍[19]等對(duì)冬棗減壓保鮮儲(chǔ)藏品質(zhì)變化進(jìn)行了研究,結(jié)果表明減壓貯藏不僅能有效控制冬棗硬度、色澤、失水率等感官指標(biāo)劣化,而且能有效抑制維生素C、有機(jī)酸等營(yíng)養(yǎng)成分含量的下降,減緩冬棗代謝速率,使冬棗貯藏期延長(zhǎng)至100 d。國(guó)內(nèi)學(xué)者還對(duì)草莓[20]、生菜[21]、大棗[22]、花菜[23]、圣女果[24]、番茄[25]等進(jìn)行了減壓保鮮貯藏研究,在一定壓力范圍內(nèi)均能有效延長(zhǎng)其保鮮貯藏時(shí)間。
生物保鮮技術(shù)的一般機(jī)理為隔離果蔬與空氣的接觸,延緩氧化作用,或生物保鮮劑本身具有良好的抑菌作用,從而達(dá)到保鮮防腐的效果[26]。生物保鮮技術(shù)主要分為三類:利用微生物菌體及其代謝產(chǎn)物的保鮮、天然提取物的保鮮以及基因工程保鮮技術(shù)。利用具有拮抗作用的微生物產(chǎn)生的抗生素、溶菌酶、蛋白酶、細(xì)菌素、過(guò)氧化氫和有機(jī)酸等生物活性物質(zhì)抑制或殺死果蔬中其他微生物的生長(zhǎng),從而達(dá)到保鮮儲(chǔ)藏的目的[27];天然提取物保鮮劑是利用天然提取物中的活性物質(zhì)來(lái)抑制果蔬儲(chǔ)藏過(guò)程中微生物的活性和果蔬自身的呼吸代謝強(qiáng)度及相關(guān)酶的活力,從而降低果蔬的生理活動(dòng)強(qiáng)度,達(dá)到延長(zhǎng)保鮮儲(chǔ)藏的目的[28];基因工程技術(shù)對(duì)果蔬進(jìn)行保鮮的機(jī)理是控制果蔬生理成熟期內(nèi)源乙烯的生成[29]。乙烯是國(guó)際公認(rèn)的果實(shí)成熟衰老激素,在許多果蔬的成熟及衰老過(guò)程中起重要的調(diào)控作用,是造成果蔬采摘后腐爛的根本原因。乙烯能夠促進(jìn)細(xì)胞壁降解酶即纖維素酶的合成,并且控制纖維素酶由原生質(zhì)體釋放到細(xì)胞壁中,從而促進(jìn)細(xì)胞衰老和細(xì)胞壁的分解。劉菊花等人對(duì)Ⅲ類酸性幾丁質(zhì)酶基因(MaCH Ⅲ)表達(dá)以及幾丁質(zhì)酶活性進(jìn)行了測(cè)定。研究表明,MaCH Ⅲ基因可能與香蕉果實(shí)采后成熟呈負(fù)相關(guān)[30]。宋俊岐等研究發(fā)現(xiàn),利用基因工程技術(shù)將ACC 脫氨酶基因轉(zhuǎn)入番茄內(nèi),乙烯合成量降低了80%,采后果實(shí)能保鮮75 d左右[31]。
植物提取液是從植物體或某一特定部位中提取、制備的具有生物活性的功能成分,通過(guò)抑制或清除自由基、與自由基相關(guān)酶發(fā)生反應(yīng)、多組分協(xié)同作用或直接破壞微生物細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)或影響其能量代謝來(lái)達(dá)到抑制病原菌生長(zhǎng)的目的。植物提取保鮮劑主要包括植物精油、多酚物質(zhì)、維生素類、生物堿、多糖、皂苷、多糖及中草藥成分等[32]。
毛瓊等利用具有優(yōu)良防霉抑菌作用的幾種天然中草藥提取液制成保鮮劑,應(yīng)用于水晶梨保鮮儲(chǔ)藏試驗(yàn),結(jié)果表明保鮮劑具有良好的保鮮效果,在室溫下能較好地保持水晶梨的鮮度,延緩其生理變化和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)損失,延長(zhǎng)保鮮儲(chǔ)藏周期。蔣嵐等研究發(fā)現(xiàn),以白茅根、連翹提取物為保鮮劑處理草莓,降低了草莓腐爛速率和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消耗,顯著延長(zhǎng)了草莓的保鮮儲(chǔ)藏周期,提升了草莓保鮮儲(chǔ)藏品質(zhì)。趙玉生[33]研究發(fā)現(xiàn),利用植物酸配置的保鮮劑用于葡萄、草莓、哈密瓜、香蕉、菠蘿、荔枝等瓜果保鮮儲(chǔ)藏,不僅可以維持瓜果的微弱生理作用,保持理想的透水、透氣性能,還可以提高瓜果的光澤,抵抗外界病菌的入侵,并能顯著抑制相關(guān)酶的活性,延長(zhǎng)保鮮儲(chǔ)藏周期,保證儲(chǔ)藏品質(zhì)。
防腐劑保鮮技術(shù)主要是利用化學(xué)試劑殺死果蔬中的細(xì)菌,并形成保護(hù)膜來(lái)抑制細(xì)菌的二次滋生和侵害,從而延緩果蔬的腐爛速度,達(dá)到保鮮儲(chǔ)藏的目的。按其來(lái)源不同可分為化學(xué)合成防腐劑和天然防腐劑兩類。其中,化學(xué)合成防腐劑指由人工合成的,包括有機(jī)防腐劑和無(wú)機(jī)防腐劑,種類多達(dá)50余種,常用的化學(xué)合成防腐劑有苯甲酸鈉、二氧化硫、山梨酸鉀、丙酸鹽、亞硫酸鹽、硝酸鹽和亞硝酸鹽等。化學(xué)合成防腐劑雖對(duì)果蔬有較好的保鮮效果,但存在二次污染殘留,對(duì)人體產(chǎn)生致癌、致畸等影響[5]。天然防腐劑是由生物體分泌或體內(nèi)存在的防腐物質(zhì),經(jīng)人工提取后即可用于食品防腐。目前常用的天然水果保鮮劑主要有茶多酚、蜂膠提取物、橘皮提取物、魔芋甘露聚糖、魚(yú)精蛋白、植酸、連翹提取物、大蒜提取物、殼聚糖等[9],天然防腐劑具有安全、無(wú)毒、高效和增進(jìn)食品風(fēng)味、品質(zhì)等特點(diǎn)。我國(guó)中科院武漢植物研究所從73種植物的173個(gè)抽提物中篩選出代號(hào)為EP的獼猴桃天然防腐保鮮劑,試驗(yàn)表明其保鮮效果較佳[34]。王向陽(yáng)[35]等分別研究了水溶性殼聚糖、乳酸鏈球菌素和聚賴氨酸三種天然保鮮劑對(duì)發(fā)酵蘿卜的儲(chǔ)藏效果,結(jié)果表明乳酸鏈球菌素和殼聚糖都能顯著抑制發(fā)酵蘿卜中細(xì)菌總數(shù)的生長(zhǎng),并且能很好地維持乳酸菌數(shù)量,但聚賴氨酸抑菌效果較差。
此外,美國(guó)研制出一種由焦磷酸鈉、檸檬酸、抗壞血酸和氯化鈣等4種安全無(wú)毒的成分組成的高效多功能水果保鮮劑,可延緩水果氧化和酶促褐變;英國(guó)研制出一種無(wú)色、無(wú)味、無(wú)毒、無(wú)污染、無(wú)副作用的由植物油和糖組成的可食用水果保鮮劑,可抑制果蔬的呼吸作用和減少果蔬水分損失[5]。
臭氧保鮮儲(chǔ)藏技術(shù)是利用臭氧的強(qiáng)氧化能力與微生物細(xì)胞中活性成分及果蔬成熟過(guò)程中釋放的還原性物質(zhì)反應(yīng),達(dá)到殺菌和減緩果蔬成熟速率,達(dá)到延長(zhǎng)果蔬保鮮儲(chǔ)藏周期的目的。臭氧可以氧化多種飽和、不飽和的有機(jī)物,能夠分解果蔬成熟過(guò)程中釋放的乙烯、乙醛、乙醇等有害氣體,縮小果蔬表面氣孔,減弱果蔬生理代謝活動(dòng),降低營(yíng)養(yǎng)成分的損耗,保持果蔬原有口感和風(fēng)味。臭氧可以改變真菌、細(xì)菌等微生物細(xì)胞壁、細(xì)胞膜通透性,并使得細(xì)菌體蛋白質(zhì)變性、酶系統(tǒng)波壞,達(dá)到消毒、殺菌、防腐的作用,能有效保證果蔬儲(chǔ)藏品質(zhì),延長(zhǎng)保鮮儲(chǔ)藏周期。臭氧保鮮技術(shù)具有高效、安全、無(wú)污染、無(wú)殘留等優(yōu)點(diǎn)[36]。梁蕓志[37]等分別用1 μg/mL、3 μg/mL、5 μg/mL臭氧處理微孔膜包裝的黃瓜15 min,儲(chǔ)藏在7℃的冷庫(kù),并對(duì)黃瓜硬度、可溶性固形物、維生素C、葉綠素等營(yíng)養(yǎng)成分指標(biāo)進(jìn)行分析,得到5 μg/mL臭氧處理可以有效保持黃瓜生理生化指標(biāo),提高黃瓜的保鮮儲(chǔ)藏品質(zhì)。郭偉珍[38]等對(duì)鴨梨等3種梨的臭氧保鮮儲(chǔ)藏進(jìn)行了試驗(yàn)研究,通過(guò)對(duì)儲(chǔ)藏過(guò)程中營(yíng)養(yǎng)成分分析,得到“皇冠梨”的最佳臭氧處理濃度為60 ug/mL。Tzortzakis等[16]研究發(fā)現(xiàn)臭氧處理能夠抑制草莓、番茄、李子和葡萄上灰霉孢子的產(chǎn)生。馬海燕等[39]用臭氧水和超聲波協(xié)同作用對(duì)生凍大根泥進(jìn)行處理,能有效控制微生物數(shù)量并保持速凍產(chǎn)品的顏色、風(fēng)味。Palou等[40]利用臭氧處理人工接種靑霉的柑橘和檸檬,能顯著降低果實(shí)的腐爛率。此外臭氧對(duì)保鮮庫(kù)具有廣譜殺菌作用,結(jié)合保鮮袋包裝、冷藏、氣調(diào)等保鮮技術(shù)可以有效提高果蔬保鮮儲(chǔ)藏效果[41]。
輻照保鮮技術(shù)是利用電離輻射產(chǎn)生的γ、β、x射線對(duì)果蔬進(jìn)行處理,抑制果蔬生理過(guò)程,減少果蔬乙烯產(chǎn)生,殺滅果蔬中的害蟲(chóng),消除果蔬中的病原微生物及其它腐敗細(xì)菌,從而達(dá)到食品貯藏保鮮的目的[42]。輻照保鮮儲(chǔ)藏具有穿透能力強(qiáng)、處理均勻、殺菌效果顯著、劑量可調(diào)、幾乎無(wú)熱量產(chǎn)生,能最大限度保持果蔬原有特性,方法簡(jiǎn)單、快捷、無(wú)污染、無(wú)殘留等優(yōu)點(diǎn)。采用1.0~5.0 kGy劑量輻照可以有效減少霉變生物的數(shù)量,輻照劑量在5~10 kGy 時(shí),可殺滅一些非芽孢致病菌(如沙門氏菌、大腸桿菌和葡萄球菌等)。高于3 kGy容易使水果變軟、變味并損失大量的營(yíng)養(yǎng)成分。新鮮果蔬的輻射處理選用劑量為0.1~2.0 kGy。 國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)對(duì)多種新鮮果蔬的輻照保鮮技術(shù)進(jìn)行了廣泛研究,并制定了相關(guān)產(chǎn)品的輻照加工工藝,如草莓[43]、葡萄[44]、番茄[45]、西蘭花[46]等。其中草莓是輻射預(yù)處理保鮮中有代表性的例子,以2.0~2.5 kGy劑量輻射處理,細(xì)菌總數(shù)和霉菌總數(shù)降低了1~2個(gè)數(shù)量級(jí),細(xì)菌總數(shù)控制在較低水平,可有效保持草莓原有口感和風(fēng)味,減緩草莓腐敗變質(zhì)速率,延長(zhǎng)保鮮儲(chǔ)藏周期[47]。越橘采用0.75 kGy劑量輻射處理,在1℃條件下分別貯藏7 d,風(fēng)味和質(zhì)地不會(huì)受到影響[48]。
目前,對(duì)于果蔬保鮮貯藏技術(shù)主要從果蔬的呼吸代謝強(qiáng)度和相關(guān)代謝酶活性的變化對(duì)果蔬保鮮儲(chǔ)藏感官品質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)成分等方面進(jìn)行研究,而對(duì)有關(guān)蔬菜的成熟和衰老機(jī)理的研究較少。此外,與發(fā)達(dá)國(guó)家相比,我國(guó)果蔬保鮮技術(shù)尚存在較大差距?,F(xiàn)有果蔬保鮮貯藏技術(shù)種類較多,但受制于設(shè)備技術(shù)、實(shí)際生產(chǎn)條件及保鮮儲(chǔ)藏成本等,大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用難度大。在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中,需要基于實(shí)際生產(chǎn)條件和果蔬品種選擇相適應(yīng)的的保鮮貯藏技術(shù),加強(qiáng)果蔬分級(jí)、包裝新技術(shù)的推廣應(yīng)用,促進(jìn)科研機(jī)構(gòu)與大型果蔬基地合作,加速新技術(shù)新設(shè)備的應(yīng)用推廣模式,建立完善的果蔬產(chǎn)地分級(jí)、包裝、保鮮貯藏和采后運(yùn)輸體系,降低果蔬采摘、采后和運(yùn)輸損耗,進(jìn)一步降低果蔬采后損失率,縮短與發(fā)達(dá)國(guó)家之間的差距,增加社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。