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蔬菜水果保鲜技术最新研究和发展情况
2013-12-02 10:47:17
 

  蔬菜水果含有人类生活所需要的多种营养物质,但其生产却存在着较强的季节性、区域性及蔬菜水果本身的易腐性,这同广大消费者对蔬菜水果的多样性及淡季调节的迫切性相矛盾,因此依靠先进的科学和技术,尽可能长地保持天然品质和特性的蔬菜水果保鲜成为食品领域中一项重要的课题,它和人们的生活质量息息相关,也成为蔬菜水果经营者的一项重要的课题。

  目前,国内外在蔬菜水果保鲜领域采用的保鲜手段主要有物理和化学两大类,各种保鲜手段的侧重点不同,但都是通过对保鲜品质起关键作用的3大要素进行调控:首先是控制其衰老进程,一般通过呼吸作用的控制来实现;其次控制微生物,主要通过对腐败菌的控制来实现;第三为控制内部水分蒸发,主要通过对环境相对湿度的控制和细胞间水分的结构化来实现。其中较先进的保鲜技术主要有临界低温高湿保鲜、细胞间水结构化气调保鲜、臭氧气调保鲜、低剂量辐射预处理保鲜、高压保鲜、基因工程保鲜、细胞膨压调控保鲜、涂膜保鲜、气调保鲜等。

  一、临界低温高湿保鲜
20世纪80年代,日本北海道大学率先开展了冰温高湿保鲜研究,此后国内外研究和开发的趋势是采用临界点低温高湿贮藏(CTHH),即控制在物料冷害点温度以上0.5~1 ℃左右和相对湿度为90%~98%左右的环境中贮藏保鲜蔬菜水果临界点低温高湿贮藏的保鲜作用体现在2个方面:第一:蔬菜水果在不发生冷害的前提下,采用尽量低的温度可以有效地控制蔬菜水果在保鲜期内的呼吸强度,使某些易腐烂的蔬菜水果品种达到休眠状态;第二:采用高相对湿度的环境可以有效降低蔬菜水果水分蒸发,减少失重。从原理上说,CTHH既可以防止蔬菜水果在保鲜期内的腐烂变质,又可以抑制蔬菜水果的衰老,是一种较为理想的保鲜手段。临界低温高湿环境下结合其他保鲜方式进行基础研究是蔬菜水果中期保鲜的一个方向。

  二、细胞间水结构化气调保鲜
结构化水技术是指利用一些非极性分子(如:某些惰性气体)在一定的温度和压力条件下,与游离水结合的技术。通过结构化水技术可使蔬菜水果组织细胞间水分参与形成结构化水,使整个体系中的溶液黏度升高,从而产生下面2个效应:第一:酶促反应速率减慢,实现对有机体生理活动的控制;第二:蔬菜水果水分蒸发过程受抑制。这为植物的短期保鲜贮藏提供了一种全新的原理和方法。日本东京大学学者用氙气制备甘蓝、花卉的结构化水,并对其保鲜工艺进行了探索,获得了较为满意的保鲜效果。但使用高纯度氙气成本太高,研究者往往通过惰性气体的混合加压来另寻其保鲜机理,以降低其成本。

  三、臭氧气调保鲜
臭氧是一种强氧化剂,又是一种良好的消毒剂和杀菌剂,既可杀灭消除蔬菜水果上的微生物及其分泌的毒素,又能抑制并延缓蔬菜水果有机物的水解,从而延长蔬菜水果贮藏期。臭氧自1785年发现以来,已作为一种气体杀菌剂广泛应用在食品、运输、贮存、自来水生产等领域。臭氧气调保鲜是近年来国内开发的保鲜新技术,华南理工大学利用此技术对易腐烂的荔枝进行保鲜,有一定效果。其保鲜作用体现在以下3个方面:第一,消除并抑制乙烯的产生,从而抑制蔬菜水果的后熟作用;第二,有一定的杀菌作用,可防止蔬菜水果的霉变腐烂;第三,诱导蔬菜水果表皮的气孔收缩,可降低蔬菜水果的水分蒸发,减少失重。

  四、低剂量辐射预处理保鲜及紫外线保鲜
辐射保鲜主要利用钴-60、铯-137发出的γ射线,以及加速电子、X-射线穿透有机体时,使其中的水和其他物质电离生成游离基或离子,对散装或预包装的蔬菜水果起到杀虫、杀菌、防霉、调节生理生化等效应,可以替代乙烯、二溴化物、溴甲烷以及环氧乙烷等化学试剂。新鲜蔬菜水果的辐射处理要选用相对低的剂量,一般小于3 kGy,否则容易使蔬菜水果变软并损失大量的营养成分。许多种蔬菜水果均可以通过低剂量辐射来达到延长货架期,提高贮藏质量的目的。草莓是低剂量辐射预处理保鲜中有代表性的例子,草莓以2.0~2.5 kGy剂量辐射处理,可以抑制腐败,延长货架期,并且保持原有的质构和风味。越橘以0.25 kGy、0.5 kGy、0.75 kGy辐射,在1 ℃条件下分别贮藏1 d、3 d、7 d,风味和质地没有受到影响。辐射剂量还与蔬菜水果的成熟度有关,芒果(3/4成熟度)在室温下贮藏的最适辐射剂量是0.75 kGy。低剂量辐射预处理保鲜可以和其他技术复合使用,例如与冷冻、漂烫等技术相结合可以减少辐射保鲜所要求的辐射剂量。通过热水浸渍或蒸汽(温度为50~55 ℃)加热5 min,可以产生更好的保鲜效果,这项技术广泛应用在柑橘、桃子、樱桃的保鲜中。紫外线保鲜技术具有安全、环境友好、高效等特点,紫外线最大杀菌效果的波长为260 nm。Kleczkowski报道了紫外线技术保鲜葡萄、金橘和番木瓜时对细菌和真菌具有很好的灭菌效果。Moy 等报道了复合紫外线和γ射线保鲜番木瓜技术,结果表明复合技术可以避免使用高剂量的紫外线或γ射线,而且保鲜效果显著。

  五、涂膜保鲜
这种方法通过包裹、浸渍、涂布等途径覆盖在食品表面或食品内部异质界面上,提供选择性的阻气、阻湿、阻内容物散失及隔阻外界环境的有害影响,抑制呼吸,延缓后熟衰老,抑制表面微生物的生长,提高贮藏质量等多种功能,从而达到食品保鲜,延长其货架期的目的。目前,广泛应用于蔬菜水果保鲜的涂膜材料有糖类、蛋白质、多糖类蔗糖酯、聚乙烯醇、单甘酯以及多糖、蛋白质和脂类组成的复合膜。美国一项专利技术(6162475)中介绍把平均分子量为2 000~80 000的乙酸聚乙烯溶解在低分子量的酒精溶液中,可以作为蔬菜水果的可食性涂膜剂,能够有效地阻止氧气和其他一些气体,可用于苹果、柑橘、桃子、芒果、李子的保鲜。日本专利JP4094641还报道了利用一种吸水剂和一种乙烯吸收剂长期涂膜保鲜的方法。美国专利US6005100报道了利用海藻糖延长蔬菜水果货架期的特殊应用。英国专利GB435587 应用虫胶和酒精来对苹果、西红柿和其他蔬菜水果进行涂膜保鲜;最近美国专利US7012456报道了茉莉酸甲酯在蔬菜水果保鲜领域中的应用,但其确切的机理并未阐明;中国专利CN 93111631.7利用单宁和其他化合物配制成了一种蔬菜水果保鲜剂;中国专利CN 98109042开发了一种油脂复合物抗氧化的保鲜剂。

  六、高压保鲜
这种技术是美国1992年发明的一项专利技术。其作用原理主要是在贮存物上方施加一个小的由外向内的压力,使贮存物外部大气压高于其内部蒸汽压,形成一个足够的从外向内的正压差,一般压力为253~404 MPa。这样的正压可以阻止蔬菜水果水分和营养物质向外扩散,减缓呼吸速度和成熟速度,故能有效地延长果实的贮藏期。
 Hoover等研究指出高压保鲜技术的抗菌效果与蔬菜水果中的微生物类型以及蔬菜水果中的天然成分有关,一些浆果中的有机酸有助于提高高压保鲜技术的效果。此外,高压保鲜技术与冷藏技术结合使用效果更佳,例如:可使葡萄在5 ℃下保存5个月,草莓在8 ℃保存30 d。

  七、基因工程技术保鲜
这项技术主要通过减少蔬菜水果生理成熟期内源乙烯的生成以及延缓蔬菜水果在后期成熟过程中的软化来达到保鲜的目的。
苹果、桃子、香蕉、番茄等有呼吸高峰期的蔬菜水果在成熟过程中会自动促进乙烯的释放,人们通过不同的途径来控制植物中乙烯的生成。
目前,日本科学家已找到产生乙烯的基因,如果关闭这种基因,就可减慢乙烯释放的速度,从而延缓果实的成熟,达到蔬菜水果在室温下延长货架期的目的。1995年,一些学者培育出一种抑制ACC合成酶的转基因番茄,其货架期延长了30~40 d。新加坡国立大学的研究人员已经成功地修改了植物体内产生乙烯气体的基因。新加坡国立大学生物学副教授恩格研究表明:基因被修改后,蔬菜水果只产生通常状态下10 %的乙烯气体。延缓蔬菜水果的软化可以通过抑制聚半乳糖醛酸酶、果胶酶等降解组织细胞完整性的酶基因来实现。因此利用DNA 的重组和操作技术来修饰遗传信息,或用反义DNA技术来抑制成熟基因,可以推迟蔬菜水果成熟衰老,延长保鲜期。

  八、细胞膨压调控保鲜
通过温度、相对湿度、表面控制程度、通风气流速度等有关的热动力学特性调控技术以及相应的组织膨压变化的测试技术,可维持蔬菜水果细胞膨压的完好,实现其质构的调控保鲜。比利时鲁汶大学率先进行苹果、梨的组织膨压调控保鲜,取得了较好的中长期保鲜效果。

  九、 气调保鲜
气调保鲜是利用调整环境气体成分来延长食品贮藏寿命和货架寿命的技术,自1918年英国科学家发明苹果气调保鲜以来,气调保鲜在世界各地得到普遍的推广,并成为工业发达国家蔬菜水果保鲜的重要手段,也是今后蔬菜水果保鲜的重要趋势。美国和以色列的柑橘总产量50 %以上是气调保鲜;新西兰的苹果和猕猴桃气调贮藏量为总产量的30 %以上;英国的气调贮藏能力为22.3万t;其他国家如法国、意大利以及荷兰等国家气调苹果均达到总贮量的50 %~70 %,证实了气调保鲜蔬菜水果的光明前景。
根据对已经建立起来的环境气体是否具有再调整作用,气调保鲜又分为CAP(Controlled Atmosphere Package)和MAP (Modified Atmosphere Package)2种形式,CAP是在气调贮藏期间,选用的调节气体的浓度一直保持恒定;MAP是最初在气调系统中建立起预定的调节气体浓度,在随后的贮藏期间不再受到人为调整。MAP技术从蔬菜水果腐烂的呼吸机理出发,通过抑制呼吸作用的快速进行以及抑制内源乙烯的产生,从而达到保鲜的目的。MAP能延长食品货架期已为世人认可多年,作为无公害保鲜手段,在国际上倍受注目。在国外,低氧CA(controlled atmosphere)技术或超低氧贮藏是蔬菜水果采后CA应用技术的新突破。

  国内外关于蔬菜水果保鲜领域中保鲜剂、保鲜膜、保鲜包装的研究较多,而且研究方向逐渐向材料学、食品化学、有机化学、遗传生物学、机械工程学等诸多领域发展。保鲜方法正在由单一原理研究向复合方向研究,如:冷藏、MAP、绿色防腐剂、低剂量辐射预处理保鲜及紫外线保鲜、基因工程等各种保鲜技术的复合研究和应用是国际保鲜的流行趋势。另外。今后的研究工作中,人们将更注重于除了新鲜度之外的蔬菜水果风味、品质等质量参数的保留,从而建立评估蔬菜水果贮藏新鲜度、成熟度、是否有损伤、风味、口感、色泽、安全性等综合质量的保证体系,相信不断发展的科学技术一定可以常年提供我们新鲜、安全、高质量、品种多样的蔬菜水果。




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