鲜切胡萝卜保鲜技术研究进展

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(1.大连民族大学生命科学学院,辽宁大连 116600;2.生物技术与资源利用教育部重点实验室,辽宁大连 116600;3.大连理工大学，生命科学与技术学院,辽宁大连 116024)

胡萝卜是一种广泛分布于世界各地的蔬菜,又名红萝卜、丁香萝卜。胡萝卜原产于中亚细亚一带,在我国厦门、江苏、河南、河北等地广泛种植,现我国胡萝卜产量居世界前五[1-2]。胡萝卜富含多种维生素、矿物质、膳食纤维等成分,是一种营养物质较全面的蔬菜,另外还含有槲皮素、山萘酚等生物活性成分,具有增加冠状动脉血流量、降压降血脂的作用,是高血压、冠心病患者的食疗佳品[2]。此外,胡萝卜富含胡萝卜素,还具有益肝明目的作用,因此广受消费者的青睐。近年来,鲜切胡萝卜因其方便、天然、新鲜、营养,而日益受到消费者的欢迎,然而,鲜切后的胡萝卜由于受到机械损伤导致细胞内容物流出,促进了组织褐变、细胞衰老、质构劣变以及微生物生长繁殖,使胡萝卜质构软化、营养流失、风味损失,从而大大降低了鲜切胡萝卜的整体品质,并导致营养和商业价值的降低。因此,鲜切胡萝卜的保鲜技术以及如何延长其货架期成为国内外研究热点。本文主要综述了鲜切胡萝卜的物理和化学保鲜技术,并进一步解析二者对鲜切胡萝卜品质及生物安全性方面的影响规律及机理,为鲜切胡萝卜保鲜技术的开发提供理论基础。

1 物理保鲜技术

物理保鲜技术具有安全卫生、操作简单、环境友好等优点。其中温度、气调包装、一氧化氮(NO)和热处理保鲜技术均通过控制鲜切胡萝卜本身营养物质消耗速度和褐变相关酶活性而在贮藏期间保持较高的感官品质,大大延长其保鲜期。辐照、超高压及高压二氧化碳(HPCD)均具有明显的抑菌效果,且HPCD解决了压力过高而损伤鲜切胡萝卜感官品质而造成营养流失的问题。

1.1 低温贮藏保鲜技术

低温贮藏可有效地降低鲜切胡萝卜呼吸强度和内部化学反应,抑制其表面微生物的生长和繁殖,有利于保证鲜切胡萝卜品质和安全性,是鲜切胡萝卜常用的一种保鲜方法[3-4]。田欣等[5]研究表明,0 ℃低温贮藏条件下可有效减缓鲜切胡萝卜失水、腐烂、褐变现象的出现,更好地保持其品质,且货架期可延长至25 d。王成等[6]发现,预冷终温为6 ℃的真空保鲜技术通过降低鲜切胡萝卜的呼吸强度,有效减缓果实细胞中营养成分的损耗,从而较好地维持鲜切胡萝卜本身的重量、硬度和色泽等感官指标,较大程度上提高了鲜切胡萝卜的贮藏品质。马跃等[7]研究了鲜切胡萝卜在不同贮藏温度(4、10、18 ℃)下的保鲜效果,结果表明4 ℃贮藏条件下保鲜效果明显,通过有效抑制过氧化物酶(Peroxidase,POD)、苯丙氨酸解氨酶(Phenylalanine ammonia lyase,PAL)和过氧化氢酶(Catalase,CAT)等代谢相关酶活性而延缓鲜切胡萝卜生理变化速度。任丽芳等[8]将鲜切胡萝卜贮藏在4、8、20 ℃的条件下研究发现,4 ℃可明显降低鲜切胡萝卜丙二醛(Malondialdehyde,MDA)的积累量和VC的分解速率,通过抑制多酚氧化酶(Polyphenol oxidase,PPO)的活性而延缓其褐变衰老进程,进而有效地维持鲜切胡萝卜的原有性状和品质。另外,研究[9-10]还发现,4 ℃低温可以降低鲜切胡萝卜大肠杆菌O157∶H7的污染程度并抑制其生长。此外,朱惠文等[11]发现20 ℃贮藏条件下可通过对鲜切胡萝卜GAD(谷氨酸脱羧酶)和PAL酶活性的调控而促进GABA(γ-氨基丁酸)和总酚含量的积累，同时提高DPPH(1-二苯基-2-三硝基苯肼)自由基清除力，从而使鲜切胡萝卜的营养价值和抗氧化活性得到较大程度上的提高。

1.2 热处理保鲜技术

热处理作为一种传统的物理保鲜技术,具有改善鲜切胡萝卜贮藏品质、提高贮藏抗性的优点,同时适宜的处理时间和温度有利于保持鲜切胡萝卜的感官性能[12-13]。马跃[14]利用热水对鲜切胡萝卜进行处理,结果表明热处理有效降低鲜切胡萝卜PPO和POD的活性及MDA的积累量,防止其膜脂过氧化过程的发生,保护细胞完整性的同时降低切面褐变程度,延缓其衰老变质,进而延长货架期。周明晖等[15]采用中低温蒸汽处理鲜切胡萝卜片得到减菌效果最佳的蒸汽温度和处理时间组合:50～70 ℃,600 s,这种组合对鲜切胡萝卜片的水分、类胡萝卜素、硬度和色泽影响较小,大大减少其总菌数量,并最大程度地保持了其感官品质。而张甜甜[16]同样发现80 ℃热水处理1 min在保持较高的营养质量情况下,表面食源性致病菌的数量明显降低。李健等[17]研究表明,60 ℃热处理对鲜切胡萝卜保鲜效果显著,有效抑制果实体内H2O2和MDA积累及抗坏血酸过氧化物酶(Ascorbate peroxidase,APX)和POD的活性下降,减弱膜脂质氧化作用,并增强系统对活性氧毒害的抵抗;提高总抗氧化能力、DPPH自由基清除能力,保持较高水平的总酚和总黄酮,维持鲜切胡萝卜较高水平的抗氧化能力和营养价值。

1.3 辐照保鲜技术

辐照冷杀菌技术(电离辐射、电子束)可通过破坏微生物的DNA而使鲜切胡萝卜食源性致病菌死亡,起到提高其生物安全性的作用[16]。张甜甜[16]采用电子束对鲜切胡萝卜进行辐照处理,结果证明1 R电子束辐照时,在不影响鲜切胡萝卜品质情况下,鼠伤寒沙门氏菌、大肠杆菌O157∶H7和单增李斯特菌分别减少2.56、4.17、2.3 log CFU/g;2 R和2.5 R的电子束辐照时,鲜切胡萝卜表面检测不到大肠杆菌O157∶H7和单增李斯特菌的存在。李淑荣等[18]研究发现,辐照剂量为1.5～2.0 kGy能够较好地保持鲜切胡萝卜的品质特性,有效减少大肠杆菌、沙门氏菌、李斯特氏菌的数量和其他病原菌在的滋生,大大提高鲜切胡萝卜的安全性。

紫外线(Ultraviolet,UV)是电磁波谱中波长从10～400 nm辐射的总称,其中短波紫外线(UV-C)由于操作简单、成本低廉的优点,是近年来多用于鲜切胡萝卜的杀菌方法[19-20]。Du等[21]研究了中波紫外线(UV-B)光照射对鲜切胡萝卜抗氧化性的影响,研究表明中波紫外线UV-B照射主要是通过调节PAL酶活性来调控总酚含量的动态变化,从而提高鲜切胡萝卜的抗氧化能力,以达到较好的保鲜效果。Alegria等[22]利用 UV-C对鲜切胡萝卜进行辐照,结果得到UV-C可诱导酚类和类胡萝卜素的合成,降低POD活性和微生物生长量,防止新鲜胡萝卜褐变腐烂,有效控制微生物并提高外观质量。另外,陈晨[23]发现对鲜切胡萝卜抑菌效果显著的UV-C 的最佳辐照剂量为0.86 kJ/m2,此剂量处理过的鲜切胡萝卜总酚、总胡萝卜素和抗坏血酸(VC)均始终处于最高水平,同时总菌数最少,能够提高鲜切胡萝卜抗氧化活性,并明显抑制其表面微生物的生长繁殖速率,具有较好的保鲜效果。Formica-Oliveira等[24]比较了UV-B和UV-C对鲜切胡萝卜酚类化合物生物合成的影响,比较发现前者对酚类化合物积累量最高,酚类化合物的积累量可提高120%,PAL活性增加约760%,大大提高了鲜切胡萝卜自身的抗氧化能力。

1.4 超高压保鲜技术

超高压(high pressure processing,HPP)保鲜技术通过将鲜切胡萝卜在一定压力(100～1000 MPa)处理一段时间后,实现鲜切胡萝卜的杀菌、钝酶和其品质的改善[25-26]。张红敏[27]对鲜切胡萝卜进行超高压处理,结果发现200 MPa处理过的细胞电解质泄漏率较低,说明细胞损害程度较小,从而最大程度上保留了营养物质和风味物质,鲜切胡萝卜的质地得到较好的保持。孙雅馨等[28]发现,100、200 MPa均能取得较好的保鲜效果,而300～600 MPa通过改变细胞内的果胶组成,即减少水溶性果胶(WSP)含量,增加碱溶性果胶(NSP)含量,进而提高果胶甲酯酶(PME)活性和相对电导率,改变细胞膜通透性和细胞壁果胶组成,进而导致鲜切胡萝卜硬度大大下降。而马涛等[29]通过透射电子显微镜观察到,1200 MPa处理后的鲜切胡萝卜细胞壁破裂严重且组织排列散乱,果胶降解程度较大。此外,1200 MPa处理样品硬度下降最大,从而说明对鲜切胡萝卜品质损坏严重且不可逆转。通过以上研究表明,超高压在100～200 MPa对鲜切胡萝卜保鲜效果较好,更高的压力对果实机体损伤严重。

1.4 高压二氧化碳(HPCD)保鲜技术

高压二氧化碳(HPCD)是一种新型的非热杀菌技术,能够诱导天然微生物菌群和固液体基质中的病原体失活。Bi和Spilimbergo等[30-31]将HPCD保鲜技术应用于鲜切胡萝卜,结果发现HPCD对鲜切胡萝卜需氧菌、总大肠菌群、酵母菌和霉菌有明显的抑菌作用,同时保持硬度、多酚类化合物、类胡萝卜素含量及抗氧化能力,提高PPO和POD酶活性,降低PME酶活性,大大提高鲜切胡萝卜微生物安全进而延长鲜切胡萝卜保质期。另Ferrentino等[32]发现,HPCD和高功率超声联合处理(HPCD+HPU)也可以有效抑制微生物生长。

1.5 其他物理保鲜技术

气调包装是指通过改变包装内部氧气和二氧化碳的配比,抑制鲜切胡萝卜呼吸作用和生理代谢活动,从而延长贮藏期[33]。任丽芳等[34]发现，100%、80%、60%氧气包装均取得良好的保鲜效果,且100%氧气包装对鲜切胡萝卜保鲜效果明显,通过抑制鲜切胡萝卜的呼吸强度,减缓生理代谢速度,延缓VC和总胡萝卜素等营养物质的降解损耗,提高其储存品质。一氧化氮(NO)通过减少鲜切胡萝卜H2O2和MDA的含量积累用来保护细胞膜微结构完整,从而达到延迟衰老软化现象的出现。赵蕾等[35]采用浓度为0.1 mmol/L的一氧化氮(NO)供体硝普钠(Sodium nitroprussiate,SNP)浸泡处理鲜切胡萝卜,结果表明NO通过提高APX、CAT等抗氧化酶活性,降低POD、PPO、PAL等苯丙烷代谢途径相关的酶活性,抑制脂氧合酶(Lipoxygenase,LOX)和MDA的积累,同时降低组织电导率,进而减轻了鲜切胡萝卜细胞受损程度,从而改善了产品的感官质量,延长贮藏期。张志伟[36]利用常压低温等离子体(APLTP)对鲜切胡萝卜表面进行杀菌处理,结果发现ATLTP 可有效杀死鲜切胡萝卜表面的金黄色葡萄球菌,同时不影响处理前后胡萝卜的生理生化指标,进而较好地保持胡萝卜的感官品质,维持细胞膜的通透性及抗氧化能力。

2 化学保鲜技术

化学保鲜技术如杀菌剂主要是通过影响鲜切胡萝卜表面微生物正常的生理代谢而起到抑制其生长繁殖的作用,进而提高鲜切胡萝卜的生物安全性。1-MCP主要通过促进鲜切胡萝卜组织内防御活性氧毒害相关酶活性,进一步提高自身对活性氧毒害的抵抗,延迟机体衰老现象的发生。而涂膜保鲜技术作为一种方便、安全的方法,越来越受到食品工业的关注,保持较高的营养品质同时延长新鲜胡萝卜的货架期,在鲜切果蔬领域应用前景广阔。

2.1 杀菌剂保鲜技术

清洗消毒是胡萝卜鲜切过程中必不可少的环节,主要清除胡萝卜表面的污泥和残留的化学农药,抑制微生物生长繁殖从而达到延长鲜切胡萝卜货架期。目前应用于鲜切胡萝卜的杀菌剂主要有:电解水(酸性、碱性)、臭氧水、次氯酸钠。酸性电解水作为一种新型杀菌剂,电解稀盐溶液产生的氯气和多种次氯酸盐能有效地杀灭鲜切胡萝卜的各种微生物[37]。张向阳等[38]研究表明,酸性电解水能通过钝化鲜切胡萝卜的总胡萝素降解酶和木质素合成酶活性,进而避免了鲜切胡萝卜的营养素损失和白变现象的发生,且酸性电解水的抑菌效果明显,其清洗过的鲜切胡萝卜菌落总数无法检出。另外,酸性电解水对大肠杆菌、肠炎沙门氏菌、单增李斯特菌和金黄色葡萄球菌等典型致病菌的抑菌效果明显优于次氯酸钠和臭氧水(0.264、0.192、0.120 mg/L)[39]。臭氧属于强氧化型杀菌剂,具有较强的杀菌能力且其反应产物不会污染环境,因此在鲜切胡萝卜保鲜上得到了应用研究[40]。宋遵阳[41]采用不同浓度(10～50 mg/L)的臭氧水处理鲜切胡萝卜得到40 mg/L的臭氧水保鲜效果最佳,能够有效减缓鲜切胡萝卜硬度和脆度的下降,维持鲜切胡萝卜较好的新鲜度、组织结构和坚实度;通过改变细菌细胞膜的结构和通透性及正常的生理代谢,进而达到减少表面微生物生长繁殖的目的,保持鲜切胡萝卜品质的同时其安全性也得到了很大的提高。次氯酸钠属于传统杀菌剂,虽能有效抑制鲜切胡萝卜微生物地生长,但对于鲜切胡萝卜原有外观和营养品质保持方面明显弱于酸性电解水和臭氧水[38]。而王丹等[42]报道了次氯酸钠与臭氧水结合使用其抑菌能力得到了增强,且次氯酸钠循环再利用次数也随之增加。

2.2 涂膜保鲜技术

涂膜是控制胡萝卜中微生物的有效方法,涂膜的使用可有助于提高低加工胡萝卜的安全性。而壳聚糖是目前应用于鲜切胡萝卜最广泛的涂膜保鲜剂。董红兵等[43]报道了不同浓度(0.5%、1%和 1.5%)的壳聚糖涂膜对鲜切胡萝卜的保鲜效果,结果发现1%壳聚糖保鲜效果明显,有效提高了鲜切胡萝卜硬度、抗坏血酸浓度及抗氧化值,推迟组织软化衰老进度,且大大提高果实的营养品质。但单一的涂膜保鲜效果有限,因此,国内外学者开发了壳聚糖复合涂膜保鲜新技术。Maria Vargas等[44]将羧甲基纤维素和油酸与壳聚糖形成的新的涂膜剂应用于鲜切胡萝卜,结果发现该涂膜处理增加样品的水蒸气传输阻力,延缓样品白变现象的出现,有助于保持其良好的机械性能和外观。宋遵阳[45]将壳聚糖+乳酸链球菌素+ε-聚赖氨酸复合膜应用于鲜切胡萝卜的保鲜,结果表明复合膜通过有效抑制DcPPO、DcC4H、Dc4CL基因表达及提高DcPAL1、DcPAL3、DcPAL4和DcPOD基因的表达,进而有效抑制PPO、肉桂酸-羟基化酶(C4H)、4-香豆酸辅酶A连接酶(4CL)酶活性而减少木质素的合成,同时提高PAL、POD酶活性,最终达到减缓鲜切胡萝卜的白化进程并提高鲜切胡萝卜的抵抗能力的目的。而王新伟等[46]将添加肉桂醛的可食性涂膜(壳聚糖、1%乙酸、明胶)应用于鲜切胡萝卜,结果发现肉桂醛涂膜处理大大减缓细菌、霉菌和酵母菌总数的上升速度,抑菌作用明显。同时Martínez-Hernández等[47]研究还发现,壳聚糖三聚磷酸纳米颗粒(NP-EO)也可有效地降低鲜切胡萝卜的白度值,且其微生物含量降低到0.6～3.0 lg CFU/g。

除了壳聚糖,海藻酸钠也是常用于鲜切胡萝卜的涂膜保鲜剂。Costa等[48]研究富含纳米和纳米蒙脱土联合(Ag+MMT)的海藻酸钠涂膜处理大大提高鲜切胡萝卜货架寿命,强有力地控制微生物的生长,进而提高鲜切胡萝卜的贮藏品质,保质期延长至70 d。范腾等[49-50]研究海藻酸钠复合涂膜对鲜切胡萝卜白变的影响的最佳涂膜组合:10.28 g/L海藻酸钠+1.98 g/L明胶+2.55 g/L硬脂酸钠,降低鲜切胡萝卜的白度值和木质素含量,抑制果实白化反应和木质化发生,延缓鲜切胡萝卜亮黄色消失速度。另外,果蔬渣和果胶也可作为鲜切胡萝卜复合涂膜液的成膜成分。Ana和Ranjitha等[51-52]利用果蔬渣生物降解膜和果胶对鲜切胡萝卜进行处理，同样发现二者均有助于通过保持颜色、硬度和感官特性而延缓机体减重和表面白变,延长鲜切胡萝卜保质期。

综上所述,目前应用于鲜切胡萝卜的涂膜保鲜剂主要有壳聚糖、海藻酸钠、果蔬渣和果胶,而壳聚糖涂膜可通过抑制苯丙烷代谢相关酶活性而减弱鲜切胡萝卜自身的生理代谢强度,保持其营养物质的完整性的同时大大增强了机体自身的防御能力。海藻酸钠、果蔬渣和果胶涂膜三者均可保持鲜切胡萝卜良好的外观品质,延缓白变现象的发生,进而提高果实抗病能力(黑斑病、白腐病)。另外,果蔬渣生物可降解膜对鲜切胡萝卜有较好的保鲜效果,同时相较于其他保鲜剂还具有原料获取容易、价格低廉和对环境有益等优点,在鲜切胡萝卜领域甚至是整个鲜切果蔬领域都具有较好的研究潜力和发展前景,未来应大力开发。

2.3 1-甲基环丙烯(1-MCP)保鲜技术

1-MCP是一种乙烯受体抑制剂,延迟鲜切胡萝卜呼吸高峰来临,可有效延长保质期,保持采后品质[53]。马跃等[54]用1.0 μL/L 1-MCP对鲜切胡萝卜进行处理,结果得到1-MCP可明显抑制鲜切胡萝卜呼吸作用,减少MDA和总酚的生成量,抑制PPO、POD、PAL、CAT活性且推迟了 MDA、POD、CAT 高峰出现,有效维持其在贮藏期的品质进而延长了鲜切胡萝卜的货架期。另外,还发现1-MCP对鲜切茄子和哈密瓜也具有降低呼吸强度,延迟果实成熟,最终达到延长二者保鲜期的目的,这与其对鲜切胡萝卜的作用是相一致的[55-56]。

3 展望

近年来,由于鲜切胡萝卜符合人们对新鲜、营养、健康的消费需求,使鲜切胡萝卜受到消费者青睐。温度、气调包装、一氧化氮和热处理等物理技术可有效地保持其硬度,减缓其营养成分损失进而大大延长货架期,但对于抑制微生物生长和提高鲜切胡萝卜食用品质方面还需要进一步探索。而UV、杀菌剂和超高压对鲜切胡萝卜的贮藏过程中具有良好的抑菌作用,但目前研究并不深入且杀菌机理并不完善,同时超高压保鲜技术压力过高对鲜切胡萝卜的感官品质有不良的影响。而涂膜保鲜技术不仅对鲜切胡萝卜保鲜过程中微生物有抑制作用还可有效的维持外观及其营养品质。因此,今后应主要从保鲜技术的作用机理出发,朝物理和化学结合的方向进行研究,开发出二者优势互补并发挥协同作用的复合保鲜技术。此外,生物保鲜技术如天然植物提取液、生物拮抗菌应用于鲜切胡萝卜保鲜方面还未见报道,也需要进一步探索。