甜櫻桃采后商品化處理技術研究進展

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(1.山東省農業科學院農產品研究所,山東省農產品精深加工技術重點實驗室, 農業農村部新食品資源加工重點實驗室,山東濟南 250100; 2.山東師范大學生命科學學院,山東濟南 250014)

甜櫻桃是薔薇科落葉灌木果樹,其果實外觀紅亮剔透,且富含多種維生素和礦物質,具有抗癌、抗腫瘤、預防心腦血管疾病等作用。甜櫻桃在世界上種植廣泛,品種繁多[1]。近年來,我國甜櫻桃生產種植業高速發展,到2016年中國甜櫻桃種植面積高達18萬hm2,產量超70萬t[2],已成為櫻桃生產大國。盡管我國甜櫻桃種植面積廣、產量高,但產品質量及經濟效益與發達國家相比相對落后。究其原因,主要是我國對采后甜櫻桃的商品化處理技術還不完善,再加上櫻桃皮薄汁豐、收獲期處于高溫環境的特點,使得櫻桃易遭受病原菌的侵染,進而導致采后易腐爛、品質裂變快、貯藏期短。

引起甜櫻桃腐爛發生的主要病原菌有鏈格孢菌屬(Alternaria)、葡萄孢屬(Botrytis)、青霉屬(Penicillium)、鐮刀菌屬(Fusarium)、曲霉屬(Aspergillus)等[3-4],且甜櫻桃采后更易受病原菌的侵染,除了在生長期采取一定的預防措施和防治方法外,建立統一、標準、專業的采后商品化處理技術尤為關鍵。許多國內外研究者圍繞甜櫻桃采后處理技術(包括采收、預冷、分級、貯藏保鮮、包裝等)進行了深入研究。本文綜述了采后甜櫻桃的商品化處理主要環節,重點分析了甜櫻桃的保鮮技術,為研發新型綠色、安全、經濟、有效的保鮮技術奠定基礎。

1 采收

采收是甜櫻桃商品化處理環節的第一步,確定合理的采收期是采收環節最關鍵的問題。田間甜櫻桃大面積成熟時間一般在5～6月份,此段時間晝夜溫差大,光照充足,加上櫻桃的成熟期較短,且不同品種櫻桃和同一果樹的不同部位櫻桃成熟期也不一致,甜櫻桃采收過早和過晚都會影響果實的風味品質。李芳東等[5]研究發現,采收時間對“美早”櫻桃果實品質的影響較大。采收過早,果實較硬,但單果重和可溶性固形物(TSS)含量較低,且風味不足;采收過晚,盡管TSS可以增加將近20%,但果實變軟,不適宜遠距離銷售;適時采收,單果重和TSS基本達到較好的水平,且硬度適中,適合遠距離銷售。Chauvin等[6]研究發現,中、晚熟甜櫻桃具有較好的色澤和硬度,深受消費者喜愛,綜合比較中熟甜櫻桃的評價最高。裘紀瑩等[7]研究了目前國內快遞簡易包裝運輸時成熟度對“紅燈”櫻桃果實品質的影響,發現九成熟的櫻桃的TSS、還原糖和可滴定酸含量隨時間延長變化平緩適中,腐敗率低,外觀色澤較好,適用于快遞包裝運輸。隨著技術的不斷進步,科學家也開始利用無損檢測技術分析果實品質后進而確定采收期。Overbeck等[8]利用傳感器測定了 “Samba”和“Bellise”兩個甜櫻桃品種的NAI(歸一化花青素指數,與花青素呈相關性)和NDVI(歸一化植被指數,與葉綠素a呈相關性)值,進而確定甜櫻桃果實成熟度和最佳采收期。因此,櫻桃的采收時期往往取決于櫻桃的的成熟度和各種品質指標,在此基礎上,種植者需結合市場需求,分批、分期的適時采收[9]。

采收環節除了合理確定采收期外,采收方式也逐漸引起關注。由于多數甜櫻桃果實皮薄汁多,容易破碎,因此目前櫻桃的采收方式一般為人工采收,采收過程中勞動強度較大,采收工人需具備識別櫻桃成熟度的經驗,且需防止機械損傷。甜櫻桃采收期往往勞動力短缺,因此,科學家也開始研發櫻桃采摘機器人。張麗等[10]設計了一款新的基于模糊控制和高速并聯自動化控制的機器人,能夠準確區分櫻桃成熟度,降低誤采率和采摘破損率,提高工作效率。隨著5G時代的來臨和人工智能的發展,櫻桃采摘機器人將有望進一步完善、升級并應用。

2 預冷

甜櫻桃的采收時期氣溫較高,剛剛收獲的果實帶有大量的田間熱和蒸發熱。采收后立即進行預冷不僅可以除去大量的熱,還可以抑制病原微生物的生長,在一定程度上可以起到保鮮的作用。因此,預冷是甜櫻桃商品化處理的一個關鍵環節。發達國家早已把預冷作為甜櫻桃商品化處理的重要環節,而我國很多地方缺乏完整的冷鏈物流體系,多數將此步驟省略,直接在常溫條件下運輸銷售,造成不小的經濟損失。研究發現,甜櫻桃采后4～6 h內迅速預冷,使果實溫度降到0 ℃,在相對濕度為90%～95%的環境條件下能夠較好保持果梗的新鮮指數[11-13]。

目前,甜櫻桃的預冷方式主要包括真空預冷[11]、普通空氣預冷[12]、壓差預冷[12]、冷水預冷[13-14]、強制通風預冷[15]等,可以根據不同櫻桃品種的生理特性和所處氣候條件選擇使用。崔建潮等[15]以“美早”櫻桃為試材,采用0 ℃冰水混合物和強制通風預冷的方式對采收的甜櫻桃果實進行預冷,結果表明兩種預冷方式均能夠降低果實失重率,一定程度上延緩果實外觀色澤的下降,延長貨架期2～3 d。但冰水預冷處理時間相對較短,比通風預冷的時間縮短了62%,且更能顯著延緩TSS和可滴定酸含量的下降,保持果實硬度,這與Alique等[13]、Manganaris等[14]研究結果一致。張瀟方等[16]比較了壓差預冷、冷庫預冷、0 ℃冰水+冷庫預冷三種預冷方式處理“先鋒”的效果,結果發現0 ℃冰水+冷庫預冷和壓差預冷兩種方式處理的櫻桃果實呼吸強度和乙烯釋放量明顯降低,果實營養品質較好,具有預冷速度快、耗能低等優點。楊艷芬[17]研究了在氣調包裝條件下,0 ℃貯藏與常溫貯藏、低溫運輸與常溫運輸的不同條件下壓差預冷機預冷“紅燈”櫻桃的效果,發現壓差預冷能夠顯著降低櫻桃的腐爛率和失重率,還可較好的保持TSS和VC的含量;將采后甜櫻桃及時預冷并低溫運輸結合0～5 ℃貯藏能夠使櫻桃的保鮮期延長至50 d。目前在實際生產中,水預冷因其實廉價、高效,仍然是目前應用最為廣泛的預冷方式,但針對不同櫻桃品種和價值,相應的預冷技術仍需進一步完善和推廣。

3 分級

采后甜櫻桃果實分級的目的是剔除小果、傷殘果和病害果,整理出健康、均一、光滑、整齊的果實,提高其整體商品價值。甜櫻桃分級的主要依據包括果形、色澤、大小、成熟度、硬度、風味等指標[18]。關于甜櫻桃分級,不同國家有不同的分級標準,但大多以果實直徑大小進行分級,美國和加拿大以ROW為公制單位,新西蘭和澳洲以MM為公制單位。我國還沒有統一分級標準,一般按照果實大小分為超特等(≥10 g)、特等(8.0～9.9 g)、一等(6.0～7.9 g)、二等(4.0～5.9 g)四個等級[19]。法國水果和豆類專業技術中心(CTIFL)發明的色卡可以將不同品種櫻桃按照口徑大小和顏色分為不同等級,其口徑大小分為22～34 mm 13個不同等級;顏色分為從淺紅到深紅到深紫色等7個不同的等級[20]。此法對甜櫻桃分級更具有專業性和嚴謹性,分級后甜櫻桃外觀顏色整體均一,光澤無瑕,更易受消費者喜愛,缺點是需要專業的人士對櫻桃挑選,成本較高。張麗芬[21]采用基于視覺技術的櫻桃分選機,根據農業部標準對美早、紅燈、先鋒三個品種的櫻桃進行分選,與人工分選相比,結果準確率達99%,且分選快,設備小,對櫻桃無任何損失。Li等[22]用近紅外高光譜成像技術來檢測不同成熟期櫻桃果實的TSS與pH的關系,在對櫻桃成熟度進行分級的同時,實現了果實品質指標(如TSS)的測定,但該技術仍需改進,如提高準確率并降低成本。目前市場上應用較多的是機械分級,可以根據客戶需要設置分選直徑范圍(一般10～40 mm可調),不僅分選效率高、分級準確,還可節省大量的人力和財力,但分級過程中不可避免的會造成小部分機械損傷。

4 貯藏保鮮

新鮮的甜櫻桃極易腐爛,經過預處理和篩選分級后,貯藏保鮮技術將決定櫻桃的保質期和貨架期。甜櫻桃的保鮮技術主要可以分為物理保鮮技術、化學保鮮技術和生物保鮮技術三大類。物理技術主要包括低溫冷藏、熱處理[23]、超聲波[24]、減壓[25]、輻照[26]、氣調[27]、等離子體、脈沖電場等;化學保鮮主要利用氯氣、二氧化氯、過氧乙酸、有機酸、H2O2、二氧化硫、次氯酸鈉等化學保鮮劑涂膜、浸漬等方式實現櫻桃的保鮮;生物保鮮主要是使用殼聚糖、聚賴氨酸等生物保鮮劑延長櫻桃貯藏期。

4.1 物理保鮮技術

物理保鮮技術具有安全無毒、綠色環保的優點。甜櫻桃的貯藏最開始是以冷藏保鮮為主,低溫冷藏可以抑制果實的呼吸作用,減緩其生理代謝過程,從而在一定程度上延緩果實的衰老[28],同時也抑制了病原微生物的快速繁殖。一般來說,適于貯藏櫻桃的溫度為0 ℃,相對濕度為95%以上。Asghari[23]研究了熱處理和殼聚糖對“Napoleon”(那翁)櫻桃采后貯藏過程中腐爛率的影響,發現50 ℃熱處理和殼聚糖單獨處理櫻桃均可明顯降低腐爛率,同時貯藏過程中果實的TSS和可滴定酸含量穩定。姚瑞琪等[25]研究了減壓結合低溫處理八成熟“拉賓斯”櫻桃品種,發現減壓處理有效降低了果實褐變指數,同時保持了較高的TSS、硬度和VC含量。因此,減壓貯藏可用于櫻桃的貯藏保鮮,但此法成本較高。戚蓉迪等[26]采用不同處理劑量的電子束輻照處理櫻桃后,室溫貯藏條件下花青素含量明顯比對照組高,低溫貯藏條件下櫻桃果實失重率和霉變率均低于對照,這說明輻照處理對常溫貯藏和低溫貯藏都適用。王維海等[27]通過控制氣調包裝中不同氣體的比例對雷尼櫻桃進行保鮮,發現當O2濃度為7%,CO2濃度為20%時果實腐爛率最低,同時硬度、可滴定酸和TSS變化相對較小。

4.2 化學保鮮技術

化學保鮮技術在各類果蔬上的應用都比較成熟,主要包括利用化學氯氣、二氧化氯[32]、有機酸、Ca2+[33]、1-甲基環丙烯(1-MCP)[34]、二氧化硫、次氯酸鈉等保鮮劑,可以抑制病原菌生長、延緩自身代謝進程。其中1-MCP是各類果蔬應用最為廣泛的一種化學保鮮劑。它是一種乙烯的競爭性抑制劑,與乙烯受體結合而阻斷乙烯的合成,從而能夠降低果實呼吸速率,延緩衰老。胡樹凱等[34]發現4 ℃恒溫條件下,1-MCP可以有效保持“紅燈”櫻桃果實硬度、TSS、VC含量以及較佳的風味。楊娟俠等[32]將1-MCP+ClO2協同處理甜櫻桃,其果實品質比單一處理更好,其中40 mg/L ClO2+0.5 μL/L 1-MCP的效果最佳,能夠明顯降低櫻桃腐爛率和失重率,保持較高的TSS和和滴定酸含量,金童等[35]、吳凡[36]也得到了相似的研究結果。除1-MCP之外,SO2也對櫻桃貯藏有明顯效果。劉大苗等[37]發現在0 ℃條件下,采用SO2脈沖防霉技術熏蒸櫻桃,能夠明顯降低櫻桃腐爛率,保持TSS和VC含量,且該處理技術SO2殘留量低。目前允許使用的其他化學保鮮劑因其效果明顯、成本較低也正在被研究者考慮應用到櫻桃上,但大多會造成化學物質的殘留而污染環境,因此建議在允許使用劑量范圍內減少使用。

4.3 生物保鮮技術

相比于大多數化學保鮮劑,生物保鮮技術由于其相對綠色、環保的優點被廣泛應用于果蔬的保鮮。生物保鮮劑[38]主要包括植物類保鮮劑,如中草藥、植物精油、堿類和酚類等;動物類保鮮劑如殼聚糖、蜂膠等;微生物類保鮮劑和生物酶類。杜小琴等[39]將植物精油用于采后甜櫻桃果實,能夠降低櫻桃腐爛率,延長貯藏期。陳镠等[40]發現殼聚糖復配納米氧化鋅涂膜甜櫻桃可使櫻桃保持較高TSS、VC、可滴定酸含量,降低丙二醛(MDA)含量升高,抑制過氧化氫酶(CAT)、過氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)活性下降。舒康云等[41]將殼聚糖與甘草提取物復配成保鮮液浸泡櫻桃,使櫻桃色澤、外觀以及口感等綜合感官效果比對照好,且櫻桃果實失重率下降、腐爛率較低,VC和可溶性糖含量高。張少飛等[42]以鈣離子為交聯劑將殼聚糖與魔芋精粉按2∶1混合制備成復合膜,將其應用于櫻桃可食用保鮮膜中,發現該保鮮膜可有效降低儲藏櫻桃的失重率,將來有望應用于櫻桃的保鮮。此外,苦豆子半乳甘露聚糖復配CaCl2、檸檬酸、甘油涂膜[43],大豆分離蛋白與茶多酚復配涂膜[44],漂白膠與CaCl2復配涂膜[45],中藥提取物大黃和高良姜復配涂膜等[46]等復合配方涂膜處理櫻桃同樣具有良好的保鮮效果。

微生物保鮮技術主要是利用微生物菌體自身與病原菌的拮抗或寄生關系直接起到保鮮作用,或者利用其產生的次級代謝產物保鮮。聚賴氨酸是白色鏈霉菌(Streptomycesalbulus)產生的一種代謝產物,對霉菌、病毒、革蘭氏陽性菌和陰性菌都有明顯的抑制作用,是一種廣譜抑菌劑。Liu等[47]研究發現200 mg·L-1的聚賴氨酸可以通過破壞細胞膜完整性使其產生細胞滲漏導致細胞死亡,進而完全抑制青霉的菌落擴展。劉璐等[48]研究發現500 mg·L-1的聚賴氨酸濃度能夠在冰溫條件下有效降低櫻桃的腐爛率,保持果梗新鮮指數和果實光澤度,并明顯抑制TSS的消耗,減少MDA的積累,有效抑制CAT、POD的活性下降,從而保持果實的抗氧化能力,延緩果實衰老。有研究報道山梨酸鉀[49]、納他霉素[50]等應用于櫻桃的保鮮也取得了很好的效果。隨著對更多高效生物保鮮劑的深入研究,相信未來不久生物保鮮技術將在生產中得到大幅推廣應用。

5 包裝

合理有效的包裝可減少或避免運輸、裝卸中的機械損傷,防止產品受到塵土和微生物等的污染,減少水分損失,并降低果實腐爛。甜櫻桃果實的包裝分為采摘包裝、運輸包裝、銷售包裝。采摘包裝容器內有軟襯的包裝紙、聚乙烯泡沫等,運輸包裝主要是采用紙箱和聚乙烯泡沫箱;銷售包裝根據市場需求主要有紙盒、塑料盒、塑料袋等[51]。李金麗等[52]采用普通功效型保鮮紙箱(MS1)和增強除濕型保鮮紙箱(MS2)對櫻桃腐爛率、失重率、果實硬度、TSS、可滴定酸和VC含量等各項理化品質指標的進行測定。結果表明,常溫貯藏9 d后,MS2試驗組對櫻桃保鮮效果最佳,其腐爛率、失重率較低,果實硬度保持較好、TSS、可滴定酸、VC含量保持較高的水平。焦吉蘋等[53]研究了運輸過程中泡沫箱、納米箱對甜櫻桃品質的影響,結果表明,以普通包裝箱作為對照,運儲36 h納米箱外包裝處理的甜櫻桃可有效抗機械損傷,果實腐爛率和果柄干枯指數最低;運儲48 h泡沫箱和納米箱處理效果無顯著差異,但泡沫箱處理果柄干枯指數最低,運儲72 h泡沫箱處理腐爛率最低,約為納米箱與普通紙箱處理的60%,因此,建議48～72 h的長距離的櫻桃運輸最好采用泡沫箱。

6 結論與展望

近年來,甜櫻桃采后的科學研究不再僅局限于貯藏,開始覆蓋商品化處理全過程。本研究從采收、預冷、分級、貯藏保鮮、包裝等多個環節總結了近年來甜櫻桃采后的商品化處理技術。采收環節中,通過品質測定或無損檢測技術并結合市場需求適時采收可有效提高甜櫻桃貯藏效果;預冷環節中,冰水預冷因其快速、廉價一直是生產上規?；A冷的常用方式,將來的研究如果在預冷環節完成果實表面殺菌將有效延長甜櫻桃貯藏期;分級環節中制定統一標準化的分級標準,提升分級設備水平可大幅提高甜櫻桃的分級效率和商品價值;貯藏環節中,隨著各類技術的進步,廉價、高效的物理保鮮結合生物保鮮技術應成為未來生產上的主要應用技術;包裝在延長甜櫻桃貨架期方面的作用逐漸凸顯,未來材料學、生物學相結合研發出生態環境友好型的櫻桃保鮮材料將成為研究熱點。

盡管各個環節都有較好的處理方法,但缺乏系統化、規范化、標準化,技術環節之間無法有機銜接。深入研究櫻桃采后處理環節銜接過程中的科學問題,建立在完整冷鏈物流體系下的一體化櫻桃商品化處理技術,制定出一整套櫻桃采后處理標準,將成為下一步甜櫻桃采后商品化處理研究工作的重點方向。