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(1.山东省农业科学院农产品研究所,山东省农产品精深加工技术重点实验室, 农业农村部新食品资源加工重点实验室,山东济南 250100; 2.山东师范大学生命科学学院,山东济南 250014)

甜樱桃是蔷薇科落叶灌木果树,其果实外观红亮剔透,且富含多种维生素和矿物质,具有抗癌、抗肿瘤、预防心脑血管疾病等作用。甜樱桃在世界上种植广泛,品种繁多[1]。近年来,我国甜樱桃生产种植业高速发展,到2016年中国甜樱桃种植面积高达18万hm2,产量超70万t[2],已成为樱桃生产大国。尽管我国甜樱桃种植面积广、产量高,但产品质量及经济效益与发达国家相比相对落后。究其原因,主要是我国对采后甜樱桃的商品化处理技术还不完善,再加上樱桃皮薄汁丰、收获期处于高温环境的特点,使得樱桃易遭受病原菌的侵染,进而导致采后易腐烂、品质裂变快、贮藏期短。

引起甜樱桃腐烂发生的主要病原菌有链格孢菌属(Alternaria)、葡萄孢属(Botrytis)、青霉属(Penicillium)、镰刀菌属(Fusarium)、曲霉属(Aspergillus)等[3-4],且甜樱桃采后更易受病原菌的侵染,除了在生长期采取一定的预防措施和防治方法外,建立统一、标准、专业的采后商品化处理技术尤为关键。许多国内外研究者围绕甜樱桃采后处理技术(包括采收、预冷、分级、贮藏保鲜、包装等)进行了深入研究。本文综述了采后甜樱桃的商品化处理主要环节,重点分析了甜樱桃的保鲜技术,为研发新型绿色、安全、经济、有效的保鲜技术奠定基础。

1 采收

采收是甜樱桃商品化处理环节的第一步,确定合理的采收期是采收环节最关键的问题。田间甜樱桃大面积成熟时间一般在5～6月份,此段时间昼夜温差大,光照充足,加上樱桃的成熟期较短,且不同品种樱桃和同一果树的不同部位樱桃成熟期也不一致,甜樱桃采收过早和过晚都会影响果实的风味品质。李芳东等[5]研究发现,采收时间对“美早”樱桃果实品质的影响较大。采收过早,果实较硬,但单果重和可溶性固形物(TSS)含量较低,且风味不足;采收过晚,尽管TSS可以增加将近20%,但果实变软,不适宜远距离销售;适时采收,单果重和TSS基本达到较好的水平,且硬度适中,适合远距离销售。Chauvin等[6]研究发现,中、晚熟甜樱桃具有较好的色泽和硬度,深受消费者喜爱,综合比较中熟甜樱桃的评价最高。裘纪莹等[7]研究了目前国内快递简易包装运输时成熟度对“红灯”樱桃果实品质的影响,发现九成熟的樱桃的TSS、还原糖和可滴定酸含量随时间延长变化平缓适中,腐败率低,外观色泽较好,适用于快递包装运输。随着技术的不断进步,科学家也开始利用无损检测技术分析果实品质后进而确定采收期。Overbeck等[8]利用传感器测定了 “Samba”和“Bellise”两个甜樱桃品种的NAI(归一化花青素指数,与花青素呈相关性)和NDVI(归一化植被指数,与叶绿素a呈相关性)值,进而确定甜樱桃果实成熟度和最佳采收期。因此,樱桃的采收时期往往取决于樱桃的的成熟度和各种品质指标,在此基础上,种植者需结合市场需求,分批、分期的适时采收[9]。

采收环节除了合理确定采收期外,采收方式也逐渐引起关注。由于多数甜樱桃果实皮薄汁多,容易破碎,因此目前樱桃的采收方式一般为人工采收,采收过程中劳动强度较大,采收工人需具备识别樱桃成熟度的经验,且需防止机械损伤。甜樱桃采收期往往劳动力短缺,因此,科学家也开始研发樱桃采摘机器人。张丽等[10]设计了一款新的基于模糊控制和高速并联自动化控制的机器人,能够准确区分樱桃成熟度,降低误采率和采摘破损率,提高工作效率。随着5G时代的来临和人工智能的发展,樱桃采摘机器人将有望进一步完善、升级并应用。

2 预冷

甜樱桃的采收时期气温较高,刚刚收获的果实带有大量的田间热和蒸发热。采收后立即进行预冷不仅可以除去大量的热,还可以抑制病原微生物的生长,在一定程度上可以起到保鲜的作用。因此,预冷是甜樱桃商品化处理的一个关键环节。发达国家早已把预冷作为甜樱桃商品化处理的重要环节,而我国很多地方缺乏完整的冷链物流体系,多数将此步骤省略,直接在常温条件下运输销售,造成不小的经济损失。研究发现,甜樱桃采后4～6 h内迅速预冷,使果实温度降到0 ℃,在相对湿度为90%～95%的环境条件下能够较好保持果梗的新鲜指数[11-13]。

目前,甜樱桃的预冷方式主要包括真空预冷[11]、普通空气预冷[12]、压差预冷[12]、冷水预冷[13-14]、强制通风预冷[15]等,可以根据不同樱桃品种的生理特性和所处气候条件选择使用。崔建潮等[15]以“美早”樱桃为试材,采用0 ℃冰水混合物和强制通风预冷的方式对采收的甜樱桃果实进行预冷,结果表明两种预冷方式均能够降低果实失重率,一定程度上延缓果实外观色泽的下降,延长货架期2～3 d。但冰水预冷处理时间相对较短,比通风预冷的时间缩短了62%,且更能显著延缓TSS和可滴定酸含量的下降,保持果实硬度,这与Alique等[13]、Manganaris等[14]研究结果一致。张潇方等[16]比较了压差预冷、冷库预冷、0 ℃冰水+冷库预冷三种预冷方式处理“先锋”的效果,结果发现0 ℃冰水+冷库预冷和压差预冷两种方式处理的樱桃果实呼吸强度和乙烯释放量明显降低,果实营养品质较好,具有预冷速度快、耗能低等优点。杨艳芬[17]研究了在气调包装条件下,0 ℃贮藏与常温贮藏、低温运输与常温运输的不同条件下压差预冷机预冷“红灯”樱桃的效果,发现压差预冷能够显著降低樱桃的腐烂率和失重率,还可较好的保持TSS和VC的含量;将采后甜樱桃及时预冷并低温运输结合0～5 ℃贮藏能够使樱桃的保鲜期延长至50 d。目前在实际生产中,水预冷因其实廉价、高效,仍然是目前应用最为广泛的预冷方式,但针对不同樱桃品种和价值,相应的预冷技术仍需进一步完善和推广。

3 分级

采后甜樱桃果实分级的目的是剔除小果、伤残果和病害果,整理出健康、均一、光滑、整齐的果实,提高其整体商品价值。甜樱桃分级的主要依据包括果形、色泽、大小、成熟度、硬度、风味等指标[18]。关于甜樱桃分级,不同国家有不同的分级标准,但大多以果实直径大小进行分级,美国和加拿大以ROW为公制单位,新西兰和澳洲以MM为公制单位。我国还没有统一分级标准,一般按照果实大小分为超特等(≥10 g)、特等(8.0～9.9 g)、一等(6.0～7.9 g)、二等(4.0～5.9 g)四个等级[19]。法国水果和豆类专业技术中心(CTIFL)发明的色卡可以将不同品种樱桃按照口径大小和颜色分为不同等级,其口径大小分为22～34 mm 13个不同等级;颜色分为从浅红到深红到深紫色等7个不同的等级[20]。此法对甜樱桃分级更具有专业性和严谨性,分级后甜樱桃外观颜色整体均一,光泽无瑕,更易受消费者喜爱,缺点是需要专业的人士对樱桃挑选,成本较高。张丽芬[21]采用基于视觉技术的樱桃分选机,根据农业部标准对美早、红灯、先锋三个品种的樱桃进行分选,与人工分选相比,结果准确率达99%,且分选快,设备小,对樱桃无任何损失。Li等[22]用近红外高光谱成像技术来检测不同成熟期樱桃果实的TSS与pH的关系,在对樱桃成熟度进行分级的同时,实现了果实品质指标(如TSS)的测定,但该技术仍需改进,如提高准确率并降低成本。目前市场上应用较多的是机械分级,可以根据客户需要设置分选直径范围(一般10～40 mm可调),不仅分选效率高、分级准确,还可节省大量的人力和财力,但分级过程中不可避免的会造成小部分机械损伤。

4 贮藏保鲜

新鲜的甜樱桃极易腐烂,经过预处理和筛选分级后,贮藏保鲜技术将决定樱桃的保质期和货架期。甜樱桃的保鲜技术主要可以分为物理保鲜技术、化学保鲜技术和生物保鲜技术三大类。物理技术主要包括低温冷藏、热处理[23]、超声波[24]、减压[25]、辐照[26]、气调[27]、等离子体、脉冲电场等;化学保鲜主要利用氯气、二氧化氯、过氧乙酸、有机酸、H2O2、二氧化硫、次氯酸钠等化学保鲜剂涂膜、浸渍等方式实现樱桃的保鲜;生物保鲜主要是使用壳聚糖、聚赖氨酸等生物保鲜剂延长樱桃贮藏期。

4.1 物理保鲜技术

物理保鲜技术具有安全无毒、绿色环保的优点。甜樱桃的贮藏最开始是以冷藏保鲜为主,低温冷藏可以抑制果实的呼吸作用,减缓其生理代谢过程,从而在一定程度上延缓果实的衰老[28],同时也抑制了病原微生物的快速繁殖。一般来说,适于贮藏樱桃的温度为0 ℃,相对湿度为95%以上。Asghari[23]研究了热处理和壳聚糖对“Napoleon”(那翁)樱桃采后贮藏过程中腐烂率的影响,发现50 ℃热处理和壳聚糖单独处理樱桃均可明显降低腐烂率,同时贮藏过程中果实的TSS和可滴定酸含量稳定。姚瑞琪等[25]研究了减压结合低温处理八成熟“拉宾斯”樱桃品种,发现减压处理有效降低了果实褐变指数,同时保持了较高的TSS、硬度和VC含量。因此,减压贮藏可用于樱桃的贮藏保鲜,但此法成本较高。戚蓉迪等[26]采用不同处理剂量的电子束辐照处理樱桃后,室温贮藏条件下花青素含量明显比对照组高,低温贮藏条件下樱桃果实失重率和霉变率均低于对照,这说明辐照处理对常温贮藏和低温贮藏都适用。王维海等[27]通过控制气调包装中不同气体的比例对雷尼樱桃进行保鲜,发现当O2浓度为7%,CO2浓度为20%时果实腐烂率最低,同时硬度、可滴定酸和TSS变化相对较小。

4.2 化学保鲜技术

化学保鲜技术在各类果蔬上的应用都比较成熟,主要包括利用化学氯气、二氧化氯[32]、有机酸、Ca2+[33]、1-甲基环丙烯(1-MCP)[34]、二氧化硫、次氯酸钠等保鲜剂,可以抑制病原菌生长、延缓自身代谢进程。其中1-MCP是各类果蔬应用最为广泛的一种化学保鲜剂。它是一种乙烯的竞争性抑制剂,与乙烯受体结合而阻断乙烯的合成,从而能够降低果实呼吸速率,延缓衰老。胡树凯等[34]发现4 ℃恒温条件下,1-MCP可以有效保持“红灯”樱桃果实硬度、TSS、VC含量以及较佳的风味。杨娟侠等[32]将1-MCP+ClO2协同处理甜樱桃,其果实品质比单一处理更好,其中40 mg/L ClO2+0.5 μL/L 1-MCP的效果最佳,能够明显降低樱桃腐烂率和失重率,保持较高的TSS和和滴定酸含量,金童等[35]、吴凡[36]也得到了相似的研究结果。除1-MCP之外,SO2也对樱桃贮藏有明显效果。刘大苗等[37]发现在0 ℃条件下,采用SO2脉冲防霉技术熏蒸樱桃,能够明显降低樱桃腐烂率,保持TSS和VC含量,且该处理技术SO2残留量低。目前允许使用的其他化学保鲜剂因其效果明显、成本较低也正在被研究者考虑应用到樱桃上,但大多会造成化学物质的残留而污染环境,因此建议在允许使用剂量范围内减少使用。

4.3 生物保鲜技术

相比于大多数化学保鲜剂,生物保鲜技术由于其相对绿色、环保的优点被广泛应用于果蔬的保鲜。生物保鲜剂[38]主要包括植物类保鲜剂,如中草药、植物精油、碱类和酚类等;动物类保鲜剂如壳聚糖、蜂胶等;微生物类保鲜剂和生物酶类。杜小琴等[39]将植物精油用于采后甜樱桃果实,能够降低樱桃腐烂率,延长贮藏期。陈镠等[40]发现壳聚糖复配纳米氧化锌涂膜甜樱桃可使樱桃保持较高TSS、VC、可滴定酸含量,降低丙二醛(MDA)含量升高,抑制过氧化氢酶(CAT)、过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)活性下降。舒康云等[41]将壳聚糖与甘草提取物复配成保鲜液浸泡樱桃,使樱桃色泽、外观以及口感等综合感官效果比对照好,且樱桃果实失重率下降、腐烂率较低,VC和可溶性糖含量高。张少飞等[42]以钙离子为交联剂将壳聚糖与魔芋精粉按2∶1混合制备成复合膜,将其应用于樱桃可食用保鲜膜中,发现该保鲜膜可有效降低储藏樱桃的失重率,将来有望应用于樱桃的保鲜。此外,苦豆子半乳甘露聚糖复配CaCl2、柠檬酸、甘油涂膜[43],大豆分离蛋白与茶多酚复配涂膜[44],漂白胶与CaCl2复配涂膜[45],中药提取物大黄和高良姜复配涂膜等[46]等复合配方涂膜处理樱桃同样具有良好的保鲜效果。

微生物保鲜技术主要是利用微生物菌体自身与病原菌的拮抗或寄生关系直接起到保鲜作用,或者利用其产生的次级代谢产物保鲜。聚赖氨酸是白色链霉菌(Streptomycesalbulus)产生的一种代谢产物,对霉菌、病毒、革兰氏阳性菌和阴性菌都有明显的抑制作用,是一种广谱抑菌剂。Liu等[47]研究发现200 mg·L-1的聚赖氨酸可以通过破坏细胞膜完整性使其产生细胞渗漏导致细胞死亡,进而完全抑制青霉的菌落扩展。刘璐等[48]研究发现500 mg·L-1的聚赖氨酸浓度能够在冰温条件下有效降低樱桃的腐烂率,保持果梗新鲜指数和果实光泽度,并明显抑制TSS的消耗,减少MDA的积累,有效抑制CAT、POD的活性下降,从而保持果实的抗氧化能力,延缓果实衰老。有研究报道山梨酸钾[49]、纳他霉素[50]等应用于樱桃的保鲜也取得了很好的效果。随着对更多高效生物保鲜剂的深入研究,相信未来不久生物保鲜技术将在生产中得到大幅推广应用。

5 包装

合理有效的包装可减少或避免运输、装卸中的机械损伤,防止产品受到尘土和微生物等的污染,减少水分损失,并降低果实腐烂。甜樱桃果实的包装分为采摘包装、运输包装、销售包装。采摘包装容器内有软衬的包装纸、聚乙烯泡沫等,运输包装主要是采用纸箱和聚乙烯泡沫箱;销售包装根据市场需求主要有纸盒、塑料盒、塑料袋等[51]。李金丽等[52]采用普通功效型保鲜纸箱(MS1)和增强除湿型保鲜纸箱(MS2)对樱桃腐烂率、失重率、果实硬度、TSS、可滴定酸和VC含量等各项理化品质指标的进行测定。结果表明,常温贮藏9 d后,MS2试验组对樱桃保鲜效果最佳,其腐烂率、失重率较低,果实硬度保持较好、TSS、可滴定酸、VC含量保持较高的水平。焦吉苹等[53]研究了运输过程中泡沫箱、纳米箱对甜樱桃品质的影响,结果表明,以普通包装箱作为对照,运储36 h纳米箱外包装处理的甜樱桃可有效抗机械损伤,果实腐烂率和果柄干枯指数最低;运储48 h泡沫箱和纳米箱处理效果无显著差异,但泡沫箱处理果柄干枯指数最低,运储72 h泡沫箱处理腐烂率最低,约为纳米箱与普通纸箱处理的60%,因此,建议48～72 h的长距离的樱桃运输最好采用泡沫箱。

6 结论与展望

近年来,甜樱桃采后的科学研究不再仅局限于贮藏,开始覆盖商品化处理全过程。本研究从采收、预冷、分级、贮藏保鲜、包装等多个环节总结了近年来甜樱桃采后的商品化处理技术。采收环节中,通过品质测定或无损检测技术并结合市场需求适时采收可有效提高甜樱桃贮藏效果;预冷环节中,冰水预冷因其快速、廉价一直是生产上规模化预冷的常用方式,将来的研究如果在预冷环节完成果实表面杀菌将有效延长甜樱桃贮藏期;分级环节中制定统一标准化的分级标准,提升分级设备水平可大幅提高甜樱桃的分级效率和商品价值;贮藏环节中,随着各类技术的进步,廉价、高效的物理保鲜结合生物保鲜技术应成为未来生产上的主要应用技术;包装在延长甜樱桃货架期方面的作用逐渐凸显,未来材料学、生物学相结合研发出生态环境友好型的樱桃保鲜材料将成为研究热点。

尽管各个环节都有较好的处理方法,但缺乏系统化、规范化、标准化,技术环节之间无法有机衔接。深入研究樱桃采后处理环节衔接过程中的科学问题,建立在完整冷链物流体系下的一体化樱桃商品化处理技术,制定出一整套樱桃采后处理标准,将成为下一步甜樱桃采后商品化处理研究工作的重点方向。