三種熏蒸劑在果蔬保鮮中應用的研究進展

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(1.大連民族大學生命科學學院,遼寧大連 116600;2.生物技術與資源利用教育部重點實驗室,遼寧大連 116600;3.大連理工大學生命科學與技術學院,遼寧大連 116024)

水果和蔬菜中富含人體必需的維生素、礦物質、纖維等一系列對人體有益的物質,廣受消費者的喜愛。隨著人們生活水平的提高,人們越來越重視果蔬的營養價值、良好的口感和風味等[1]。但果蔬在采后由于采收不當和自身的生理代謝,微生物侵染以及機械損傷等原因極易腐敗變質,不耐貯藏[2]。因此,果蔬保鮮技術的研究與應用顯得尤為重要,近年來已有許多國內外學者對果蔬保鮮技術進行了研究,結果表明合適的熏蒸劑處理可以降低果實的硬度和色澤變化,在延遲果蔬的呼吸強度和乙烯釋放量等方面都具有良好的效果。

表1 熏蒸劑在采后果蔬和鮮切果蔬中的應用Table 1 Application of fumigant in postharvest and fresh cut fruits and vegetables

對果蔬進行保鮮主要是通過調節環境溫度、濕度、壓力和氣體成分,旨在延長果蔬的保質期,此種保鮮方法不易控制,需要大型儀器等;還有利用天然或合成的保鮮劑對果蔬進行浸泡、涂膜從而達到延長果蔬保質期的目的,此類方法操作繁瑣、成本高、且有化學殘留,對人體易造成傷害,所以尋求一種操作簡便,無污染,無殘留的方法顯得尤為重要,熏蒸技術通過促使熏蒸劑在密閉空間內快速均勻分散的形式作用在果蔬方面,通過控制酶活、抑制有害菌生長等方式達到延長果蔬的保鮮期,更好的保證了果蔬在貯藏過程中的品質[3]。該處理方法不與果蔬直接接觸,因此該技術處理果蔬對果實及人體的毒害作用較小,操作簡便,被認為是一種新型的保鮮方法。本文綜述了近年來在果蔬保鮮中使用較多的熏蒸劑,旨在為果蔬保鮮熏蒸劑的選擇提供理論基礎。

1 熏蒸技術

1.1 熏蒸原理

熏蒸是指在密閉空間內利用熏蒸劑以氣態形式擴散并與果蔬作用,主要是通過抑制有害微生物生長,調節果蔬新陳代謝,控制酶活等方式延長果蔬貯藏期[4]。

1.2 常見熏蒸劑及使用要求

近年來,國內外許多學者對果蔬熏蒸技術進行了研究,如Han等[5]研究表明乙醇熏蒸可以較好地改善果蔬的貯藏品質,延長西蘭花貯藏期，在貯藏至6 d仍可被消費者接受。但使用熏蒸劑的同時還要注意以下幾點:a.熏蒸劑本身的理化性質;b.根據被熏蒸物的類別及含水量、害蟲或者病蟲的種類及其發展狀態與危害程度來選擇適當的熏蒸劑進行熏蒸處理;c.要考慮熏蒸時的溫濕度以及風力、密封程度等。隨著人們生活水平的不斷提高以及對食品安全問題的普遍關注,人們對果蔬熏蒸劑提出了更高的要求,即天然、綠色、安全。表1總結了近五年來乙醇、NO、臭氧等熏蒸劑在采后果蔬和鮮切果蔬中的應用。

2 常見熏蒸劑在果蔬保鮮中的應用

近年來,熏蒸技術逐漸發展,應用在果蔬保鮮中的熏蒸劑種類較多,本文主要介紹在采后和鮮切果蔬中均有應用的乙醇、一氧化氮和植物精油等熏蒸劑,對其熏蒸方法和應用進展進行總結。

2.1 乙醇在果蔬保鮮中的應用

乙醇是果蔬天然產物的次生代謝物,被美國食品藥品監督管理局(FDA)定義為公認的安全物質[59]。乙醇主要是利用乙醇易揮發的特點對果蔬進行熏蒸處理,通過抑制乙烯的合成、呼吸速率等方面有效延緩果蔬成熟衰老、減少腐爛和褐變程度、延長貨架期,提高商品價值。乙醇熏蒸處理操作簡便,成本較低,對環境無污染,在果蔬保鮮上具有較好的前景[6,60]。

2.1.1 乙醇在采后果蔬保鮮中的應用 乙醇熏蒸技術在采后果蔬保鮮中應用較廣,在藍莓[9]、番木瓜[10]、木薯[12]等方面均有研究,表2總結了近五年乙醇熏蒸在采后果蔬保鮮中的應用。從表中可以看出乙醇熏蒸可以維持果蔬較好的生理品質和酶活等相關指標,從而達到保鮮效果。

表2 乙醇熏蒸在采后果蔬保鮮中的應用Table 2 Application of ethanol fumigation in fresh-keeping of fruits

2.1.2 乙醇在鮮切果蔬保鮮中的應用 鮮切果蔬是經最小加工處理形成的即食、即用產品,在加工過程中機械損傷不利于鮮切果蔬品質的保持,限制了果蔬加工業的發展。因此,尋求一種保鮮方法延長貨架期是鮮切果蔬加工過程中需要解決的關鍵問題[61],乙醇熏蒸處理是一個較好的處理方法,Fan等[51]人研究了濃度為50、100和200 mL/L的乙醇熏蒸山藥片2 h,然后在5 ℃的條件下貯藏,每隔3 d測定相應指標,結果表明,12 d后200 mL/L的乙醇熏蒸山藥片只有輕微褐變,對照組褐變嚴重;褐變主要是由于酚類化合物的積累和組織損傷導致苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性增加產生的,乙醇熏蒸處理可以抑制PAL活性,減少酚類化合物的積累,同時具有較好的抗菌性能,降低失重率,有效抑制鮮切山藥褐變和微生物生長。李佳格[49]研究了溫度在(25±1) ℃下,濃度為0、2、4、6 mL/L的乙醇熏蒸處理切條的生菜,取出后在4 ℃貯藏,每隔2 d測定其相應指標,10 d后2和4 mL/L乙醇熏蒸處理后,生菜的感官評分明顯高于對照組,4 mL/L乙醇熏蒸處理后,生菜的MDA含量比對照組低0.33 mmol·g-1,2 mL/L乙醇熏蒸處理組過氧化氫酶(CAT)活性、SOD活性分別比對照組高19.42、11.52 U·g-1;乙醇熏蒸處理后的鮮切生菜菌落總數比對照組降低0.32～1.1×105CFU·g-1;在整個貯藏期間生菜中大腸菌群數量都呈下降趨勢,乙醇處理組下降速度較快,從第6 d起乙醇處理組未檢出大腸菌群,而對照組與0 d比還存在15.8%;處理和對照組均未檢出單增李斯特菌。由此可知,乙醇熏蒸處理可以抑制果蔬酶活和微生物的生長從而達到保鮮的目的,延長貨架期。

除此之外,乙醇熏蒸處理還可以提高果蔬的營養價值延緩其衰老。王慧倩等[50]研究了在20 ℃條件下,分別用0、100、250、500、1000 μL/L乙醇熏蒸西蘭花6 h,然后切成不同直徑大小的小花貯藏在10 ℃恒溫恒濕箱中(相對濕度95%),每隔2 d測定其相應指標,結果表明,500 μL/L的乙醇熏蒸處理效果最好,可延長貨架期至12 d,顏色參數H和L*表現西蘭花的顏色變化情況,處理后的黃化不明顯,10 d后乙醇處理組的葉綠素a、葉綠素b和總葉綠素的含量分別是對照組的2.3、2.7、2.4倍;處理組的TP和總黃酮峰值含量分別為1.355和0.785 mg/g,顯著高于對照組的1.309和0.752 mg/g,整個貯藏期間的TP和總黃酮含量均高于對照組;乙醇處理貯藏10 d后處理組的總硫代葡萄糖苷含量為0.411 μmol/g,高于對照組的0.341 μmol/g,蘿卜硫素含量是對照組的1.82倍,均說明處理后的西蘭花可以更好保持其營養價值。同樣,Han等[5]的研究表明,6 mL/kg的乙醇熏蒸處理西蘭花5 h后能夠有效減緩西蘭花失重、蛋白質和葉綠素含量的降低,6 d后6 mL/kg處理組仍然在視覺上可接受,而對照西蘭花泛黃,說明乙醇熏蒸處理可以延緩貯藏期西蘭花的衰老。

2.2 一氧化氮在果蔬保鮮中的應用

NO是近年來發現的一種廣泛存在植物體內的小分子信號調節物質,它調節了幾乎所有形式生物(包括微生物、植物和動物)的各種生理和生化過程,如植物的呼吸作用、果蔬組織的成熟衰老、細胞凋亡、各種脅迫、抗病防御反應等[62-64]。NO處理主要是通過抑制果實的呼吸、減少乙烯生物合成、減緩果皮轉色以及降低相關酶活性來延緩果實衰老,延長其貯藏期[65],NO熏蒸具有處理方便、效果明顯、省時省力、節約成本等優點。

2.2.1 NO在采后果蔬保鮮中的應用 近年來,越來越多的實驗表明NO在采后果蔬保鮮中發揮重要作用[66-67]。張政等[20]采用40、80、150、300、500、1000 μL/L的NO氣體間歇熏蒸處理葡萄2 h,每隔7 d熏蒸一次。處理后用0.03 mm的PE袋包裝,置于(0±0.5) ℃的條件下貯藏,每隔12 h測定其指標,結果表明,62 d后300 μL/L的NO處理,葡萄的TSS含量是對照組的1.14倍,可滴定酸降低了6.86%;12 d后對照組開始出現腐爛、落粒現象,而300 μL/L處理組到32 d和42 d才開始出現此現象,62 d后300 μL/L處理組的腐爛率、落粒率和果梗褐變指數分別為5.51%、8.68%、44.58%，低于對照組的14.52%、21.11%、60.32%,從改善葡萄在貯藏過程中的品質指標來延緩果實的衰老。Li等[23]在20 ℃下用0、40、60和80 μL/L的NO氣體熏蒸處理木瓜3 h,取出后用0.03 mm聚氯乙烯袋覆蓋(不密封),置于20 ℃下儲藏,每隔2 d測定其指標,結果表明,乙烯釋放速率在6 d時達到峰值隨后下降,60 μL/L處理組比對照組的低1.3倍,呼吸速率一直上升并在第12 d后下降(對照組和60 μL/L處理組分別為25.2508和20.6234 mg/h·kg·FW CO2);8 d后木瓜迅速軟化,對照組和60 μL/L處理組硬度為41.57 N和105.12 N,為初始硬度值的17.31%和43.76%,在第12 d比對照組高28.95 N,說明NO處理能有效抑制貯藏期間果蔬組織軟化同時延緩木瓜顏色變化,抑制果糖、葡萄糖、蔗糖和TSS的增加,延長貯藏期提高木瓜品質。同樣,60 μL/L濃度的NO氣體熏蒸處理在哈密瓜[16]等果蔬保鮮中取得了顯著效果。由此可知,NO氣體熏蒸可以較好的維持果蔬在貯藏期間品質,達到保鮮的目的,延長果蔬的貨架期。

與此同時,NO氣體熏蒸還從抑制相關酶活等方面提高其貯藏期。高維亞等[24]用5、10、20 μL/L NO氣體熏蒸處理蓮霧2 h,取出后裝入塑料盤中并用保鮮膜(打孔)包裝,置于溫度(4±0.5) ℃、相對濕度(85%±2%)條件下貯藏,每隔1 d取樣進行相關指標測定,結果表明,在貯藏2～4 d內處理組的細胞壁纖維素含量與對照組有明顯差異,6 d后差異不明顯,從整體可知,10 μL/L NO處理組的細胞壁纖維素含量最高;12 d后處理組絮狀綿軟指數為對照組的77.97%,果肉硬度為對照組1.14倍,果膠含量是對照組的1.62倍;10 μL/L濃度的NO處理可抑制多聚半乳糖醛酸酶(PG)活性和果膠甲基酯酶(PME)活性上升;12 d后PAL活性和POD活性與對照相比分別降低0.21倍和2.56倍。通過抑制細胞壁和木質素代謝相關酶活減緩蓮霧軟化,從而達到保鮮的目的。同樣千春錄[19]的實驗表明,10 μL/L濃度的NO氣體熏蒸可以有效地抑制水蜜桃果實軟化,貯藏10 d后CAT是對照組的3.26倍,抗壞血酸過氧化物酶(APX),是對照組的1.89倍,提高了水蜜桃果實清除自由基酶系能力,同時保持細胞膜的完整性,進而改善了水蜜桃的貯藏品質。

2.2.2 NO在鮮切果蔬保鮮中的應用 NO在鮮切果蔬保鮮中應用逐漸得到關注,朱珍等[53]研究了NO氣體緩釋熏蒸處理對鮮切蘋果片品質變化的影響。褐變是導致鮮切蘋果片商品價值降低的重要原因,4 d后對照組L*值降至75.00,而處理組仍高達77.01;處理組的硬度、失重率和VC含量分別下降了20.49%、2.80%和21.78%,而對照組則下降了36.35%、5.18%和34.65%,有效的延緩鮮切蘋果片的品質劣變,為鮮切蘋果片的貯藏保鮮提供了一種新方法。Iakimova等[54]研究了溫度為21 ℃的黑暗條件下,濃度為50、100、200和400 mg/L的NO熏蒸處理切條的生菜0.5、1.0、2.0和3.0 h,取出后放置不同溫度(4、12 ℃)貯藏,測定其相應指標,結果表明,濃度為100、200 mg/L NO熏蒸1、2 h的NO處理效果較好,可以延長貨架期20～22 d,而對照組7 d后達到了可銷售性的極限,處理組顯著延遲了生菜片的褐變長達26 d,說明NO氣體熏蒸可以有效的抑制生菜的褐變延長貨架期。

2.3 植物精油在果蔬保鮮中的應用

植物精油,又稱香油精、芳香油和揮發油,是植物中一種重要的揮發性次生代謝物,其具有高揮發性、低殘留且有一定芳香氣味,能在常溫下揮發成油狀物質,同時它還是一種GRAS(generally recognized assafe)物質。植物精油熏蒸處理主要是在食物周圍形成抑菌氛圍,通過抑制細菌、真菌、抗病毒等病原真菌從而達到果蔬保鮮的效果[68-69],植物精油毒性極小,不污染環境,可替代化學保鮮劑作為防腐抑菌劑。

2.3.1 植物精油在采后果蔬保鮮中的應用 一些化學熏蒸劑由于污染環境和危害人體健康而被禁止使用。因此,有必要選擇一種新型和安全的熏蒸劑直接應用于果蔬上,植物精油保鮮被認為是果蔬保鮮研究領域最有前景的發展方向之一。Jia等[35]也研究了香茅精油(CEO)熏蒸對馬鈴薯發芽和品質的影響,測其發芽率、失重率、淀粉、還原糖、赤霉素(GA3)和α-茄堿的變化。結果表明,對照組馬鈴薯的發芽率在第60 d為16.67%,α-茄堿含量的峰值達到1.92 mg 100 g-1FW,而CEO處理的馬鈴薯在第75 d沒有顯示發芽的跡象,在第90 d發芽率與對照組出現顯著差異,同時對照組的α-茄堿含量是高濃度CEO熏蒸處理的1.88倍,CEO處理還能抑制了淀粉的降解、還原糖含量的增加和GA3的產生,從而達到抑芽效果。Huang等[36]研究了丁子香酚(EUG)對茄子冷害的影響,將茄子用25 μL/L EUG在20 ℃條件下熏蒸處理4 h,然后在4 ℃,85%～90%濕度下儲藏12 d,結果表明,12 d后對照組的冷害指數約為EUG處理果實的3.5倍,未經處理的茄子損失了初始重量的4.8%,而用EUG熏蒸處理后重量損失僅為2.6%,在儲藏的前6 d,兩組MDA含量在整個貯藏過程中變化趨勢相似均是先急劇上升此后緩慢增加,25 μL/L EUG處理的茄子果實中MDA含量比冷藏第6 d的對照低14.8%;抑制了TP、PPO和POD活性,同時EUG處理的果實中C-重復/脫水響應元件結合因子(SmCBF)的表達水平比對照果實高約9.5倍,均說明精油熏蒸可以抑制茄子冷害的發生。由此可知植物精油熏蒸處理可以抑芽和降低果蔬冷害的發生。

2.3.2 植物精油在鮮切果蔬保鮮中的應用 鮮切果蔬由于方便、快捷的優點被人們廣泛關注,所以精油熏蒸技術也被應用在鮮切果蔬中,精油熏蒸技術為了更好的達到保鮮效果,在鮮切果蔬保鮮中常與其他技術的結合使用。閆靜坤等[55]將西瓜切塊后用0.3378/100 g、0.6756/100 g和1.0134/100 g的肉桂醛熏蒸處理,取出后置于4 ℃和28 ℃下貯藏,每天測定其相應指標,結果表明,1.0134/100 g的肉桂醛-β-環糊精包合物結合4 ℃冷藏處理對鮮切西瓜的保鮮作用最好,此時,4 d后失重率為對照組的20.51%,處理后TSS含量下降5.73%而對照組下降19.88%,原始pH為5.59±0.01,冷藏4 d后pH為5.38±0.01,能夠最有效延緩鮮切西瓜pH的下降,減少微生物繁殖,從而效維持西瓜品質,保鮮效果最佳。Xing等[56]研究了化學浸泡+肉桂精油熏蒸+真空包裝(MVP)對鮮切蓮藕保鮮的影響,結果表明,復合處理后的鮮切蓮藕貯藏期16 d,而對照組8 d后出現嚴重褐變,16 d后對照組重量減輕4.28%,而處理組在貯藏結束時重量損失為0.87%,同時減緩了可滴定酸度(TA),VC含量和TP含量變化,抑制PPO活性,延緩了鮮切蓮藕的微生物變質,有效地延長了鮮切蓮藕的保質期,為精油用于開發安全無毒的生物保鮮劑提供理論依據。

熏蒸技術貯藏保鮮果蔬可以達到良好的效果,近年來,熏蒸技術應用于保鮮果蔬尚處在研究階段,應用于鮮切果蔬方面應用還較少,發展不同類型的熏蒸劑應用于鮮切果蔬保鮮是有必要的,還可為以后鮮切果蔬保鮮提供理論依據。

3 展望

隨著社會的發展和人們生活水平的提升,對果蔬新鮮程度的要求也在不斷提高。熏蒸技術的發展與應用為果蔬保鮮提供了新思路。但是現今熏蒸技術在果蔬貯藏保鮮中的大部分研究應用還處在起步階段,存在諸多需要解決的問題。主要包括:熏蒸技術最早使用在醫療、環境領域,在果蔬保鮮應用中起步較晚,還有許多技術設備及操作方式還需要改進;熏蒸技術需要嚴格的空間密閉性,因此完善和建造適當的貯藏間是十分必要的;隨著人們對食品安全及環境保護的高度關注,尋求無毒無害、綠色環保的熏蒸劑迫在眉睫,同時還應不斷地進行開發與實際應用的研究。相信隨著科技的發展,研究的深入,熏蒸技術的使用一定能夠為果蔬保鮮做出更大的貢獻。