物理加工技術在果蔬保鮮中的應用

羅 麗，付院生，陳萬林，胡佳玲，聶益晗，趙亞茹，王順民*

（1.安徽工程大學生物與食品工程學院，安徽蕪湖 241000；2.安徽邁濤食品有限公司，安徽馬鞍山 243000）

新鮮果蔬富含多種營養物質，對人體健康有益，但是采摘后新鮮果蔬的代謝活動十分旺盛，易出現褪綠黃化、褐變、腐爛、營養物質消耗、病原菌污染等品質劣變問題，導致貨架期變短、商品價值大大降低，此外病原微生物污染還會增加消費者患食源性疾病的風險[1]，因此新鮮果蔬的保鮮尤為重要。目前，關于果蔬保鮮的研究很多，其保鮮方法主要包括物理保鮮技術[2]、化學保鮮技術[3]以及生物保鮮技術等[4]。

目前國內外常見利用有機酸、茉莉酸甲酯、赤霉素等進行化學保鮮，天然植物提取物、可食性涂膜等生物保鮮技術，可有效改善果蔬貯藏效果[4]。但這些技術存在化學試劑殘留，用量難控制，成本略高等限制。而物理保鮮如臭氧、超聲波、電解水、微波等，不僅可以減少產品的病原微生物含量，降低成本，還具有處理條件易控制、保鮮效果良好和安全性高等優勢，因此備受人們青睞。本文主要介紹了臭氧、超聲波、電解水和微波四種物理保鮮技術的原理及其在果蔬保鮮應用方面的研究進展，為市場上果蔬保鮮技術的選擇提供參考。

1 物理加工技術在果蔬保鮮中的應用

1.1 臭氧在果蔬保鮮中的應用

臭氧常以臭氧和臭氧水的形式應用于果蔬保鮮。臭氧通過與微生物細胞壁的脂類雙鍵反應進入菌體內部，作用于蛋白質和脂多糖，使得細胞的通透性發生改變，同時也會破壞微生物的細胞器、酶系統和DNA、RNA，導致新陳代謝紊亂，從而能夠有效滅殺多種致病性微生物，可以達到廣譜高效的殺菌效果[5]。臭氧（水）能快速氧化分解消除乙烯，攻擊細胞膜上的呼吸酶，從而降低果蔬呼吸強度，降低其新陳代謝速率，減緩生理老化過程。另外，臭氧水還可以減少水中的有機物質、去除多種金屬離子而起到消毒、殺菌和除臭的作用[6]。因最終可以分解為O2和水，故臭氧在處理過的產品上沒有殘留物，不會造成污染，是一種安全可靠的物質，現已廣泛應用于果蔬保鮮領域。

1.1.1 臭氧對果蔬感官品質的影響

臭氧可用于果蔬食品行業，以提高鮮切果蔬的抗氧化能力，防止氧化褐變的發生[7]。臭氧處理能夠有效防止果蔬的外觀色澤劣變，研究表明臭氧（水）處理可延緩果蔬葉綠素降解，減慢黃化速度。學者們研究發現，臭氧能起到延長蘋果[8]、南瓜[9]貯藏期，抑制褐變，有效減少葉綠素損失的效果；Aday 等[10]通過在冷藏條件下應用低濃度（0.15 mg/m3）和中濃度（0.29 mg/m3）的臭氧，使得草莓保質期延長至少3 周，并延緩了pH 值、總可溶性固形物、硬度和電導率的變化。

1.1.2 臭氧對果蔬氧化酶和抗氧化能力的影響

臭氧能有效抑制果蔬氧化酶，提高果蔬抗氧化能力。Zhang 等[11]研究發現，鮮切芹菜暴露于臭氧中能夠抑制其多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）活性，并且對PPO的抑制會隨著臭氧濃度的增加而增強；Chen 等[12]研究發現經過臭氧處理，鮮切青椒中PPO 的活性得到了抑制，同時可以增強超氧化物歧化酶和苯丙氨酸酶的活性，從而增強青椒的抗氧化防御系統。另外，Monika 等[13]研究發現，臭氧處理辣椒果實3 h 后，其果皮中大多數黃酮類物質含量增加，提高了辣椒果實的抗氧化能力。

1.1.3 臭氧對果蔬抗菌性的影響

臭氧具有廣譜、高效的殺菌能力，能夠破壞微生物的新陳代謝，對各種致病性微生物均有較強的滅殺效果。研究表明，用3.63 mg/L 濃度的臭氧處理橄欖，可使乳酸菌和酵母菌的微生物數量減少1.0～1.5 lg (CFU/g)[14]；Selma 等[15]研究發現用9.82 mg/m3的臭氧處理馬鈴薯1 min后，其嗜溫菌、大腸菌群和單核細胞增生李斯特菌的計數分別減少了1.1、1.5、0.8 log(CFU/g)；Alwi 等[16]發現將鮮切甜椒暴露于9 mg/L 臭氧中6 h，大腸桿菌O157、鼠傷寒沙門氏菌和單增李斯特菌群分別減少了2.89、2.56、3.06 log(CFU/g)。劉曉燕等[17]研究表明，鮮切蓮藕臭氧水清洗處理10 min 能顯著減少鮮切蓮藕表面的菌落總數。

1.2 超聲波在果蔬保鮮中的應用

在食品加工領域，超聲可以看作是一種高頻振動的形式，其在微觀尺度上產生流體混合和剪切力，能夠高效殺滅和破壞微生物，還能夠對食品產生諸如均質、催陳、裂解大分子物質等多種作用，從而改善食品品質。此外，超聲波的空化作用還可以起到鈍酶、殺菌、延長貨架期的作用[18]。超聲誘導的細胞損傷、破裂和崩解是不可逆的。而微生物對超聲處理的抵抗力各不相同。研究表明，微生物對超聲波的激活的抵抗力由大到小的順序依次為孢子、真菌、酵母、革蘭氏陽性細胞、革蘭氏陰性細胞。超聲波已經被視為一種清潔技術，與其他化學和物理食品加工概念相比，它具有很高的被消費者接受的潛力。當前的研究表明，超聲波在食品加工和防腐操作方面具有廣闊的前景[19]。

1.2.1 超聲波對果蔬保鮮品質的影響

超聲波處理有助于提高果蔬產品的感官品質，保持果蔬的色澤，延長貨架期，甚至增加果蔬營養成分。學者們研究發現，超聲波可以起到抑制蓮藕[17]、草莓[20]褐變，并保持色澤鮮亮，提高貨架期的效果；Esua 等[21]觀察番茄在13.87 W/L 超聲強度結合紫外線-C 輻射處理下，番茄紅素、總酚和維生素C 含量分別增加90%、30%和60%；Wang 等[22]經過對櫻桃番茄進行106.19 W/L 強度的超聲波處理，可以有效抑制果實中乙烯生成，保持硬度和風味。

1.2.2 超聲波處理對果蔬氧化酶和抗氧化能力的影響

超聲波具有鈍酶和提高果蔬抗氧化能力的作用。Nascimento 等[23]研究顯示，超聲波預處理可以顯著減少百香果果皮總酚的損失，提高其抗氧化性；利用檸檬酸-超聲波（citric acid-ultrasonic，CA-US）復合處理（超聲時間7.5 min，超聲功率360 W）鮮切馬鈴薯，結果表明馬鈴薯PPO 和過氧化物酶（peroxidase，POD）活性均低于未處理樣品[24]；超聲結合抗壞血酸處理能夠抑制鮮切蘋果中過氧化物酶的活性[25]；Yeoh 等[26]研究顯示，25 W 和29 W的超聲處理，鮮切菠蘿中的PPO 和POD 活性均顯著低于對照（P＜0.05），且29 W 超聲處理10～15 min，顯著提高鮮切菠蘿的總抗氧化能力。

1.2.3 超聲波對果蔬抗菌性的影響

超聲波的空化作用對微生物有一定的滅活作用，能夠提高果蔬的抗菌性。尹曉婷等[27]研究顯示，超聲波處理（240 W、10 min、20 ℃）可以有效抑制生菜表面的微生物數量；超聲波處理10 min 能使櫻桃番茄表面初始菌落總數降低0.96 lg (CFU/g)，霉菌和酵母總數降低0.68 lg(CFU/g)，且在儲藏過程中處理后的樣品表面微生物能維持相對較低的水平[28]。

1.3 電解水在果蔬保鮮中的應用

電解水（electrolyzed water，EW）是電解質溶液如氯化鈉溶液在電場的作用下，形成具有一定pH 值、氧化還原電位以及有效氯濃度的功能水。電解水氧化能力強，目前采用電解產生羥基自由基進行微生物殺滅的研究很多[29]。用電解水對果蔬進行噴洗，可以短時間內高效殺菌，是一種較為安全的保鮮方法。EW 復合可持續的綠色發展概念，與傳統的清潔系統相比具有許多優勢，如成本效益高，易于使用，消毒有效，現場生產以及對人類和環境的安全性高等。

1.3.1 電解水對果蔬保鮮品質的影響

與傳統次氯酸鈉相比，電解水處理在鮮切蔬菜硬度、質量、葉綠素、維生素的保持方面則均能達到較好的效果[30]；研究表明弱電解水的有效氯濃度更低，安全性更好，能夠很大程度地保持新鮮果蔬的整體品質。目前研究發現，利用電解水處理蘑菇[31]、茄子[32]，可以有效提高它們的貯藏時間，降低褐變指數，保鮮效果好；Aday[33]利用酸性電解水處理龍眼，可以有效降低果皮呼吸速率，保持果肉較高的可溶性固形物、蔗糖和維生素C 含量。

1.3.2 電解水對果蔬氧化酶和抗氧化能力的影響

電解水清洗能夠有效抑制果蔬中PPO 和POD 等酶活性，延緩果蔬褐變。何萌等[34]研究發現pH 5.65 的弱酸電解水（有效氯劑量48 mL/L，氧化還原電位800 mV）可以有效保持鮮切蓮藕的整體感官品質，降低PPO 活性，從而有效延緩褐變，延長鮮切蓮藕的貨架期；同時還發現強酸電解水處理能有效保持鮮切馬鈴薯的感官品質，降低PPO 活性，抑制馬鈴薯的褐變[35]。

1.3.3 電解水對果蔬抗菌性的影響

電解水通過產生羥基自由基而滅殺多種微生物，減少微生物對果蔬的破壞作用。楊越等[29]研究顯示，電解水的抑菌能力穩定，可作為鮮切生菜的優選清洗方式，提高其品質；Wulfkuehler 等[36]研究表明微酸性電解水是一種安全有效的新鮮蔬菜消毒劑，在（23±2）℃條件下，SAEW（pH=5.2～5.5）和US 處理鮮切萵苣3 min 后進行水沖洗鮮切萵苣，SAEW+US+水沖洗處理能顯著減少酵母菌、霉菌、大腸桿菌和李斯特菌的數量，具有顯著的保鮮效果；Ding 等[37]研究表明超聲波輔助SAEW 處理，分別使櫻桃番茄和草莓的總好氧細菌減少了1.77、1.29 log(CFU/g)，酵母菌和霉菌總量減少了1.50、1.29 log(CFU/g)。

1.4 微波在果蔬保鮮中的作用

微波是一種高頻交變電磁波，能使果蔬組織中的極性分子（如水分子、蛋白質）、離子摩擦、震蕩而產熱[38]。微波滅菌是微波熱效應與非熱效應協同作用的結果，其中熱效應起到主要作用。微波的熱效應是指微波以電磁波的形式傳播，當遇到介電物質時，由于偶極子旋轉和離子極化，微波引起產品溫度升高，導致微生物的蛋白質變性、細胞膜受損、酶失活，最終導致微生物細胞死亡。微波利用高頻率使得能量的轉移非常迅速，加熱速率非常快，且比常規熱殺菌的溫度低，減少了必需營養素的降解，從而保留了營養物質、風味、色澤及感官品質。

1.4.1 微波對果蔬保鮮品質的影響

微波漂燙是一種新型干法漂燙技術，利用熱效應升高溫度以及非熱效應破壞蛋白空間結構的綜合作用，可以使造成風味、顏色和質地品質劣變的酶系統失活，且具有加工速度快、節約能源、營養物質流失少和無廢水產生等優點[38]。現有研究發現微波作用于西蘭花[39]、藍莓[40]，可以有效減少果實營養物質的降解，降低整體褐變率，保持營養價值，延緩衰敗；Zhang 等[41]發現核桃微波處理2.5 min，可使其在（2±0.5）℃下保存長達120 d，且對過氧化值、脂肪酸組成或生育酚等營養物質含量無不利影響。

1.4.2 微波對果蔬酶活和抗氧化能力的影響

微波處理能夠有效抑制果蔬PPO 和POD 酶活性而減少氧化褐變的發生。Keying 等[42]研究了蔬菜在30%、55%、70%和100%的微波功率下處理0、1、2、3、4 min 對POD 酶活性的影響，結果表明，任意功率處理1 min 可使POD 活性降低。Palma-Orozco 等[43]采用微波處理蘋果，表明最佳的微波處理強度為0.51 J/g 或者937 W/165 s，該條件可使PPO 有效鈍化，且幾乎不會改變果肉的微觀結構、風味和色澤。

1.4.3 微波對果蔬抗菌性的影響

微波具有熱效應和非熱效應雙重殺菌作用，能夠有效延長新鮮果蔬的貨架期。阿衣古麗·阿力木[44]研究表明，微波處理60 s 時可顯著降低甜瓜細胞膜透性，有效抑制致腐真菌的繁殖，有利于保持甜瓜硬度，降低腐爛率，從而提高甜瓜的耐藏性和抗病性。采用微波對蔬菜等食品進行滅菌處理，滅菌效果明顯，而且其中的維生素C 損失量較傳統滅菌方法低，并能夠較大程度地保持食品的營養成分[45]。

2 影響物理保鮮效果的因素

2.1 溫度

溫度是影響果蔬保鮮效果的重要因素之一，它的高低直接影響著果蔬自身的物理、生化及誘變反應。在果蔬保鮮過程中，溫度需要控制在一定范圍內，過高的溫度會使植物組織結構和生理上產生變化，而較低的溫度則會降低新鮮農產品的呼吸速率，最大限度地減少質地和其他質量相關因素的損失[46]。SAEW 處理櫻桃番茄的研究表明，60 ℃下SAEW 的除菌效果最好，且處理后櫻桃番茄品質并不會遭到破壞[28]。通常，隨著溫度的升高，滅菌的效果也可以得到提高。此外，對易受冷害的果蔬，冷藏溫度過低會導致其膜結構變化，質量損失[47]，使得產品更容易腐爛。

2.2 處理時間

超聲波、臭氧等物理加工技術處理果蔬的時間不同，對果蔬酶活性和細菌活性的影響也不同。超聲處理鮮切馬鈴薯，當超聲時間增加至7.5 min 時，PPO 和POD 表現出最低活性；當超聲時間達到12.5 min 時，其PPO 和POD 活性均出現了上升趨勢，并與7.5 min 時相比，其活性差異明顯（P＜0.05）[24]。在評估超聲的不同接觸時間（40 kHz，200 W 分別持續1、5、10 min）對鮮切馬鈴薯的品質的影響研究中，超聲處理5 min 可抑制50%的PPO活性，但最長的處理時間（10 min）會導致馬鈴薯細胞受損[48]。

2.3 微生物種群

果蔬自身所攜帶的微生物種群對不同物理作用存在抵抗特性，使得物理保鮮對果蔬的作用效果不同。Ali[49]發現鮮切辣椒上的細菌細胞對臭氧的抵抗力不同，其中臭氧對單核細胞增生李斯特菌更有效，其次是大腸桿菌O157 和鼠傷寒沙門氏菌。也有研究表明，除了微生物的種類影響臭氧作用，還包括耐臭氧性的菌落年齡，即較老的菌落具有更強的抵抗力，這可能與微生物的附著力強相關[50]。

2.4 果蔬種類

果蔬種類的不同也是影響物理加工技術應用效果的重要因素之一。果蔬本身的pH 還會影響超聲波作用效率，通常較低的pH 會生長更多微生物，使得超聲波滅菌的效率降低；還有研究表明影響微波殺菌效果的因素包括果蔬的水分含量[45]。此外，有學者研究發現，因部分水果表面粗糙、多孔，細菌受到很好的保護，物理作用下難以除去，所以表面平滑的水果（蘋果、西紅柿）比表面粗糙的水果（橙子、鱷梨）更容易去除細菌[50]。

3 小結

臭氧、超聲波和電解水等物理加工技術已在果蔬保鮮領域中廣泛應用，利用綠色、高效、節能的保鮮技術對果蔬進行鮮切加工，對推動我國果蔬工業的發展具有重大意義。這些技術能夠不同程度地保護產品的色澤，降低氧化酶活性，抵抗多種微生物，使果蔬保持良好的品質，延長貨架期。因此，物理加工技術在果蔬保鮮領域應受到更多人的重視。然而，現有物理技術依然存在不足之處，例如臭氧可能會降低果蔬中維生素的含量以及對人體健康產生不良影響，而微波溫度的非均勻分布會導致產品中形成熱點和冷點。此外，物理加工技術在進行產業化生產和其行業標準制定方面存在的問題也亟待解決。因此，深入分析現有物理技術的殺菌保鮮機制及影響因素對推動我國鮮切果蔬工業發展意義重大。