栅栏技术在果蔬保鲜中的应用

宋 欢，蔡 君，晏家瑛，万 佳

（重庆日用化学工业研究所，重庆401123）

栅栏技术在果蔬保鲜中的应用

宋 欢，蔡 君，晏家瑛，万 佳

（重庆日用化学工业研究所，重庆401123）

果蔬保鲜问题是长期以来我国食品发展中急需解决的问题之一，同时也是制约我国果蔬出口的主要瓶颈。栅栏技术是根据食品内不同栅栏因子的协同作用或交互效应使食品达到相对稳定的食品防腐保鲜技术。本文对果蔬保鲜中的重要栅栏因子温度、湿度、气调技术、辐照因子、包装材料、保鲜剂等进行了探讨。

栅栏技术，栅栏因子，果蔬，保鲜

果品蔬菜通常是以鲜活形式上市，营养丰富、口感适宜，是人们生活中不可缺少的食品。随着我国果蔬生产能力的提高，产量逐年增加，但是往往因缺乏贮藏保鲜技术而造成大量腐烂，有关资料显示，我国每年腐烂的果蔬超过8000万t，加上生产人工运输成本，造成的经济损失高达750亿元，占整个行业产值的30%以上［1］。果蔬保鲜贮藏业的落后已成为这一产业发展的“瓶颈”，在未来相当长的一段时间内，果蔬保鲜业将是一个保持高速发展的潜在市场。防腐保鲜是食品工业的根本，对于导致果蔬保藏中的腐烂问题，人们已经开始引入栅栏技术（Hurdle Technology），研究不同栅栏因子（Hurdle Factor）及其组合叠加效应来保持果蔬产品的质量并延长其消费期。果蔬保鲜是一项综合技术，单一的保鲜方法通常存在着一定的缺陷，采用复合保鲜技术，才能发挥相辅相乘的作用，有效地阻止果蔬的劣变。本文介绍了果蔬的采后生理，对果蔬保鲜中的重要栅栏因子温度、湿度、气调技术、辐照因子、保鲜剂等进行了探讨，以期为果蔬保鲜提供理论参考。

1 果蔬的采后生理

1.1 呼吸作用

采后的果蔬仍然进行着一系列的生命活动。其中，呼吸作用是果蔬采后最主要的生命活动之一。呼吸作用是在酶作用下的一种缓慢的氧化过程，它把果蔬组织中复杂的有机物质分解成比较简单的物质，并释放出大量的能量。由于果蔬采后呼吸作用所需要的原料是果品本身贮存的营养物质和水分，因此采后的生命活动必然会使果蔬品质逐渐下降。

1.2 乙烯的生理机制果蔬进入成熟阶段后，会不断产生乙烯，促进果蔬成熟。对多数呼吸高峰型果蔬来说，乙烯高峰出现的时间与呼吸高峰出现的时间一致，凡能控制乙烯生成的措施，都可以抑制呼吸作用和延缓果蔬的后熟。而对非呼吸高峰型果蔬来说，在收获后的任何时候，乙烯都能促使呼吸强度上升，上升的幅度随乙烯浓度的提高而增大，同时加快果蔬的衰老。另外，果蔬在受伤后，乙烯的产生和呼吸强度明显增加，会加速果蔬的后熟衰老。

1.3 果蔬的蒸发失水

新鲜果蔬的含水量很高，可达75%～95%，这是维持果蔬正常生理活动和新鲜品质的必要条件。果蔬采后通过蒸发作用失水，水分的丧失导致果皮皱缩萎焉，并且代谢失调，使果蔬的耐藏性降低，质量下降。

1.4 果蔬采后病害

果蔬采后腐烂多是由侵染性病害造成，由于果蔬的收获期集中在高温高湿季节，有利于微生物的繁殖，果蔬容易衰老腐烂。此外，果蔬在田间生长期间就已普遍遭受多种真菌的潜伏浸染，在果蔬表皮内部以休眠状态存在。在果蔬采收时仍未表现症状，但一旦果蔬成熟或贮运环境不适宜时就表现出病害症状，造成果蔬的严重腐烂变质。

表1 食品保藏中常用的栅栏因子

2 栅栏技术

栅栏技术理论是德国Kulmbach肉类研究院专家Leistner.L和Robel提出的一套系统地、科学地控制食品保质期的理论［2-3］。该理论认为食品要达到可贮性与卫生安全性，其内部必须存在能够抑制食品所含腐败菌和病原菌生长繁殖的因子，即栅栏因子，通过临时或永久性打破微生物的内平衡而抑制微生物的腐败与毒素产生，从而保持食品的品质。在实际生产中常运用不同栅栏因子的协同作用，形成多靶攻击，从不同方面抑制食品腐败，保证食品的卫生安全性，这一技术即为栅栏技术［4］。

在提出“栅栏”这个专业术语之前，实际上早已经开始应用“栅栏因子”来进行食品的防腐与保藏。到目前为止，食品保藏中得到应用和有潜在应用价值的栅栏因子的数量已经超过100个。Leistner.L和Gorris［5］指出，从法规和安全考虑，目前可应用的栅栏因子有50多种，可分为四类，如表1。

随着人们对食品防腐保鲜研究的深入，对保鲜理论有了更全面的认识，栅栏技术理论也被不断补充和完善，在食品行业有了更广泛的应用。通过多种技术的科学结合，阻止食品品质劣变，将食品的危害性以及在加工和商业销售过程中品质的恶化降低到最小程度［6］。

在传统食品的现代化加工和新产品的开发中，将栅栏技术与危害分析关键点控制技术（HACCP）和微生物预报技术结合已经成为必然［7］。针对性地选择和调整栅栏因子，再利用HACCP的监控体系，从而保证产品的品质及安全性。HACCP的引入，使得在选择和调整栅栏因子时有据可依，同时还可检测出所选栅栏因子是否达到要求。

3 主要栅栏因子在果蔬保鲜中的应用

3.1 温度因子

温度是影响果蔬后熟和衰老的最重要的环境因素。一般在5～35℃之间，温度每上升10℃，呼吸强度就增大1～1.5倍。因此，低温贮藏可以降低果蔬的呼吸强度，减少果蔬的呼吸消耗。对呼吸高峰型的果蔬而言，降低温度，不但可降低其呼吸强度，还可延缓其呼吸高峰的出现。但并不是贮藏温度越低越好，各种果蔬都有它最适宜的贮藏温度，即贮藏适温。在此温度下，最能发挥果蔬所固有的耐藏性和抗病性，低于这个温度，就可能导致冷害。表2列举了部分果蔬的贮藏适温。

同时，低温可抑制乙烯的产生，从而抑制果蔬的衰老。温度也是影响果蔬蒸发失水的重要因素之一，在一定的湿度条件下，温度越低，水分蒸发越慢。低温还能抑制病原菌的生长。因此，应尽可能维持适宜的低温。

3.2 湿度因子

许多研究表明湿度对果蔬采后生理会产生重大、广泛的影响，保持相对湿度适宜的贮藏环境对于减轻果蔬失水，避免由于失水产生的不良生理效应，保持果蔬的耐贮性具有重要作用。但湿度与其它环境因素相比，其研究水平相当滞后，过去认为相对湿度高会增加果蔬的腐烂率，但最新研究［9］认为，导致果蔬腐烂增加的主要原因，不是由于相对湿度高，而是由于水汽在果蔬表面凝结为水珠。目前由于使用了有效的防腐剂，国内外有不少报道主张采用95%～97%高湿贮藏，另外，气调贮藏也允许采用较高的相对湿度。

薛彦斌［9］用63种果蔬作试材，结果表明单纯用促进或抑制来表述湿度环境与果蔬生理反应的关系不够全面，单就呼吸活性的变化可将果蔬分为三大类型：

a.低湿促进呼吸型：包括香蕉、西洋梨、猕猴桃等大部分跃变型果实，大部分果菜类，根菜类中的直根类，薯类等。b.低湿抑制呼吸型：包括中国梨、日本梨、草莓、大部分叶菜类，食用菌类，花卉类等。c.低湿高湿无差别型：包括葡萄、橙等。

表2 常见果蔬的贮藏适温

表3 果蔬保鲜剂的分类及作用

3.3 气体成分因子

适当提高贮藏环境中的CO2浓度和适当降低O2浓度，可以有效地降低果蔬的呼吸强度，抑制乙烯的产生和催熟致衰作用，从而延缓果蔬的后熟与衰老过程。适宜的高CO2和低O2可抑制某些果蔬的生理病害，也可抑制侵染贮藏果蔬的某些真菌的生长，减少由此引起的腐烂。Dangyang Ke等［10］认为，气调也影响着许多参与新陈代谢的酶系统，低O2和高CO2可以抑制与后熟有关的酶，这些酶与有机酸、糖类、脂肪酸等的代谢有关，决定着植物的衰老进程。

近年来，在果蔬呼吸机理及测定方法，包装内外气体交换机理以及不同产品适宜的气体组分等方面取得了大量的研究成果［11-12］，并已进入工程应用。同时，在气调贮藏系统中引入数学模型的研究日益增加［13-15］，通过对呼吸强度函数的推导，建立果蔬的呼吸速率模型，在此基础上给出热力学意义上果蔬最适贮藏环境的判定依据。应用该依据并根据呼吸熵产率与贮藏温度、氧组分浓度变化关系的数学模型，对果蔬气调贮藏的最适贮藏环境参数进行预测，从而建立具有普遍意义的果蔬贮藏环境优化模型。

3.4 保鲜剂因子

果蔬保鲜剂按其作用和使用方法可分为如下八类，见表3。

长期以来，化学保鲜剂在控制采后果蔬腐烂和延缓采后果蔬衰老方面发挥着重要作用。然而随着病原菌抗性的增强和人们安全意识的提高，开发安全、环保的生物源保鲜剂，已成为国内外保鲜剂开发研究的方向和热点［16-19］。生物源保鲜剂因没有化学防腐保鲜剂所带来的环境污染、农药残留及抗药性等问题，且有贮藏条件易控制、处理目标明确等优点而日益受到人们的关注。

生物源果蔬保鲜剂是利用生物代谢物及其衍生物开发出的具有杀菌防腐和延缓采后果蔬生理衰老作用的一类物质的总称，根据其来源可分为三大类，即植物源、动物源和微生物源。植物源保鲜剂主要包括多酚类、苯丙素类、甙类、多糖类和萜类，多是植物次生代谢物质，不仅有良好的抗氧化作用，同时具有较强的抑菌防腐能力［20］。动物源保鲜剂目前主要集中在蜂胶［21］和壳聚糖［22-23］的研究。微生物源保鲜剂是以微生物的代谢产物等为原料经提取、酶法转化或者发酵等技术生产的天然微生物性防腐保鲜剂，目前，世界公认并已在50多个国家和地区进行工业化生产的生物防腐剂有乳酸乳球菌素、纳他霉素和曲酸［18-19］。

3.5 辐照因子

辐照保鲜主要利用钴-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发生电离，生成游离基或离子的原理，对散装或预包装的果蔬起到杀虫、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。一般用于果蔬贮藏的是低剂量辐照处理，感官特性的变化很小。

果蔬辐照保鲜存在的主要问题在于，建造辐照处理中心一次性投资太大，在一个地区不可能建造多个辐照中心，其次辐照食品的安全性尚待确定，因此处理的实用性还有待进一步的研究。目前应用到新鲜果蔬的贮藏和防腐上是有限的。

3.6 其它保鲜方法

3.6.1 调压保鲜技术［24］调压贮藏是在气调贮藏的基础上建立起来的，它包括减压贮藏和加压贮藏。减压贮藏是将水果蔬菜放在一个密闭冷却的容器内，用真空泵抽气，使之取得较低的绝对压力，其压力大小要根据果蔬的商品特性及贮温而定。当所要求的低压达到后，新鲜空气不断通过压力调节器、加湿器，带着近似饱和的温度进入贮藏室，果蔬就可以得到新鲜、潮湿、低压、低氧的空气。

高压贮藏其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，一般压力约为250～400MPa。这样的正压可以阻止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贮藏期。

3.6.2 生物保鲜技术［25］生物保鲜技术是近年来发展起来的具有广阔前途的贮藏保鲜方法，其中利用转基因技术进行贮藏保鲜是生物技术在果蔬贮藏保鲜上应用的典型实例。目前已找到了产生乙烯的基因，一旦找到关闭这种基因的方法，就可减慢乙烯的产生速度，减缓果蔬的成熟、衰老速度，使产品更易存放。1994年国内首先报道转基因番茄果实，将反义ACC合成酶质粒pKAC转入“丽春”番茄，检测表明，转化体植株叶片乙烯释放量为对照的40%，果实仅为对照的10%。

3.6.3 静电场处理保鲜［26］随着微波能技术的研究与应用，在果蔬保鲜领域，可利用诸如电磁波、电磁场等微弱能源对生产对象进行节能、高效及高品质的处理。静电场处理极有可能打破水分子间原有的缔合的平衡状态，使水分子结构发生改变。

高压静电场处理能有效地延长番茄贮藏时间，与对照组相比，特别是在电场强度为 150kV/m、60min/d的处理中能使番茄的呼吸高峰推迟14d出现，并且发现电场处理也有效地保持了番茄的硬度。利用空气放电保鲜机对甜辣椒进行一次性处理，然后将果实放入塑料袋中，贮藏于8℃左右的恒温库中，与不处理的甜辣椒果实作比照。结果表明，放电处理对甜辣椒的呼吸强度、转红率有明显的抑制作用；放电处理20min，花萼新鲜度最好，而果实腐烂率以处理10min的较低。

3.6.4 细胞间水结构化气调保鲜［27-29］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，与游离水结合而形成笼形水合物结构的技术。通过结构化水技术可使果蔬组织细胞间水分参与形成结构化水，使整个体系中的溶液粘度升高，从而产生以下两个效应：第一，酶促反应速率将会减慢，可望实现对有机体生理活动的控制；第二，果实水分蒸发过程受到抑制。这为植物的短期保鲜贮藏提供了一种全新的理论和方法。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。

4 展望

目前，我国果蔬贮藏保鲜产业已经实质性地参与到激烈的国际化竞争中，其本质是科技的竞争，今后我国果蔬贮藏保鲜产业的持续、稳定、健康发展将比过去更加倚重于科技创新。强化果蔬贮藏保鲜科技创新能力就是从根本上加强我国农业的竞争力，是当前迫切需要解决的战略问题［30］。因此，提高科技创新能力，增强市场竞争能力，全面提高果蔬贮藏保鲜产业的科学技术水平是实现产业升级的根本途径，也是果蔬贮藏保鲜产业发展的不竭动力。

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Application of hurdle technology in fruits and vegetables preservation

SONG Huan，CAI Jun，YAN Jia-ying，WAN Jia
（Chongqing Research Institute of Daily-used Chemical Industry，Chongqing 401123，China）

Fruits and vegetables preservation has long been one of the problems urgently to be resolved in food development，which is also a key bottleneck to restrain the export of fruits and vegetables.Hurdle technology is a food-freshness preservation technology which makes use of the synergism or the interactive effect of various hurdle genes to achieve the stability of the food.The basic principle of hurdle factors and some important factors used in fruits and vegetables storage，such as temperature，humidity，MAP，radiation，preservative and so on were discussed.

hurdle technology；hurdle factor；fruits and vegetables；preservation

TS255.3

A

1002-0306（2010）11-0408-05

2009-10-10

宋欢（1983-），男，硕士研究生，主要从事食品添加剂的研究与开发工作。

重庆市科委攻关项目（2009AC1127）。