不同冷等離子處理對鮮切獼猴桃保鮮效果的影響

王照琪， 馮 蕊， 仲崇山， 孫小燕， 關新星， 楊 波

(中國農業大學信息與電氣工程學院，北京 100083)

在環保、可行性上，化學、生物技術應用于果蔬保鮮存在一定劣勢，而以等離子技術為基礎的物理方法則顯現出較強的優勢，既對果蔬有一定的生理調控作用，又對病害有一定的抑制和防治作用。等離子體是不同于固體、液體和氣體的物質第四態，高頻電場通過無聲放電可以產生等離子氣流，使高能分子與工作氣體分子碰撞發生一系列物理、化學反應，并將氣體激活生成抗微生物的活性自由基粒子以撞擊、殺滅果蔬表面附著的細菌等微生物，同時可與微生物發生氧化反應產生CO2和H2O，抑制微生物的呼吸作用，延長果蔬保鮮時間[1-3]。

低溫等離子體對殘留農藥的降解效果尤為顯著，同時可清除乙烯、乙醇等會對果蔬保鮮效果造成不利影響的代謝物，誘導果蔬氣孔減小，降低果蔬呼吸作用強度，對細菌、真菌類病害有較強的防除作用，對病毒的增殖也有一定的抑制作用[4-6]。目前，對低溫等離子技術在果蔬保鮮方面的研究相對較多。Kim等研究證實，冷等離子技術在水果保鮮方面能夠發揮作用[7-8]；Lee等研究發現，低溫等離子處理是一種有效的非熱能食品加工手段，對果蔬保鮮有積極作用[9]；Ramazzina等研究表明，冷等離子處理可以有效延緩鮮切獼猴桃的腐敗時間[10]；Tappi等研究證明，使用低溫等離子技術處理哈密瓜、菊苣切片等材料，與對照相比，試驗組的儲存時間明顯變長，而品質及外觀變化十分微小，幾可忽略[11-15]；馮磊等對刺五加、刺嫩芽的研究表明，等離子低溫處理的最佳保鮮條件為預冷2 h、等離子濃度2 psc、臭氧濃度15%、溫度 3 ℃[16]。國內外研究現狀表明，低溫等離子技術發展速度很快，潛在市場巨大，但技術手段尚不成熟，仍處于試驗研究階段，在果蔬保鮮的市場化應用方面還存在很大的改善空間[17-18]。

獼猴桃是易腐的優質水果，果實切片售賣或冷藏在超市、餐飲等領域具有廣泛的應用。本試驗以鮮切獼猴桃為材料，對比分析了介質阻擋放電和滑動電弧放電、氣相和液相處理及不同處理時間對鮮切獼猴桃保鮮效果的影響，以保證其在保質期內有較高的食用價值和較好的口感，并為相應技術的市場化發展提供了可靠依據。

1 材料與方法

1.1 等離子體放電系統設計

1.1.1 介質阻擋放電系統 利用電極高壓放電產生電暈，催化介質間空氣發生反應產生大量活性物質(圖1-a)。介質放電反應室是一個長、寬、高分別為29.5、19.5、14 cm的長方體，由丙乙酸材料制成，底座尺寸為35 cm×25 cm，兩側配有直徑為2 cm的圓柱形通氣孔，尺寸為13.5 cm×13.5 cm×2 cm 的長方體亞克力板作為可替換阻擋介質平行放置于直徑為2.5 cm的兩圓形電極之間(圖1-b)。外置電源及調壓器輸出端的電壓波形、放電頻率等參數采用Tektronix TDS 2012C型示波器實時監測。

1.1.2 滑動電弧放電系統 采用CTP-2000K型號電源，滑動弧由電極間最窄間隙處產生并逐漸向寬間隙處擴散，與干燥空氣反應生成大量的活性氧、多種活性氮(圖1-c)。電極由一對固定在基礎平板上的分離式刀片構成，兩直角邊尺寸分別為12 cm、3 cm，厚度為0.4 cm(圖1-d)。同樣，外置電源及調壓器輸出端的電壓波形、放電頻率等參數采用Tektronix TDS 2012C型示波器實時監測。

1.2 試驗處理

將獼猴桃果實切片，取相鄰部位切片在不同冷等離子體放電系統中分別進行氣相、液相處理，處理時間分別為5、10、15、20 min，靜置時間為10 min，以未經冷等離子體處理的鮮切獼猴桃為對照。

氣相處理條件下，為保證裝置的氣密性良好，將反應系統兩側的通氣孔密閉，接通電源，在乙烯分解效果相對較好的放電條件25 kV、8 kHz下處理裝置內空氣，產生大量活化物質與獼猴桃切片表面發生反應。為避免功率過大對鮮切獼猴桃表面造成不可逆的傷害，氣相處理時將獼猴桃切片置于介質阻擋放電裝置或滑動電弧放電裝置的空腔中。

液相處理條件下，介質阻擋放電系統采用IPX4 ACO-9610型氣泵向一側通氣孔通入干燥的空氣，并從另一側不斷抽取反應后的活化氣體注入水中，在水溶劑條件下與待處理的獼猴桃切片表面發生反應；滑動電弧放電系統采用20ENY045型氣液混合泵進行氣液混合，使液相反應室中的液體溶劑能夠與獼猴桃切片表面充分接觸，提高反應效率[19]。將經冷等離子體氣相或液相處理及未經處理的獼猴桃切片(對照)分裝于多個相同的密閉玻璃容器內培養，以避免出現交叉污染，培養條件為溫度25 ℃、濕度24%。

1.3 測定內容和方法

分別在試驗前及處理后48、72 h觀察果實外觀，指標檢測過程中取3組相同處理條件的鮮切果進行重復試驗，分別采用GY-3型果實硬度計、ATAGO PAL-1型手持糖度計測量果實硬度和可溶性固形物含量，采用酸堿法測定果實可滴定酸含量，重點考察分析冷等離子處理15 min對果實品質的影響。

2 結果與分析

2.1 不同冷等離子處理方式對獼猴桃切片外觀的影響

由圖2可見，未經冷等離子體處理的獼猴桃切片(對照)培養48 h時，果實開始腐敗，且失水皺縮情況較為嚴重，培養至72 h時果實已完全腐敗，表面出現菌落，喪失食用價值；介質阻擋放電條件下，經氣相、液相處理的獼猴桃切片培養72 h時，果實表面均未出現菌落且顏色鮮綠，邊緣組織未與果皮分離，未出現明顯的失水皺縮情況；滑動電弧放電條件下，經氣相處理的獼猴桃切片培養72 h時，果實表面未見菌落且顏色鮮綠，邊緣組織未與果皮分離，未出現明顯的失水皺縮情況，而經液相處理的獼猴桃切片表面組織雖未見菌落，但顏色轉褐色，稍呈腐敗癥狀。

2.2 不同放電方式對獼猴桃切片品質的影響

2.2.1 介質阻擋放電相同時間條件下氣相、液相處理對果實品質的影響 由圖3、圖4、圖5可知，將采用介質阻擋放電處理的獼猴桃切片培養72 h，液相處理組別的可滴定酸含量明顯低于氣相處理，可滴定酸含量同時刻幅值差可達29.9%；經過冷等離子處理，液相、氣相處理組別的可滴定酸含量、硬度、可溶性固形物含量均明顯高于對照，其中，經介質阻擋放電液相處理的組別綜合表現相對較好，食用價值相對更高，保鮮效果較好，這可能是由于該條件下等離子放電產生的活性物質能夠充分溶于水溶劑并與獼猴桃切片接觸充分，而氣相處理時受到接觸面積的限制，能夠接觸到的活性物質相對較少。

2.2.2 滑動電弧放電與介質阻擋放電相同時間條件下液相處理對果實品質的影響 由圖4、圖5、圖6可知，使用介質阻擋放電與滑動電弧放電進行液相處理的組別，其可溶性固形物、可滴定酸含量相對較高，明顯高于對照且相互間無明顯差異。其中滑動電弧放電處理組別的可滴定酸含量變化較為平緩，同時刻各組別間幅值差可達53.8%，介質阻擋放電處理組別的果實硬度整體高于滑動電弧放電處理組別，且多在培養48 h時出現峰值，說明此時獼猴桃果實仍有較高的食用價值。

2.2.3 介質阻擋放電條件下液相處理不同時間對果實品質的影響 由圖7可知，獼猴桃切片在介質阻擋放電條件下液相處理15 min時，其可滴定酸含量隨培養時間的延長呈增加趨勢，且在培養72 h時含量最高，說明這一處理時間相對較好。

3 結論與討論

有研究表明，經O2產生的低溫等離子體作用15 s，金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的殺滅率可達99.99%，作用60 s殺滅率可達100%。一方面是由于系統產生的臭氧能氧化分解細菌內部降解葡萄糖所需的酶，致使三羧酸循環(TCA循環)無法進行，從而導致細胞生命活動所需的腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)無法供應，使細菌滅活死亡；另一方面是等離子體直接作用于細菌，破壞其細胞器、DNA和RNA，使細菌的新陳代謝過程受到破壞，導致細菌死亡。

在果實的貯藏過程中，由于呼吸作用導致大量乙烯合成，活性氧快速增加，脂肪氧化酶(LOX酶)活性提高，致使膜脂過氧化過程加快，丙二醛(MDA)大量積累，加速果實衰老、腐敗。獼猴桃果實的腐敗過程受乙烯含量影響很大，在此期間，果實的酸度、硬度往往呈下降趨勢，可溶性固形物含量呈上升趨勢且變化明顯。經過冷等離子處理能夠使獼猴桃的呼吸速率得到延緩，乙烯得到有效分解[15]，間接導致了果實可滴定酸含量、可溶性固形物含量、硬度等指標的變化，進而在確保食用價值的前提下延長了獼猴桃果實的保鮮時間。本試驗結果表明，空氣在介質阻擋或滑動電弧放電條件下形成的冷等離子體通過氣相或液相處理鮮切獼猴桃，可對鮮切獼猴桃的保鮮效果產生積極作用并延長其保質期；較為適宜的條件是放電電源參數25 kV、8 kHz處理15 min，處理時間過短會使得冷等離子體與果實表面反應尚不充分，浸泡時間過長則容易使果實因吸脹作用而受到破壞。

致謝：感謝中國農業大學高電壓實驗室提供試驗設備，感謝中國農業大學食品學院副教授曹建康、研究生張藝楠對本試驗提供技術支持。