近冰溫冷藏過程中果蔬采后生理品質變化的研究現狀

范新光，梁暢暢，郭風軍，姜微波，楊艷青,4，劉慧,4，張愛迪,4，貢漢生,4*

1(魯東大學 食品工程學院，山東 煙臺，264025) 2(山東省農產品貯運保鮮技術重點實驗室，山東 濟南，250103) 3(中國農業大學 食品科學與營養工程學院，北京，100083) 4(魯東大學 生物納米技術研究院，山東 煙臺，264025)

近冰溫(near freezing temperature，NFT)冷藏技術，是在將果實置于0 ℃以下，生物結冰點溫度附近貯藏的一種技術，又稱為近冰點冷藏技術(controlled freezing point storage)。通常情況下，將0 ℃ 以上的貯藏稱為冷藏，主要適應于有生命特性的果蔬產品；而將0 ℃ 以下的貯藏稱為凍藏，主要適用于無生命特性的魚、肉等產品[1]。果實的生物結冰點并不是0 ℃ ，通常在0 ℃以下的某一個溫度，研究發現一些果蔬產品在生物結冰點附近貯藏的效果明顯優于0 ℃ 以上貯藏，進而提出了果蔬近冰溫貯藏的概念。近冰溫冷藏技術被稱為是繼冷藏、氣調之后的第三代保鮮新技術，被稱為果蔬貯藏保鮮領域上的又一次革命。

1 近冰溫冷藏技術的發展

近冰溫冷藏技術，最早在20世紀70年代由日本學者山根昭美博士在一次氣調貯藏中意外發現的。該實驗原計劃在0 ℃ 下貯藏梨果實，但由于操作失誤致使貯藏溫度降至-4 ℃，但-4 ℃ 并未將梨果實凍傷，室溫下恢復后的梨果實仍保持具有原來的風味和色澤。此后，山根昭美博士在研究0 ℃ 以下海水貯藏肉食時發現，生物組織的真實結冰點一般低于0 ℃， 只要在生物結冰點以上的溫度貯藏，生物的組織細胞就能保持活體狀態。山根昭美博士將這種原理應用到食品保鮮領域，他將0 ℃ 以下、生物結冰點以上的溫度范圍稱為食品的“冰溫帶”，又叫冰溫，而將在冰溫區域貯藏的技術定義為近冰溫冷藏技術。近些年來，近冰溫冷藏技術在日本、美國、韓國、英國等其他一些發達國家得到廣泛的示范應用。早在20世紀80年代，我國就開始引進近冰溫冷藏技術的理念，但系統地進行果蔬產品的近冰溫冷藏研究卻始于2004年。

2 果蔬近冰溫冷藏技術的原理

由于果蔬組織細胞內不僅含有水，還含有可溶性糖、有機酸、礦物質等溶質分子，這使得果蔬組織細胞的實際結冰點低于0 ℃，而細胞內的高分子物質的網狀空間結構和植物細胞緊密排布的蜂窩狀結構使細胞內水分子的自由擴散受到一定程度的阻礙，可以使果實細胞在一定程度上回避凍結現象，使得果蔬產品可以在0 ℃以下進行貯藏。將果蔬產品的貯藏溫度控制在冰溫范圍內時，果蔬組織細胞處于活體不凍結狀態，此時果蔬的呼吸代謝受到極大的抑制，果蔬衰老速率大大降低，微生物生長受到較大程度的抑制。果蔬產品是一個生命活體，低溫貯藏過程中，生物組織為抵抗外界低溫脅迫，會通過自身生理代謝生成可溶性糖、可溶性蛋白質等以保持組織細胞的生命活體狀態，生物學上稱這個過程為“生物體防御反應”。當貯藏溫度接近果實的生物結冰點時，貯藏產品會進入一種“休眠”狀況，果蔬可以在這種“休眠”狀態下長期存放，“休眠”狀態下果蔬的新陳代謝效率極低，果蔬維持生命體征所消耗的能量也最小，這就達到了延緩果實衰老、延長貯藏期的目的[2]。

果蔬產品在冰溫范圍內的適應性和耐受性被稱為是“冰溫效應”，果蔬產品生物結冰點的高低與果實冷耐受能力的強弱有關。冰溫效應主要體現在以下兩個方面：(1)在正常生理過程中，果蔬產品細胞膜上的不飽和脂肪酸會被自由基所氧化，而自由基又會被超氧化物歧化酶、過氧化物酶、谷胱甘肽過氧化物酶等抗氧化酶類和Vc、多酚、花青素等非酶物質所清除，兩者之間維持相對平衡，可以使果蔬細胞膜不被破壞，近冰溫貯藏過程中的果蔬產品中的自由基清除系統仍然具有較高活性，可以有效抑制丙二醛含量的積累，防止膜脂過氧化過程，使細胞膜得到保護。(2)果蔬產品在近冰溫貯藏過程的另一個抗冷表現是具有高含量的持水性較好的可溶性蛋白，在果實組織遭受0 ℃以下的低溫脅迫時，細胞內會代謝生成游離氨基酸和可溶性糖等溶質，這些溶質分子的增加能夠提高果實細胞的冷耐受能力[2]。

3 果蔬近冰溫冷藏技術研究現狀

近冰溫冷藏技術已經同1-MCP處理、臭氧處理、紫外照射、低溫馴化、氣調包裝等其他技術相結合，在葡萄、櫻桃、藍莓、蘋果、桃、杏、柿、西蘭花、蘆筍等多種果蔬產品上進行了應用性研究，如表1所示。

表1 果蔬近冰溫冷藏技術研究現狀Table 1 Research progress of near freezing point storage in fruit and vegetable

續表1

果蔬品種或產地貯藏溫度復合處理方式貯藏時間貯藏效果參考文獻北京平谷-0.9 ℃氧氣5%氣調環境80 d保持了氨基酸總量,抑制呼吸作用和氨基酸等物質的代謝,氧氣5%時的保鮮效果最明顯[22]大久保-0.5 ℃薄膜包裝91 d抑制呼吸作用,推遲呼吸高峰的到來,抑制糖分、Vc以及水分的耗損,減少腐爛率和褐變率,保持感觀品質[23]柿磨盤-0.5～-0.2 ℃低溫馴化75 d降低乙烯生成,抑制多聚半乳糖醛酸酶(PG)和淀粉酶活性的上升,抑制可溶性果膠的升高,保持果實硬度[24]方山-1.0～-2.0 ℃0.02 mm聚乙烯袋90 d抑制了柿果PG的活性,延緩纖維素、原果膠的降解和水溶性果膠含量的增加,保持果實硬度,延長貯藏期至90 d[25]梨黃金梨-1.0～0 ℃無貨架7 d保持梨在貨架期間的果柄新鮮度、硬度、SSC、TA和總酚含量,降低果實腐爛率,減少乙醇和MDA的生成,抑制呼吸、乙烯和PPO的活性[26]獼猴桃紅陽-1.9～-0.5 ℃ 無120 d保持了獼猴桃具有較高的硬度和TSS含量,抑制腐爛率、呼吸強度和MDA含量的上升[27]冬棗山東沾化(-3.0± 0.5)℃自發氣調保鮮袋20 d延緩硬度、黏性和彈性的下降,降低可溶性果膠含量,延緩Vc含量下降,保持營養品質[28]樹莓秋紅-0.2～-1.0 ℃0.04 mm厚PE保鮮袋20 d延至貯藏期至20 d,延緩TA和TSS的下降提高POD和CAT的活性,降低PPO活性,延緩MDA含量的升高[29]甜瓜金蜜-0.5 ℃無35 d提高了甜瓜中氨基酸含量,保持了V黏、SSC、還原糖等物質含量,保持了甜瓜的口感和鮮度[30]荔枝三月紅、妃子笑、白蠟、黑葉、雙肩玉荷、桂味、糯米糍、淮枝(-1± 0.2)℃浸酸護色60 d降低了荔枝果實的呼吸速率、乙烯釋放率、PPO、POD和花色素苷酶活性,抑制了荔枝營養成分的損失和果皮褐變,荔枝果實的保鮮期可延長至60 d[31]生菜散葉型(-1.5± 0.2)℃微孔聚乙烯袋包裝15 d抑制呼吸速率,減緩葉綠素和抗壞血酸的下降,提高CAT和APX活性,提高抗氧化能力[32]西蘭花Italica-0.5 ℃無12 d抑制西蘭花的乙烯生成速率,抑制MDA含量和PPO的活性的上升,減緩抗壞血酸和葉綠素含量的下降[33]優秀-0.7～-0.4 ℃無70 d延緩西蘭花中SSC、可溶性糖和VC含量的下降,抑制乙烯生成,提高POD、SOD和CAT的活性,降低了PPO的活性[34]優秀-0.7～-0.4 ℃低溫馴化70 d延緩Vc和葉綠素含量的下降,降低呼吸強度和乙烯生成,提高POD、CAT的活性,降低PPO活性,延緩電導率的升高[35]蘆筍格蘭蒂-0.2～-0.5 ℃低溫馴化40 d保持綠蘆筍的硬度,提高感官品質、SSC和Vc含量,抑制呼吸、乙烯、PAL活性和電導率的上升,提高CAT和POD的活性[36]冠軍-0.2～-0.5 ℃不同出庫方式貨架8 d緩慢升溫的出庫方式可以延長綠蘆筍的貨架期,保持感官品質、SSC和硬度,降低綠蘆筍呼吸強度、電導率和MDA含量[37]綠豆哈爾濱0 ℃無18 d延緩綠豆中TA的下降,保持了較高的還原糖含量,抑制了果皮色澤的轉變,使貯藏后的綠豆仍具有較高的商品價值[38]哈爾濱-0.2 ℃ 無20 d延緩綠豆在貯藏過程中果膠成分的降解,并抑制果膠代謝相關酶的活性[39]甘藍Napobrassica Rchb和Rapifera Metzg-2.0 ℃ 聚丙烯膜包裝5 d保持甘藍在貯藏過程中具有更高蔗糖含量和總糖含量[40]甜玉米Rugosa Bonaf-1 ℃ 無25 d抑制呼吸強度,減少糖重量的損失,抑制電導率的上升,并較好地保持了玉米的感官品質[41]

果蔬產品是具有生命活性的有機體，為維持自身的生命體征，果蔬在采后過程中會進行一系列的生理代謝活動。近冰溫冷藏技術的根本就是在維持果蔬正常生命活動的基礎上，最大程度地抑制果蔬的呼吸消耗和各種代謝進程。近冰溫冷藏對果蔬采后生理品質的影響主要包括“乙烯生成和呼吸強度”“營養成分的損失”“質地和軟化進程”“抗氧化體系和膜脂過氧化進程”“感官品質”和“微生物生長”6個方面。

3.1 近冰溫冷藏對果蔬中乙烯生成和呼吸強度的影響

乙烯是一種植物內源激素，其在植物體內的合成及釋放對果實的后熟進程影響巨大，并影響果實的呼吸代謝進程[42]。近冰溫冷藏技術可以顯著抑制果實在貯藏過程中的乙烯生成速率和呼吸強度，并延緩乙烯高峰和呼吸高峰出現的時間。1 μL/L 1-MCP處理結合近冰溫-0.3 ℃貯藏可以抑制葡萄果穗的乙烯生成速率和呼吸強度[6]。近冰溫(-2.0～-1.5 ℃)貯藏可以有效延緩小白杏的呼吸強度和乙烯生成速率，推遲乙烯高峰和呼吸高峰出現的時間[17]。胡位榮等[31]在研究荔枝的近冰溫貯藏時發現，相較于3 ℃冷藏，近冰溫(-1±0.2)℃下貯藏可以有效抑制荔枝果實的呼吸強度和乙烯釋放速率，近冰溫貯藏30 d的荔枝的呼吸強度和乙烯釋放速率分別是3 ℃貯藏的荔枝的61%和66%。趙猛[18]研究了紅富士蘋果在近冰溫(-1～-1.4 ℃)下貯藏時發現，0 ℃貯藏的紅富士蘋果的乙烯高峰和呼吸高峰分別出現在180 d和210 d，近冰溫貯藏的蘋果沒有出現明顯的乙烯高峰和呼吸高峰，其乙烯釋放速率和呼吸強度被大大抑制。薛文通等[23]在研究桃果實的近冰溫冷藏過程中發現，4 ℃貯藏的桃果實在貯藏10和24 d出現兩次呼吸高峰，而近冰溫貯藏的桃果實的兩次呼吸高峰分別被推遲到50和90 d，并且果實的呼吸作用受到抑制，這使桃果實進入一個呼吸消耗極低的“休眠狀態”，進而延緩了桃果實的成熟進程并延長了貯藏期。

3.2 近冰溫冷藏對果蔬中營養成分的影響

近冰溫冷藏技術可以延緩果實在貯藏過程中抗壞血酸、TA、黃酮、酚類物質、花色苷等營養成分的損失[8, 26]。HELLAND等[40]研究發現近冰溫(-2.0 ℃)下貯藏可以保持“Napobrassica Rchb”和“Rapifera Metzg”兩個品種的甘藍果實的蔗糖含量和總糖含量。GUO等[38]發現，近冰溫冷藏延緩了綠豆中TA含量的下降，保持了貯藏后期綠豆中的還原糖含量。近冰溫(-0.7～-0.4 ℃)下貯藏可以延緩采后過程中“優秀”西蘭花中SSC、可溶性糖和Vc等營養成分的下降[35]。近冰溫-0.7～-0.4 ℃下貯藏可以延緩藍莓果的采后腐爛率，抑制果實中Vc和花色苷含量的降低，能有效保護藍莓表皮的果霜[13]，近冰溫-1.6 ℃下貯藏結合殼聚糖處理能夠有效延緩藍莓果實中花色苷、抗壞血酸、酚類物質和黃酮等營養成分的降解，保持果實的抗氧化活性[14]。ZHAO等[19]在研究油桃果實的近冰溫冷藏時發現，近冰溫(-1.5～-1.2℃)下貯藏可以延緩貯藏后期油桃果實中SSC、TA、抗壞血酸、多酚、黃酮等營養成分的下降，貯藏56 d時，油桃中TA、抗壞血酸、總酚和黃酮含量均顯著高于0 ℃貯藏的油桃果實。

3.3 近冰溫冷藏對果蔬質地和軟化進程的影響

質地特性是評價果蔬產品貯藏品質的重要指標。在采后成熟過程中果實硬度的下降與果膠、纖維素等細胞壁多糖的降解密切相關[43]，而這些細胞壁多糖的降解受果膠甲酯酶、果膠裂解酶、多聚半乳糖醛酸酶、纖維素酶等細胞壁代謝相關酶的影響[44]。近冰溫冷藏技術可以保持果實硬度，抑制細胞壁成分的降解和果膠代謝相關酶的活性，有效延緩果實的軟化進程。研究發現，近冰溫(-0.2 ℃)下貯藏可以延緩綠豆在貯藏過程中果膠和纖維素成分的降解，并抑制纖維素酶、果膠甲酯酶、多聚半乳糖醛酸酶的活性，可以降低細胞壁結構的膨脹速率，有效保護細胞壁多糖的網狀結構[39]。近冰溫(-0.5～-0.2℃)下貯藏可以抑制“磨盤”柿的PG、CX和淀粉酶活性，抑制柿果實中可溶性果膠的升高，有效保持了果實硬度[24]。相較于4 ℃貯藏，近冰溫(-1.0～-2.0℃)下貯藏可以抑制“方山”柿果實中PG和CX的酶活性，延緩纖維素和原果膠的降解，抑制果實中水溶性果膠含量的增加，能夠較好地保持果實的硬度，貯藏90 d時，近冰溫貯藏的柿果實的硬度是4 ℃冷藏柿果實硬度的166%[25]。近冰溫(-3.0 ℃)下貯藏冬棗時發現，近冰溫冷藏可以延緩冬棗在貯藏過程中的硬度、黏性和彈性的下降，有效保持冬棗果實的質構特性，近冰溫冷藏可以抑制冬棗果實中可溶性果膠含量的增加，進而抑制貯藏過程中冬棗的軟化進程[28]。近冰溫(-0.3 ℃)貯藏結合1-MCP處理可以延緩葡萄果實的采后軟化，保持葡萄的硬度、彈性、凝聚性和咀嚼性等質地特性[7]。

3.4 近冰溫冷藏對果蔬中抗氧化體系和膜脂過氧化進程的影響

近冰溫冷藏技術可以提高果實中抗氧化系統相關酶的活性，來增強果實的自由基清除能力和抗氧化能力。過氧化氫酶(CAT)是一種抗氧化酶，能夠催化H2O2的分解，清除果實在貯藏過程中產生的活性氧，果實中CAT酶活性的升高意味著果實抗氧化力的增強[45]，過氧化物酶(POD)是果實抵抗逆境脅迫時的一種防御酶，他能夠清除植物體內自由基并提高植物體的自身抗逆性[46]。研究發現，近冰溫(-0.5 ℃)貯藏可以有效提高櫻桃果實中抗氧化相關酶CAT和POD的活性[8]。近冰溫(-0.7～-0.4℃)下貯藏可以提高貯藏過程中西蘭花的POD、SOD和CAT的活性，降低了PPO的活性[34]。宋秀香等[36]在近冰溫(-0.2～-0.5℃)下貯藏“格蘭蒂”綠蘆筍時發現，近冰溫冷藏結合低溫馴化的方式可以抑制綠蘆筍中PAL活性的上升，提高了CAT和POD的酶活性，有效增強了綠蘆筍抗氧化能力。

另一方面，近冰溫冷藏技術可以有效保持果實中還原糖、抗壞血酸、多酚、花青素等抗氧化成分，進而提高果實的抗氧化能力。崔寬波等[17]在近冰溫(-2.0～-1.5℃) 下貯藏“小白杏”時發現，相較于0 ℃和5 ℃貯藏，近冰溫貯藏可以延緩“小白杏”在貯藏過程中酚類物質的轉化，有效保持了貯藏后期杏果實仍保持具有較高的抗氧化能力，近冰溫貯藏56 d的杏果實的ABTS自由基清除能力、DPPH自由基清除能力、銅還原能力和鐵還原能力均顯著高于0和5 ℃貯藏的杏果實。ZHAO等[19]在研究油桃果實的近冰溫冷藏時發現，相較于0 ℃貯藏，近冰溫(-1.5～-1.2℃)下貯藏可以延緩貯藏后期果實中抗亞油酸氧化能力、銅離子螯合能力、ABTS自由基清除能力、鐵還原能力等抗氧化能力的下降趨勢。

果實在成熟衰老過程中，在受到微生物侵染、低溫等逆境脅迫時，細胞中會產生超氧陰離子、羥基自由基、過氧化氫等活性氧。這些活性氧成分的積累會對果實機體造成損傷，活性氧可以誘導細胞膜脂上的不飽和脂肪酸發生過氧化反應，導致細胞膜透性增加，細胞膜結構破壞，活性氧的積累還會影響蛋白的合成以及相關酶的活性[47]。近冰溫冷藏可以抑制細胞膜氧化相關酶的活性，進而減緩果實的膜脂過氧化進程。宋秀香等[36]發現，近冰溫(-0.2～-0.5℃)貯藏結合低溫馴化的方式可以延緩“格蘭蒂”綠蘆筍中電導率的上升，抑制了膜脂過氧化過程，而近冰溫貯藏結合出庫緩慢升溫的方式可以有效延長“冠軍”綠蘆筍的貨架期，降低綠蘆筍在貨架過程中電導率的上升和MDA含量的積累，在一定程度上起到了保護綠蘆筍細胞膜的作用[37]。近冰溫(-0.2～-1.0℃)下貯藏可以降低樹莓果實中PPO的活性，延緩貯藏過程中樹莓的MDA含量的升高，抑制了果實的膜脂過氧化過程[29]。劉璐等[9]研究發現，近冰溫-0.5 ℃貯藏可以有效延緩“砂蜜豆”櫻桃中MDA含量的上升，抑制能夠催化細胞膜脂肪酸氧化反應的LOX的活性，一定程度上保護了果實的細胞膜結構，降低了貯藏腐爛率。

3.5 近冰溫冷藏對果蔬感官品質的影響

果實的綜合感官品質與外觀色澤、香氣、甜味、酸味、質地等多個方面相關[48]，近冰溫冷藏通過抑制果實的成熟衰老進程來延緩果實感官品質的下降。GUO等[38]發現，近冰溫冷藏可以抑制綠豆在貯藏過程中果皮色澤的轉變，使貯藏后的綠豆仍具有較高的感官品質和商品價值。近冰溫(-0.5 ℃)下貯藏，能夠保持甜瓜中氨基酸、還原糖等風味物質含量，顯著提高了甜瓜的口感和鮮度[30]。近冰溫(-0.5 ℃)下貯藏也可以減緩草莓中糖分和水分的損耗，抑制糖酸比的下降，較好地保持草莓果實的外觀、甜味、酸味、香氣、口感、質地等感官品質[49]。趙猛等[50]研究了2種近冰溫(-1、-1.4 ℃)貯藏對紅富士蘋果感官品質的影響時發現，這2種近冰溫貯藏均能夠延緩果實的衰老進程，保持了紅富士的感官品質，近冰溫貯藏8個月的蘋果仍具有良好的質地、風味與食用品質。

3.6 近冰溫冷藏對微生物生長的影響

腐敗微生物的生長是貯藏后期果實腐敗的主要原因，近冰溫能夠很好地抑制細菌和真菌的生長繁殖。相較于5 ℃冷藏，近冰溫(-1～-3℃)可以大幅度地抑制大腸桿菌和葡萄球菌的生長繁殖，能夠有效防治因微生物繁殖而引起的食品腐敗變質[51]。近冰溫結合納他霉素處理可以有效抑制綠蘆筍表面霉菌的生長[52]。FAN等發現，相較于0 ℃貯藏，近冰溫(低熟果，(-2.1～-1.7℃)；中熟果，(-2.8～-2.4℃)冷藏可以抑制“樹上干杏”腐敗菌的生長速率，有效減緩果實的腐爛率[15]。近冰溫冷藏技術與臭氧[3]、紫外[12]、賴氨酸[53]、SO2[4]等其他殺菌技術結合，均能較好地抑制微生物的生長，延長果實的貯藏期。

4 展望

近冰溫冷藏技術在果蔬貯藏領域的應用過程中也存在一些難題。(1) 果蔬近冰溫冷藏的技術要求較高，針對不同品種的果蔬需要設定不同的、精確的貯藏溫度，因為果蔬的生物結冰點在0 ℃以下，在近冰溫貯藏過程中，較大的溫度波動會對果蔬產品造成嚴重凍害。已經有報道指出，(-2～-3℃)的貯藏雖然可以降低葡萄果實的腐爛率，但卻對葡萄果梗組織造成了明顯的凍害[5]。南方軟質水蜜桃在冰溫貯藏過程中也出現一定的冷害癥狀[20]。(2) 果蔬近冰溫冷藏技術的實施需要精確的溫度控制，而商業冷庫的控溫精度在±1 ℃以上，無法達到果蔬近冰溫冷藏的技術要求，就需要研發一種能夠精確控溫的冷藏設備，這無疑會大大增加果蔬近冰溫冷藏的成本[1]，所以研究一種低成本的能夠和普通冷庫配套使用的近冰溫冷藏設備是推廣近冰溫冷藏技術的關鍵。(3) 近冰溫冷藏技術在延緩果實采后衰老的同時，也大大抑制了與果實后熟相關的各種生理代謝進程，使得近冰溫冷藏后的果實的感官品質較差。研究表明，近冰溫(-0.9 ℃) 下貯藏使得桃果實中與風味物質相關的氨基酸等物質的代謝進程受阻，造成長期貯藏后的桃果實的口味較差[22]。這也需要我們利用其他技術手段來恢復冷藏后果實的正常成熟進程。

上述困難限制了果蔬近冰溫冷藏技術進一步推廣和應用，這也使得果蔬近冰溫冷藏技術僅停留在實驗室層面。如何打破技術瓶頸是目前果蔬近冰溫冷藏領域亟待解決的問題。針對特定的果蔬產品，需要進行系統的近冰溫冷藏鏈技術的研發，這既要進行果蔬冰點測定設備、果蔬近冰溫冷藏設備、果蔬近冰溫物流設備、果蔬近冰溫冷藏陳列柜等關鍵設備的研發，也要進行近冰溫冷藏溫度精確控制技術、近冰溫冷藏超溫預警技術、果蔬近冰溫冷藏冷害防治技術、貯后果蔬成熟恢復技術等關鍵技術的開發。所以，為了更好地推廣果蔬近冰溫冷藏技術，除了進行基礎方面的研究外，還需加大設備和應用技術方面的研發投入，這樣才能使得近冰溫冷藏技術在果蔬保鮮領域得到更好、更快的發展。