臭氧在鲜切果蔬加工中的应用

邓朝阳，王锋，，苏小军，2，李清明，郭时印，郭红英，张锦钰，石柱，唐兰芳

（1.湖南农业大学食品科学与技术学院，湖南 长沙 410128；2.湖南省作物种质创新与资源利用重点实验室，湖南 长沙 410128）

鲜切果蔬是指以新鲜果蔬为原料，通过分级、清洗、修整、去皮、切分、保鲜、包装等过程处理后，经低温运输进入冷柜销售的果蔬成品或半成品，也称最少加工果蔬、半加工果蔬、轻度加工果蔬等[1-2]。鲜切果蔬具有新鲜、营养、卫生、方便、利用率高等特点。随着人们生活节奏的不断加快，鲜切果蔬制品越来越受到人们的喜爱[3]，近年来全球消费趋势上涨，对它的研究投入不断增加[4-5]。然而，果蔬在切割加工中受到去皮、切分等机械损伤，机体抵御能力下降，产生一系列不良的生理生化变化，例如褐变、衰老、软化、营养物质消耗、异味、微生物腐败等[6-9]，加速了鲜切果蔬变质过程，导致货架期变短，限制了鲜切果蔬加工业的发展[10]；此外病原微生物污染增加了消费者患食源性疾病的风险[11]，近年报道的与鲜切产品相关的食源性疾病案例增加的情况，已经引起了公众的广泛关注[12-13]。鲜切果蔬加工中良好的清洗工序不仅可以减少产品的病原微生物含量，还可以保持果蔬品质，延长货架期。目前常用的清洗消毒剂主要有次氯酸钠、二氧化氯、过氧化氢、臭氧及电解水，各有优缺点。

臭氧（O3）是一种强氧化剂和消毒剂，溶于水可形成臭氧水，臭氧水同样具有很强的杀菌能力[14]。臭氧符合一般认为安全（generally recognized as safe，GRAS），1997年被美国食品药品监督管理局（Food and Drug Administration，FDA）批准为可直接接触食品的消毒剂[15]。臭氧通过破坏微生物细胞膜结构、酶、核酸导致细胞死亡，从而减少微生物数量[16]；降低果蔬在贮藏期间的新陈代谢速率，氧化果蔬呼吸期间产生的新陈代谢产物，间接推迟果蔬贮藏期间的成熟和减缓衰老[16]，维持或改善食品质量，延长贮存期与货架期[17-18]；臭氧本身不稳定，可自行分解为无毒的氧气[19-20]，无残留、无二次污染，安全可靠[21]，满足食品加工业的要求，可用于鲜切果蔬保鲜、防霉、运输和保藏[22]。臭氧处理被认为是一种极具发展前景的绿色的鲜切果蔬保鲜技术。近年来，国内外学者对臭氧保鲜在鲜切果蔬中的应用进行了大量的研究，本文对臭氧在鲜切果蔬保鲜中的应用及作用机制进行了综述。

1 臭氧（水）对鲜切果蔬的保鲜机理

臭氧（水）在鲜切果蔬保鲜应用中具有杀菌、消除乙烯、降低呼吸强度、降低营养物质消耗、控制质量损失、维持硬度、减缓变色等作用，可有效延缓鲜切果蔬的劣变，延长货架期。臭氧在部分鲜切果蔬保鲜中的应用及效果见表1。

表1 臭氧在部分鲜切果蔬保鲜中的应用及效果Table 1 Application and effect of ozone in the preservation of some fresh-cut fruits and vegetables

续表1 臭氧在部分鲜切果蔬保鲜中的应用及效果Continue table 1 Application and effect of ozone in the preservation of some fresh-cut fruits and vegetables

1.1 抑制或杀灭微生物

臭氧能与微生物细胞壁脂类双键反应，穿入菌体内部，作用于蛋白和脂多糖，改变细胞的通透性，从而导致微生物死亡[16]；同时可破坏微生物的细胞器、酶系统和DNA、RNA，破坏其新陈代谢，对各种致病性微生物均有极强的杀灭效果，具有广谱、高效的杀菌效果[42]。鲜切产品中常见的食源性致病菌主要有：大肠杆菌O157：H7、沙门氏菌、单增李斯特氏菌、金黄色葡萄球菌和志贺氏菌属等[43]。Alwi 等[18]发现鲜切甜椒暴露于9 mg/L 臭氧6 h，大肠杆菌O157，鼠伤寒沙门氏菌和单增李斯特菌群分别减少了2.89、2.56 log10CFU/g 和3.06 log10CFU/g。臭氧在水中的分解产生羟基自由基，它是主要的活性氧化剂，氧化还原电位为2.07 V，因此具有很强的氧化、杀菌功能，可有效抑制细菌、孢子和病毒生长[44]。Liu 等[22]用臭氧水处理鲜切苹果5 min 和10 min，发现与第12 天的对照样品相比，菌落总数分别减少了 1.83 log10CFU/g 和 2.13 log10CFU/g。Botondi 等[23]发现鲜切甜瓜经0.8 mg/L 臭氧水处理3 min，4 ℃储存7 d，菌落总数小于2 log10CFU/g。

1.2 降低果蔬呼吸强度

臭氧（水）能快速氧化分解消除乙烯[45]，攻击细胞膜上的呼吸酶[16]，从而降低果蔬呼吸强度，降低其新陈代谢速率，减缓生理老化过程[46]。Chauhan 等[24]发现，与保持在低温（6±1）℃下的对照样品（单独气调储存和臭氧化水处理）相比，气调与臭氧的组合最大限度地降低了鲜切胡萝卜的呼吸和乙烯释放速率，贮藏期最长可达30 d。Liu 等[22]发现臭氧水处理可降低鲜切苹果乙烯产量，可以将保质期延长至10 d。Chen 等[17]发现臭氧处理可降低鲜切青椒的呼吸速率。

1.3 控制果蔬变色

臭氧可控制鲜切果蔬的外观色泽变差，研究发现臭氧水处理的鲜切猕猴桃切片未观察到颜色参数（L*，C*，h*）的显著变化[25]；经受臭氧水溶液的马铃薯切片具有更高的L*值和更低的a*值，显著减少了褐变[26]；张丽华等[27]发现臭氧水处理可以减缓鲜切猕猴桃贮藏期间色差值（L*，a*）的下降；这与其他研究结果类似[28-30]，原因可能与臭氧可破坏褐变相关酶（如多酚氧化酶）结构、降低其活性及代谢速率、延缓变色有关。

一些鲜切果蔬在贮藏中会出现脱绿、黄化等现象，主要原因是酶对叶绿素的降解，另外有研究指出乙烯可促进叶绿素的降解，而用臭氧（水）处理鲜切蔬菜，可利用臭氧对叶绿素降解相关酶的钝化作用和对乙烯的氧化消除作用来减缓叶绿素的降解[47]，从而达到控制鲜切果蔬变色的目的，相关研究表明臭氧（水）处理可延缓果蔬叶绿素降解，减慢黄化速度[31-34]，也可以抑制鲜切南瓜切口的褪黄白化[35]。

1.4 维持果蔬细胞膜完整，控制果蔬质构劣变

臭氧可破坏细胞壁、细胞膜代谢相关的酶结构，降低其活性，延缓细胞壁的降解和膜脂过氧化，降低自由基含量，从而减小组织细胞膜的损伤，维持果蔬细胞膜完整[28]，控制鲜切果蔬质构劣变，延长保质期。刘程惠[36]发现臭氧水处理能通过抑制鲜切苹果的β-Gal 和α-L-Af 活性来减少对细胞壁物质的降解，减缓其质构劣变。相对电导率是衡量细胞膜透性的重要指标，MDA 含量是植物细胞膜质过氧化程度的体现，二者通常用来衡量果蔬细胞膜的完整性。闫帅[31]发现与对照相比，臭氧水浸泡的鲜切鸡毛菜相对电导率降低18.75%，MDA 含量降低31.07%，贮藏时间由6 d 延长至10 d～12 d。宋遵阳等[37]研究发现臭氧水中处理可以有效保持鲜切胡萝卜的硬度和脆度。

1.5 维持或提高果蔬抗氧化性

臭氧可用于最低限度加工的新鲜食品工业，以提高鲜切水果的抗氧化状态，而这对于储存稳定性和安全性是至关重要的[38]。抗氧化防御系统由一系列抗氧化酶如 SOD、POD、CAT（过氧化氢酶，catalase）组成，是一种能抑制组织氧化反应的重要酶系统，有利于延长鲜切果蔬的保质期[17]。研究发现臭氧处理增强了鲜切青椒中 POD、SOD、PAL 的活性，同时抑制了 PPO 的活性，增强抗氧化防御系统的有效性[17]。Yeoh 等[39]发现臭氧处理可以减少新鲜木瓜的微生物数量而不会消耗其自身的抗氧化成分。Alothman 等[38]发现臭氧处理可增加菠萝和香蕉的铁还原/抗氧化能力（FRAP）和1，1-二苯基-2-苦基肼基（DPPH）自由基清除活性。

1.6 减少果蔬营养成分及质量损失

臭氧具有强氧化性，可降低微生物含量，消除乙烯乙醛乙醇等不良代谢产物，抑制细胞内氧化酶，使果蔬的代谢水平有所降低[48]，从而减小鲜切果蔬的质量损失[40]，同时会对一些营养物质产生一定的影响[47]。Chauhan 等[24]发现臭氧化水处理减少了木质化，并保持了鲜切胡萝卜的质量。Yeoh 等[39]发现臭氧处理的鲜切木瓜总酚含量增加了10.3%。Alothman 等[38]发现臭氧处理的菠萝和香蕉的总酚和类黄酮含量显著增加。闫帅[31]发现臭氧水浸泡的鸡毛菜可溶性蛋白含量比对照高21.15%，可溶性糖含量无明显差异。相关研究显示臭氧（水）处理可有效控制果蔬中可溶性固形物的下降[16，27-29]，另外能够延缓果蔬中抗坏血酸（VC）的下降[14，27-28，32-34，37，41]，原因可能是臭氧产生的负氧离子具有较强的穿透力，可阻碍糖代谢的正常进行[29]，抑制细胞内氧化酶，使果蔬的代谢水平有所降低[48]，从而降低VC、可溶性固形物等营养成分的损失。

1.7 其他保鲜作用

用臭氧水处理鲜切果蔬，臭氧不仅可以杀灭水中的病毒和微生物，还可以减少水中的有机物质。水中的悬浮物在臭氧的作用下絮凝，锰（Mn）、铁（Fe）、银（Ag）、镍（Ni）、汞（Hg）、镉（Cd）、铅（Pb）等金属离子可以被去除，因此臭氧可以提高水质，起到消毒、杀菌和除臭的作用[49]，保障生产用水清洁卫生，同时，臭氧水能氧化果蔬表面农药等残存的有害物质，降低其残留量，保证产品安全卫生[48]。另外，臭氧能氧化一些饱和、非饱和的有机物质，能破除高分子链及简单烯烃类物质，对环境有害气体具有降解作用，具有很强的除霉、腥、臭等异味的功能[48]，可用于生产环境消毒和产品贮藏运输。

2 臭氧处理存在的问题

臭氧（水）处理是现代鲜切果蔬工业广泛使用的冷杀菌技术之一，是一种高效、环保、节能的保鲜技术，目前国内外学者对臭氧在鲜切果蔬中的应用进行了大量的研究，发现鲜切果蔬用臭氧（水）处理可提高商品价值，延长其货架期。然而，臭氧在鲜切果蔬保鲜领域的应用仍存在以下几方面问题：（1）对果蔬的某些营养成分有不良影响。Beckerson 等[50]研究认为，较高浓度的臭氧不仅提高了果蔬细胞膜的相对电导率，增加了膜透性，而且破坏了叶绿素和类胡萝素，Karaca 等[51]发现臭氧处理（950 μL/L，20 min）的欧芹切片中的抗坏血酸，总酚含量和抗氧化活性分别比对照样品低40.1%，14.4%和41.0%，Alothman 等[38]发现臭氧增强了鲜切蜂蜜菠萝、香蕉和番石榴的抗氧化能力，却降低了VC含量，Aguayo 等[52]研究发现 7 μL/L 的臭氧处理会破坏鲜切西红柿的香气成分；（2）影响保鲜效果的因素较多，对生产条件要求较高，臭氧（水）浓度[30]、pH 值、处理时间[29]、微生物种类[18]、温度[16]、相对湿度[53]、包装方式[54]，与其他保鲜方式的协同[55-60]等均会影响保鲜效果；（3）臭氧不稳定，易于分解[61]，难以储存，需现场制取现场使用；（4）臭氧使用安全问题。臭氧可能会导致头痛，眼睛、鼻子、喉咙和呼吸道刺激[62]，肺损伤（慢性呼吸道疾病，水肿和出血）[63]；另外臭氧有潜在的腐蚀性[64]。

3 展望

臭氧（水）保鲜拥有多种有效的抑菌途径，抑菌保鲜效果好，相比其他保鲜技术，有着独特的优势，在鲜切果蔬生产中有很好的应用前景，尤其是我国的鲜切果蔬工业仍处于发展的初级阶段。因此，利用绿色、高效、节能的臭氧（水）保鲜技术对果蔬进行鲜切加工，对推动我国果蔬工业的发展具有重大意义。未来臭氧在鲜切果蔬保鲜领域的应用还有以下几方面需要进一步研究：（1）进一步研究臭氧（水）的保鲜适用范围，深入到分子水平研究其保鲜机理，研究其对果蔬一些生物活性成分的影响，明确适合其保鲜的果蔬品种，并进行保鲜条件优化；（2）复合保鲜技术的研究，研究臭氧与其他保鲜方式（物理保鲜、化学保鲜等）的协同作用，进一步提高保鲜效果等；（3）权衡臭氧保鲜的优势和缺陷，结合鲜切果蔬生产成本及其商品价值综合考虑是否需要应用臭氧处理；（4）发挥臭氧对水质、空气的消毒杀菌和去除异味的作用，大力应用于生产用水、生产贮藏环境，保障产品安全；（5）行业标准的制定，为保障从业人员的安全，更加科学合理地使用臭氧，需制订臭氧生产和使用标准，同时对相关从业人员进行严格的技术培训，推广臭氧保鲜技术的规范化使用，促进其健康发展，推动我国鲜切果蔬工业向前发展。