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(1.大连民族大学生命科学学院,辽宁大连 116600;2.生物技术与资源利用教育部重点实验室,辽宁大连 116600;3.大连理工大学生命科学与技术学院,辽宁大连 116024)

水果和蔬菜中富含人体必需的维生素、矿物质、纤维等一系列对人体有益的物质,广受消费者的喜爱。随着人们生活水平的提高,人们越来越重视果蔬的营养价值、良好的口感和风味等[1]。但果蔬在采后由于采收不当和自身的生理代谢,微生物侵染以及机械损伤等原因极易腐败变质,不耐贮藏[2]。因此,果蔬保鲜技术的研究与应用显得尤为重要,近年来已有许多国内外学者对果蔬保鲜技术进行了研究,结果表明合适的熏蒸剂处理可以降低果实的硬度和色泽变化,在延迟果蔬的呼吸强度和乙烯释放量等方面都具有良好的效果。

表1 熏蒸剂在采后果蔬和鲜切果蔬中的应用Table 1 Application of fumigant in postharvest and fresh cut fruits and vegetables

对果蔬进行保鲜主要是通过调节环境温度、湿度、压力和气体成分,旨在延长果蔬的保质期,此种保鲜方法不易控制,需要大型仪器等;还有利用天然或合成的保鲜剂对果蔬进行浸泡、涂膜从而达到延长果蔬保质期的目的,此类方法操作繁琐、成本高、且有化学残留,对人体易造成伤害,所以寻求一种操作简便,无污染,无残留的方法显得尤为重要,熏蒸技术通过促使熏蒸剂在密闭空间内快速均匀分散的形式作用在果蔬方面,通过控制酶活、抑制有害菌生长等方式达到延长果蔬的保鲜期,更好的保证了果蔬在贮藏过程中的品质[3]。该处理方法不与果蔬直接接触,因此该技术处理果蔬对果实及人体的毒害作用较小,操作简便,被认为是一种新型的保鲜方法。本文综述了近年来在果蔬保鲜中使用较多的熏蒸剂,旨在为果蔬保鲜熏蒸剂的选择提供理论基础。

1 熏蒸技术

1.1 熏蒸原理

熏蒸是指在密闭空间内利用熏蒸剂以气态形式扩散并与果蔬作用,主要是通过抑制有害微生物生长,调节果蔬新陈代谢,控制酶活等方式延长果蔬贮藏期[4]。

1.2 常见熏蒸剂及使用要求

近年来,国内外许多学者对果蔬熏蒸技术进行了研究,如Han等[5]研究表明乙醇熏蒸可以较好地改善果蔬的贮藏品质,延长西兰花贮藏期，在贮藏至6 d仍可被消费者接受。但使用熏蒸剂的同时还要注意以下几点:a.熏蒸剂本身的理化性质;b.根据被熏蒸物的类别及含水量、害虫或者病虫的种类及其发展状态与危害程度来选择适当的熏蒸剂进行熏蒸处理;c.要考虑熏蒸时的温湿度以及风力、密封程度等。随着人们生活水平的不断提高以及对食品安全问题的普遍关注,人们对果蔬熏蒸剂提出了更高的要求,即天然、绿色、安全。表1总结了近五年来乙醇、NO、臭氧等熏蒸剂在采后果蔬和鲜切果蔬中的应用。

2 常见熏蒸剂在果蔬保鲜中的应用

近年来,熏蒸技术逐渐发展,应用在果蔬保鲜中的熏蒸剂种类较多,本文主要介绍在采后和鲜切果蔬中均有应用的乙醇、一氧化氮和植物精油等熏蒸剂,对其熏蒸方法和应用进展进行总结。

2.1 乙醇在果蔬保鲜中的应用

乙醇是果蔬天然产物的次生代谢物,被美国食品药品监督管理局(FDA)定义为公认的安全物质[59]。乙醇主要是利用乙醇易挥发的特点对果蔬进行熏蒸处理,通过抑制乙烯的合成、呼吸速率等方面有效延缓果蔬成熟衰老、减少腐烂和褐变程度、延长货架期,提高商品价值。乙醇熏蒸处理操作简便,成本较低,对环境无污染,在果蔬保鲜上具有较好的前景[6,60]。

2.1.1 乙醇在采后果蔬保鲜中的应用 乙醇熏蒸技术在采后果蔬保鲜中应用较广,在蓝莓[9]、番木瓜[10]、木薯[12]等方面均有研究,表2总结了近五年乙醇熏蒸在采后果蔬保鲜中的应用。从表中可以看出乙醇熏蒸可以维持果蔬较好的生理品质和酶活等相关指标,从而达到保鲜效果。

表2 乙醇熏蒸在采后果蔬保鲜中的应用Table 2 Application of ethanol fumigation in fresh-keeping of fruits

2.1.2 乙醇在鲜切果蔬保鲜中的应用 鲜切果蔬是经最小加工处理形成的即食、即用产品,在加工过程中机械损伤不利于鲜切果蔬品质的保持,限制了果蔬加工业的发展。因此,寻求一种保鲜方法延长货架期是鲜切果蔬加工过程中需要解决的关键问题[61],乙醇熏蒸处理是一个较好的处理方法,Fan等[51]人研究了浓度为50、100和200 mL/L的乙醇熏蒸山药片2 h,然后在5 ℃的条件下贮藏,每隔3 d测定相应指标,结果表明,12 d后200 mL/L的乙醇熏蒸山药片只有轻微褐变,对照组褐变严重;褐变主要是由于酚类化合物的积累和组织损伤导致苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性增加产生的,乙醇熏蒸处理可以抑制PAL活性,减少酚类化合物的积累,同时具有较好的抗菌性能,降低失重率,有效抑制鲜切山药褐变和微生物生长。李佳格[49]研究了温度在(25±1) ℃下,浓度为0、2、4、6 mL/L的乙醇熏蒸处理切条的生菜,取出后在4 ℃贮藏,每隔2 d测定其相应指标,10 d后2和4 mL/L乙醇熏蒸处理后,生菜的感官评分明显高于对照组,4 mL/L乙醇熏蒸处理后,生菜的MDA含量比对照组低0.33 mmol·g-1,2 mL/L乙醇熏蒸处理组过氧化氢酶(CAT)活性、SOD活性分别比对照组高19.42、11.52 U·g-1;乙醇熏蒸处理后的鲜切生菜菌落总数比对照组降低0.32～1.1×105CFU·g-1;在整个贮藏期间生菜中大肠菌群数量都呈下降趋势,乙醇处理组下降速度较快,从第6 d起乙醇处理组未检出大肠菌群,而对照组与0 d比还存在15.8%;处理和对照组均未检出单增李斯特菌。由此可知,乙醇熏蒸处理可以抑制果蔬酶活和微生物的生长从而达到保鲜的目的,延长货架期。

除此之外,乙醇熏蒸处理还可以提高果蔬的营养价值延缓其衰老。王慧倩等[50]研究了在20 ℃条件下,分别用0、100、250、500、1000 μL/L乙醇熏蒸西兰花6 h,然后切成不同直径大小的小花贮藏在10 ℃恒温恒湿箱中(相对湿度95%),每隔2 d测定其相应指标,结果表明,500 μL/L的乙醇熏蒸处理效果最好,可延长货架期至12 d,颜色参数H和L*表现西兰花的颜色变化情况,处理后的黄化不明显,10 d后乙醇处理组的叶绿素a、叶绿素b和总叶绿素的含量分别是对照组的2.3、2.7、2.4倍;处理组的TP和总黄酮峰值含量分别为1.355和0.785 mg/g,显著高于对照组的1.309和0.752 mg/g,整个贮藏期间的TP和总黄酮含量均高于对照组;乙醇处理贮藏10 d后处理组的总硫代葡萄糖苷含量为0.411 μmol/g,高于对照组的0.341 μmol/g,萝卜硫素含量是对照组的1.82倍,均说明处理后的西兰花可以更好保持其营养价值。同样,Han等[5]的研究表明,6 mL/kg的乙醇熏蒸处理西兰花5 h后能够有效减缓西兰花失重、蛋白质和叶绿素含量的降低,6 d后6 mL/kg处理组仍然在视觉上可接受,而对照西兰花泛黄,说明乙醇熏蒸处理可以延缓贮藏期西兰花的衰老。

2.2 一氧化氮在果蔬保鲜中的应用

NO是近年来发现的一种广泛存在植物体内的小分子信号调节物质,它调节了几乎所有形式生物(包括微生物、植物和动物)的各种生理和生化过程,如植物的呼吸作用、果蔬组织的成熟衰老、细胞凋亡、各种胁迫、抗病防御反应等[62-64]。NO处理主要是通过抑制果实的呼吸、减少乙烯生物合成、减缓果皮转色以及降低相关酶活性来延缓果实衰老,延长其贮藏期[65],NO熏蒸具有处理方便、效果明显、省时省力、节约成本等优点。

2.2.1 NO在采后果蔬保鲜中的应用 近年来,越来越多的实验表明NO在采后果蔬保鲜中发挥重要作用[66-67]。张政等[20]采用40、80、150、300、500、1000 μL/L的NO气体间歇熏蒸处理葡萄2 h,每隔7 d熏蒸一次。处理后用0.03 mm的PE袋包装,置于(0±0.5) ℃的条件下贮藏,每隔12 h测定其指标,结果表明,62 d后300 μL/L的NO处理,葡萄的TSS含量是对照组的1.14倍,可滴定酸降低了6.86%;12 d后对照组开始出现腐烂、落粒现象,而300 μL/L处理组到32 d和42 d才开始出现此现象,62 d后300 μL/L处理组的腐烂率、落粒率和果梗褐变指数分别为5.51%、8.68%、44.58%，低于对照组的14.52%、21.11%、60.32%,从改善葡萄在贮藏过程中的品质指标来延缓果实的衰老。Li等[23]在20 ℃下用0、40、60和80 μL/L的NO气体熏蒸处理木瓜3 h,取出后用0.03 mm聚氯乙烯袋覆盖(不密封),置于20 ℃下储藏,每隔2 d测定其指标,结果表明,乙烯释放速率在6 d时达到峰值随后下降,60 μL/L处理组比对照组的低1.3倍,呼吸速率一直上升并在第12 d后下降(对照组和60 μL/L处理组分别为25.2508和20.6234 mg/h·kg·FW CO2);8 d后木瓜迅速软化,对照组和60 μL/L处理组硬度为41.57 N和105.12 N,为初始硬度值的17.31%和43.76%,在第12 d比对照组高28.95 N,说明NO处理能有效抑制贮藏期间果蔬组织软化同时延缓木瓜颜色变化,抑制果糖、葡萄糖、蔗糖和TSS的增加,延长贮藏期提高木瓜品质。同样,60 μL/L浓度的NO气体熏蒸处理在哈密瓜[16]等果蔬保鲜中取得了显著效果。由此可知,NO气体熏蒸可以较好的维持果蔬在贮藏期间品质,达到保鲜的目的,延长果蔬的货架期。

与此同时,NO气体熏蒸还从抑制相关酶活等方面提高其贮藏期。高维亚等[24]用5、10、20 μL/L NO气体熏蒸处理莲雾2 h,取出后装入塑料盘中并用保鲜膜(打孔)包装,置于温度(4±0.5) ℃、相对湿度(85%±2%)条件下贮藏,每隔1 d取样进行相关指标测定,结果表明,在贮藏2～4 d内处理组的细胞壁纤维素含量与对照组有明显差异,6 d后差异不明显,从整体可知,10 μL/L NO处理组的细胞壁纤维素含量最高;12 d后处理组絮状绵软指数为对照组的77.97%,果肉硬度为对照组1.14倍,果胶含量是对照组的1.62倍;10 μL/L浓度的NO处理可抑制多聚半乳糖醛酸酶(PG)活性和果胶甲基酯酶(PME)活性上升;12 d后PAL活性和POD活性与对照相比分别降低0.21倍和2.56倍。通过抑制细胞壁和木质素代谢相关酶活减缓莲雾软化,从而达到保鲜的目的。同样千春录[19]的实验表明,10 μL/L浓度的NO气体熏蒸可以有效地抑制水蜜桃果实软化,贮藏10 d后CAT是对照组的3.26倍,抗坏血酸过氧化物酶(APX),是对照组的1.89倍,提高了水蜜桃果实清除自由基酶系能力,同时保持细胞膜的完整性,进而改善了水蜜桃的贮藏品质。

2.2.2 NO在鲜切果蔬保鲜中的应用 NO在鲜切果蔬保鲜中应用逐渐得到关注,朱珍等[53]研究了NO气体缓释熏蒸处理对鲜切苹果片品质变化的影响。褐变是导致鲜切苹果片商品价值降低的重要原因,4 d后对照组L*值降至75.00,而处理组仍高达77.01;处理组的硬度、失重率和VC含量分别下降了20.49%、2.80%和21.78%,而对照组则下降了36.35%、5.18%和34.65%,有效的延缓鲜切苹果片的品质劣变,为鲜切苹果片的贮藏保鲜提供了一种新方法。Iakimova等[54]研究了温度为21 ℃的黑暗条件下,浓度为50、100、200和400 mg/L的NO熏蒸处理切条的生菜0.5、1.0、2.0和3.0 h,取出后放置不同温度(4、12 ℃)贮藏,测定其相应指标,结果表明,浓度为100、200 mg/L NO熏蒸1、2 h的NO处理效果较好,可以延长货架期20～22 d,而对照组7 d后达到了可销售性的极限,处理组显著延迟了生菜片的褐变长达26 d,说明NO气体熏蒸可以有效的抑制生菜的褐变延长货架期。

2.3 植物精油在果蔬保鲜中的应用

植物精油,又称香油精、芳香油和挥发油,是植物中一种重要的挥发性次生代谢物,其具有高挥发性、低残留且有一定芳香气味,能在常温下挥发成油状物质,同时它还是一种GRAS(generally recognized assafe)物质。植物精油熏蒸处理主要是在食物周围形成抑菌氛围,通过抑制细菌、真菌、抗病毒等病原真菌从而达到果蔬保鲜的效果[68-69],植物精油毒性极小,不污染环境,可替代化学保鲜剂作为防腐抑菌剂。

2.3.1 植物精油在采后果蔬保鲜中的应用 一些化学熏蒸剂由于污染环境和危害人体健康而被禁止使用。因此,有必要选择一种新型和安全的熏蒸剂直接应用于果蔬上,植物精油保鲜被认为是果蔬保鲜研究领域最有前景的发展方向之一。Jia等[35]也研究了香茅精油(CEO)熏蒸对马铃薯发芽和品质的影响,测其发芽率、失重率、淀粉、还原糖、赤霉素(GA3)和α-茄碱的变化。结果表明,对照组马铃薯的发芽率在第60 d为16.67%,α-茄碱含量的峰值达到1.92 mg 100 g-1FW,而CEO处理的马铃薯在第75 d没有显示发芽的迹象,在第90 d发芽率与对照组出现显著差异,同时对照组的α-茄碱含量是高浓度CEO熏蒸处理的1.88倍,CEO处理还能抑制了淀粉的降解、还原糖含量的增加和GA3的产生,从而达到抑芽效果。Huang等[36]研究了丁子香酚(EUG)对茄子冷害的影响,将茄子用25 μL/L EUG在20 ℃条件下熏蒸处理4 h,然后在4 ℃,85%～90%湿度下储藏12 d,结果表明,12 d后对照组的冷害指数约为EUG处理果实的3.5倍,未经处理的茄子损失了初始重量的4.8%,而用EUG熏蒸处理后重量损失仅为2.6%,在储藏的前6 d,两组MDA含量在整个贮藏过程中变化趋势相似均是先急剧上升此后缓慢增加,25 μL/L EUG处理的茄子果实中MDA含量比冷藏第6 d的对照低14.8%;抑制了TP、PPO和POD活性,同时EUG处理的果实中C-重复/脱水响应元件结合因子(SmCBF)的表达水平比对照果实高约9.5倍,均说明精油熏蒸可以抑制茄子冷害的发生。由此可知植物精油熏蒸处理可以抑芽和降低果蔬冷害的发生。

2.3.2 植物精油在鲜切果蔬保鲜中的应用 鲜切果蔬由于方便、快捷的优点被人们广泛关注,所以精油熏蒸技术也被应用在鲜切果蔬中,精油熏蒸技术为了更好的达到保鲜效果,在鲜切果蔬保鲜中常与其他技术的结合使用。闫静坤等[55]将西瓜切块后用0.3378/100 g、0.6756/100 g和1.0134/100 g的肉桂醛熏蒸处理,取出后置于4 ℃和28 ℃下贮藏,每天测定其相应指标,结果表明,1.0134/100 g的肉桂醛-β-环糊精包合物结合4 ℃冷藏处理对鲜切西瓜的保鲜作用最好,此时,4 d后失重率为对照组的20.51%,处理后TSS含量下降5.73%而对照组下降19.88%,原始pH为5.59±0.01,冷藏4 d后pH为5.38±0.01,能够最有效延缓鲜切西瓜pH的下降,减少微生物繁殖,从而效维持西瓜品质,保鲜效果最佳。Xing等[56]研究了化学浸泡+肉桂精油熏蒸+真空包装(MVP)对鲜切莲藕保鲜的影响,结果表明,复合处理后的鲜切莲藕贮藏期16 d,而对照组8 d后出现严重褐变,16 d后对照组重量减轻4.28%,而处理组在贮藏结束时重量损失为0.87%,同时减缓了可滴定酸度(TA),VC含量和TP含量变化,抑制PPO活性,延缓了鲜切莲藕的微生物变质,有效地延长了鲜切莲藕的保质期,为精油用于开发安全无毒的生物保鲜剂提供理论依据。

熏蒸技术贮藏保鲜果蔬可以达到良好的效果,近年来,熏蒸技术应用于保鲜果蔬尚处在研究阶段,应用于鲜切果蔬方面应用还较少,发展不同类型的熏蒸剂应用于鲜切果蔬保鲜是有必要的,还可为以后鲜切果蔬保鲜提供理论依据。

3 展望

随着社会的发展和人们生活水平的提升,对果蔬新鲜程度的要求也在不断提高。熏蒸技术的发展与应用为果蔬保鲜提供了新思路。但是现今熏蒸技术在果蔬贮藏保鲜中的大部分研究应用还处在起步阶段,存在诸多需要解决的问题。主要包括:熏蒸技术最早使用在医疗、环境领域,在果蔬保鲜应用中起步较晚,还有许多技术设备及操作方式还需要改进;熏蒸技术需要严格的空间密闭性,因此完善和建造适当的贮藏间是十分必要的;随着人们对食品安全及环境保护的高度关注,寻求无毒无害、绿色环保的熏蒸剂迫在眉睫,同时还应不断地进行开发与实际应用的研究。相信随着科技的发展,研究的深入,熏蒸技术的使用一定能够为果蔬保鲜做出更大的贡献。