草莓貯藏保鮮技術的研究進展

唐甜甜,解新方,任 雪,張 潔,王志東

(中國農業科學院農產品加工研究所,農業農村部農產品質量安全收貯運管控重點實驗室,北京 100193)

草莓(FragariaananassaDuch.)為薔薇科草莓屬多年生草本植物,色澤鮮艷,風味獨特,富含礦物質、膳食纖維、抗壞血酸、花青素和黃酮等多種營養物質,素有“水果皇后”之美譽。然而,由于草莓自身具有果皮脆弱、組織柔嫩、采后呼吸強度大等生理特性,在收獲和運輸過程中,極易受到機械損傷和微生物侵染而腐爛變質,從而限制了草莓銷售半徑和生產規模的發展[1]。因此,延長草莓果實貨架期,提高其商品價值,是草莓貯藏保鮮中亟需解決的問題,也是果蔬貯藏領域的研究熱點和難點。

在過去的二十年中,學者已經研究了各種采后處理方法以延長草莓貯藏壽命和降低腐爛的發生,包括使用殺菌劑、食用涂膜、氣調貯藏、短波紫外線輻射以及熱處理等。但它們往往受到周圍環境相對濕度、溫度等各種外在因素的限制,且存在污染嚴重、技術成本高、工藝復雜等問題,能用于商品化的有效保鮮技術很少,農戶每年由于機械損傷和微生物侵染所造成的損失率還是很高。因此,結合具體情況,將多種保鮮技術并用和尋找成本低、高效無害的草莓保鮮劑仍是現在乃至今后需要重點關注的問題。本文綜合國內外研究現狀,對草莓化學、物理和生物保鮮技術及多種技術聯用的新型保鮮技術進行綜述,從消費者接受程度、安全性以及商業可用性等方面評價了各種保鮮技術的優缺點,以期為草莓產業的發展提供理論依據。

1 化學保鮮技術

化學保鮮技術是用一些高效的殺菌劑、防腐劑對果蔬進行處理,從而達到延長其貯藏期,提高果蔬品質的目的。化學保鮮劑一般可以分為吸附型、浸泡型、熏蒸型等,其中,化學熏蒸劑(殺蟲劑)已在世界范圍內被普遍用于控制草莓生產(栽培)和收獲中的腐敗變質,草莓農場通常使用溴甲烷、碘甲烷作為熏蒸劑,化學防腐劑如苯甲酸鈉和山梨酸鉀在草莓采后貯藏上的應用也非常普遍。此外,有害化學物質如氯化苦和二氯丙烯也常用于草莓栽培的一個或多個階段。據報道,2012年在加利福尼亞州的草莓中檢測出了近50種不同類型的化學物質[2],雖然長期使用傳統的化學殺菌劑會對人體健康和環境產生不利影響,但是由于其低成本、操作簡單方便、抗菌性高等優點,在草莓中的應用依然非常普遍。

但是就目前而言,果蔬工業中使用的大多數殺菌劑都是基于氯和氯化化合物,長期使用會刺激皮膚和呼吸道,甚至引起過敏反應。所以也可將化學殺菌劑與其他保鮮技術聯用,來降低殺菌劑的使用劑量,達到與高濃度殺菌劑相同的保鮮效果。De等[13]研究發現,超聲和50 mg/L二氯異氰尿酸鈉聯合處理草莓,使其表面霉菌和酵母菌降低了1.0 lg CFU/g,該結果與單獨用200 mg/L二氯異氰尿酸鈉處理所得效果相似。陳鳳姐[14]將穩定性ClO2與可降解植物發泡材料復合在一起制成ClO2防腐保鮮墊并結合保鮮袋包裝草莓,在10 ℃的冷庫中冷藏10 d后,果實仍具有較好的外觀及營養品質。另外,與單獨的1-MCP相比,用1-MCP與ClO2組合處理草莓,可使其保持更高的超氧化物歧化酶(SOD)、APX和苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性,并降低多酚氧化酶(PPO)活性,ClO2可能是通過抑制微生物生長和酶活性調節從而增強了1-MCP對草莓的影響[15]。由此可見,將多種化學保鮮劑和保鮮方法聯合使用,不僅可以降低殺菌劑的使用劑量,還能達到更好的保鮮效果。

2 物理保鮮技術

2.1 氣調保鮮技術

氣調貯藏包括人工氣調貯藏和自發氣調包裝兩種,人工氣調即人為地補充和減少貯藏環境的CO2或O2濃度(空氣中的O2和CO2濃度分別為21.0%和0.03%)或填充一定濃度比例的惰性氣體,來達到降低果蔬呼吸強度的目的。雖然目前對包裝材料的選擇性越來越多,但對于水果包裝來說,應用最廣的仍是聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯對苯二甲酸酯(PET)、聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)這四種基本聚合物。據研究報道[16],將‘金明星’草莓裝入0.035 mm厚PE保鮮袋中,抽真空,充入5% O2、10% CO2和85% N2,可以明顯降低草莓的質量損失率,抑制果實硬度和可溶性固形物含量的下降,減緩維生素C含量的降低,且在0 ℃貯藏條件下可保鮮30 d左右。

氣體濃度參數的設置對草莓的保鮮效果非常重要,Li等[17]研究發現,20% CO2延緩了草莓果皮的a*和b*值變化,通過抑制葉綠素酶的活性和下調還原酶FaChlb、FaPAO和FaRCCR基因的表達,延緩了CO2處理果實中葉綠素的降解,并且在CO2脅迫下,參與苯丙烷類代謝途徑和類黃酮生物合成途徑的13個基因也被下調。Pérez等[18]指出高O2和高CO2的混合氣調雖然可以抑制真菌生長增強草莓果實硬度,但是一周貯藏后發現,高O2和高CO2氣調處理的草莓出現了較高濃度的異味。由此可知,不合適的氣體環境將導致草莓代謝失調,乙醇等異味物質積累,從而影響果實風味,甚至使果實腐爛。Oliveira等[19]研究顯示,3%～6% O2和2%～10% CO2的氣調條件可實現對微生物生長的控制并延長各種新鮮切產品的貨架壽命。

自發氣調包裝(MAP)主要是利用果蔬的呼吸作用和塑料薄膜的氣體選擇透過性,使包裝內氣體成分自動調節到可抑制果蔬呼吸的最佳狀態,因此選擇合適的薄膜對果蔬的自發氣調至關重要。李陽博等[20]發現與聚乙烯(PE)薄膜的保鮮效果相比,聚乙烯醇(PVA)復合膜可以更好地降低草莓失重率,延緩水果衰老,將草莓的保鮮期延長5 d以上。用納米二氧化鈦改性LDPE薄膜包裝的草莓在4 ℃貯藏14 d時草莓的腐爛指數和乙烯釋放量分別比用普通LDPE薄膜包裝的草莓低60.72%和40.32%,可滴定酸含量和硬度分別比其高9.02%和24.31%,抗壞血酸和總酚含量分別高出29.22%和10.73%[21]。一定厚度的PBAT/PCL共混薄膜對包裝內部氣體有很好的調控作用,可將包裝內部的CO2濃度維持在體積分數2%～3%的范圍,O2的體積分數隨著貯藏時間逐漸降低后達到6%～7%,有效地抑制了草莓的有氧呼吸作用,延長其保鮮期[22]。此外,TiO2-聚乳酸復合納米纖維膜[23]、殼聚糖-聚乙烯醇共混物薄膜[24]、納米銀-聚乳酸復合材料包裝膜[25]、聚乳酸-碳納米管-殼聚糖復合纖維膜[26]等在草莓上保鮮均顯示出了比普通保鮮膜更好的效果。

綜上,氣調貯藏在草莓貯藏方面表現出了良好的保鮮效果,但不同品種和產地的草莓在貯藏時所需的氣體條件有所差異,不合適的薄膜包裝則可能會導致包裝內O2濃度過低而進入無氧酵解途徑,生成乙醇、乙酸等物質，從而導致果實品質和風味劣變。

2.2 采后熱處理

熱處理是利用熱力殺死或鈍化果實上的害蟲或病原菌,以減少腐爛,同時改變果實采后某些代謝過程以達到貯藏保鮮目的的一種物理保鮮方法。熱處理方法有熱水、熱蒸汽、熱空氣、強力熱風和熱灰掩埋等,但商業應用的主要是熱水和熱空氣[27]。細胞壁解體是導致草莓果實軟化的主要原因,并且果實硬度的喪失在很大程度上是由于多種果膠分解酶的協同催化作用,例如果膠酯酶(Pectineaterase,PE)、多聚半乳糖醛酸酶(Polygalacturonase,PG),果膠酸鹽裂合酶(Pectate lyases,PL),β-半乳糖苷酶(β-Galactosidase,β-Gal)等。研究表明,熱處理能夠通過上調內源性果膠甲酯酶(PME)來改變果實細胞壁組成,同時可降低與半纖維素代謝相關的酶(內切葡聚糖酶和β-木糖苷酶)和果膠降解酶(PG和β-Gal)的活性,下調參與草莓細胞壁解體和果實軟化過程有關基因(FaPG1、FaPLB、FaPLC、FaAra1、FaβGal4)的表達[28]。此外在果實成熟過程中,擴展蛋白對細胞壁結構的重塑起著非常重要的作用,目前已經在草莓中分離了七種擴展蛋白基因(FaEXP1至FaEXP7),且研究發現熱處理可減少擴展蛋白基因表達,降低這些蛋白質對細胞壁解體的影響,延緩果實軟化[29]。

Peng等[30]研究發現,熱風(HA,45 ℃,3～5 h)處理明顯降低了草莓果實中灰霉病的病斑直徑,提高了幾丁質酶(CHI),β-1,3-葡聚糖酶(GLU)和PAL的活性,且HA處理的草莓果實中SOD、CAT和APX的活性均高于對照。此外,體外實驗表明,HA處理直接激活了草莓果實對灰霉病的抗病性,抑制了灰霉病菌的孢子萌發和芽管生長。但是由于草莓組織嬌嫩,果皮極薄,熱處理對草莓果實具有潛在的破壞性,使用不當易造成失水、變色等傷害。Jing等[31]報道指出,在60 ℃下處理草莓20 s可明顯減少果實腐爛,降低果實表面附生微生物數量,但65 ℃下處理的果實約有60%出現熱損傷,失去商品價值。因此為縮短熱處理時間、避免熱傷害,可將熱處理與其他草莓保鮮方法結合起來使用,進一步提高熱處理的防腐效果。Wei等[32]發現熱風(HA)處理在體外試驗中可與其它處理產生明顯的協同效應,茶樹油(TTO)和熱風聯合處理比單一處理能更有效地控制接種灰霉病草莓的病變直徑,還提高了CHI和GLU的活性。毛淑波[33]研究指出,用濃度為108CFU/mL拮抗菌羅倫隱球酵母(Cryptococcuslaurentii)菌懸液結合38 ℃ 24 h熱空氣處理對草莓果實采后灰霉病和自然病害的控制效果要明顯好于兩者單獨處理。熱處理是滅活酶和消除病原生物使用最廣泛和有效的方法,但是熱處理時果蔬的多酚水平和抗氧化活性會受到多種因素(如溫度、持續時間和果蔬類型)不同程度的影響,針對具體果蔬的生理特性,將熱處理與多種保鮮方法結合具有良好的發展應用前景。

2.3 非熱技術

近年來,為滿足消費者對新鮮果蔬的需求,對果蔬的處理技術已從傳統的熱處理保鮮技術發展到了非熱技術,非熱殺菌技術克服了一般熱殺菌傳熱相對較慢和對果蔬產生熱損傷等弱點,可最大限度的保留果蔬原有色香味和營養含量。目前,非熱技術已經在橘子[34]、圣女果[35]、檸檬[36]等多種水果保鮮中應用,常見的用于草莓保鮮的非熱技術包括超聲(US)、電子束輻照(EBI)、紫外線(UV)等。

2.3.1 超聲波技術 超聲波可在固體、液體和氣體媒介中傳送,在傳播過程中會與介質發生作用而產生強烈的熱效應、機械效應和空化效應。超聲用于果蔬采后處理主要依賴于空化效應,空化效應在液體介質中產生大量微小氣泡,氣泡在運動過程中產生強烈的局部高溫和高壓,可直接導致果蔬表面微生物死亡。超聲波的頻率、功率、處理時間、溫度等是決定草莓最適保鮮條件的關鍵因素。Gao等[37]將新鮮收獲的草莓于20 ℃分別在超聲頻率為0、25、28、40、59 kHz的條件下,處理10 min,然后在5 ℃下貯存8 d,結果發現,40 kHz超聲處理明顯降低了草莓表皮微生物總數,并抑制了果實硬度的降低,其中可溶性固形物(TSS)、可滴定酸度(TA)和維生素C含量可保持較高水平。Gani等[38]通過試驗得到,草莓經頻率為33 kHz,功率為60 W的超聲波處理20～30 min后,果實的軟化速率得到明顯抑制,但當處理時間增加到60 min時,超聲波處理則會導致草莓細胞損傷和水分損失。Aday等[39]還指出當超聲功率高達90 W時會對草莓品質產生不利影響,而功率水平在30～60 W之間則可有效改善草莓品質,延長草莓的貨架期。此外,超聲波可影響草莓中花青素的含量,Alexandre等[10]將草莓經35 kHz、120 W、2 min的超聲條件處理后,4 ℃貯藏13 d,其花青素的含量與未處理的草莓相比明顯增加,總色差值降低。因此,超聲條件的選擇對草莓保鮮效果的影響至關重要。

總而言之,超聲波技術在草莓清洗、殺菌、品質調控等方面能發揮顯著作用,但是由于目前的超聲波技術還不夠成熟,缺乏超聲波清洗不同果蔬的生產標準和技術參數,其應用還一直處于實驗室階段。因此,超聲波技術的商業化應用還存在巨大的困難。

2.3.2 輻照技術 食品輻照被認為是食品工業上除巴氏滅菌外的第二個重大突破,主要是利用電離輻射產生的高能射線來殺滅食品中的病原微生物及其它腐敗細菌,從而達到保鮮的效果。目前在草莓保鮮中應用較多的輻射源有電子束、γ射線、脈沖光(PL)、短波紫外線(UV-C)等。

輻照技術的效果主要取決于果蔬類型和輻照劑量。劑量不足可能會導致無效,但是過量使用又可能導致組織損傷。美國食品和藥物管理局(FDA)規定除新鮮生菜和菠菜可以用電子束輻射到4.5 kGy外,其他果蔬的最大輻射水平為1.0 kGy[40]。研究表明,1.0 kGy電子束處理即可降低草莓灰霉病的發病率及病斑直徑,并在一定程度上提高抗病相關酶(SOD、POD、PAL)的活性。同時體外試驗表明,1.0 kGy以上處理可明顯抑制灰葡萄孢菌分生孢子的萌發,延緩分生孢子達到完全萌發的時間,并且溫度越低這種效果越明顯[41]。楊俊麗[42]指出,當電子束輻照劑量增加至5 kGy時,雖能顯著抑制微生物的生命活動,但會使草莓發生失色、玻璃化等現象,此外,以2.0 kGy劑量電子束輻照結合90.58和45.29 mg·m-3臭氧處理并低溫貯藏可有效延長草莓保鮮時間至30 d,果實腐爛指數為0,失重率均低于3%。

60Co-γ射線在果蔬輻照方面的研究較成熟,應用也較廣泛,1.0～3.0 kGy60Co-γ射線輻照處理能延緩草莓貯藏中后期果實硬度的下降,且對草莓果實的特征香氣成分乙酸乙酯、丁酸乙酯和己酸甲酯的含量無明顯影響,高劑量(4.0 kGy)輻照處理能完全抑制草莓上的灰霉菌生長,有效抑制草莓的呼吸強度,并使草莓中8種農藥殘留的降解率達到53%以上,其中對嘧霉胺和烯酰嗎啉的降解作用最大,降解率高達94%以上,但會嚴重影響草莓硬度[43]。De等[44]用2 kGy劑量的γ射線輻照草莓,在12 d的儲存期內,草莓具有良好的微生物水平和感官接受度。

PL作為一種非熱能處理方法,在1996年已獲FDA批準用于食品表面的清潔,PL用于食品處理的最大劑量為12 J·cm-2,其主要是通過導致微生物DNA損傷(光化學效應)、微生物細胞的局部過熱(光熱效應)和由脈沖效應(光物理效應)引起的結構損傷三種作用方式來抑制微生物生長。由于PL能在很短的時間間隔(幾十s)內明顯減少微生物數量,已經在菠菜、甜椒、覆盆子和草莓等多種新鮮果蔬保鮮中應用[45]。Avalos等[46]將鮮切草莓經脈沖光處理(4、8、12、16 J·cm-2),在5 ℃條件下貯藏14 d后發現,低劑量輻照(4和8 J·cm-2)是保持鮮切草莓質量和抗氧化性能的最有效方法,可明顯降低其在貯藏過程中的軟化率,且維生素C和總花青素含量維持較好。另外,使用2.4～47.8 J·cm-2劑量范圍的PL處理草莓在6 ℃下貯藏8 d,可使草莓果實采后霉菌的發生率降低16%～42%,并未出現明顯的軟化[47]。

UV-C波長為200～280 nm,能穿透微生物細胞膜,破壞核酸結構,在分子中產生嘧啶二聚體,從而引發分子的突變,使細胞遺傳物質活性喪失,導致微生物失去繁殖能力或者死亡。2002年,美國食品和藥物管理局批準UV-C輻射作為水果和蔬菜的采后處理方法[48]。近年來,UV-C輻照處理已經被成功地用于提高新鮮果蔬防御酶的活性,誘導抗病性的基因的表達等方面。王煥宇[49]發現2.0 kJ·m-2UV-C處理明顯提高了草莓果實中PAL、4-香豆酸CoA連接酶(4-CL)、肉桂酸羧化酶(C4H)等苯丙烷類代謝相關酶的活性,促進了果實中總酚、總花色苷、總黃酮及酚類和花色苷類單體合成,同時提高了對DPPH自由基清除率、還原力和羥基自由基清除率。另外,Araque等[50]發現,多次低UV-C劑量(兩次2 kJ·m-2劑量和5次0.8 kJ·m-2劑量)照射草莓在0 ℃下貯藏13 d后,果實表面的霉菌和酵母數量比單次高劑量(1次4 kJ·m-2劑量)處理的果實低,并表現出了更高的感官價值。

輻照技術作為一種有效快速的草莓保鮮方法,還具有穿透力強、殺菌徹底、無環境污染等優點,但是由于它的高成本以及消費者對此技術可接受度較低,所以難以評估其效益,從而限制了輻照食品的商業進展。Lima等[51]通過問卷調查發現,消費者對食品輻照過程知之甚少,許多人在沒有意識到的情況下食用了受3.6 kGy劑量輻射的草莓時,表現出了良好的感官接受度,并且發現消費者的知識水平越高,購買輻照食物的意愿就越高。因此,消費者的受教育程度以及對輻照工藝的了解程度,也成為了影響輻照技術進步的一大因素。

3 生物保鮮技術

生物保鮮劑是指從動物、植物、微生物中提取的天然物質,或利用生物工程技術改造而獲得的對人體安全的保鮮劑,具有極強的抑制和殺滅腐敗菌、霉菌等功效。目前,從藻類(如角叉菜膠、瓊脂和海藻酸鹽)或甲殼類動物(如甲殼素和殼聚糖)中開發可食用薄膜和涂料的生物聚合物基體,吸引了越來越多人的關注。

食用涂料作為一種新型的保鮮技術已被廣泛應用于果蔬行業,它通過阻隔氧氣、水分和芳香物質的散失,使得果蔬的呼吸速度變慢,從而保持了果實硬度,延長貯藏期。用于食用薄膜和涂料的天然聚合物主要包括蛋白質、多糖、脂質及其衍生物。此外,將天然抗菌劑和抗氧化劑添加到食用涂料中也可用于活性涂料包裝開發。

3.1 食用多糖類天然生物基膜

殼聚糖、海藻酸鹽、纖維素衍生物等天然多糖聚合物在草莓保鮮中的應用非常廣泛。殼聚糖是從蝦、蟹、昆蟲等節肢動物的外殼上提取的一種天然多糖,是美國食品藥品監督管理局(US FDA)公認的安全食品添加劑。目前,大多數公認的殼聚糖抗菌機理是基于帶正電荷的聚陽離子殼聚糖分子與帶負電荷的微生物細胞膜之間的相互作用[52]。研究表明,1.0%(w/v)的殼聚糖是保持草莓質量品質的最佳濃度,在冷藏條件下保存果實超過10 d[53]。同時,殼聚糖降解所得的殼寡糖(COS)已被證明是一種有效的植物免疫誘導劑,COS處理對抑制細胞壁多糖降解途徑的基因表達具有積極作用。100 mg/L殼寡糖采后處理草莓可明顯降低草莓貯藏過程中導致果實軟化基因的表達[54]。另外,用從褐藻中提取的天然多糖海藻酸鹽處理草莓可抑制脫落酸(ABA)信號基因和細胞壁降解基因的表達,延緩ABA的積累,減少細胞壁的降解,同時,還可以保留較高的花青素、總酚和黃酮類化合物的含量[55]。

此外,在食用涂料中加入抗菌化合物也為提高草莓品質和延長果實貨架期提供了一條新的途徑,最常見的涂料添加物為植物提取物(精油、水提物、有機溶物提取物等)和微生物及其代謝產物等。精油是芳香植物的次級代謝產物,具有良好的抗菌、抗氧化和殺蟲性能,Shao等[56]發現用0.9 g/L的茶樹油蒸汽熏蒸草莓可明顯減少人工接種的灰霉病和軟腐病發病率,能保持更新鮮的品質,并且,還可提高過H2O2水平、SOD和PAL活性。但是由于精油強烈的香氣和潛在的毒性也限制了其在果蔬保鮮中的大規模使用,研究表明,在試驗條件下,茶樹精油對無特定病原體(SPF)的SD大鼠急性經口、經皮毒性屬于低毒性,急性吸入屬于微毒性[57]。所以為減少精油的用量,將精油或其組成成分加入到殼聚糖等天然聚合物中作為食品涂料的方法吸引了許多學者的關注。研究發現,向殼聚糖中添加檸檬精油不僅可以增強殼聚糖的抗真菌活性,更好地減慢草莓呼吸速率,而且還可以在很短的時間內促進酯的形成,使原有的果味更加明顯[58]。殼聚糖中加入石榴提取物和葡萄籽提取物對嗜中性菌、酵母菌和霉菌的抑菌效果明顯,加入納他霉素會降低新鮮草莓果實的耗氧量[52]。Shahbazi等[59]用含有薄荷揮發油的羧甲基纖維素(CMC)食用涂層保鮮草莓,可將草莓的保質期提高到12 d以上。類似的,含有4 μL/100 mL大蒜精油的羧甲基纖維素鈉(Na-CMC)復合膜具有延遲草莓花青素分解的作用[60]。海藻酸鹽與羅倫隱球酵母(Cryptococcuslaurentii)組合使用可明顯抑制草莓表面嗜冷微生物、酵母和霉菌的生長,C.laurentii可與灰葡萄孢(Botrytiscinerea)競爭外源營養素[61]。天然多糖聚合物與抗菌藥物聯合應用對草莓保鮮效果十分顯著,多糖包衣加生物防治的雙重保鮮方式比單獨使用其中一種方法能更有效的減少草莓采后病害。

3.2 食用蛋白類天然生物基膜

衍生自玉米、小麥、大豆、花生、牛奶等食物的玉米醇溶蛋白、谷蛋白、大豆蛋白、酪蛋白和乳清蛋白等蛋白質由于具有良好的涂膜性能,均可作為食用涂膜用于草莓保鮮。研究發現,用玉米醇溶蛋白和小麥谷蛋白雙層涂料處理草莓在7 ℃ 21 d的貯藏時間內,能有效減少草莓營養物質的流失,延長貨架壽命[62]。向菜籽蛋白(RP)-明膠(RG)膜中添加葡萄柚籽提取物(GSE)抑制了病原菌(如大腸桿菌O157∶H7和單核細胞增生李斯特菌)的生長,使用含有1.0% GSE的RG薄膜包裝‘Maehyang’草莓,在貯藏14 d后,草莓中的總需氧菌和酵母和霉菌的數量分別減少1.03和1.34 lg CFU/g[63]。

Tanada-Palmu等[64]研究表明,可食用小麥面筋薄膜和脂質(蜂蠟、硬脂酸和棕櫚酸)的復合涂層對草莓硬度的保持具有明顯影響,但是感官評價顯示具有面筋涂層的草莓味道是消費者可接受的,而雙層包衣的草莓味道是不可接受的。明膠是一種從膠原蛋白中提取的可溶性多肽化合物,除具有良好的生物相容性、無毒等特點外,還具有良好的成纖維能力。Li等[65]采用靜電紡絲法制備的明膠-丁基羥基茴香醚(GA-BHA)纖維墊對金黃色葡萄球菌具有良好抗菌活性和廣譜的抗真菌活性,可將草莓保鮮10 d左右。由此可見,生物可降解和生態友好的天然聚合物與抗菌劑的結合已成為研究的一大熱點,利用它們的不同且相互關聯抗菌作用機制,可降低新鮮食品的感官接受度劣變的風險,以達到更好的抗菌效果。

3.3 微生物保鮮技術

微生物拮抗保鮮簡單來說即以菌治菌,利用微生物之間的拮抗作用或其產生的代謝產物(如蛋白酶、抗生素、過氧化氫等物質),選擇對果蔬產品本身不造成危害的微生物來抑制引起產品腐爛的病原菌,以達到防病的目的。

目前用于草莓保鮮的拮抗微生物主要有細菌、酵母菌、霉菌等,其中酵母菌因其抑菌范圍較廣、對逆境耐受力強、可與化學殺菌劑相容且對人體無害等特點,而成為最受關注的拮抗菌之一。有些拮抗酵母菌能夠誘導寄主提高抗性酶類物質的活性或是能夠分泌CHI、GLU等酶類,這些酶可破壞病原菌結構,抑制其生長[66]。1×107CFU/mL的拮抗菌膜醭畢赤酵母(Pichiamembranaefaciens)懸浮液對草莓采后灰霉病有明顯的控制效果,且不會對果實表皮造成損傷,其主要是通過誘導草莓果實β-1,3-葡聚糖酶、過氧化物酶、苯丙氨酸解氨酶等抗性相關酶活性的增強,提高了果實對灰霉病的抵抗能力[67]。生長在水果表面的有益酵母-檸檬形克勒克酵母(Kloeckeraapiculata)使草莓貯藏過程的TSS、TA等營養成分的含量維持在較高水平,且1×108CFU/mL的酵母菌懸液處理效果最好[68]。季也蒙畢赤氏酵母(Pichiaguilliermondii)在草莓保鮮中最為有效的抑菌途徑是與灰霉葡萄孢競爭碳源,在碳源相對最缺乏的混菌培養中的灰霉葡萄孢基本被抑制[69]。除酵母菌外,從草莓根際土壤分離的放線菌菌株T3-5對草莓灰霉病菌也具有較強拮抗作用,且其菌株發酵液能夠明顯降低草莓腐爛率[70]。

目前直接用于草莓保鮮的微生物代謝產物主要有納他霉素和乳酸鏈球菌素等,納他霉素是一種由鏈霉菌發酵產生的天然抗真菌化合物,納他霉素處理能明顯降低貯藏前期草莓表面霉菌和酵母菌數量,在貯藏后期也能抑制霉菌繁殖,能有效地延緩果實有機酸和糖分的下降,抑制草莓果柄中葉綠素的降解,較好地保持果實的營養[71]。乳酸鏈球菌素是乳酸鏈球菌產生的一種多肽物質,用0.01%溶菌酶與0.10%乳酸鏈球菌素復配保鮮液處理草莓,貯藏第10 d時,未處理草莓果實腐爛率達100%,復配保鮮液處理草莓腐敗率為60%[72]。雖然微生物拮抗保鮮能取得良好的保鮮效果,但是拮抗菌自身種群的繁殖及作用效果易受到環境等諸多因素的影響,拮抗菌工業化制劑的生產、儲存對環境條件要求十分嚴格,每種拮抗菌均有不同的儲存條件,管理復雜,同時存在對潛伏病原菌防治效果不佳、對病原菌缺乏根除能力等問題,在控制突發性病害或流行性病害上還難以應用。此外,拮抗菌在營養和空間競爭、分泌水解酶及其誘導果實抗病性的防御機制等方面的作用機理還不明確,需要進一步研究深入。

4 展望

隨著我國草莓種植面積的迅猛增加,草莓貯藏保鮮的問題日益突出。雖然目前已研究的保鮮技術已經有效的提高了草莓的貯藏期,但是大多數的草莓保鮮技術由于存在技術成本高、工藝復雜等問題,能用于商品化的有效保鮮技術很少,農戶每年由于機械損傷和微生物侵染所造成的損失率還是很高。因此,結合具體情況,今后將著重在以下幾方面進行研究:a. 注重產地保鮮。減少在草莓采摘前的微生物侵染,結合生物防治著重研究草莓致病源及抑制草莓病源真菌生長繁殖的作用機理。b. 大力發展物流保鮮技術。將物理、化學、生物等多種保鮮技術并用,研制新型結構包裝保鮮盒,減少儲運過程中的機械損傷,增加運輸過程中的保護性,是現在乃至今后仍需重點關注的問題。c. 著重研究成本低、高效無害的草莓保鮮劑。尋找適用于農戶的大規模使用,可商業化發展的保鮮劑,注重實用性,不能只局限于實驗室層面。同時,在今后的研究中,應當著重研究草莓采后軟化等生理特性和采后病害侵染的過程,以及保鮮技術對草莓貯藏品質的影響的作用機制,這將有利于開發適合草莓貯藏保鮮的新方法,為草莓腐爛變質提供重要的解決途徑。