鮮切蘋果物理防褐變技術研究進展

鄭恩嵐，梁富浩，林子沁，程錦瀟，王宏宇，姜瑜倩，李喜宏

（天津科技大學食品科學與工程學院，天津 300457）

蘋果在我國種植范圍廣、產量大、營養價值豐富，其富含羥基苯甲酸、羥基肉桂酸、兒茶酚、黃烷醇、黃酮醇和花青素等酚類生物活性物質，具有抗氧化、抗炎、抗癌、降低膽固醇、降低血糖等作用[1]。鮮切果蔬是經過一定的加工處理所得，在切割處理中細胞組織結構受到損傷，胞內酚類物質溶出，與多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）結合生成醌類物質，并在氧氣的作用下聚合成黑色素[2-3]。過氧化物酶（peroxidase，POD）是一種耐熱氧化還原酶，可在H2O2存在的情況下催化酚類化合物氧化生成最終的深色色素——黑色素[4]。因此需要適當的方式抑制POD 和PPO 的活性以維持鮮切蘋果的品質。

常見的果蔬保鮮方法屬于化學方法，如用亞氯酸鈉、亞硫酸鹽[5]浸泡等，雖然成本較低，但常伴有刺激性氣味，化學殘留問題突出，安全性不高，難以被消費者所接受。生物保鮮方式具有無毒無害等特點，一般都可被生物降解，不會造成二次污染，但生物保鮮方法的作用研究機理還不深入，并且受環境因素的影響較大，限制了其在生產實踐中廣泛應用。物理保鮮技術相較于化學方法更安全，具有無化學殘留及毒副作用等優點，因此，消費者更青睞于物理保鮮技術。物理保鮮方法是利用物理的技術手段達到保鮮的目的，其基本原理主要是通過改變外部環境，刺激果蔬產品產生抗逆性，使之對環境反應遲緩，改變果蔬原來的生理活動，最終實現保鮮[6]。為了更好地開發和利用物理保鮮技術，促進果蔬保鮮技術發展，本文對近年來物理保鮮技術在鮮切蘋果中的國內外研究進展進行綜述，并指明現存問題以及未來發展趨勢，以期為物理保鮮技術在果蔬保鮮的研究和開發方面奠定理論基礎及提供技術支撐。

1 溫度調控

1.1 熱處理保鮮

熱處理按照加熱方式可分為熱水處理和熱空氣處理。適當加熱可以使包括酚酶在內的酶類物質失去活性，工業上常采用熱空氣、熱蒸汽、熱漂燙等方法對果蔬進行保鮮[7]。

在熱處理當中，溫度控制及暴露時間的長短起著至關重要的作用。一般來說75～95 ℃熱漂燙57 s，可使大部分酶失活；時間過長，蘋果質地軟化，風味降低；時間過短，蘋果表面微生物未能被消滅，加之鮮切后的機械損傷，會生成傷乙烯，并會導致細胞內呼吸作用增強，氧化產物增多，造成褐變加深。一般來說，熱處理不當（溫度過高或處理時間過長）也可能會損壞果蔬，即會出現熱損傷的癥狀，癥狀表現在處理后或是在儲存一段時間后，通常涉及外部損傷和內部損傷，如皮膚褐變，表面點蝕，外皮黑點和莖褐變等[8]。如在Maxin等[9]的研究中發現，蘋果在經過50～56 ℃、3～4 min 處理后，表面褐變程度增加，出現點蝕現象。這實際在于蘋果發生了熱損傷。Kabelitz 等[10]研究發現將鮮切蘋果用55 ℃熱水處理0.5、1 min 和2 min 時外觀護色效果最好，且褐變指數與對照組相比差值為0.75。Shrestha 等[11]用50、60 ℃和70 ℃熱水燙漂鮮切蘋果3 min，以及用65、75 ℃和85 ℃蒸汽燙漂3 min，發現隨著水燙漂溫度的升高，色差值增大，溫度達到70 ℃能夠有效地使酶失活，并且高溫會導致一些天然色素降解，研究表明在50 ℃時，其褐變指數以及色差變化最小。張麗娜[12]將鮮切蘋果分別置于40、50、60 ℃的水浴中浸泡2 min，發現在50 ℃時的褐變程度最低，且可溶性固形物（total soluble solid，TSS）損失最小，香氣成分含量高于對照組。

1.2 低溫貯藏保鮮

低溫貯藏保鮮是利用低溫環境降低食品溫度，達到降低其呼吸強度、降低果蔬的生理代謝、降低相關代謝酶的活性、延遲衰老[13]、抑制生理生化反應和微生物的生長繁殖、從而延長食品保藏期的目的，但是低溫也可能會使果蔬受到冷害，不利于貯藏中果蔬品質的保持。低溫可以減緩果實呼吸速度，因此盡可能使用低的溫度儲存果蔬是有益的。過冷屬于低溫貯藏的創新方式之一，過冷是指食物被冷卻到冰點以下而不發生結冰的現象。Osuga 等[14]通過將鮮切蘋果在-5 ℃下冷藏0、4、7、10 d，發現在儲藏期間趨向于較高的L*值，較低的褐變指數以及色差變化小，并且微生物受到抑制，從而褐變情況得到有效抑制。魏敏等[15]研究表明低溫可有效抑制PPO、POD、苯丙氨酸解氨酶（phenylalanine ammonialyse，PAL）活性，且在6 ℃時的褐變情況以及對鮮切蘋果的傷害較低。此外，Roversi 等[16]通過在不同溫度下將鮮切蘋果儲藏30 d，發現在4 ℃時鮮切蘋果的外觀保持效果最好。

熱處理的有效性主要取決于水溫，其次與孵育時間有關，不正確的使用會導致營養物質的損失，產生不良的風味以及顏色和食品的感官特性惡化；而低溫貯藏的有效性在于溫度，不同的果蔬適宜的保存條件不同，不正確的貯藏條件會使果蔬產生冷害和凍害，造成不可逆的損傷，從而影響果蔬品質。

2 氣調保鮮

氣調貯藏是當前最先進的果蔬貯藏技術之一，其本質是在低溫基礎上，通過調整包裝內氣體成分和比例來延長食品貨架期的技術[17]。主要是利用降低氧氣濃度、提高二氧化碳濃度或是降低氧氣濃度、提高氮氣濃度的方式等，達到抑制乙烯的生成以及預防病害產生，起到延長產品老化的過程而達到延長產品貨架期的目的[18]。然而，根據氣體成分和儲存條件的不同，單個水果類型對包裝氣體中氣體成分的響應差異很大。

Rux 等[19]指出4 ℃下，將蘋果切片置于4%抗壞血酸溶液中浸泡后，體積分數為0%的氧氣和20%的二氧化碳更有利于控制褐變，但會對香氣造成不利影響且在儲存10 d 后呼吸急劇增加。Li 等[20]研究發現將蘋果暴露于氧氣含量為75%環境中進行短期處理1 h時，蘋果表現出較強的抗氧化能力，并且其外觀品質保存較好。Cortellino 等[21]證實了體積分數為1%～5%的氧氣含量能夠有效地減緩呼吸速率，此外氬氣和二氧化碳混合也可控制乙烯的產生以及保持果實硬度，褐變情況也會得到有效控制。

3 光電保鮮技術

3.1 紫外輻射

紫外線殺菌技術是一種非電離輻射技術，其實質是利用適當波長的紫外線破壞機體細胞中DNA 或RNA 的分子結構，造成生長性細胞死亡，從而達到殺菌消毒的效果。紫外線（ultraviolet，UV）是指電磁波譜中存在于X射線（200 nm）和可見光（400 nm）之間的一個波段。它通常分為3 個波段：長波長（UV-A）、中波長（UV-B）和短波長（UV-C），用于鮮切蘋果保鮮的紫外線波段常是短波長[22-23]。

研究發現，UV-C 對于鮮切蘋果的保鮮效果取決于多個方面。不僅取決于輻照劑量、輻照時間，還取決于蘋果的種類、成熟度等。此外，UV-C 也有其不可避免的缺點，即在于穿透力低，無法殺滅芽孢[24]。研究數據表明，在輻射時間一定的低劑量UV-C 的照射下，能夠有效地殺死或抑制蘋果中腐霉微生物的生長繁殖，從而維持鮮切蘋果的抗壞血酸、可滴定酸和可溶性固形物含量，抑制微生物生長和果汁泄露，從而延長鮮切蘋果的貯藏時間。Manzocco 等[25]研究表明低強度的UV-C光處理即可滿足所需的殺菌效果；經過光處理后顯著降低了鮮切蘋果片的褐變程度，但曝光時間過長會導致UV-C 光處理抑制酶促褐變的程度降低。Gra?a等[26]的研究結果也證實了這一觀點，在4 ℃下，1.0 kJ/m2的UV-C 照射時鮮切蘋果褐變情況顯著降低。Du等[27]指出鮮切蘋果在UV-C 輻射劑量為100 mW/cm2和0.1 g/L 槲皮素溶液中浸泡后，對微生物的殺滅效果更好，PPO 活性得到有效抑制，褐變指數更低，此外確定光處理與槲皮素涂層的組合可將蘋果的外觀特征延長至10 d。

紫外輻射技術的優點在于使用此種方式保鮮，可將果蔬中的營養物質和感官特性高度保留，且對于微生物的滅活率也較高；然而紫外線對食品的滲透率低，并且在質地厚重、不透明食品中的應用受到限制。

3.2 等離子體

等離子體是由部分電子被剝奪后的原子及原子團被電離后產生的正負離子組成的離子化氣體狀物質；當氣體與放電物質接觸時，會產生由帶電粒子、自由基和一些輻射等非?；顫姷幕瘜W物質組成的光流[28]，等離子體是食品科學中用于微生物滅活的最新技術之一。近年來，將等離子技術運用于食品保鮮技術已經受到更多關注。然而，迄今為止，對于等離子體處理過程中是否形成有毒化學物質的研究有限，對于其運用在食品中的安全性還未得到廣泛驗證[29]。

Farias 等[30]研究發現等離子體激發頻率在200 Hz時對鮮切蘋果塊中的PPO 活性降低幅度最大，但會增加POD 活性和總酚類物質的含量。Perinban 等[31]的研究也證實了這一觀點，但總酚含量無顯著變化；并且在活化時間為30 min 的樣品在儲存結束時的過氧化物酶活性最低，較高的活化時間≥45 min 會對鮮切蘋果品質造成不利影響。Tappi 等[32]指出冷氣體等離子體處理效果與蘋果品種密切相關，褐變指數不與處理時間成正比，但經過處理后的樣品會降低蘋果的褐變程度。

3.3 脈沖光保鮮技術

脈沖光（pulsed light，PL）作為新興的非熱食品加工技術，可以產生短而強烈的廣光譜白光，紫外線、可見光和紅外波長都包含在此光譜中[33]。脈沖光作為一種多靶點技術，在相對較短的時間內比連續紫外光更有效地滅活微生物，與紫外線有類似的作用，脈沖光同樣可以誘導許多有益健康的植物化學物質合成，從而提高植物的抗氧化能力[34]。此外，脈沖光保鮮技術也有一定的局限性。脈沖光的有效性基于多種因素，如劑量的變化、照射距離、閃光次數、樣品的傳播載體等，因此投資成本高、儀器照射燈壽命短以及臭氧氣味的形成是使用該技術相關的主要缺點[35]。

Kriaa 等[36]研究結果表明脈沖電場處理對干燥蘋果片顏色的影響不顯著，但會改變細胞形態。Ignat等[37]指出鮮切蘋果暴露在低強度脈沖光（17.5 kJ/m2）和更大電場強度時會在儲存過程中降低微生物的生長率，在高劑量的電場強度（157.5 kV/m）下可觀察到明顯褐變、外觀組織和風味也受到負面影響。Avalos等[38]報道脈沖光能量在高達16 J/cm2時可以有效防止鮮切蘋果中的褐變情況，并能夠更好地保持抗氧化能力和類黃酮含量。

脈沖光保鮮技術的優點即在于能更好地保留營養，可以減少食物過敏原和抗營養因子，然而長時間暴露在高電場中會產生熱量，使得溫度升高，會在一定程度上影響果蔬保鮮的有效性，并且果蔬中的成分也會影響保鮮效果。

4 其他物理保鮮技術

4.1 超聲波輔助技術

超聲波因其物理和化學作用而廣泛應用于食品工業。超聲波在食品工業中有大量的潛在應用，如干燥、降解、提取、增強穩定性、食品保鮮等[39-43]。超聲波輔助技術在食品應用中的有效性主要歸因于空化力，空化力被描述為液體介質中充滿氣體或蒸汽的氣泡的形成、生長和崩潰，由聲波通過產生的壓力波動產生[44]。此外，Jang 等[45]通過將超聲和抗壞血酸對鮮切蘋果貯藏過程中對POD 和PPO 的活性進行研究，發現超聲和抗壞血酸聯合處理會使蘋果氧化褐變的幾種酶受到抑制，其中二酚酶的抑制效果更強，POD 的活性顯著降低，并且不會使蛋白質變性。

4.2 藍光LED 保鮮技術

運用紫外線進行食品保鮮已被證實是有效的技術手段，然而，紫外線暴露會傷害人體的皮膚和眼睛。因此，可見光LED 的使用逐漸成為UV-C 的替代技術。在Ma 等[46]的研究中，以藍光LED 為研究對象，研究了藍光LED 對瓦倫西亞橙中主要的9 種類胡蘿卜素的影響，發現藍光LED 光處理會誘導葉綠素的積累，并在體外顯著改變了黃酮中的類胡蘿卜素的組成。此外，Hyun 等[47]通過將藍光LED 與抗菌劑以及天然光敏劑聯合使用對鮮切蘋果和櫻桃番茄中大腸桿菌的抑制效果進行研究，發現藍光LED 可使抗菌劑或光敏劑的效果增強；藍光LED 與抗菌劑或香芹酚聯合使鮮切蘋果和櫻桃番茄中的微生物生長情況得到抑制，從研究結果中表明此種處理方式可以延長鮮切果蔬的貯藏期，且不會引起顏色的改變。

5 結語與展望

對于物理保鮮技術在鮮切蘋果的應用研究已從顏色、質地發展到深層的水分含量以及組織結構，各項技術的理論依據日趨成熟。其中，熱溫度處理成本低，操作簡單，但處理溫度應適宜，溫度過低可能使其發生冷害凍害，溫度過高會導致蘋果營養物質的流失；氣調保鮮效果好，但投入成本以及維護費用都較高；光電技術殺菌效果好，但成本高昂且應用研究還不成熟。隨著科技的發展、技術的進步，物理防褐變會更加成熟。此外，鮮切果蔬保鮮是一項系統復雜的技術，未來不僅僅只依靠物理手段，還要和化學生物技術等有機結合，按照不同果蔬生理特性的差異和不同保鮮方法的優勢有機結合起來，起到取長補短的作用，以期更好地維持鮮切果蔬貯藏期品質，延長貨架期。