柑橘采后热处理技术研究进展

程瑜++刘娟++魏亚东++王娓辰++杨茜++张敏++王伟

摘 要：近年来，热处理技术因其具有操作简便、高效、无危害、无残留的特点，而被应用于柑橘水果的采后病虫害防治工作中。本文介绍了热处理杀灭和抑制有害生物的机理、热处理在柑橘采后贮藏中的几种方法，分析了柑橘通过热处理后贮藏品质的变化，并展望了柑橘采后热处理的应用前景和发展趋势。

关键词：柑橘；采后贮藏；热处理

中图分类号：S609+3 文献标识码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2016.03.020

我国是柑橘生产大国，种植面积150余万hm2，居世界首位。但柑橘在采后运输和储藏过程中易受病虫侵害，而严重影响果实品质，造成大量经济损失。目前国内外控制柑橘采后病虫害的方法主要是应用化学药剂，如多菌灵、甲基托布津、抑霉唑、百菌清等[1]。但是化学杀菌剂带来的危害甚大，其化学残留不仅对环境造成污染，也对人体有害，长期使用会使病原菌产生抗药性，降低防治效果。因此，寻找替代化学药剂控制柑橘采后病虫害的方法成了研究者们探寻的方向。

近年来，采后热处理因具有经济、高效、便捷、无药剂残留、对操作人员无害等优点而在柑橘采后处理技术上崭露头角。柑橘采后热处理是指将采摘后的柑橘先置于适宜的温度中（温度在10～15 ℃）以上进行处理，用来杀灭附着于果皮上的有害生物，同时减弱呼吸和蒸腾作用，减少冷害，维持果实的品质，最终延长果蔬保鲜期目的[2]。笔者将从采后热处理的原理、方法及应用、对柑橘贮藏品质的影响、应用前景的角度对柑橘采后热处理技术进行全面的介绍，旨在为开展柑橘采后病虫害防治提供依据。

1 柑橘采后热处理杀灭和抑制有害生物的机理

1.1 热处理杀灭和抑制昆虫的机理

使用热处理方法杀灭昆虫的机理主要有以下几点[3]。

1.1.1 引起蛋白质变性，蛋白质属性的催化酶失活 蛋白质在虫体中占据相当大的比例，是虫体的重要组成部分，很多生化反应必须在酶的催化下才能进行。如昆虫体壁蛋白在多元酚氧化酶和酪氨酸酶催化下，侧链和苯辊类结合才能使体壁硬化，保护虫体。但高温下，虫体内的蛋白质的氢键断裂而使活性改变，使酶失活，细胞代谢无法进行，致害虫死亡。如60 ℃以上的高温会使大部分蛋白质凝固变性，这是害虫在高温条件下短时间内死亡的主要原因。蛋白质的凝固温度因其含水量的不同而异，含水量高的蛋白质易凝固，凝固温度较低；含水量低，凝固温度就高。因此，虫体含水量高的昆虫种类和虫期，热处理杀灭效果也比较好。

1.1.2 产生多项生理功能紊乱 适度的高温可使害虫提高生理代谢速率、加强呼吸速度、延长气门开放时间等，从而加速了虫体内水分的失散，水分蒸发得过多，会影响酶的活性和蛋白质的稳定性。高温使呼吸器官不能保证氧气的供应，或排泄机能受阻，不能排除更多的代谢废物而引起中毒，也可以引起神经系统的麻痹。同时高温也会加速昆虫体内营养物质的氧化，引起能量过分消耗，最终因生理功能紊乱而死亡。

1.1.3 造成昆虫体壁保水结构破坏，加速体内水分大量失散 昆虫的体壁表层是蜡层和护蜡层，其主要化学成分是蜡质，它们在阻止虫体内水分失散方面起着重要的作用。一定的高温条件会打乱这些蜡质分子的定向排列，从而破坏了体壁表面的保水结构，使水分透过体壁大量蒸腾，造成虫体严重失水。水是新陈代谢的基础，生物体一切生物化学反应必须在水溶液的状态下进行，水分散失过多阻止了新陈代谢，致昆虫死亡。

1.2 热处理杀灭和抑制病原菌的机理

热处理对病原菌的杀灭作用分为直接和间接作用。直接作用是热处理使病原菌的蛋白质和酶变性或凝固，细胞壁和细胞膜受到损伤，新陈代谢无法正常进行，病原菌因此死亡。 间接作用是指柑橘组织在高温胁迫时会合成新的或增强的蛋白质，这类蛋白称为热激蛋白（heatshock proteins，HSP）。热激蛋白的合成，会导致柑橘组织或细胞的结构变化及化学成分变化， 从而形成机械和化学屏障， 可提高植物对病原菌的免疫力[4]。

2 柑橘采后热处理的主要方法

常用的柑橘采后热处理方法主要有：烘焙热处理（Curing）、蒸热处理（Vapor air）、干热处理（Hot air treatment，HAT）、热水处理（Hot water treatment，HWT）和热处理与其他处理相结合等方法。一般来说，热处理温度越低、升温速度越慢、处理时间越短，越能保持柑橘的品质。热处理法采用的温度和时间组合必须既杀灭病害又不能超出处理对象的忍受范围。大多数情况下，这个温度和时间的组合选择范围非常有限。所以，当温度达到有害生物的致死温度起点和处理对象可忍受温度的终点之间时要严格控制温度。

2.1 烘焙热处理

烘焙热处理是指在不超过36 °C的饱和水蒸气环境中进行为期相对较长（通常为3～7 d）的热处理。Fawcett在1922年进行了第一次柑橘烘焙热处理，他将柑橘置于30～36 °C饱和水空气中，处理1～3 d，以降低柑橘褐腐霉导致的腐烂。Ben-Yehoshua等[5]用36 °C饱和水蒸气处理柑橘3 d后发现，柑橘的腐烂率显著降低。烘焙热处理可以增强柑橘对绿霉病的抵抗力[6-7]。烘焙热处理能够降低柑橘腐烂是因为其能够减少柑橘外皮组织中抗真菌化合物水平的下降，降低柠檬酸的损失，从而抑制腐烂[8]。在34～36 °C条件下对柑橘处理48～72 h不但能够控制水果腐烂，而且可以有效减少冻伤（CI）[9-10]。

尽管烘焙热处理能够有效控制柑橘的腐烂和冻伤，但是因为烘焙热处理实施实际比较困难，较长处理时间不仅会降低柑橘品质，而且也使处理成本升高，故而未在商业化层面得到广泛的应用[11]。

2.2 蒸热处理法

蒸热处理法是指将40～50 ℃的饱和水蒸气喷向柑橘，利用水蒸气在柑橘表面冷凝释放的潜热，使柑橘温度缓慢升高，达到所需温度后并保持一定时间以杀灭有害生物的方法。蒸热法主要用来杀灭害虫。1929年，蒸热处理法首次在美国被用来处理柑橘中的地中海实蝇（Ceratitis capitata Wiedemann）。用44.3 ℃饱和蒸汽处理6 h可杀灭葡萄柚、柑橘和红橘内的墨西哥实蝇。44.4 ℃饱和蒸汽处理8 h 45 min能杀灭地中海实蝇、橘小实蝇和瓜实蝇；柑橘种子用54～56℃湿热空气处理10～60 min，能杀灭种子内部潜伏感染的黄龙病病原物、溃疡病和疮痂病病原菌等； 用49 ℃湿热空气处理柑橘苗木和接穗50 min以消除黄龙病病原物，也获得较好的防治效果[3]。

蒸热法容易破坏柑橘品质，这也是阻碍蒸热处理商业化运行的主要问题。

2.3 热空气处理法

热空气处理法是在蒸热处理法的基础上改进的一种热处理法。该方法使用热空气或加湿的热空气代替饱和水蒸气，对柑橘进行热处理，以达到杀灭有害生物和保鲜的目的。热空气处理法对夏橙、红葡萄柚等果实采后霉菌感染具有一定的抑制效果[12-13]。Lurie等[14]将柑橘置于43 ℃低氧气调条件下或44 ℃空气中处理30 min，得到柑橘果实中地中海实蝇的虫卵、幼虫和成虫均可被有效杀死的结论。

热空气处理法一般在有空气循环系统的仓室内进行，在仓室内风速和温度均可以被精确控制。与蒸热处理和热水处理相比，热空气处理法的加热速度最慢，较慢的升温速度和较低的湿度使热空气处理法更利于保护柑橘的品质。

2.4 热水处理法

热水处理法包括热水浸泡法和热水淋刷法。热水浸泡法（hot water dip）是指用50～55 ℃的水浴浸泡柑橘几分钟到几十分钟（依据柑橘种类）以达到杀灭有害生物的目的。热水淋刷法（hot water brushing）是指用热水（水温通常为55～60 ℃）和毛刷对柑橘进行喷淋和洗刷一定时间（一般为20～30 s）以达到杀灭有害生物的目的 [15-16]。热水处理法不仅用来杀灭柑橘果实中的害虫，而且可以杀灭真菌病原体和线虫，同时热水处理还能减轻柑橘采后冷害的发生。有研究表明柚子在热水淋刷法（60 ℃，30 s）处理后能有效灭菌并具有了抗冷性 [16]。该处理也降低了指状青霉导致的腐烂率，同时增强了几丁质酶和β-1，3-葡聚糖酶的合成作用，使抗病性提高[17]。使用53 ℃，2 min的热水浸泡，60 ℃，30 s的热水喷淋均能降低葡萄柚冷害的发生几率[18]。柠檬、葡萄柚、杂柑、金桔等贮藏过程中使用热水浸泡法 （52～53 ℃，2～3 min）进行处理，病原菌虫引起的腐烂率下降[19-20]。

相较于以上几种热处理，热水处理具有多项优势：首先，因为水比空气的热传递效率更高，而且热水处理具有清洗、消毒的作用。所以热水处理法相较于其他热处理方法对有害生物具有更好的处理效果和更高的处理效率。其次，热水处理设施操作简便，结构简单，可以方便的集成在柑橘包装流水线上，提高包装效率。另外，较短的处理时间，使得热水处理的成本仅为传统热空气处理的10%[21]。由于具备了这些优势，热水处理成为目前应用最为广泛的一种热处理方法。

2.5 热处理与其他方式结合

热处理与其他方式结合作用于柑橘类果实比单独使用热处理效果更佳。热处理与辐照结合，不仅缩短了热处理时间，也降低了辐照使用剂量。使用热和辐照结合处理柑橘—指状青霉，油桃—链核盘菌，发现两种处理方式能够协同钝化孢子。这不仅提高了防腐效率，也减轻了辐照诱发的果皮损伤。加热和辐照之间的间隔时间也将影响协合效果，通常是热水处理后 24 h内进行辐照为最佳[22]。邓乐晔[23]等研究证明，热处理结合辐照技术能有效抑制柑橘红蜘蛛成螨，并且同一剂量下温度越高，成螨繁殖率越低。

热处理与化学药剂或生物制剂结合处理可以提高热处理效率，降低药剂使用量，减少化学残留。与单纯使用抑霉唑抑制柑橘病菌相比，在达到相同的效果下，热水处理与抑霉唑联合处理可将抑霉挫的有效浓度从1 000 mg·kg-1减少到400 mg·kg-1 [24]。用一定量的烯菌灵和咪唑类杀菌剂配合热水处理对柑橘的检疫特别有效（Schirra和Mulas，1995）。热水（45 ℃）配合二氧化硫、酒精或碳酸钠可以杀灭柑桔绿霉病（Penicillium digitatum）。将质量分数为3%的50 ℃碳酸氢钠溶液与2×108CFU·mL-1的拮抗成团泛菌（Pantoea agglomerans）悬液结合使用对柑橘类水果进行处理，能够得到比单一使用一种方法更佳的抗病防霉效果，这种应用方式己经顺利通过了商业化的可行性验证[25]。

3 热处理对柑橘采后贮藏品质的影响

3.1 对柑橘采后腐烂率和失重率的影响

腐烂率和失重率是衡量柑橘果实采后品质的两大指标。果实采摘后，在自身生理代谢及外界因素的影响下，会出现失鲜、失重的情况，进而失去果实的商品价值。

陈瑶[26]及陈楚英[27]分别对南丰蜜橘、赣南脐橙和新余蜜橘进行采后热处理研究表明，热处理可降低柑橘果实在贮藏过程中的腐烂率和失重率，这与 Fallik 等[28]的研究结果一致。认为原因是果实表皮层中的果腊（一种脂类）在高温下溶解，然后在柑橘表皮上进行了重新分布，果皮之前的缝隙被填补，导致气孔堵塞，水分蒸腾减弱进而降低了柑橘类果实腐败率和失重率。

在同种处理方式中，不同的柑橘果实品种失重率减小速率也不同。如热水处理后“Fortune”桔和红橙，贮藏过程中果实失重速率会加快[29-30]，而金桔和“Marsh”葡萄柚则减慢[19]。有研究分析认为[20，31]，热水处理柑橘果实质量减小的速度也与果皮的薄厚、果蜡层能否融化及重新分布、是否遭受过病虫害和冷害、外界贮藏温度等有关。因此，对于不同品种的柑橘果实，实施热处理时应注意选择适当方式及温度。

3.2 对柑橘采后硬度的影响

采后硬度表明果实后熟软化的程度。适宜的热处理方式能影响果实硬度，对于同一种柑橘，适当的烘焙热处理可能会增大其硬度。但处理温度过高则会使果实变软。使用热水浸泡的方法（45 ℃，42 min）处理“Valencia”橙后，表皮坚固性增大。但另一热水浸泡方法（53 ℃，12 min）处理后失重率加快，果实变软[32]。有研究认为热处理对果实硬度的影响，应该与果皮中果胶含量的多少、细胞壁水解酶的活性有关[2]。虽然人们已在酶学和分子生物学水平上进行了大量研究，但对导致果实成熟软化的关键酶或基因目前还不清楚[33]。

3.3 对柑橘采后果皮色泽的影响

柑橘果皮的色素层中主要含类胡萝卜素，红黄色果皮的柑橘在适当的热处理条件下，外观色泽变化不大或能稍微改善：温州蜜橘经过热处理（52 ℃，2 min或55 ℃，1 min）后，其果皮的颜色更加红润和光洁 [11]。由于类胡萝卜素在高温条件下不稳定，温度过高会导致其降解，且降解速度随温度升高而升高[34]。

3.4 热处理对柑橘采后理化特征的影响

柑橘后熟过程中，有机物质会发生一定的变化，如糖类物质增加、有机酸逐渐降解及其他物质的分解，它们对于果实的口感及风味影响甚大。因此，可溶性固形物（Total soluble solids，TSS）、可滴定酸（Titratable acidity，TA）、维生素C（Vitamin C，Vc） 、总糖含量（Total sugar content，TSC）、固酸比和糖酸比被视为柑橘品质指标。陈瑶[26]对南丰蜜橘和赣南脐橙采用了50 ℃热水处理5 min 和37 ℃热空气处理48 h，得出结论：两种热处理方式都延缓了TSS、TA、Vc、TSC的下降速度，保持了果实的品质。陈楚英[27]对新余蜜橘采用了53 ℃热水处理3 min和37 ℃热空气处理36 h得出结论：热处理同样延缓了TSS、TA、Vc、TSV的下降速度。但杨雨涵等[35]使用40 ℃热风处理3 d后，明尼桔柚、脐橙、葡萄柚等多种供试品种的TA都较对照组减少了10%以上。因此，短时间的热处理，一般能够降低柑橘中TSS、TA、Vc、TSC等含量的下降速度，保证果实品质；而长时间的热处理，如热风处理3 d会使果实品质较对照有所降低。长期贮藏前预处理应采用短时的热水处理法。

3.5 对果实呼吸强度的影响

在贮藏过程中，柑橘果实的呼吸强度会随时间的延长而逐渐上升。一方面是由于果实自身的生理代谢原因，如细胞内水解酶活性的增强，膜脂质过氧化的加剧、糖、酸等呼吸底物的增加等，另一方面是果实在贮藏后期抗病性下降，附着在果实表面上的病原微生物增殖，导致果实的呼吸强度升高[27]。柑橘在低温贮藏过程中，呼吸强度都会出现先下降后上升的情况。陈瑶[26]通过对南丰蜜橘和赣南脐橙的实验发现，热处理可以延缓呼吸强度上升的时间，减弱果实的呼吸作用。陈楚英[27]通过HAT和HWD对新余蜜橘的处理比较，证实了两种热处理均不同程度的抑制了果实的呼吸强度，HWD的抑制作用更佳。

3.6 对果实PPO、POD、SOD的影响

多酚氧化酶（PPO） 能提高植物的抗病性。它催化酚类物质氧化形成醌，毒杀入侵的病原菌。过氧化物酶（POD）是植物体内抵御活性氧伤害的保护性酶。对保持无害的自由基浓度，稳定活性氧平衡保持膜结构的完整性以及抵御膜脂过氧化起着重要的作用。它能够降低过氧化物、超氧化物等对果实的生理伤害。超氧化物歧化酶（SOD）也是一种抗氧化防御性酶，SOD与POD一样也能降低过氧化物、超氧化物等对果实的生理伤害，维持活性氧平衡。陈瑶[26]通过对南丰蜜橘和赣南脐橙的热处理实验发现，热处理提高了两种果实的PPO、POD、SOD的活性。陈楚英[27]通过HAT和HWD对新余蜜橘的处理比较，证实了两种热处理均不同程度的提高了果实的PPO、POD、SOD活性，HWD的作用更加。

4 现状与展望

柑橘在世界贸易中的主要竞争力取决于柑橘产品质量。而采后商品化处理是影响柑橘成品质量的一个重要因素。采后热处理技术因其操作简便、高效、无危害、无残留等优点成为一种具有良好应用前景的柑橘采后处理措施，并已在美国和以色列等国家开始商业化运行[36]。热处理与低温贮藏结合，减少了采后损失和柑橘采后病虫害的发生，果实贮藏期得到延长等，特别适用于柑橘的国际贸易。

由于不同品种柑橘对热处理的耐受性不同，被侵染的有害生物种类也不相同，单纯采取热处理的方法有时并不能达到良好的效果。因此，应该考虑果实品种和不同病原菌种类，使用热处理结合拮抗菌剂、化学药剂、低温处理、气调处理等处理方法，可在保证对人体无害且无污染易操作的情况下，增强其抗病虫害和保鲜效果。

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