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水果保鲜技术及其保鲜机理的研究进展
日期:2012-05-09 作者:车建美 刘波 郑雪芳 朱育菁 苏明星 来源:《保鲜与加工》.-2012,(1).-44-50 点击:
 

    据报道,每年世界各地3000多种热带特色水果的产量为14亿t,其消费的形式主要包括整粒、鲜切、榨汁、冷冻、果肉和果茶等。

    随着生活水平的不断提高,人们更加重视水果的新鲜度和营养价值,对水果的食用品质提出了越来越高的要求,从而对水果保鲜技术的要求也就越来越高。延长水果的贮藏时间并保持其良好的食用品质,已成为当前水果生产与经营单位以及消费者所普遍关心并亟待解决的问题。据相关文献介绍,我国由于保鲜处理不当,导致果品每年的腐烂损耗率在20%25%。目前,应用于水果的保鲜技术主要包括物理保鲜、化学保鲜和生物保鲜等。

1  水果保鲜技术研究进展

l.1  物理保鲜技术

    水果的物理保鲜技术主要包括:辐照保鲜技术、充气气调包装(MAP)保鲜技术、乙烯膜保鲜技术、超声波保鲜技术、充氮保鲜技术和臭氧保鲜技术等。

 l.1.1  辐照保鲜技术

    辐照是一种比较传统、廉价、方便和高效的保鲜方法,广泛应用于食品的保鲜和水果的采后贮藏,对草莓和猕猴桃等水果均具有较好的保鲜效果赵杰的研究表明,采用2kGy的钴60辐照处理可以防止商品草莓上大部分霉菌的滋生,从而抑制草莓的腐烂和变质。采用0.31.5kGy辐照剂量处理后的猕猴桃在室温条件下的贮藏保鲜期比对照延长13d

1.1.2  臭氧保鲜技术

    臭氧具有强氧化性,其杀菌和抑菌作用早已被人们所认识.也常用于水果的采后保鲜,在枇杷、芒果和葡萄等水果的采后保鲜上均有相关报道。Rodoni等发现,采用臭氧处理西红柿10min后,可以明显降低果实的腐烂率和失重率,诱导芳香类物质的积累,防止果实变软。采用0.4mg/L臭氧水处理结合4低温贮藏枇杷果实,可延缓果实可滴定酸、VC和可溶性固形物(TSS)含量的下降,防止失水,保持果实良好的感官品质,保鲜时间达20d以上。

1.1.3  气调包装保鲜技术

    气调包装保鲜技术由于在保持食品和果实原有风味和营养价值等方面具有独特的优势而得到较广泛地应用。王则金等研究了气调冷藏对龙眼果实的保鲜效果,发现通过降低贮藏环境中的O2浓度,提高CO2浓度,可使龙眼果实的呼吸作用得以抑制,从而延缓果实的衰老与变质,达到较好的保鲜效果。MAP结合添加其他保鲜剂的使用也可以达到很好的保鲜效果。Almenar等采用添加不同浓度2-壬酮的充气气调包装进行草莓的采后保鲜试验,发现添加了2-壬酮的充气气调包装可以抑制真菌的生长,防止草莓果实腐烂。Gonz lez-Aguilar等将添加抗氧化剂和MAP技术结合进行鲜切芒果的保鲜试验,发现添加4-己基间苯二酚、山梨酸钾和D-异抗坏血酸,并结合应用MAP技术,可以很好地保持鲜切芒果的色泽,防止芒果褐变,抑制微生物生长,且不影响芒果的感官品质。由于不同水果的生理结构不同,保鲜的方法也有所不同。Yang等发现,采用流动空气处理新鲜采摘的杨梅,可降低杨梅果实的腐烂率,维持TSS、可滴定酸和VC含量。

    虽然目前采用的大多数物理保鲜方法对人体无害,可以达到一定的保鲜效果,但是很多物理保鲜方法,如气调保鲜方法因投资大、成本高而较难普及和推广应用,而臭氧发生装置由于能耗较高、效率较低也无法大规模应用,大多数物理保鲜方法在实际生产中单独使用不能满足水果保鲜的要求。

1.2  化学保鲜技术

    化学保鲜剂具有使用方便和价格低廉等特点,在防腐杀菌、减少水分蒸发、延缓果蔬衰老和降低呼吸强度等方面也有较好的效果,在国内外果蔬贮藏保鲜中被广泛使用。

    王建清等采用固体SO2缓释保鲜剂对樱桃进行保鲜试验,结果表明,SO2可以明显降低果实的腐烂率,延长贮藏时间。郑永华等研究了不同SO2释放剂量对枇杷果实品质、多酚氧化酶(PPO)活性、呼吸强度及腐烂率的影响。表明SO2释放剂可显著抑制果实的PPO酶活性和呼吸强度,减缓可滴定酸和TSS含量的下降,防止果心褐变,降低果实的腐烂率,从而延长贮藏期。SO2对龙眼贮藏期间的果皮褐变有明显的抑制作用,但容易造成果肉SO2残留量超标。庞学群等采用分阶段SO2缓释剂结合冰温贮藏技术进行龙眼保鲜,发现该方法可以较好地维持果实VC、可滴定酸和TSS含量,改善龙眼果皮的色泽,显著抑制果皮的PPO活性,降低果实的呼吸强度,贮藏48d的好果率为91.15%,并且降低了果肉SO2的残留量。SO2释放结合PE袋包装进行“Daw”龙眼果实的保鲜试验表明,SO2释放结合PE袋包装可明显抑制采后病原菌的生长,防止果皮褐变,降低失重率,防止果实腐烂,并且可以维持TSS的含量。

    Shang等采用1510mmol/Lγ-氨基丁酸(CA-BA)20条件下处理新鲜的桃果实10min后,置于1条件贮藏5周,结果表明,GABA处理可以明显减少桃果实采后低温贮藏中的冻害,其中以5mmol/L浓度处理的效果最佳。Sayyari等采用246mmol/L的草酸浸泡石榴,结果表明,草酸可明显降低石榴的呼吸速率和失重率。

    近几年来,醋酸(AAC)被认为是一种可以替代SO2的新型水果保鲜剂。Venditti等发现,采用50mg/kg的醋酸可以明显地降低“Taloppo”和“Regina”鲜食葡萄的腐烂率,保持果实品质。同样,醋酸对柠檬也具有较好的保鲜效果。除了防止果实腐烂之外,某些化学保鲜剂还可以增加果实的香气,如外源施用茉莉酸甲酯可以提高草莓的香气活性成分,保持果实良好的感官特征和营养特性。

    在目前采用的化学保鲜剂中,大多数保鲜剂由于危害人体健康,或者会对环境造成污染,而限制了其规模化应用。

l.3  生物保鲜技术

    随着生活水平的提高及消费观念的改变,人们对食品的要求不汉仅满足于传统上的色、香、味,更加关注的是食品的安全与环保。亚硝酸钠、苯甲酸钠等化学防腐剂都具有一定的毒性,物理方法如辐射贮藏和低温贮藏等又受其应用范围、成本和操作技术等因素限制,难以得到广泛应用。因而,寻找经济、简便、安全无毒的生物保鲜技术,用于取代物理和化学保鲜方法已成为人们关注的热点。

l.3.l  微生物菌体次生代谢产物在水果保鲜中的应用

    微生物的发酵具有生产周期短、价格低廉和操作简便等特点.并且不受季节和地域条件的限制,因此.从微生物的次生代谢产物中研制生物保鲜剂具有广阔的发展前景。   

    纳他霉素最初是从链霉菌的培养物中提取出来的,对几乎全部的霉菌和酵母菌都非常有效。目前已成为30多个国家广泛使用的一种天然生物性食品防腐剂和抗菌添加剂。呼玉侠等用500mg/L的纳他霉素悬浮液喷洒草莓发现,在温度为1822,湿度为58%65%条件下放置10d后,草莓的腐败率仅为10%。纳他霉素对甜樱桃、葡萄和冬枣等也具有较好的保鲜效果。另外,纳他霉素结合壳聚糖涂膜可以显著延缓草莓果实采后衰老,延长贮藏时间。

    乳链菌肽是由乳酸链球菌(Streptococcus lactis)产生的一种天然食品防腐剂,由34个氨基酸残基组成,能有效地抑制许多引起食品腐败的革兰氏阳性菌的生长和繁殖,延长产品保存期46倍,有利于产品的贮存和运输,对人体安全无害,是细菌素中应用最广泛的高效、无毒天然食品防腐剂。高蓬明等采用乳酸链球菌素、ε-聚赖氨酸、纳他霉素和R-多糖四种天然防腐剂复配,发现可提高猕猴桃果浆的保藏品质,维持可滴定酸度。

    微生物多糖大部分由细菌、真菌和蓝藻类产生,具有安全无毒、理化性质独特等特点。微生物产生的多糖由于容易与菌体分离,因而可通过大量发酵实现工业化生产,已作为成膜剂和保鲜剂在食品、制药等多个领域得到广泛应用。短梗霉多糖又称卜多糖,是由出芽短梗霉(Aureobasidium pulluans)产生的一种水溶性胞外多糖。研究表明,短梗霉多糖可以减少青香蕉、红香蕉、黄香蕉、大国光、红富士苹果和莱阳梨等八种水果的水分散失,保持果实的感官品质,延缓成熟和衰老进程,达到较好的保鲜效果。茁霉多糖也是由出芽短梗霉分泌的胞外多糖,1%茁霉多糖加防腐剂可以降低油桃的失重率和腐烂率,保持果实的感官品质。

1.3.2  微生物菌体直接作为保鲜剂在水果保鲜中的应用

    目前,可作为果蔬采后病害拮抗菌的微生物有酵母菌、细菌和霉菌等。枯草芽胞杆菌因其具有安全、对人畜无毒无害和不污染环境等特点,被广泛应用于果蔬采后病害的生物防治。张丽霞等发现,枯草芽胞杆菌FR4活菌液和离心上清液对草莓果实灰葡萄孢霉的抑制效果较好,不同处理可明显降低草莓的失重率,减少还原糖和可滴定酸含量的损失,降低草莓的腐烂率。Zhang等发现,红酵母(Rhodotorula glutinis)可以明显减缓梨果实腐烂的进程,不影响梨的重量、硬度、TSSVC含量等品质,认为红酵母可以替代梨果实采后的化学保鲜方法。曾荣等发现,不同浓度的啤酒酵母菌液可以减少草莓果实的失水率和腐烂率,降低果实呼吸速率和减少细胞膜透性的变化,从而增强果实的耐贮性。在葡萄采前喷施酵母菌并结合壳聚糖的使用,可以稳定葡萄果实的PPO酶活性,保持TSS含量,防止果实腐烂。

    不同微生物菌株发酵液混合后也可作为保鲜菌剂,张福星等将多种微生物菌种发酵提取液混合制成生物保鲜液fb2203,并对草莓进行了保鲜研究。结果表明,生物保鲜液fb2203可以减少草莓果实的表面失水,防止草莓灰霉等病菌的侵染,保持果实的新鲜度,对草莓的贮藏保鲜有比较明显的效果。

    与大田作物病害的微生物防治相比,采用微生物方法进行水果保鲜具有如下优点:①贮藏条件容易控制;②处理目标明确,外界微生物干扰少;③无紫外线等的破坏作用;④产品集中,处理费用低廉。微生物技术为优质果品的采后病害防治开辟了一条无公害的新途径。

1.3.3  动植物自身的天然成分提取物作为保鲜剂在水果保鲜中的应用

    动植物自身的天然成分提取物由于含有多种防腐与防褐变成分,因而经常作为保鲜剂应用于水果保鲜中。植物性来源的防腐剂包括大蒜提取物、甘草和银杏叶提取物等。

    从谷物加工副产品中提取出的PA天然物质,其主要成分是肌醇六磷酸酯,呈黄色浆状液体,可用于水果、蔬菜和饮料的保鲜。PA保鲜剂无论是使用喷洒法或是浸渍法,对果蔬的保鲜效果均明显优于对照组,经42d的较高自然温度保鲜期后,果蔬的色泽、味道无明显变化。香辛料提取液也有明显的抑制根霉等真菌的作用,具有一定的保鲜效果。李学红等。将香辛料提取液添加到涂膜液中对新鲜草莓进行处理,结果发现,可以抑制草莓的呼吸作用、减少VC等营养物质的损耗,降低草莓烂果率,延长货架期。赵博研究了室温条件下不同配比的壳聚糖与生姜大蒜提取物的复配涂膜液对红橘的保鲜效果,发现该复配涂膜液可以显著地降低果实的腐烂率和失重率,延缓果实总酸和VC含量的下降。丁香、黄芩、银杏叶提取物可减少草莓果实水分的散失,保持果实的VCTSS含量,达到保鲜的效果。甘草提取液作为水果保鲜剂,具有安全无毒、方便施用、广谱性和环境友好等优点。

    动物性来源的防腐剂包括壳聚糖和蜂胶等。壳聚糖作为一种多糖类物质,具有良好的成膜性与抑菌作用,被广泛应用于果蔬保鲜。付红军等研究了壳聚糖涂膜对金柑果实的保鲜效果,发现壳聚糖涂膜可增强超氧化物歧化酶(SOD)活性,抑制过氧化物酶(POD)活性,减少丙二醛(MDA)的积累,抑制果实的呼吸强度,降低果实组织相对电导率和失重率,有效地延缓果实的成熟与衰老。对葡萄和苹果的保鲜试验表明,只需将0.17%2%的壳聚糖溶液对果蔬进行喷洒,即可在果实表面形成一层薄膜,壳聚糖可阻止果实吸收O2防止CO2的排出,从而延缓果实的熟化,达到保鲜的目的。Mazur等发现,壳聚糖溶液可以防治草莓灰霉病,使草莓的腐烂率降低15%。很多研究证明,壳聚糖对龙眼果实具有较好的保鲜作用。吴良展等发现,壳聚糖包膜可明显降低龙眼的褐变率、失水率和腐烂率,保持较高的商品率。壳聚糖包膜还可以抑制龙眼果皮的细菌和真菌的生长。在生理生化方面,壳聚糖包膜可以延缓龙眼果皮叶绿素含量的减少,阻止龙眼果皮相对电导率、PPO酶活性和胡萝卜素含量的上升。

    壳聚糖与其他物质结合也可以提高水果的保鲜效果。由于抗坏血酸可以提高抗氧化性,壳聚糖可以防止脱水并隔离微生物侵染,因而Sun等将抗坏血酸和壳聚糖结合起来进行荔枝的保鲜试验,结果表明,40 mmol/L抗坏血酸和1.0%的壳聚糖混合使用,可以降低荔枝果皮PPOPOD酶活性,提高SOD酶活性,降低MDA含量,维持TSS和可溶性糖含量,保持荔枝果变的品质,延长贮藏期,防止腐烂。

    另外,不同分子量的壳聚糖保鲜效果也有所不同,低分子量壳聚糖和高分子量壳聚糖涂膜对柑橘(Murcott tangor)的保鲜试验结果表明,低分子量的壳聚糖涂膜可以防止果实变软,降低失重率,抑制采后病原真菌的生长,延长柑橘的货架期。

    应用于水果保鲜的动物性来源防腐剂还包括抗菌肽邱芳萍等从吉林林蛙(Rana temporaria)干皮中分离得到的抗菌肽也可以抑制多种水果的腐烂病原菌,对草莓具有较好的保鲜效果。

2  水果保鲜机理研究进展

    目前,国内外在水果保鲜领域采用的保鲜手段各不相同,侧重点也有所不同,但都是对果实保鲜品质起关键作用的三大要素进行调控。首先是通过抑制果实的呼吸等代谢作用来减缓水果的衰老进程;其次是通过控制腐败菌来抑制水果采后微生物的滋生和繁殖;第三是控制水果采后成熟过程中相关酶的活性和代谢物质含量,从丽延缓果实的腐烂进程。

2.1  不同保鲜技术对果实呼吸的抑制作用

    水果在采后仍继续进行着生命代谢活动,由于本身的呼吸作用产生大量乙烯,而乙烯对水果具有一定的催熟作用,会加速果实的后熟与腐烂,缩短保质期。因此,抑制果实的呼吸作用将有利于延长水果的贮藏期。

    热水处理草莓可以通过抑制果实的呼吸速率和乙烯释放速率来明显延长贮藏寿命。臭氧在水果蔬菜的贮藏中得到广泛应用,具有防止果蔬老化的保鲜作用,主要是因为臭氧可以氧化分解果蔬呼吸出的催熟剂——乙烯气体。

    1-甲基环丙烯是一种有效的新型乙烯抑制剂,它主要通过与乙烯竞争结合乙烯受体,使果实的内外源乙烯丧失其应有的生理作用,进而降低呼吸速率,保持果实的良好品质。SO2除了起到防腐作用外,还能显著抑制不同水果的呼吸和褐变,从而延缓果实的衰老,延长其货架期。

2.2  不同保鲜技术对果实相关酶和其他物质的影响

    果实褐变与膜脂过氧化作用的加强及膜结构的破坏程度密切相关。这是由于内源消除活性氧的功能减弱及抗氧化能力下降,造成了活性氧的积累,促进了细胞膜系统膜脂的过氧化作用,破坏了细胞膜结构的完整性,使定位在质体和其他细胞器的PPO酶、POD酶与定位在液泡的酚类物质发生反应而形成褐色素,促使褐变发生。应用0.015mm厚度的气调保鲜袋包装处理可以抑制香蕉贮藏过程中果皮细胞膜透性的增加和POD活性的升高.从而延缓香蕉果实的衰老。

    热带水果含有丰寓的酚类和类胡萝卜素,这些物质是果实采后贮藏的关键影响物质。Rivera-Pastrana等发现,低温(1)可以维持或者增加番木瓜中阿魏酸和咖啡酸的含量,降低类胡萝卜素的含量,保持果实的品质。Shang等发现,GABA处理可以通过提高谷氨酸脱羧酶和δ-乌氨酸转氨酶活性、降低脯氨酸脱氢酶活性来积累脯氨酸和内源GABA含量,从而防止桃采后低温贮藏中的冻害发生。车建美等发现,使用短短芽胞杆菌FJAT-0809-GLX处理后,龙眼果皮的PODPPO酶活性明显小于对照,说明其主要是通过抑制了龙眼果实的酶活性而达到较好的保鲜效果。当然,这种抑制作用也可能只是表型上的,是否还与其他酶有关,需要进一步进行试验研究。

2.3  不同保鲜技术对果实采后病原菌的抑制作用

    气调保鲜包装通过改变包装盒或包装内食品的外部环境,抑制微生物的生长,延缓新鲜果蔬的新陈代谢速度,延长果实的贮藏期。其中,氧气可以抑制厌氧菌的生长,维持新鲜水果的需氧呼吸,保持果实的新鲜度,二氧化碳可以抑制腐败细菌和霉菌的生长,是保鲜气体中的主要抑菌成分。添加不同浓度2-壬酮的充气气调包装可以明显抑制草莓果实采后致病菌——灰霉菌的生长,从而防止草莓腐烂。

    SO2气体具有一定的抗菌性,可以抑制微生物的生长繁殖,减少因采后病原微生物的侵染而引起的腐烂变质,达到果实的保鲜效果。超声波主要是通过强烈的机械震荡对细菌产生破坏作用,使细胞破裂乃至死亡。超声波与氯结合处理,可明显降低新鲜水果和蔬菜表面的细菌数量,保持果蔬的新鲜品质。一定剂量的射线辐照处理也可抑制微生物的生长。2kGy剂量的钴60辐照处理可以明显抑制草莓果实表面残留的霉菌滋生和快速繁殖,保持草莓的商品价值。

    不同的生防菌能迅速利用营养在果实表面进行繁殖,抑制采后病原菌的生长,因而也常被用作果蔬保鲜剂。Zhang等认为,红酵母主要通过抑制梨果实采后由灰霉菌引起的灰霉病防止果实腐烂,保持果实品质。

3  展望

    应用合理的保鲜技术方法可以提高水果采后品质,延长贮藏时间,利于水果的长途运输,延长果实的货架期,结合不同水果保鲜技术的优缺点,不断研究与应用适合我国国情的安全、高效、低成本的水果保鲜技术,是我国水果进入国际市场的重要保障,同时,实现水果保鲜的产业化和建立安全质量监控体系,才能进一步扩大水果的销售市场,提升我国水果在国际市场的竞争力,促进水果产业的发展,使我国的水果出口能抓住加入世界贸易组织的大好机遇,在国际市场真正地占有一席之地。

    作者单位:(福建省农业科学院农业生物资源研究所,福建 福州 350003)

    文章采集:caisy

    注明:农业部引进国际先进农业科学技术重点项目(2011-G25);国家公益性行业(农业)科研专项(200903034);福建省区域重大项目(闽科计(2011)44):福建省财政专项-福建省农业科学院科技创新团队建设基金(STIF-Y03),福建省农业科学院科技下乡“双百”行动科技计划项目(sbmn1104-2)

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