张艳慧,胡文忠,刘程惠,陈 晨,高红豆,孙小渊,张晓芳,冯 可

（大连民族大学生命科学学院,生物技术与资源利用教育部重点实验室,辽宁 大连 116600）

鲜切果蔬,又称最少加工果蔬或轻加工果蔬,即对新鲜果蔬进行清洗、去皮、去核、切分、包装和冷藏等处理,使其仍保持新鲜品质且可供消费者直接食用的产品[1]。近年来,鲜切果蔬因其具有健康、营养、方便等优点,深受消费者的喜爱,这也使得鲜切果蔬的生产量和消费量在全球呈现逐年增加的趋势[2]。但由于鲜切加工处理会对果蔬产生机械伤害,引发一系列的生理生化反应[3],使其比未加工的完整果蔬更容易发生组织软化、褐变、营养价值降低和贮藏期间的微生物侵染等问题,从而极大缩短了鲜切果蔬的货架期[4],这也成为限制鲜切果蔬发展的瓶颈[5]。因此如何保持鲜切果蔬的品质及延长其货架期,已经成为了国内外科研人员的研究热点。目前对鲜切果蔬的保鲜方法主要涉及物理方法、化学方法和生物保鲜剂处理等,其中物理方法因其具有操作简单、绿色、安全等优点受到广泛关注和认可。传统的物理保鲜技术有低温贮藏和气调、臭氧、高压处理等,光电杀菌技术是物理方法中的一类新型杀菌技术,主要有紫外线、脉冲光、高压脉冲电场、发光二极管（light emitting diode,LED）灯等,因其杀菌效果好,并能够保存食品本身的生理活性、色、香、味及营养成分,而受到广泛关注,成为了近年来食品领域关注的保鲜技术[6],具有广阔的应用前景。

1 紫外线照射技术在鲜切果蔬保鲜中的应用

紫外线是指波长在10～400 nm的光线。根据波段可分为长波紫外线UV-A（波长315～340 nm）、中波紫外线UV-B（波长280～320 nm）和短波紫外线UV-C（波长200～280 nm）。紫外线的杀菌机理是其不仅能使核酸及蛋白变性,而且能使空气中氧气转化为微量臭氧,从而达到协同杀菌作用。表1为不同波长紫外线在鲜切果蔬保鲜方面的应用。

由表1可知,UV-C在抑制鲜切果蔬微生物生长繁殖方面的应用研究较多,这是因为它对微生物的破坏力最强,当该波段的紫外线照射细菌体后,细胞的核蛋白和DNA强烈地吸收该波段的能量,它们之间的链被打开而发生断裂,从而使细菌死亡[23]。此外,适宜剂量的UV-B与UV-A照射也均可抑制微生物的生长繁殖[22]。

UV-C照射对鲜切果蔬的保鲜效果与果蔬的种类、照射时间与照射剂量有关。适宜剂量的UV-C照射可通过维持质量、VC含量、可溶性糖含量和提高抗氧化酶活性来提升鲜切果蔬的营养品质,若照射剂量过高,鲜切果蔬会产生脱水、组织恶化和褐变等不利现象。高剂量的UV-C照射可以更有效地杀灭微生物,但对品质会产生不利的影响；因此为了达到更好的保鲜效果,高剂量的UV-C照射需结合其他保鲜方式来处理鲜切果蔬,许多研究表明复合保鲜方法在保持鲜切果蔬的品质方面效果更佳[15-17]。目前,UV-B照射处理在鲜切蔬菜中的研究并不多,在鲜切水果上的研究还鲜见报道。Du Wenxian等[19]研究UV-B照射后鲜切蔬菜中可溶性总酚的含量,发现除鲜切白萝卜的可溶性总酚含量没有变化,其他鲜切蔬菜的可溶性总酚含量增加,所以UV-B照射效果可能与蔬菜的种类相关。虽然UV-A照射比UV-C与UV-B强度低,但UV-A照射可有效延缓褐变[21],而且适宜剂量照射也不会影响鲜切果蔬的感官特性和营养品质。综上,紫外线在鲜切果蔬保鲜行业具有一定的发展前景。

表1 紫外线照射技术在鲜切果蔬保鲜中的应用Table 1 Application of ultraviolet irradiation technology in preservation of fresh-cut fruits and vegetables

2 脉冲光处理在鲜切果蔬保鲜中的应用

脉冲光杀菌是通过施加短且持续时间的脉冲光（毫秒级和高频率）对鲜切果蔬的表面进行杀菌消毒[24],其工作原理是脉冲光作用于微生物蛋白质和核酸的活性结构并使其变性,使微生物细胞失去生物活性,抑制其生长繁殖,达到杀菌目的,具有杀菌快速、高效、节能、环保和无残留等特点。

脉冲光处理在鲜切果蔬保鲜行业的应用起始于1996年,由美国食品药品监督管理局批准用于食品和食品表面杀菌[25]。研究发现,脉冲光处理比连续紫外线处理杀死枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）孢子的效率更高,这是因为脉冲光具有更宽光谱范围与更高的峰值功率[26]。例如,利用脉冲光处理鲜切番茄,发现其能有效减少微生物的生长,与对照组相比减少2（lg（CFU/g））[27]。赵越[28]利用脉冲光处理鲜切白菜与鲜切油麦菜,4 ℃下贮藏10 d后,处理组的鲜切白菜与鲜切油麦菜的菌落总数比未处理组分别减少了6.15（lg（CFU/g））与6.26（lg（CFU/g））。但Ignat等[29]利用脉冲光处理鲜切苹果,发现高强度的脉冲光对L.monocytogenes的作用不大,而且,随着脉冲光强度的增强,鲜切苹果褐变不断加深。研究发现,不同强度（6、12 J/cm2）的脉冲光处理鲜切西瓜[30],会使大肠杆菌（Escherichia coli）与L.monocytogenes数都有不同程度的减少,但是强度为12 J/cm2的脉冲光处理会对鲜切西瓜的硬度、色泽等品质产生不利的影响,可能是由于脉冲光强度过高引起了热效应,加速了西瓜组织中水分的蒸发。对于保持鲜切果蔬的品质来说,利用脉冲光处理鲜切哈密瓜[31]与鲜切草莓[32],发现鲜切哈密瓜的保质期与对照组相比延长了20 d,而鲜切草莓也在4、8 J/cm2的脉冲光处理下保持了其感官品质与抗氧化活性。Oms-Oliu等[33]用4.8 J/cm2的脉冲光处理鲜切蘑菇,发现可使其保质期延长2～3 d,且不会影响鲜切蘑菇的品质与抗氧化活性。综上,适宜剂量的脉冲光处理能杀灭微生物并保持鲜切果蔬的品质,并且脉冲光杀菌技术在提高食品的安全性及延长保质期方面有着巨大的潜力。但是目前脉冲光应用于鲜切果蔬保鲜方面还处于研究阶段[34],不同种类的鲜切果蔬其对脉冲光杀菌剂量的要求和对杀菌效果与品质保持的影响还需进一步研究。

3 高压脉冲电场在鲜切果蔬保鲜中的应用

高压脉冲电场是近年来食品非热处理研究领域的热点之一,目前关于其作用机理还不完全清楚,主要包括电崩解理论、电穿孔理论、点解产物效应、臭氧效应、电磁机理模型和黏弹极性形成模型等[35],目前研究者们普遍接受的原理是电崩解理论与电穿孔理论,即在某个临界场强下脉冲电场会导致细胞膜的通透性增大,破坏微生物膜内外的渗透平衡,从而瞬时破坏微生物的细胞膜,达到杀菌的目的,但也不排除在处理过程中几种理论同时存在导致微生物细胞破裂的可能[36]。

目前,高压脉冲电场主要在果蔬汁、茶汤与牛奶等液体食品的杀菌应用中研究较多,但其在鲜切果蔬保鲜的应用研究在近几年才刚兴起[37]。利用电场强度为30 kV/cm、处理时间为60 μs的高压脉冲电场技术处理蓝莓汁,发现其对蓝莓汁的灭菌率可高达99%以上；且此技术对蓝莓汁的品质保持具有良好的作用,在4 ℃下贮藏30 d后,蓝莓汁中的花青素与VC的保留率明显优于热处理,高压脉冲电场对葡萄汁进行处理后也得到了相同的保持品质的效果[38-39]。Mannozzi等[40]也研究发现,当80 ℃热处理结合脉冲电场处理苹果汁与胡萝卜汁时,能够有效地抑制PPO与POD的活性,且有助于颜色与生物活性化合物的保留。在已有关于鲜切果蔬保鲜的研究中发现,中等强度脉冲电场在鲜切南瓜保鲜中的应用具有显著效果,它增加了类胡萝卜素等一些目标生物活性化合物的含量[41]。高压脉冲电场也可有效抑制微生物的繁殖,有助于保持鲜切苹果的颜色和硬度,并减少酶促褐变[42-43]。该技术可以维持鲜切果蔬较低的温度,具有良好的杀菌、灭活酶的效果,并且还能最大程度地保持食品新鲜度和营养成分,是一种理想的杀菌保鲜技术。但是高压脉冲电场的设备价格昂贵,且此技术是新兴技术,其应用研究还不十分成熟,对于食品处理的安全性也存在一定的争议,所以当前对高压脉冲电场的研究主要集中在液体食品的加工上[44]。未来关于高压脉冲电场的杀菌技术在鲜切果蔬保鲜方面的应用还值得进一步研究。

4 LED灯在鲜切果蔬保鲜中的应用

LED是一种直接把电转化为光,并能够直接发出红、绿、蓝、黄、青、紫、橙、白色的光的半导体发光器件。发光器件是由无毒的材料组成,属于典型的绿色照明光源[45-46]。目前LED照射处理作为一种新兴的物理保鲜方法,已经被证实具有延缓果蔬采后衰老劣变和延长货架期的作用[46],而且LED灯照射具有操作简单、成本低廉、无毒害、无副产物残留、对环境友好等优点[45],也能够回收再利用,十分环保。目前,国内外大部分的报道都仅仅是研究白色光源的LED灯对鲜切果蔬的保鲜效果[47],例如詹丽娟等[48]研究发现白色光源LED光照处理能显著减缓鲜切西兰花贮藏期间叶绿素降解和黄化,维持类胡萝卜素、可溶性固形物和抗坏血酸含量,从而使其保持较高的抗氧化力。强度为24 μmol/（m2·s）的白色光源LED灯照射也有利于保持鲜切芹菜的营养品质、叶绿素和可溶性糖的含量[49]。Charles等[50]研究发现白色光源LED灯照射还可以显著降低鲜切莴苣的切边褐变。但上述研究均发现白色光源LED灯照射鲜切果蔬会加速其水分的蒸发,导致鲜切果蔬脱水严重,这是白色光源LED灯应用在鲜切果蔬保鲜中遇到的亟待解决的问题。然而,Wang Yubin等[51]却利用了白色光源LED灯照射可以加速水分蒸发这一特点,在保质期内用3000 lx的白色光源照射鲜切西瓜,加速其水分蒸发,通过降低多聚半乳糖醛酸酶的活性及细胞壁降解的比例来减少西瓜的滴落损失,这对鲜切西瓜的商业发展起到了积极的作用。

目前除了白色光源外,其他不同单色LED灯照射鲜切果蔬保鲜的研究还鲜见报道。但有报道发现釆后果蔬尤其是绿色果蔬在不同单色LED灯照射的光照条件下仍可进行光合作用,从而补充了呼吸作用所消耗的营养,达到保鲜的目的[45],因此,建议将该技术用于鲜切果蔬保鲜的研究,进一步为其保鲜技术发展提供新的思路。

5 结 语

随着鲜切行业在国内外的兴起,鲜切果蔬逐渐成为了未来农产品加工的大方向,同时带动了鲜切果蔬保鲜技术的迅速发展。光电杀菌技术作为物理杀菌技术中的新型绿色杀菌技术,可以有效地抑制鲜切果蔬中微生物的生长繁殖,同时对保持其品质也有很好的效果,在鲜切果蔬的保鲜技术应用中占有重要地位。因不同种类的鲜切果蔬其本身特点不同,所以要选择的光电杀菌技术中的处理方法也不同,从上面的论述中可以得出,针对不同的鲜切果蔬,要通过实验来选择适宜的光电处理条件,以达到最佳的保鲜效果,获得最大的经济效益。根据目前4 种光电杀菌技术在鲜切果蔬保鲜中的应用进展可以看出,紫外线技术应用比较广泛,脉冲光与高压脉冲电场技术的应用正在兴起,而不同波长单色LED灯的研究正处于初级阶段,有很大的研究空间。在上述的所有研究中,高强度的光电处理对鲜切果蔬的杀菌效果十分明显,但几乎都会对其品质产生不利的影响,在未来可以联合其他的保鲜技术来处理鲜切果蔬,使光电杀菌技术可以在高剂量彻底杀灭微生物的情况下依然保持其品质不受影响。总之,光电杀菌技术的应用前景非常广阔,也是未来的一个重要研究方向。