柿采后贮藏保鲜技术研究进展

薛友林,韩双双,张 鹏,李江阔,*,张 敏,李 冬

(1.辽宁大学轻型产业学院,辽宁沈阳 110036; 2.国家农产品保鲜工程技术研究中心(天津),农业农村部农产品贮藏保鲜重点实验室, 天津市农产品采后生理与贮藏保鲜重点实验室,天津 300384; 3.桂林恭城丰华园食品有限公司,广西桂林 542500)

柿(DiospyroskakiL.)隶属柿树科(Ebenaceae)柿属植物,为多年生落叶果树,原产于中国[1]。柿早在唐宋时期就得到大规模种植[2],至今栽培已有一千多年的历史。柿果实成熟后色泽艳丽,口味甜美,营养价值高,含有很多人体所需的营养物质,如蛋白质、维生素、矿物质、钙、磷等[3-5]。另外,柿果实还具有清热润肺,化痰止咳健脾等功效[6],在医疗方面和人们生活中具有很高的价值,深受消费者的喜爱。我国柿资源十分丰富,广泛分布在全国各地,至2016年我国柿果实年产量就达396.9×104吨[7],其中河北、河南、山西、陕西、山东5个省份的柿产量占全国总产量的80%～90%,江西、四川、重庆等南方地区也有栽培,但产量较小[8]。

柿是一种典型的呼吸跃变型果实,在贮藏期间极易变软[9]。目前我国采用的贮藏保鲜方式仍较为传统,包括:室内贮藏、露天贮藏、气体贮藏和液体贮藏等,这些贮藏方法不能较好地延长柿果实的贮藏期还可能使果皮色泽发生变化,出现褐变腐烂等现象,严重影响果实的品质及市场价值[10]。尽管我国柿果实产量大,但贮藏技术落后,导致柿资源不能充分开发利用,因此采取适当的贮藏保鲜技术对柿果实采后品质及延长贮藏保鲜期极其重要。

本文对现有的柿果实贮藏保鲜技术进行综述,分析各保鲜方法的特点,并对柿果实贮藏保鲜的研究方向进行展望,以期为我国柿果实保鲜产业的发展提供理论依据。

1 物理保鲜技术

1.1 低温保鲜技术

低温保鲜是指降低贮藏环境温度,使得果实的呼吸作用和微生物的生命活动减弱,降低酶的生物活性,从而使果实在一定时间内保持营养品质,达到保鲜目的。王同阳[11]研究表明,将柿果实堆于室外秸秆上,霜冻后柿果充分冻结,一般可贮藏3个月,且柿果实的色泽,风味基本不变,但这种自然低温冻藏方法,只适用于北方寒冷的地区。低温冷藏方法在柿贮藏保鲜方面得到广泛应用,该物理贮藏方法简便有效,为了使柿果实贮藏期更长,该方法通常与其他保鲜方法共同使用。王成业等[12]表明,涩柿在温度范围为-1～0 ℃,CO2(或1%的O2)含量为15%～20%的条件下,贮藏 2～3 个月后柿果实涩味可以完全脱除,且较好的保持果实的硬度。占习娟等[13]以“牛心柿”为实验试材,研究了60 d内柿果通过冻藏(-18 ℃)、冷库贮藏(-1～0 ℃;HR:85%～90%)、液藏(2%的食盐和0.5%的明矾)和冷藏(-1～1 ℃)+气调贮藏(4%～7% CO2;3%～5% O2)4种贮藏方式,果实的可溶性固形物含量,果实硬度,呼吸强度等生理指标的变化情况,结果显示,冷藏+气调贮藏的处理方式效果最好,该方法与其他处理方式比较,可以更有效地抑制柿果的呼吸强度,保持果实的品质及果皮色泽,延长贮藏期限。但要注意的是果实在冷藏前必须进行预冷,使温度降至5 ℃后逐渐降至0 ℃,否则会因温度过低造成果实冷害而表现出病症。

1.2 冰温保鲜技术

冰温保鲜技术是指将果蔬贮藏在0 ℃以下至各自的冻结点范围内,使果蔬内部组织液未发生冻结的同时,果蔬细胞不受破坏仍处于活体的状态,这样便有效抑制微生物的活动,起到保鲜的作用。周拥军等[14]以方山柿为试材,比较研究了普通贮藏(1～2 ℃)与冰温冷藏(-1～-2 ℃)两种冷藏方式对柿果细胞壁物质代谢的影响,结果发现冰温贮藏比普通冷藏更好的保持了果实的硬度,且在贮藏90 d时,冰温贮藏的硬度是普通冷藏的硬度的1.66倍。魏宝东等[15]研究了磨盘柿在普通冷藏(-0.5～0.5 ℃)、冰温贮藏(-0.5～-0.2 ℃)和冰温结合1-甲基环丙烯(1-methylcyclopropene,1-MCP)贮藏的情况下,柿果实品质变化情况。结果表明:冰温结合1-甲基环丙烯贮藏品质>冰温贮藏品质>普通冷藏品质,冰温结合1-甲基环丙烯贮藏方法对柿果实的硬度及衰老软化相关的酶活性具有最好的抑制效果。冰温贮藏技术可以较好的保证果蔬品质,近年来备受研究人员关注,现该技术已应用于大量果蔬贮藏保鲜,但需要注意的是冰温保鲜库内流场波动小,控制精度高。

1.3 气调保鲜技术

1.3.1 自发气调贮藏(modified atmospere storage,MA)保鲜 MA是果蔬气调贮藏保鲜的一种,贮藏机理是通过薄膜包装果蔬,利用果蔬自身的呼吸代谢降低环境中O2含量提高CO2含量,进而延长果蔬生命活动。目前应用较多的薄膜有聚氯乙烯膜(polyvinyl chloride,PVC)、聚乙烯膜(polyethylene,PE)和聚烯烃膜(polyolefins,PO),MA贮藏保鲜效果与薄膜厚度及膜透气性密切相关。李劼等[16]研究表明,在0.5～1.5 ℃的环境下贮藏甜柿,在贮藏45 d时,果实硬度已经下降7.8 kg/cm2,而使用聚乙烯膜包装的甜柿硬果期可达60 d。李灿等[17]以尖柿为试材,研究发现MA贮藏方式对柿果的硬度下降具有一定抑制作用,还可以抑制多聚半乳糖醛酸酶、纤维素酶活性的升高,延缓果实软化。Fahmy等[18]研究发现,使用MA贮藏运输‘Jiro’ 果实,可以降低果实失重率,且在2 ℃贮藏时,显著抑制柿果实冷害现象;在15 ℃贮藏时,延缓果实成熟衰老。现今MA贮藏已广泛应用于果蔬,且常与冷藏、脱涩剂、保鲜剂结合运用。

1.3.2 人工气调贮藏(controlled atmosphere storage,CA)保鲜 CA贮藏是指在短时间内人工调控贮藏环境中的氧气、二氧化碳或氮气含量,从而达到抑制果实的呼吸作用,降低生命活动,延缓贮藏期的技术。惠伟等[19]发现,在较高CO2浓度时,O2浓度不能低于3%,则能有效延长柿贮藏期。Arnal等[20]以‘Rojo Brillante’为试材,用90% N2+10% CO2和97% N2+空气两种气调方式处理柿果实,结果表明,97% N2+空气的处理在15 ℃贮藏‘Rojo Brillante’30 d仍能保证果实的品质,且在该种气体环境下果实可进行无氧呼吸,产生的乙醇经氧化脱氢后,导致乙醛的产生与积累,乙醛再与柿单宁发生氧化缩和反应使可溶性单宁呈不溶状态,使涩味消失,从而不再需要脱涩处理。Park等[21]研究了不同浓度气体成分对‘Fuyu’柿果实褐变病的影响,结果表明当氧气浓度低于0.4%时,柿果的褐变率明显提高。与其他贮藏保鲜方法相比,该法可有效去除涩柿果实的涩味,但在使用CA贮藏柿果时,应注意气调环境的变化,气体成分配比应协调,高浓度的CO2和N2都有助于柿果实的贮藏,但贮藏环境中氧气浓度过低时,也会导致果实褐变率增高。

1.4 减压保鲜技术

减压保鲜技术是在气调保鲜技术上的更进一步发展,是指抽出部分贮藏环境中的气体,使压力低于外界压力,保持果蔬在低压的环境中,使得果蔬呼吸强度减弱,乙烯的生成收到抑制,从而延缓果实衰老软化。黄森等[22]将火柿和水柿置于聚乙烯袋内,进行减压处理,测定贮藏期内各理化指标的变化,结果表明,减压处理显著抑制了果实衰老软化,降低果胶甲酯酶、多聚半乳糖醛酸酶活性及乙烯生成量。周拥军等[23]研究发现,贮藏压力为50 kPa时,牛心柿衰老期比常压下对照组明显延后,柿果的呼吸作用,果胶脂酶(pectinesterase,PE)和多聚半乳糖醛酸酶(polygalacturonase,PG)活性均降低,且VC的损失减少,可溶性固形物含量的增加减慢,但柿单宁含量变化不大。李江阔等[24]以磨盘柿为试材,发现减压冷藏后果实的硬度比普通冷藏硬度值高,可溶性固形物含量低,且有效抑制多酚氧化酶活性的上升和超氧化物歧化酶活性下降,提高了柿果可滴定酸的含量。由以上研究表明,减压贮藏可以延缓柿果实的成熟、衰老,且该法操作灵活方便、贮量大、效率高,但也存在着问题,减压贮藏库的建造费用高、产品易失水、研究范围窄、技术研究单一。

1.5 臭氧保鲜技术

臭氧保鲜技术是指果蔬在入库前通过臭氧气体或臭氧水的强氧化性杀灭微生物,抑制果蔬病害的发生,延长果蔬的生命周期,达到保鲜的作用。杨绍艳等[25]以磨盘柿为试材,在温度范围为-0.5～0.5 ℃环境贮藏,用0.85和1.88 μL/L两种浓度的臭氧分别处理柿果9 min和3 min,结果表明,冷藏加臭氧处理显著抑制了磨盘柿的呼吸强度、多酚氧化酶和过氧化物酶的活性,有效保持了硬度,降低了可溶性单宁含量的变化;另外0.85 μL/L臭氧浓度处理柿果9 min比1.88 μL/L臭氧处理柿果3 min对柿果成熟衰老抑制作用更显著。乔勇进等[26]研究发现,浓度为88.6～134 mg/m3的臭氧处理柿果能有效保持柿子的色泽,且在贮藏40 d时,柿果实的食用价值很高,臭氧处理柿果可以延缓果实衰老,减缓VC的流失。臭氧处理可降低果实代谢速率、安全无残留,但在使用臭氧处理柿果实时,确定最佳臭氧浓度及处理时间,则会更有效的抑制果实衰老。

1.6 高压静电保鲜技术

高压静电技术是指在高压静电场的作用下,果蔬周围产生一定量的负离子和臭氧。负离子利用其较强的穿透力,进入果蔬体内而抑制呼吸强度,延长生命活动;臭氧具有较强的氧化性,可以杀死果蔬表面的微生物,从而延长贮藏期,达到保鲜的目的。目前利用高压静电技术在草莓[27]、鸭梨[28]、豌豆荚[29]、黄瓜豇豆[30]和番茄[31]等果蔬均有研究,且该法可以较好的延长果蔬的贮藏期,保证其品质。但在柿果实贮藏保鲜方面应用较少。孙贵宝等[32]以磨盘柿为试材,用0、60和100 kV/m 3种电场的高压静电处理,结果显示,高压静电处理柿果可以有效减少VC损失,抑制果实硬度降低,延缓果实衰老软化。且柿果在60 kV/m的高压静电场下处理1 h,效果最好,在贮藏两个半月时好果率仍能达到93%。Liu等[33]研究表明,高压静电处理柿果实后,降低了柿果实的失重率、硬度下降,抑制了丙二醛含量的产生和果胶甲酯酶的活性,延长柿果保质期。利用高压静电场处理果蔬具有操作简单、无毒害、经济实用等特点,但不能去除涩柿的涩味,因此在处理涩柿时,该法可以与CA贮藏相结合,这样不仅延长果实贮藏期还可以达到脱涩的目的。

2 化学保鲜技术

2.1 1-MCP保鲜

1-甲基环丙烯是目前备受关注的一种乙烯受体抑制剂,其以不可逆的方式与乙烯受体蛋白结合,阻断乙烯与受体结合,抑制果实的生理生化反应,从而达到保鲜的目的。Besada等[34]研究表明,Triumph和Rojo Brillante是西班牙主要栽培的柿果,在贮藏温度为1 ℃,4%～5% O2+N2贮藏环境下,Rojo Brillante在贮藏60 d时,柿果内部开始出现冷害现象,当柿果用1-MCP预处理后,再贮藏于4%～5% O2+N2的环境中,发现经1-MCP处理可以延缓柿果内部软化褐变现象;Triumph在经1-MCP处理后贮藏在该气调环境下,贮藏期可达90 d,且硬度比其他贮藏方式硬度高,品质好。孟宪军等[35]研究表明,在60 kPa压力值时,浓度为1 μL/L的1-MCP处理效果较0.5 μL/L的1-MCP处理效果好,在贮藏75 d时,对照组硬度值下降了5.64 kg/cm2,而两种浓度的1-MCP处理分别下降了3.51和3.06 kg/cm2,同时1-MCP处理显著抑制了果实丙二醛、可溶性固形物、多酚氧化酶活性和膜相对透性的升高,保鲜鲜果显著。张鹏等[36]以磨盘柿为试材,用两种处理方式处理柿果实:1-MCP+PVC袋、1-MCP+真空包装袋,观察贮藏期果实的生理变化,发现1-MCP与真空包装结合处理柿果货架寿命可以延长14 d,且浓度为0.5～1 μL/L的1-MCP处理效果最佳。胡芳等[37]研究表明,0.5 μL/L的1-MCP处理能推迟呼吸跃变的出现,抑制呼吸强度和乙烯生成速率,且能较好的保持膜系统的完整性,延缓果实衰老软化。刘成红[38]、马冲[39]、Li[40]等研究均表明1-MCP有效抑制了丙二醛含量及硬度、呼吸强度的变化,延缓了柿果实衰老。因此在贮藏柿果时,可以使其他贮藏方式与1-MCP相结合,则可以更显著的保持果实的生理品质及质地品质。

2.2 Ca2+保鲜

Ca2+可以与果胶作用,形成交联网状结构,这种特殊的结构可以保持水果硬度,降低果实腐烂率。夏红等[41]研究不同浓度的CaCl2溶液处理方柿,观察柿果生理品质的变化,结果表明,1.5%和2.0%浓度的CaCl2对柿果采后硬度、还原糖的下降有一定抑制作用,可以延缓果实衰老,达到保鲜的目的。周瑞金等[42]研究表明,6% CaCl2处理牛心柿可以有效抑制硬度及可溶性固形物含量的降低,控制单宁含量的变化,延缓果实后熟和衰老进程。近几年,CaCl2溶液处理美味猕猴桃[43]、蓝莓[44]、‘金冠’苹果[45]等果蔬均显示出果实贮藏品质得到提高,延缓衰老软化的作用。Naser等[46]考察了热水和乳酸钙处理对冷藏期间柿果实品质的影响,结果显示,热水与乳酸钙共同作用于柿果实,不仅可以减少冷害现象,还可以保持果实硬度、减少失重率。维持果实的可溶性单宁含量和抗氧化能力。钙溶液处理果实节约能源、方便有效,但当其浓度过高时,就会对果实造成生理病害,因此在用Ca2+溶液处理不同品种柿果时应注意浓度的控制或者与热水处理方式相结合。

2.3 乙烯吸收剂保鲜

当柿果实成熟时,会有大量乙烯产生,进而使果实逐渐衰老软化,因此利用乙烯吸收剂除去贮藏环境中的乙烯可以延缓果蔬的贮藏期限[47]。目前乙烯吸收剂主要是高锰酸钾,通过其强氧化能力将乙烯氧化成乙醛,从而延缓果实衰老。陆胜民等[48]以吊红柿子为试材,用乙烯吸收剂和赤霉素处理柿果,发现当二者同时处理柿果时,保鲜效果更加明显,保持果实可溶性固形物、可滴定酸和单宁的含量,但在贮藏后期果实腐烂严重,可能是因为赤霉素浸液导致微生物侵染果实。黄森等[49]发现乙烯吸收剂可以较好的吸收贮藏环境中的乙烯,处理后火柿的呼吸作用降低,多聚半乳糖醛酸酶、果胶酯酶和纤维素酶的活性均降低,较好地保证了果实品质。乙烯吸收剂操作简单,使用方便,且对果实贮后风味影响较小,进行这方面研究有一定的意义。

3 生物保鲜技术

3.1 微生物保鲜

微生物保鲜技术是指通过微生物自身菌体及产生的抗生素、溶霉菌等代谢产物抑制果蔬表面的病原菌生长的技术。目前,果蔬采后病害拮抗微生物应用最多的是酵母菌、芽孢杆菌和假单孢杆菌[50]。且已经用于贮藏保鲜苹果、葡萄、草莓、猕猴桃、生菜等果蔬。微生物保鲜技术具有经济、安全、无污染等优势,近几年在果蔬贮藏方面得到广泛应用,现该技术已成为防止果蔬腐烂变质的研究热点。但目前微生物贮藏保鲜技术在柿果实方面的研究还尚不明确,因此该项技术值得进一步探讨研究。

3.2 天然提取物保鲜

天然提取物保鲜技术是指从生物体内提取天然活性物质,该物质可以抑制果蔬表面的微生物活性,降低果蔬的生命活动,从而达到保鲜的目的。Wen-Tao等[51]实验研究葡萄柚籽提取物对葡萄和柿子的保鲜作用,结果显示,葡萄柚籽提取物含有大量的酚类化合物,具有较强的抗氧化活性,可以延缓果实内多酚氧化酶和过氧化物酶活性峰的出现,降低果实褐变率和腐烂率,保证果实品质,延长保质期。蜂胶是由蜜蜂分泌出的一种天然含有黄酮、可消毒杀菌成膜的天然物质,Ergun等[52]研究表明,在4 ℃条件下,用10%～20%(W/V)的蜂胶溶液处理柿果,可延缓果实硬度的下降,保证柿果的香气和口味,延长保质期。天然提取物高效、安全、无污染,目前天然提取物贮藏保鲜果蔬技术在国内外得到广泛应用,但在柿果实方面应用较少。

3.3 基因工程保鲜

基因工程保鲜技术是指根据果蔬遗传特性,利用基因工程手段调节乙烯生物合成相关的酶和细胞壁降解酶的基因表达量[53-54],从而改变贮藏特性,延缓果蔬衰老,达到保鲜的目的。与乙烯合成相关的基因有酰基辅酶 A 氧化酶基因(ACO)、酰基辅酶A合成酶基因(ACS),乙烯合成的关键酶是乙酰辅酶A羧化酶基因(ACC)合成酶。ACO只有在ACS的协同表达作用下才能发挥作用,从而控制乙烯生成量[55]。刘永巨等[56]将ACC合成酶和氧化酶反义基因转入日本甜柿,协同抑制乙烯的表达,增强柿果实的耐贮性。申晓鸿等[57]以次郎柿叶片为材料,用农杆菌介导法将次郎柿ACC合成酶的RNAi基因导入次郎柿中,获得再生抗性植株,结果显示有1.6%为阳性植株,这些植株中ACC合成酶的表达会受到抑制,乙烯生成速率降低,进而延缓果实成熟、衰老。目前,美国、日本等国能较好的利用基因工程技术保鲜果蔬,但我国在应用基因技术贮藏保鲜果蔬方面的研究还不够透彻,因此应加强这方面的研发力度。

4 展望

柿果贮藏保鲜方法有很多,各种方法作用机理不尽相同,柿果贮藏方法又取决于柿子品种,因此在柿果贮藏时,应结合产区的柿果实际情况及气候经济条件来选取最佳贮藏方法。目前现有的柿果贮藏保鲜方法主要是:冷库+气调贮藏、化学保鲜剂贮藏,这些贮藏方法都是优缺点共存,冷库贮藏果蔬,易导致果蔬发生冷害现象;气调贮藏方法安全、无污染,但低氧气和高二氧化碳的气体环境,易使某些品种柿果发生病变;化学保鲜剂贮藏果蔬,会有残留或成本较高等。因此在以后的研究中,应在发挥最大保鲜作用的前提下,强化科研训练,改进现有保鲜技术的缺点。同时,我国在柿果贮藏方面应大力发展生物保鲜技术,如:微生物保鲜技术、基因技术,另外应继续研发高效无污染、低能节约资源的天然保鲜技术。并能有效的结合现有技术,扬长补短。

关于柿果贮藏保鲜的研发和优化是一项系统而复杂的长期任务,文中所提到的贮藏保鲜技术有一定优缺点,在发挥最大保鲜作用的同时不可避免的对柿果实产生些副作用,因此要达到最佳保鲜状态,从果实采摘到整个技术研发过程要不断探索寻求最佳贮藏保鲜方法。