氣調包裝延長果蔬貯存期的研究進展

潘玉軍 付秋瑩

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

新鮮的水果和蔬菜在采摘后仍然進行著呼吸作用。在其呼吸過程中，碳水化合物作為主要營養物質被消耗，因此呼吸作用以氧化反應為主。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消耗且無法得到補充，隨著脫離母體時間的增加，果蔬不僅在外觀和口感上發生變化，營養價值也會隨之流失。另外，外界環境也會對果蔬品質造成影響。當外界環境中有充足的氧氣時，果蔬將進行有氧呼吸，而氧氣一旦供應不足，厭氧呼吸會產生不利于果蔬貯存的酒精，嚴重時果蔬甚至會缺氧死亡，最終縮短貨架期。

果蔬保鮮技術研究進展

如何對果蔬進行保鮮？本質在于調整果蔬采摘之后自身的生理狀況，調節到休眠狀態時（接近或完全達到）為最優。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與創新都取得了顯著進展。許多果蔬保鮮和延長存儲期的技術已經在世界各地研發并加以使用，其大體可分為物理、化學、電子和生物保鮮技術。

1.化學保鮮技術

使用符合國家食品添加劑衛生標準的化學藥劑對果蔬進行表面處理，從而實現延長產品存儲期的技術。根據使用方法，還可將保鮮劑分為吸附型、浸泡型、熏蒸型和涂膜型。化學保鮮技術法操作方法簡單、操作成本節約低廉、保鮮效果顯著。

2.輻射/電子保鮮技術

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

3.現代生物保鮮技術

①菌體次生代謝產物保鮮

利用微生物發酵不受氣候、地域和病蟲害限制且生產周期短等特點，通過其次生代謝產物制備生物保鮮劑進行保鮮的技術。這種保鮮方法生產效率高，可以自動化控制，并進行大規模生產，是保鮮技術未來的曙光，有著遠大廣闊的開發前景。

②生物酶保鮮

生物酶保鮮技術是為食品創造有利的保存環境，根據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的酶，最終達到食品保鮮的作用。葡萄糖氧化酶與細胞壁溶解酶是用于保鮮的生物酶的主要類別。

③天然提取物質保鮮

從天然物質的提取中，選擇具有良好抑菌和補充效果的活性物質來抑制微生物，進而延長保鮮時長。

④基因工程保鮮技術

基因工程技術保鮮是從基因工程角度出發，轉導農產品的衰老調控基因以及抗病基因、抗褐變基因，來解決產品的貯藏保鮮問題。

4.物理保鮮技術

作為當前世界范圍內果蔬保鮮公認最安全最有效的方法，物理保鮮技術種類眾多，分類和原理見表1。

氣調包裝保鮮技術研究進展

1.果蔬氣調包裝保鮮技術進展

19世紀20年代末期，法國的Facques Berard探究了氣體與果實成熟的關系，首次提出了可有效延緩后熟的氣體環境：低氧氣和高二氧化碳。60年代初，美國的B.Byce打造了一座簡易氣調庫用來存儲蘋果，成功地延長了蘋果的貯存期限，并意識到果實呼吸的基本反應是產生CO2和H2O的過程。之后，英國的Franklinkidd和West正式確立了氣調貯藏理論。到了1929年，英國人Pencer首次將氣調技術應用于商業領域——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，貯藏的技術也在一次次應用中不斷改進、更新與完善。貯藏種類也從單一的蘋果發展到各種水果和蔬菜。

果蔬氣調保鮮技術主要分為氣調庫保鮮和氣調包裝保鮮。氣調庫要求設施先進，其極高的機械化程度和大容量儲存能夠良好的適應自動化生產，更重要的是具有優異的保鮮效果。然而工程造價高、技術工藝復雜，如果氣調不當還會引起生理失調和風味變化等不良現象，造成嚴重影響。氣調包裝（Modified Atmosphere Packaging，MAP）則是將果蔬放入起“氣調庫”作用的塑料包裝內密封貯藏，其技術原理與前者相似：通過對薄膜材料性能的選擇，控制包裝內氣體成分比例，使果蔬的呼吸強度下降，達到延緩果蔬衰老的目的。

按照調節方式，氣調包裝分為自發氣調和主動氣調。自發氣調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氣體組成比例。果蔬的呼吸作用是消耗O2的過程，內部O2濃度下降，同時產生的CO2，使CO2濃度不斷升高，一段時間后，包裝內氣體成分在呼吸率和透氣率間達到某種平衡。平衡狀態下，果蔬呼吸消耗O2，產生與通過滲透膜交換O2相同數量的CO2。呼吸作用、滲透作用和環境因素共同決定了達到平衡狀態時包裝內氣體成分的比例。主動氣調的原理是預先在包裝中填充一定比例的氣體，改變包裝內各氣體成分的比例。一般來說，N2作為補充其他氣體達到所需體積的輔助氣體，避免包裝薄膜破裂。由于主動氣調初始狀態便會對氣體環境產生影響，所以更利于調節果蔬的呼吸和代謝。合理協調環境溫度和氣體濃度比是決定氣調貯藏技術成敗的核心所在。MAP具有操作簡單、成本低廉、儲存效果好、儲存靈活方便的特點，但貯存效果不穩定，當二者濃度比過大時，缺氧和CO2中毒現象的產生會引起果實品質的改變。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節性，來提高MAP的使用效果。

2.包裝材料與MAP

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

高分子業的迅猛發展使聚合膜在MAP保鮮材料應用中占有一席之地。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。在生產薄膜的過程中，可采用不同的工藝技術和填充配料為不同果蔬制造合適的包裝材料。

3.初始氣體濃度對果蔬MAP的影響

果蔬發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。優良的MAP采用高透性的聚合物薄膜與外界進行氣體交換，它能減緩果蔬的呼吸強度，使果蔬的耗氧量與薄膜滲透量達到動態平衡，包裝內氧氣濃度保持穩定，抑制果蔬呼吸的同時又避免了厭氧呼吸的發生。

4.貯藏溫度對果蔬MAP的影響

環境溫度對果蔬MAP保鮮效果的影響體現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境溫度近似于正比關系，但上升速率不盡相同。通常情況下，呼吸速率的增長速度要略快于薄膜氣體滲透率的增長速度。由滲透作用進入包裝內的氧氣數量要少于果蔬呼吸耗氧量，這種不和諧的增長方式會對包裝中氣體成分比例造成影響。包裝內O2逐漸減少，CO2含量逐漸增加，為厭氧呼吸提供發生條件，引起果蔬變質。在不同環境下，合適的參數設計，往往會為MAP帶來更優異的保鮮效果。

氣調包裝保鮮技術研究現狀

1.國內研究現狀

國內目前關于氣調包裝技術的研究以江南大學為主。李鐵華通過硅窗氣調包裝（MAPW）技術貯藏茶樹菇，其保鮮期延長到20天以上，并獲得了MAPW貯藏茶樹菇的最佳工藝參數。胡紅艷通過硬質盒氣體交換試驗驗證了基于努森擴散機理的氣體交換模型。利用計算流體力學，基于CFD軟件對氣體沖洗式和真空-充氣式兩種盒式氣調包裝機的關鍵裝置——氣體置換裝置的流場進行數值計算，設置不同充氣出射角度建立其分析模型，并分析工藝參數對盒內氣體置換率的影響。段華偉將化學動力學理論和人工神經網絡建模方法引入到鮮果呼吸速率預測領域，構建了形式簡單、預測精度高的數學呼吸速率模型和可預測四元變量的人工神經網絡呼吸速率模型。朱永基于JAVA平臺開發出氣調包裝輔助設計軟件，該軟件能夠對給定的果蔬計算呼吸速率并設計出符合條件的氣調包裝。

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

2.國外研究現狀

目前，國外關于MAP保鮮技術的研究可以分為如下方向：

①MAP保鮮技術和其他保鮮技術結合

R.B.Waghmare以番木瓜果為研究對象，結合化學保鮮技術和MAP保鮮技術，將瓜果的保鮮時間延長至25天。Celale Kirkin， Blagoj Mitrevski等人以澳大利亞當地蔬果為研究對象，結合γ射線保鮮技術和MAP保鮮技術以延長保鮮時間。

②建立數學模型，提供理論依據

Predrag Putnik等人以MAP環境下的蘋果片為研究對象，建立了自變量（pH值、顏色值、感官評估值、細菌腐敗值）——因變量（貯存時間）之間關系的數學模型。Zinash A. Belay等人討論了若干種MAP參數設計過程中的數學模型，同時指出目前并沒有一種集成的建模方法以滿足所有MAP環境下的參數設計工作。

③MAP保鮮技術對保鮮效果的影響

這方面研究依然多以實驗為主，只是簡單的對研究對象的種類進行擴展，可以為用于理論分析的數學建模過程提供數據依據以及修正依據。

總結

本文從貯存期間對采摘后的新鮮水果和蔬菜的影響因素入手，介紹了目前國內外效果顯著的果蔬保鮮技術及其原理，淺談了MAP的歷史、原理、特點及國內外的研究進展。對于如今氣調包裝的研究存在有如下問題：①如何達到果蔬呼吸作用與氣體滲透作用的動態平衡，仍然是MAP材料選擇的熱點問題。②不同產品對包裝內氣體成分的比例要求也不同，要做到具體問題具體分析。③對于鮮切果蔬的保鮮還應考慮到環境中氣體成分比例和溫、濕度對細菌滋生的影響。最后，希望本次綜述可以對相關學者和企業提供幫助。

作者單位：深圳市裕同包裝科技股份有限公司