氣調(diào)包裝延長(zhǎng)果蔬貯存期的研究進(jìn)展

潘玉軍 付秋瑩

水果和蔬菜是人類飲食不可或缺的部分，果蔬在貯存和運(yùn)輸過程中的保鮮尤為重要。本文綜述了延長(zhǎng)果蔬貯存期的許多方法，著重介紹了氣調(diào)包裝的保鮮原理和特點(diǎn)以及國內(nèi)外保鮮包裝的研究進(jìn)展。

新鮮的水果和蔬菜在采摘后仍然進(jìn)行著呼吸作用。在其呼吸過程中，碳水化合物作為主要營養(yǎng)物質(zhì)被消耗，因此呼吸作用以氧化反應(yīng)為主。而采摘后的果蔬由于脫離了母體，其呼吸過程中碳水化合物被持續(xù)消耗且無法得到補(bǔ)充，隨著脫離母體時(shí)間的增加，果蔬不僅在外觀和口感上發(fā)生變化，營養(yǎng)價(jià)值也會(huì)隨之流失。另外，外界環(huán)境也會(huì)對(duì)果蔬品質(zhì)造成影響。當(dāng)外界環(huán)境中有充足的氧氣時(shí)，果蔬將進(jìn)行有氧呼吸，而氧氣一旦供應(yīng)不足，厭氧呼吸會(huì)產(chǎn)生不利于果蔬貯存的酒精，嚴(yán)重時(shí)果蔬甚至?xí)毖跛劳?，最終縮短貨架期。

果蔬保鮮技術(shù)研究進(jìn)展

如何對(duì)果蔬進(jìn)行保鮮？本質(zhì)在于調(diào)整果蔬采摘之后自身的生理狀況，調(diào)節(jié)到休眠狀態(tài)時(shí)（接近或完全達(dá)到）為最優(yōu)。果蔬的保鮮方法看似相同卻也各有特性，這是由于影響貯藏保鮮的因素各有差異。目前，果蔬的保鮮原理和工藝及其材料的開發(fā)與創(chuàng)新都取得了顯著進(jìn)展。許多果蔬保鮮和延長(zhǎng)存儲(chǔ)期的技術(shù)已經(jīng)在世界各地研發(fā)并加以使用，其大體可分為物理、化學(xué)、電子和生物保鮮技術(shù)。

1.化學(xué)保鮮技術(shù)

使用符合國家食品添加劑衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的化學(xué)藥劑對(duì)果蔬進(jìn)行表面處理，從而實(shí)現(xiàn)延長(zhǎng)產(chǎn)品存儲(chǔ)期的技術(shù)。根據(jù)使用方法，還可將保鮮劑分為吸附型、浸泡型、熏蒸型和涂膜型?；瘜W(xué)保鮮技術(shù)法操作方法簡(jiǎn)單、操作成本節(jié)約低廉、保鮮效果顯著。

2.輻射/電子保鮮技術(shù)

通過伽馬射線或電子射線處理果蔬采摘后產(chǎn)生的生理效應(yīng)，起到殺菌殺蟲、延緩成熟的作用，進(jìn)而增加果蔬貯藏期。

3.現(xiàn)代生物保鮮技術(shù)

①菌體次生代謝產(chǎn)物保鮮

利用微生物發(fā)酵不受氣候、地域和病蟲害限制且生產(chǎn)周期短等特點(diǎn)，通過其次生代謝產(chǎn)物制備生物保鮮劑進(jìn)行保鮮的技術(shù)。這種保鮮方法生產(chǎn)效率高，可以自動(dòng)化控制，并進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)，是保鮮技術(shù)未來的曙光，有著遠(yuǎn)大廣闊的開發(fā)前景。

②生物酶保鮮

生物酶保鮮技術(shù)是為食品創(chuàng)造有利的保存環(huán)境，根據(jù)不同食品中酶的種類而選擇不同的生物酶，抑制不利于食品品質(zhì)的酶，最終達(dá)到食品保鮮的作用。葡萄糖氧化酶與細(xì)胞壁溶解酶是用于保鮮的生物酶的主要類別。

③天然提取物質(zhì)保鮮

從天然物質(zhì)的提取中，選擇具有良好抑菌和補(bǔ)充效果的活性物質(zhì)來抑制微生物，進(jìn)而延長(zhǎng)保鮮時(shí)長(zhǎng)。

④基因工程保鮮技術(shù)

基因工程技術(shù)保鮮是從基因工程角度出發(fā)，轉(zhuǎn)導(dǎo)農(nóng)產(chǎn)品的衰老調(diào)控基因以及抗病基因、抗褐變基因，來解決產(chǎn)品的貯藏保鮮問題。

4.物理保鮮技術(shù)

作為當(dāng)前世界范圍內(nèi)果蔬保鮮公認(rèn)最安全最有效的方法，物理保鮮技術(shù)種類眾多，分類和原理見表1。

氣調(diào)包裝保鮮技術(shù)研究進(jìn)展

1.果蔬氣調(diào)包裝保鮮技術(shù)進(jìn)展

19世紀(jì)20年代末期，法國的Facques Berard探究了氣體與果實(shí)成熟的關(guān)系，首次提出了可有效延緩后熟的氣體環(huán)境：低氧氣和高二氧化碳。60年代初，美國的B.Byce打造了一座簡(jiǎn)易氣調(diào)庫用來存儲(chǔ)蘋果，成功地延長(zhǎng)了蘋果的貯存期限，并意識(shí)到果實(shí)呼吸的基本反應(yīng)是產(chǎn)生CO2和H2O的過程。之后，英國的Franklinkidd和West正式確立了氣調(diào)貯藏理論。到了1929年，英國人Pencer首次將氣調(diào)技術(shù)應(yīng)用于商業(yè)領(lǐng)域——取得貯藏30噸蘋果的巨大成就。此后，各地人們紛紛開始使用這種方法貯藏果蔬，貯藏的技術(shù)也在一次次應(yīng)用中不斷改進(jìn)、更新與完善。貯藏種類也從單一的蘋果發(fā)展到各種水果和蔬菜。

果蔬氣調(diào)保鮮技術(shù)主要分為氣調(diào)庫保鮮和氣調(diào)包裝保鮮。氣調(diào)庫要求設(shè)施先進(jìn)，其極高的機(jī)械化程度和大容量?jī)?chǔ)存能夠良好的適應(yīng)自動(dòng)化生產(chǎn)，更重要的是具有優(yōu)異的保鮮效果。然而工程造價(jià)高、技術(shù)工藝復(fù)雜，如果氣調(diào)不當(dāng)還會(huì)引起生理失調(diào)和風(fēng)味變化等不良現(xiàn)象，造成嚴(yán)重影響。氣調(diào)包裝（Modified Atmosphere Packaging，MAP）則是將果蔬放入起“氣調(diào)庫”作用的塑料包裝內(nèi)密封貯藏，其技術(shù)原理與前者相似：通過對(duì)薄膜材料性能的選擇，控制包裝內(nèi)氣體成分比例，使果蔬的呼吸強(qiáng)度下降，達(dá)到延緩果蔬衰老的目的。

按照調(diào)節(jié)方式，氣調(diào)包裝分為自發(fā)氣調(diào)和主動(dòng)氣調(diào)。自發(fā)氣調(diào)即在具有良好氣體滲透性的包裝中，將果蔬密封保存，通過果蔬的呼吸作用和塑料膜的氣體滲透作用共同控制包裝內(nèi)氣體組成比例。果蔬的呼吸作用是消耗O2的過程，內(nèi)部O2濃度下降，同時(shí)產(chǎn)生的CO2，使CO2濃度不斷升高，一段時(shí)間后，包裝內(nèi)氣體成分在呼吸率和透氣率間達(dá)到某種平衡。平衡狀態(tài)下，果蔬呼吸消耗O2，產(chǎn)生與通過滲透膜交換O2相同數(shù)量的CO2。呼吸作用、滲透作用和環(huán)境因素共同決定了達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)包裝內(nèi)氣體成分的比例。主動(dòng)氣調(diào)的原理是預(yù)先在包裝中填充一定比例的氣體，改變包裝內(nèi)各氣體成分的比例。一般來說，N2作為補(bǔ)充其他氣體達(dá)到所需體積的輔助氣體，避免包裝薄膜破裂。由于主動(dòng)氣調(diào)初始狀態(tài)便會(huì)對(duì)氣體環(huán)境產(chǎn)生影響，所以更利于調(diào)節(jié)果蔬的呼吸和代謝。合理協(xié)調(diào)環(huán)境溫度和氣體濃度比是決定氣調(diào)貯藏技術(shù)成敗的核心所在。MAP具有操作簡(jiǎn)單、成本低廉、儲(chǔ)存效果好、儲(chǔ)存靈活方便的特點(diǎn)，但貯存效果不穩(wěn)定，當(dāng)二者濃度比過大時(shí)，缺氧和CO2中毒現(xiàn)象的產(chǎn)生會(huì)引起果實(shí)品質(zhì)的改變。為了改善這一問題，就需要薄膜具有更好的滲透性和一定的可調(diào)節(jié)性，來提高M(jìn)AP的使用效果。

2.包裝材料與MAP

MAP同時(shí)進(jìn)行果蔬的呼吸作用、水分蒸騰作用、包裝材料內(nèi)外的氣體滲透作用和熱傳導(dǎo)。包裝膜的氣體滲透性不僅取決于膜材料本身的化學(xué)性質(zhì)和薄膜厚度，還受所處環(huán)境的溫度、濕度以及氣體種類等多方因素的共同影響。

高分子業(yè)的迅猛發(fā)展使聚合膜在MAP保鮮材料應(yīng)用中占有一席之地。目前，聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚氯乙稀（PVC）、聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯（PET）、雙向拉伸聚苯乙烯（B0PS）、聚苯乙烯（PS）收縮膜、聚丁二烯（PB）拉伸膜、乙烯-醋酸乙烯共聚膜（EVA）等都是MAP包裝常用的聚合膜材料。在生產(chǎn)薄膜的過程中，可采用不同的工藝技術(shù)和填充配料為不同果蔬制造合適的包裝材料。

3.初始?xì)怏w濃度對(duì)果蔬M(jìn)AP的影響

果蔬發(fā)生的是有氧呼吸還是厭氧呼吸完全由空氣中的氧氣含量決定。優(yōu)良的MAP采用高透性的聚合物薄膜與外界進(jìn)行氣體交換，它能減緩果蔬的呼吸強(qiáng)度，使果蔬的耗氧量與薄膜滲透量達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，包裝內(nèi)氧氣濃度保持穩(wěn)定，抑制果蔬呼吸的同時(shí)又避免了厭氧呼吸的發(fā)生。

4.貯藏溫度對(duì)果蔬M(jìn)AP的影響

環(huán)境溫度對(duì)果蔬M(jìn)AP保鮮效果的影響體現(xiàn)在果蔬的呼吸速率和包裝材料的氣體滲透性上。呼吸速率和滲透率與環(huán)境溫度近似于正比關(guān)系，但上升速率不盡相同。通常情況下，呼吸速率的增長(zhǎng)速度要略快于薄膜氣體滲透率的增長(zhǎng)速度。由滲透作用進(jìn)入包裝內(nèi)的氧氣數(shù)量要少于果蔬呼吸耗氧量，這種不和諧的增長(zhǎng)方式會(huì)對(duì)包裝中氣體成分比例造成影響。包裝內(nèi)O2逐漸減少，CO2含量逐漸增加，為厭氧呼吸提供發(fā)生條件，引起果蔬變質(zhì)。在不同環(huán)境下，合適的參數(shù)設(shè)計(jì)，往往會(huì)為MAP帶來更優(yōu)異的保鮮效果。

氣調(diào)包裝保鮮技術(shù)研究現(xiàn)狀

1.國內(nèi)研究現(xiàn)狀

國內(nèi)目前關(guān)于氣調(diào)包裝技術(shù)的研究以江南大學(xué)為主。李鐵華通過硅窗氣調(diào)包裝（MAPW）技術(shù)貯藏茶樹菇，其保鮮期延長(zhǎng)到20天以上，并獲得了MAPW貯藏茶樹菇的最佳工藝參數(shù)。胡紅艷通過硬質(zhì)盒氣體交換試驗(yàn)驗(yàn)證了基于努森擴(kuò)散機(jī)理的氣體交換模型。利用計(jì)算流體力學(xué)，基于CFD軟件對(duì)氣體沖洗式和真空-充氣式兩種盒式氣調(diào)包裝機(jī)的關(guān)鍵裝置——?dú)怏w置換裝置的流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，設(shè)置不同充氣出射角度建立其分析模型，并分析工藝參數(shù)對(duì)盒內(nèi)氣體置換率的影響。段華偉將化學(xué)動(dòng)力學(xué)理論和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模方法引入到鮮果呼吸速率預(yù)測(cè)領(lǐng)域，構(gòu)建了形式簡(jiǎn)單、預(yù)測(cè)精度高的數(shù)學(xué)呼吸速率模型和可預(yù)測(cè)四元變量的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)呼吸速率模型。朱永基于JAVA平臺(tái)開發(fā)出氣調(diào)包裝輔助設(shè)計(jì)軟件，該軟件能夠?qū)o定的果蔬計(jì)算呼吸速率并設(shè)計(jì)出符合條件的氣調(diào)包裝。

材料方面，華南理工大學(xué)的肖凱軍通過磺化聚醚醚酮（SPEEK）與聚偏二氟乙烯（PVDF）的共混，開發(fā)了一種利于收獲西蘭花的氣調(diào)包裝（MAP）的改性膜，這種膜將西蘭花貯藏壽命延長(zhǎng)了10天，貯藏期間樣品的顏色、質(zhì)地和化學(xué)性質(zhì)也產(chǎn)生了最佳的影響。

2.國外研究現(xiàn)狀

目前，國外關(guān)于MAP保鮮技術(shù)的研究可以分為如下方向：

①M(fèi)AP保鮮技術(shù)和其他保鮮技術(shù)結(jié)合

R.B.Waghmare以番木瓜果為研究對(duì)象，結(jié)合化學(xué)保鮮技術(shù)和MAP保鮮技術(shù)，將瓜果的保鮮時(shí)間延長(zhǎng)至25天。Celale Kirkin， Blagoj Mitrevski等人以澳大利亞當(dāng)?shù)厥吖麨檠芯繉?duì)象，結(jié)合γ射線保鮮技術(shù)和MAP保鮮技術(shù)以延長(zhǎng)保鮮時(shí)間。

②建立數(shù)學(xué)模型，提供理論依據(jù)

Predrag Putnik等人以MAP環(huán)境下的蘋果片為研究對(duì)象，建立了自變量（pH值、顏色值、感官評(píng)估值、細(xì)菌腐敗值）——因變量（貯存時(shí)間）之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。Zinash A. Belay等人討論了若干種MAP參數(shù)設(shè)計(jì)過程中的數(shù)學(xué)模型，同時(shí)指出目前并沒有一種集成的建模方法以滿足所有MAP環(huán)境下的參數(shù)設(shè)計(jì)工作。

③MAP保鮮技術(shù)對(duì)保鮮效果的影響

這方面研究依然多以實(shí)驗(yàn)為主，只是簡(jiǎn)單的對(duì)研究對(duì)象的種類進(jìn)行擴(kuò)展，可以為用于理論分析的數(shù)學(xué)建模過程提供數(shù)據(jù)依據(jù)以及修正依據(jù)。

總結(jié)

本文從貯存期間對(duì)采摘后的新鮮水果和蔬菜的影響因素入手，介紹了目前國內(nèi)外效果顯著的果蔬保鮮技術(shù)及其原理，淺談了MAP的歷史、原理、特點(diǎn)及國內(nèi)外的研究進(jìn)展。對(duì)于如今氣調(diào)包裝的研究存在有如下問題：①如何達(dá)到果蔬呼吸作用與氣體滲透作用的動(dòng)態(tài)平衡，仍然是MAP材料選擇的熱點(diǎn)問題。②不同產(chǎn)品對(duì)包裝內(nèi)氣體成分的比例要求也不同，要做到具體問題具體分析。③對(duì)于鮮切果蔬的保鮮還應(yīng)考慮到環(huán)境中氣體成分比例和溫、濕度對(duì)細(xì)菌滋生的影響。最后，希望本次綜述可以對(duì)相關(guān)學(xué)者和企業(yè)提供幫助。

作者單位：深圳市裕同包裝科技股份有限公司