王 雷，张 华，张蕾蕾，王 会，金 鹏，郑永华



甜樱桃采后热空气处理抑制青霉病的工艺优化

王 雷1，张 华1，张蕾蕾1，王 会1，金 鹏2，郑永华2※

（1. 聊城大学农学院，聊城 252000；2. 南京农业大学食品科技学院，南京 210095）

为确定热空气处理控制采后甜樱桃果实青霉病的最优条件，采用响应曲面法研究了不同温度-时间的热空气处理对甜樱桃采后青霉病的抑菌效果和果实品质的影响。甜樱桃果实采后用不同温度热空气（40～48 ℃）和不同处理时间（60～180 min）处理后，接种青霉菌在20 ℃、相对湿度90%～95%的条件下贮藏5 d，贮藏结束后测定果实的病斑直径、硬度、抗坏血酸含量和固酸比，建立了4个响应值的二次多项数学模型，分析了拟合程度，并利用模型的响应面对甜樱桃的抗病性和果实品质进行了探讨。结果表明，热空气处理控制采后甜樱桃果实青霉病的较优条件为热处理温度为44 ℃、热处理时间为114 min，该条件显著（＜0.05）抑制了甜樱桃采后青霉病的扩展，与对照组相比，热处理较好的保持了甜樱桃果实品质，显著（＜0.05）减缓了硬度、抗坏血酸含量和固酸比的下降，为热空气处理在甜樱桃贮藏保鲜中的应用提供理论依据。

品质控制；优化；贮藏；热空气；甜樱桃；青霉病

0 引 言

甜樱桃色鲜味美，是名贵果品之一，经济价值很高；但甜樱桃果实皮薄多汁，采后呼吸代谢旺盛[1]，货架期短，贮藏期间品质劣变迅速[2-3]，极易发生真菌性病害，其中由扩展青霉（）引起的青霉病是甜樱桃果实主要的采后病害之一[4-5]。长期以来，控制水果采后病害的主要措施是使用化学杀菌剂，虽然防腐效果较好，但由于其残留量大，污染环境，且易产生抗药性，因此，研究化学杀菌剂的替代物来防治水果采后病害是食品科技工作者面临的一项紧迫任务[6-7]。热处理技术作为果蔬采后处理的一种简单物理方法，主要是利用热力杀灭或抑制果蔬上的害虫或病原微生物，起到减少腐烂或者改变果蔬某些生理代谢进程以达到贮藏保鲜的目的[8-9]。热处理方法主要有热水、热蒸汽或热空气等方式，与热水和热蒸汽相比，热空气传热比较慢，处理时间相对比较长，但处理温度较低，因此对水果引起的热伤害最小[10-11]，而且热空气处理可以减少果蔬处理过程中自身携带的病原微生物的交叉感染。作为一种绿色的果蔬保鲜技术，热处理提高了番木瓜[12]、猕猴桃[13]、番茄[14]等果蔬的抗冷性，减轻了苹果[15]、杨梅[16]、柑橘[17]等水果采后病害的发生。此外，热处理还能够有效的保持草莓[18]、青椒[19]、葡萄[20]、龙眼[21]等果蔬良好的贮藏品质。众多研究结果表明，热处理技术能够有效防治果蔬采后的病虫害、保持水果品质，但不同种类的果蔬由于大小、组织结构以及种属特性之间的差异，所需热处理的条件不同，不合适的热处理方式会对果蔬造成一定的伤害或者起不到应有的防护效果。笔者课题组的研究发现，不同的水果所选用的热处理温度和时间不同，Wang等[11]采用48 ℃热空气处理3 h有效的抑制了杨梅果实采后所发生的绿霉病和自然腐烂，而草莓果实采用不同的热空气处理条件（45 ℃，3.5 h）也抑制了腐烂的发生，并较好的保持了果实的品质和抗氧化特性[22]，不同水果热处理的温度和时间不同可能是由于热力在不同水果组织中的传导速率不同，导致热处理条件也会有所差别[23]。甜樱桃果实比较娇嫩，且专门应用于其采后保鲜的热处理方式还未见相关报道，筛选合适的热处理方法对于甜樱桃的贮藏保鲜具有重要的经济价值和社会意义。

本文采用响应曲面法（response surface method，RSM）研究了不同热处理温度、时间对抑制甜樱桃采后青霉病的效果和品质影响，确定最优的热空气处理条件，以期为热空气处理在甜樱桃果实采后保鲜中的应用提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料及处理方法

青霉（）分离于自然发病的甜樱桃果实，经鉴定和回接试验后，重新从发病的甜樱桃果实中再次分离纯化，挑取单胞将其接种于马铃薯培养基（马铃薯200 g，葡萄糖20 g，琼脂20 g，水1 000 mL；121 ℃灭菌20 min）上，28 ℃下培养7 d，用接种环在培养好的霉菌试管斜面上刮取适量孢子，转移到无菌生理盐水中，用血球计数板计数，并用无菌生理盐水调整至5×104个/mL，现用现配。

供试甜樱桃（L.）商业成熟度（九成熟）时采摘于山东省烟台市，品种为“红灯”，选择大小、成熟度均匀一致，无机械损伤和病虫害的果实。挑选后的果实放入塑料筐中，置于不同温度的恒温培养箱中，以甜樱桃中心温度达到设定温度时开始计时，处理结束后，20 ℃下在果实表面刺伤接种部位用体积分数75%的酒精消毒，然后用灭菌铁钉在果实赤道部位打孔（直径2 mm，深3 mm），用微量移液器向每孔中注入10L孢子浓度为5×104CFU /mL的青霉孢子悬浮液，自然晾干。将各处理组（每个处理组有3盒，每盒20个甜樱桃，共60个果实）果实用塑料盒分装，塑料盒外套0.01 mm厚聚乙烯保鲜袋保湿。随后将果实置于(20±1)℃，相对湿度90%～95%的恒温箱中贮藏5 d后，测量青霉病病斑直径、果实硬度、可溶性固形物（total soluble solids，TSS）、可滴定酸（titratable acidity，TA）和抗坏血酸（ascorbic acid，AsA）。

1.2 试验设计

根据预试验结果选定热空气处理的温度和时间参数范围，应用Design of Exper 7.0 软件中的旋转中心组合设计（central composite rotatable design，CCRD）功能对热空气处理的温度和时间进行优化，筛选最佳的热空气处理条件。本试验以处理温度与处理时间为自变量，分别以1和2表示，试验因素编码及水平见表1，按方程=(−0)/Δ对自变量进行编码。式中，为自变量的编码值，为自变量在中心点的值，Δ为自变量变化步长。以甜樱桃果实青霉病的病斑直径、硬度、抗坏血酸含量和固酸比为响应值，对试验数据进行拟合，得到一个二次多项式

Y=0+∑βx+∑βx2+∑βxx（1）

式中Y为预测响应值，0为常数项，β为线性系数，β为平方系数，β为交互作用系数。

1.3 测定方法

1.3.1 硬 度

参照Serrano等的方法，有改进[24]。用TA-XT2i 质构仪（英国Stable Micro System公司）测定果实硬度。在甜樱桃果实的赤道部位取一点，用双刃刀片切除1 cm2的果皮，用直径为5 mm的探头，测试距离为5 mm，测前、测试、测后速度均为1 mm/s，探头插入水果时受到的最大阻力定义为樱桃的硬度（N）。每组测定10个果实，取平均值。

1.3.2 可溶性固形物和可滴定酸

可溶性固形物含量的测定参考曹建康等的方法[25]，使用手持数显阿贝折光仪（日本Atago公司，DR-A1）测定。可滴定酸含量的测定参考Wang等的方法[3]，称取10 g水果样品，定容至100 mL，过滤，取20 mL滤液，用0.1 mol/L的NaOH滴定至pH值8.1，结果以含苹果酸的百分数表示。每组处理测定5个果实。

1.3.3 抗坏血酸

抗坏血酸含量的测定参考Zhang等的方法[26]，采用2,6-二氯酚靛酚滴定法，测定结果表示为mg/(100 g)。

1.3.4 热空气处理最佳优化条件验证比较试验

利用Design Expert 7.0软件分析得到的最佳处理温度和处理时间对甜樱桃果实进行处理后，按照前面的方法进行接种等相关操作，以不进行热处理的作为对照，贮藏5 d（20 ℃，相对湿度90%～95%）后比较处理组和对照组的青霉病病斑直径、果实硬度、可溶性固形物、可滴定酸和抗坏血酸等指标，验证热空气处理和对照试验之间的比较。试验重复3次，取平均值，并进行后续数据统计分析。

1.4 数据处理

所有试验重复3次，利用SPSS16.0（SPSS Inc., Chicago, USA）对试验数据进行处理分析，二次模型的建立采用Design Expert 7.0（Stat-Ease Inc, Minneapolis, USA）软件进行响应面分析，统计分析主要包括三部分：方差分析、回归分析和响应曲面分析，最后获得最佳变量水平。

表1 热空气处理的旋转中心组合设计分组表

2 结果与分析

2.1 回归方程的建立

甜樱桃果实20 ℃下贮藏5 d后，不同温度-时间的热处理组与对照组果实的病斑直径、硬度、抗坏血酸含量与固酸比的试验值与预测值见表2。根据表2中的数据，通过Design Expert软件对试验数据进行二次多元回归拟合，获得了病斑直径、硬度、抗坏血酸含量、固酸比的预测值对编码自变量处理温度和时间的二次多项回归方程

1=4.33+0.0331−0.0172−0.03512+0.2312+0.1122（2）

2=0.98, Adj2=0.96

2=1.66−0.0051−0.0222+0.01812−0.04512−0.03522（3）

2=0.92, Adj2=0.87

3=14.32−0.0571+0.0202−0.03512−0.2412−0.06022（4）

2=0.96, Adj2=0.93

4=18.27−0.0291−0.0562+0.02312−0.06812−0.4022（5）

2=0.98, Adj2=0.96

式中1为时间，2为温度，℃；1为病斑直径，mm；2为硬度，N；3为抗坏血酸含量，mg/(100 g)；4为固酸比。

表2 旋转中心组合设计试验和预测结果表

2.2 模型的检验

表3是热空气处理后甜樱桃果实病斑直径、硬度、抗坏血酸含量和固酸比的方差分析结果。甜樱桃果实病斑直径模型极显著（<0.000 1），拟合度2=0.98，模型的校正决定系数Adj2=0.96，表明模型能预测甜樱桃果实在接种10L浓度为5×104CFU /mL青霉孢子悬液后病斑直径实际变化情况；失拟项检验概率为0.125 8>0.05，说明拟合不足不显著。回归方程各项显著性表明：一次项1（=0.047 9）显著，2（=0.260 2）不显著；二次项12（<0.000 1）极显著；22（=0.000 1）极显著；交互项12（=0.116 7）不显著。

表3 回归方程系数显著性检验

预测果实硬度变化模型（3）极显著（=0.001 0），拟合度2=0.92，模型的校正决定系数Adj2=0.87，说明该模型与实际情况拟合较好；失拟项检验概率为0.388 2> 0.05，说明拟合不足不显著。回归方程各项显著性表明：2（=0.009 5）显著；二次项12（=0.000 3）极显著；22（=0.001 2）极显著；其他系数不显著。

方程（4）（抗坏血酸）模型极显著（=0.000 2），拟合度2=0.96，模型的校正决定系数Adj2=0.93，说明该模型与实际情况拟合较好；失拟项检验概率为0.490 5> 0.05，说明拟合不足不显著。回归方程各项显著性表明：1（=0.019 6）显著；二次项12（<0.000 1）极显著；22（=0.021 0）显著；其他系数不显著。

方程（5）（固酸比）模型极显著（<0.000 1），拟合度2=0.98，模型的校正决定系数Adj2=0.96，说明该模型与实际情况拟合较好；失拟项检验概率为0.204 3> 0.05，说明拟合不足不显著。回归方程各项显著性表明：一次项2（=0.036 8）显著；二次项12（=0.022 5）显著；22（<0.000 1）极显著。

由此可见，4个方程的显著性较高，拟合度较好，试验误差小，因而可用此模型对“红灯”甜樱桃常温贮藏5 d 后的试验数据进行分析和预测。

2.3 响应面的分析与优化

如表2所示，在本试验中甜樱桃果实经热空气处理后，接种青霉菌在20 ℃下贮藏5 d后的病斑直径都低于对照组，表明热空气处理能够控制甜樱桃果实病斑直径的增加。由图1a可知，温度在44 ℃左右时病斑直径较小，当温度高于44 ℃时，曲面图较陡峭，病斑直径增大较快，表明病斑直径对于热空气温度的改变较敏感，而处理时间对病斑直径影响的响应面坡度相对平缓。从图中可直观看出，处理温度与处理时间对果实病斑直径的交互作用不明显，这从表3中交互项回归系数（=0.116 7）得到证实。所以，保持甜樱桃果实较小病斑直径的处理温度在42～46 ℃之间，处理时间在100～130 min之间。

果实硬度是反映贮藏期间果实品质的重要指标之一[27]。甜樱桃果实在贮藏过程中硬度逐渐下降，但热空气处理延缓了果实硬度的下降，这可能与果实中果胶含量以及细胞壁水解酶活性有关[28]。由图1b的曲面图可知，温度对樱桃果实的硬度影响较大，而处理时间的影响相对较小。温度在44 ℃左右时能保持果实较高的硬度，而在44 ℃两侧，硬度下降明显。从图中可直观看出，处理温度与处理时间对果实硬度的交互作用不明显（>0.05），硬度对时间温度的敏感性较强。处理温度在42～45 ℃，处理时间在105～135 min之间，果实硬度保持较好。

抗坏血酸含量是甜樱桃果实重要的品质指标[28]。由图1c可见，处理温度对甜樱桃果实抗坏血酸含量影响较大，表明抗坏血酸含量对处理温度的敏感性较强，处理温度与处理时间对果实硬度的交互作用不明显（>0.05）。处理温度在43～45 ℃，处理时间在105～135 min之间，果实的抗坏血酸含量较高。水果中的可溶性固形物和可滴定酸含量是表征果实风味品质的重要指标[29]。如图1d的响应曲面图所示，处理温度对果实出汁率的影响曲面图坡度较为陡峭，表明樱桃果实的固酸比对处理温度变化较为敏感，等高线表明处理温度与处理时间的交互作用不显著（>0.05）。处理温度在42～44 ℃之间，处理时间在100～130 min之间固酸比较高。

2.4 热空气处理最佳条件的优化和验证比较试验

结合表2的试验结果，当要求病斑直径小于4.34 mm，硬度大于1.65 N，抗坏血酸质量分数大于14.31 mg/(100 g)、固酸比大于18.26时，通过Design Expert软件分析计算出合适的热处理条件即为图2中黑色部分。利用（2）－（5）方程联合求解，得到当处理温度为43.7 ℃，处理时间为114.2 min时，有最佳效果：病斑直径为4.33 mm、硬度为1.66 N、抗坏血酸质量分数为14.32 mg/(100 g)、固酸比为18.27。为便于实际应用，选取处理温度为44 ℃，处理时间为114 min，并在此条件下验证热空气处理和对照试验比较（表4），结果表明，在20 ℃贮藏5 d后，44 ℃、114 min的热空气处理显著抑制了甜樱桃果实青霉病病斑直径的扩展，对照组病斑直径为6.58 mm，而热处理组为4.42 mm，与响应曲面法预测的结果基本一致，仅比预测值大2.08%，显著（<0.05）小于对照组，同时，热处理维持了较好的品质。果蔬采后热处理技术以无毒、无化学残留、能耗低且便于操作的特点在果蔬贮藏中具有较好的应用前景，在商业应用中，热空气处理系统的成本要高于热水处理系统[10]。

表4 验证与比较试验结果

注：同一指标不同字母代表差异显著水平<0.05。

Note: Different letters in the same column indicate significant differences at<0.05.

在以色列等农业发达国家，热处理技术已经进入商业化应用，中国现有的果蔬采后商业化处理生产线带有清洁和风干程序，将风干程序进行改进，辅以热空气完成风干过程，可以取得良好的效果，实现更广泛范围内的商业化应用，在实际应用中，热处理的方式要依据果蔬的种类、大小、成熟度等方面来确定。热空气处理在实际的应用中可能还存在一些问题，如热量在处理环境中不均匀、热处理时间过长增加果实失重以及单一热处理抑菌效果不理想等，为避免这些问题可考虑与其他处理方式结合使用，既增强抑菌效果又减少热处理的缺点，如本研究团队使用热空气处理与茉莉酸甲酯、乙醇结合减少了杨梅腐烂[16]和枇杷冷害[30]，取得了较好的效果。随着人们对食品安全的重视，热处理技术在果蔬采后贮藏保鲜上还会得到更广泛的应用，研究不同的热处理方式对不同果蔬的影响，能够更好的指导我们选择合适的热处理技术和工艺条件，扩大热处理在果蔬贮藏中的使用范围、推进热处理技术的商业化应用。

3 结 论

1）通过试验证实，采后热空气处理能够有效控制采后甜樱桃果实青霉病的发生。

2）通过试验，利用响应曲面法建立了不同条件下热空气处理甜樱桃果实的二次多项式的数学模型，模型极显著（<0.001），拟合度高（2>0.92），试验误差小，可以用于对甜樱桃果实贮运过程中品质的变化进行分析预测。

3）通过对模型的曲面图和等高线分析，明确了处理时间与处理温度对甜樱桃果实品质指标的影响，并在此基础上优化了甜樱桃果实热空气处理的条件：温度为44 ℃，处理时间为114 min，与对照相比，该处理条件较好的保持了甜樱桃果实品质，显著（＜0.05）减缓了硬度、抗坏血酸含量和固酸比的下降。

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Process optimization of hot-air treatment on inhibition of blue mould infection for postharvest sweet cherry fruit

Wang Lei1, Zhang Hua1, Zhang Leilei1, Wang Hui1, Jin Peng2, Zheng Yonghua2※

(1.252000,; 2.,210095,)

Sweet cherry (L.), an economically important temperate fruit, is popular for its attractive red colour and high value of nutrients. However, sweet cherry is highly perishable and susceptible to mechanical injury and fungal decay., the causal agent of blue mould, is a widespread fungalpathogen and causes considerable losses in sweet cherry fruit.Traditionally, the control of postharvest mould decay is mainly dependent on synthetic fungicides. However, the increasing resistance of fungal pathogens and growing concern of the public over chemical residues make it crucial to research alternative approaches to inhibit mould decay. Heat treatment, as a physical method, has acquired increasing attention and has been widely used to control fruit decay and maintain quality. There are 3 methods in use to heat fruit and vegetable: Hot air, hot water and hot water vapor. However, there is no information concerning the condition of hot air on inhibiting blue mold decay in sweet cherry fruit using the response surface methodology (RSM). RSM is a collection of mathematical and multivariate statistical techniques that are useful for the modeling and analysis of problems, in which a response of interest is influenced by several variables and the objective is to optimize the response. In order to determine the optimum condition of hot-air treatment on the inhibition of blue mould decay in postharvest sweet cherry fruit, the effects of different temperature-time combinations on inhibition efficiency of blue mould decay and fruit quality were investigated using the RSM. The fresh harvested sweet cherry fruits were treated in hot air at different temperatures (40-48℃) for different treatment time (60-180 min), then the fruits were inoculated with the spores of(5×104CFU/mL) and stored under the condition of approximately 90%-95% relative humidityat 20 ℃ for 5 d. At the end of storage, lesion diameter of blue mould decay, fruit firmness, content of ascorbic acid and ratio of TSS (total soluble solids) to TA (titratable acidity) were measured. Four second-order quadratic equations of lesion diameter of blue mould decay, fruit firmness, content of ascorbic acid and ratio of TSS to TA were established, and the fitting degrees were also analyzed through the RSM. The key factors and their interactions affecting the inhibition efficiency of blue mould decay and fruit quality were also discussed through the RSM.By analyzing the response surface graphs and corresponding contour graphs as well as solving the quadratic equations, the results suggested that the optimum condition for combined treatment of hot air in sweet cherry fruit was that the temperature was 44 ℃, and the treatment duration was 114 min. Results of demonstration and comparison tests showed that the optimum condition (44 ℃, 114 min) obtained via the RSM effectively inhibited the blue mould decay in sweet cherry fruit and maintained the fruit quality. In comparison with the control fruit, hot-air treatment delayed the decline of firmness and ascorbic acid content and maintained a higher level of TSS/TA. The present study showed that the optimum parameters of hot-air treatment obtained by the RSM are feasible, which can provide a theoretical foundation for further research of the application of hot-air treatment in sweet cherry fruit preservation.

quality control; optimization; storage; hot air; sweet cherry; blue mould

10.11975/j.issn.1002-6819.2017.06.038

TS255.3

A

1002-6819(2017)-06-0295-06

2016-09-04

2017-01-20

国家自然科学基金项目（31601521）；聊城大学博士启动基金（318051535）；山东省教育厅项目（J16LF61）联合资助

王雷，男，山东潍坊人，讲师，博士，主要从事果蔬采后生理与贮藏保鲜研究。聊城 聊城大学农学院，252000。Email：freshair928@163.com

郑永华，男，浙江诸暨人，博士，教授，博士生导师，从事农产品贮藏加工研究。南京 南京农业大学食品科技学院，210095。Email：zhengyh@njau.edu.cn