非热加工技术在鲜切果蔬保鲜中的应用研究进展

俞静芬，尚海涛，卢超儿，朱 麟，林旭东

（1.宁波市农业科学研究院，浙江宁波 315040；2.宁波市绿盛菜篮子商品配送有限公司，浙江宁波 315040）

鲜切果蔬（Fresh-cut fruits and vegetables）又称最小加工、轻微加工、半加工、即食或即用果蔬，因具有新鲜、便捷、营养、可食率高等优点而受到消费者的青睐。鲜切果蔬加工已成为国内外果蔬加工研究的重要领域，具有极大的消费群体和商业价值，发展前景十分广阔[1-3]。然而，经清洗、去皮、切分等加工处理后，鲜切果蔬极易污染假单孢菌、芽孢杆菌、沙门氏菌、单增李斯特菌、大肠杆菌等各类腐败菌和致病菌，从而造成潜在食品安全隐患。此外，加工也会对鲜切果蔬品质造成一系列不良影响，如营养流失、组织软化、切面褐变、营养价值降低、质地软化或木质化、风味下降、产生异味等。上述问题成为制约鲜切果蔬产业发展的关键技术瓶颈。目前，鲜切果蔬的保鲜方法主要涉及物理方法（低温贮藏、气调保鲜等）、化学方法（亚硫酸盐、抑霉唑、多菌灵等化学保鲜剂）等，但普遍存在能耗高、有毒有害化学物质残留等问题[4-5]。因此，研发鲜切果蔬保鲜新方法和新技术是当前果蔬加工研究的重要内容。近年来，非热加工技术在鲜切果蔬保鲜领域的应用受到广泛关注，主要包括低温等离子体、超高压、紫外线、脉冲强光、脉冲电场、超声波等。上述非热加工技术不仅具有良好的杀菌效果，而且处理温度低并能够较好地保持食品本身的营养成分及感官品质[6-8]。综述了低温等离子体、紫外线、脉冲光、酸性电解水和超声波等非热加工技术在鲜切果蔬保鲜领域的最新应用研究进展，分析了上述技术对鲜切果蔬营养和感官品质的影响，以期为非热加工技术在鲜切果蔬保鲜中的实际应用提供理论参考。

1 低温等离子体

等离子体（Plasma）被称为物质的第4种状态，仅次于固体、液体和气体。等离子体是由离子、电子、自由基和化学性粒子等组成的电中性物质，具有能量密度高、化学活性成分丰富等特点。根据离子温度与电子温度是否处于热平衡状态可将等离子体分为高温等离子体和低温等离子体[9]。目前，可通过介质阻挡放电（Dielectric barrier discharge，DBD）、电晕放电、微波放电、电弧放电等方式产生低温等离子体。低温等离子体主要用于食品杀菌、内源酶失活、食品组分改性、有毒化学物质降解、食品包装等领域[10-12]。

1.1 低温等离子体在鲜切果蔬保鲜中的应用

近年来，低温等离子体在鲜切果蔬杀菌保鲜中的应用受到广泛关注[13]。研究证实，低温等离子体对鲜切果蔬具有良好的杀菌效果。Kilonzo-Nthenge A等人[14]研究发现，经放电功率为200 W的电晕放电等离子体处理30～240 s后，接种于鲜切苹果表面的沙门氏菌（Salmonella）降低了1.3～5.3 log10CFU/cm2，而大肠杆菌（E.coli）降低了0.6～5.5 log10CFU/cm2。Wang R X等人[15]也发现，大气压低温等离子体射流处理能够有效失活接种于鲜切胡萝卜、黄瓜和梨表面的沙门氏菌。此外，低温等离子体也能够失活多酚氧化酶（Polyphenol oxidase，PPO）、过氧化物酶（Peroxidase，POD）、果胶甲酯酶（Pectin methy-lesterase，PME）等内源酶，进而有效抑制鲜切果蔬酶促褐变。Tappi S等人[16]采用DBD等离子体处理鲜切苹果片30 min并于室温贮藏4 h。结果表明，与对照组相比，DBD等离子体处理组样品PPO活性降低了42%，同时褐变面积降低了65%。BuBler S等人[17]也发现，经微波放电低温等离子体处理10 min后，鲜切苹果中PPO和POD活性分别降低了62%和65%，而鲜切马铃薯中PPO和POD活性分别降低了77%和89%。

1.2 等离子体活化水在鲜切果蔬保鲜中的应用

除低温等离子体直接处理外，由低温等离子体诱导产生的活化水也被证实对鲜切果蔬具有良好的杀菌保鲜效果。与直接低温等离子处理相比，等离子体活化水具有良好的均匀性和流动性，而且操作方便。Lim J Y等人[18]研究了等离子体活化水对鲜切马铃薯的保鲜效果。结果表明，经等离子体活化水浸泡处理10 min并于室温贮藏4 d后，鲜切马铃薯表面大肠杆菌可降低3.78个对数单位。同时，等离子体活化水未对鲜切马铃薯的色泽、硬度、失重率、pH值等指标造成不良影响。Liu C H等人[19]也得到了类似的试验结果。研究发现，经等离子体活化水（制备电压为8 kV，7.0 kHz）浸泡处理5 min并于4℃下贮藏12 d后，相对于去离子水处理组样品，等离子体活化水处理组鲜切富士苹果需氧菌总数、霉菌、酵母和大肠菌群数分别降低了1.05，0.64，1.04，0.86 log10CFU/g。此外，等离子体活化水能够有效抑制鲜切苹果褐变，同时未对其硬度、可滴定酸、总酚含量、自由基清除能力等造成影响[19]。

在今后的研究中，应系统评价低温等离子体和等离子体活化水的安全性。此外，关于低温等离子体应用于鲜切果蔬保鲜的研究主要集中于实验室研究，存在处理量小、自动化程度低等问题。因此，在后续研究中应重点研发一系列适用于鲜切果蔬加工需要的低温等离子体生产装备。

2 紫外线

2.1 紫外线概述

紫外线（Ultraviolet light，UV）是一种电磁波，其波长位于可见光和X射线之间。按其波长不同可以分为长波紫外线（UVA，320～400 nm）、中波紫外线（UVB，280～320 nm）、短 波紫外 线（UVC，200～280 nm）和真空紫外线（VUV，100～200 nm）。其波长为254 nm时杀菌效果最好。紫外线的主要杀菌机制是对微生物核酸的损伤。微生物经紫外线处理后，相邻的嘧啶分子（尤其是胸腺嘧啶）发生光化学损害，产生光产物（环丁烷嘧啶二聚体和6-4嘧啶-嘧啶酮等），从而阻止DNA的复制和转录，最终导致微生物死亡[20]。紫外线具有杀菌广谱、成本低和操作方便等优点，适用于鲜切果蔬的杀菌保鲜[21]。

2.2 紫外线在鲜切果蔬保鲜中的应用

Han C等人[22]采用不同剂量（1，4，8，12 kJ/m2）紫外线（254 nm）处理鲜切莴苣并于4℃贮藏6 d。结果表明，紫外线处理能够有效抑制贮藏过程中鲜切莴苣褐变、叶绿素降解、维生素损失；紫外线对鲜切莴苣PPO和POD酶活力无显著影响，但能够显著抑制苯丙氨酸解氨酶（Phenylalanine ammonialyase，PAL）的活力。Avalos-Llano K R等人[23]也发现紫外线处理（254 nm，5.8 kJ/m2）并于0℃贮藏4，8，12 d后，鲜切草莓表面细菌总数分别降低了1.2，1.4，0.8个对数单位，而酵母/霉菌总数分别降低了0.9，1.3，0.8个对数单位；紫外线处理也较好地保持 维C、总酚、总黄酮、花青素等理化指标。

2.3 紫外发光二极管在鲜切果蔬保鲜中的应用

目前，消毒杀菌应用的紫外光源大多是低压紫外汞灯，存在易破碎、耗能高、产生热量高、污染重（汞和惰性气体）等缺点。近年来，紫外发光二极管（Ultraviolet light-emitting diode，UV-LED）作为代传统汞灯的替代光源，具有体积小、效率高、寿命长、环保安全、易于设计等优点，在食品杀菌保鲜领域的潜在应用受到广泛关注[24-25]。Lante A等人[26]研究了波长为390 nm的UVA-LED对鲜切苹果和鲜切梨的保鲜效果。结果表明，UVA-LED处理（2.43×10-3W/m2，10～60 min）能够有效抑制鲜切苹果和鲜切梨发生褐变，其抑制作用与紫外线强度、处理时间、样品类型等因素有关。Kim MJ等人[27]研究了波长为405 nm的LED处理对鲜切木瓜的杀菌作用及品质影响。结果表明，经的LED处理（1.7 kJ/cm2，4℃）后，接种于鲜切木瓜表面的4种沙门氏菌降低了1.0～1.2 log10CFU/cm2，但未对鲜切木瓜的色泽、维C、总黄酮、β-胡萝卜素和抗氧化活性造成不良影响。

3 脉冲强光

3.1 脉冲强光概述

脉冲强光（Pulsed light，PL）又称为脉冲紫外光、高强度宽谱脉冲光等，是一种安全（无汞）、强效、节能的新型非热杀菌技术[28]。该技术利用惰性气体（主要为氙气）闪光灯在200～1 100 nm范围内产生短时间、高功率的广谱光脉冲，通过光热和光化学效应实现对病毒、真菌、细菌等有害微生物的有效灭杀[29]。脉冲强光技术具有灭杀效果强、产品使用方便、安全可靠、使用寿命长、使用和维护成本低等优点，近年来也被广泛应用鲜切果蔬的保鲜[30]。

3.2 脉冲强光在鲜切果蔬保鲜中的应用

Tao T T等人[31]采用脉冲光处理鲜切莴苣，结果表明经脉冲强光（200～1 100 nm，16.8 J/cm2）处理后，鲜切莴苣表面的肠炎沙门氏菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和李斯特菌分别减少了2.01，2.55，1.10，2.93 log10CFU/g；于4℃贮藏8 d后发现，脉冲光处理可以较好地保持鲜切莴苣的水分含量，并对其色泽、可溶性固形物、叶绿素和抗坏血酸均无显著影响。赵越[32]发现，经脉冲强光处理（脉冲电压2 400 V，脉冲次数26次，脉冲距离9 cm）后，鲜切油麦菜表面大肠杆菌和沙门氏菌的致死率达到了99.78%；经脉冲强光处理（冲电压2 400 V，脉冲次数24次，脉冲距离10 cm）后，鲜切白菜表面大肠杆菌和沙门氏菌的致死率达到了99.45%；脉冲强光处理后，鲜切油麦菜和鲜切白菜的感官品质、可溶性固形物、叶绿素含量、失重率、维C、亚硝酸盐等指标无明显差异。

综上所述，适宜剂量的脉冲强光能杀灭鲜切果蔬表面的微生物并有效保持其营养和感官品质，在提高鲜切果蔬安全性及延长货架期方面有巨大的应用潜力。虽然脉冲强光灭菌速度快、效率高，灭菌过程绿色环保，但其主要适用于鲜切果蔬表面杀菌；此外，脉冲光强瞬时引起的局部高温可能会加速果蔬组织的水分蒸发并造成品质劣变[33]。

4 酸性电解水

4.1 酸性电解水概述

酸性电解水（Acidic electrolyzed water，AEW）又称为次氯酸水，主要通过电解稀氯化钠溶液制备。酸性电解水具有杀菌能力强、杀菌范围广、无污染、无残留、制取方便、价格低廉等特点。根据pH值可将酸性电解水分为强酸性电解水（pH值＜2.7）、弱酸性电解水（2.7＜pH值＜5.0）和微酸性电解水（5.0＜pH值＜6.5），其中强酸性电解水具有广泛的杀菌作用[34-36]。低pH值和高氧化还原电位是强酸性电解水灭活微生物的主要原因。强酸性电解水的pH值远低于微生物的最适pH值，致使微生物细胞结构中的两性物质（脂多糖等）破坏，细胞膜通透性增加，细胞内物质外漏，进而灭活微生物[34-35]。高的氧化还原电位（＞1 000 mV）导致细胞内的电子流发生变化，进而干扰RNA的合成[36]。

4.2 酸性电解水在鲜切果蔬保鲜中的应用

王丹等人[37]比较了酸性电解水与次氯酸钠清洗对鲜切菠菜的保鲜能力。结果表明，当鲜切菠菜质量与酸性电解水体积比为1∶15时，强酸性电解水（pH值2.35，有效氯含量为56 mg/L，氧化还原电位为1 130 mV）可使鲜切菠菜表面菌落总数降低2.20 log10CFU/g，显著优于弱酸性电解水（pH值5.45，有效氯含量为49 mg/L，氧化还原电位为770 mV）和次氯酸钠溶液（pH值11.4，有效氯含量为100 mg/L，氧化还原电位为267.4 mV）。Koide S等人[38]研究发现，与自来水处理组样品相比，经弱酸性电解水（pH值5.5，有效氯含量为23 mg/L）于18℃浸泡处理10 min后，鲜切胡萝卜表面总好氧菌和酵母/霉菌总数均降低0.6 log10CFU/g；此外，弱酸性电解水未对鲜切胡萝卜的色泽、硬度、抗坏血酸和β-胡萝卜素含量等造成显著影响。赵德锟等人[39]研究发现，酸性电解水能够降低鲜切云南红梨中的多酚氧化酶活性，从而抑制其褐变。

一些研究证实，酸性电解水与温热、紫外线等协同能够增强对鲜切果蔬的杀菌保鲜效果。Liu Q等人[40]研究发现，经酸性电解水（pH值4.02，有效氯含量为4 mg/L，氧化还原电位为956.8 mV）于60℃浸泡处理10 min后，鲜切胡萝卜表面大肠杆菌O157:H7和沙门氏菌分别降低了1.14 log10CFU/g和0.9 log10CFU/g；当经酸性电解水于80℃浸泡处理10 min后，鲜切胡萝卜表面大肠杆菌O157:H7和沙门氏菌分别降低了3.5 log10CFU/g和3.0 log10CFU/g。

5 超声波

5.1 超声波概述

超声波（Ultrasound）是指频率大于20 kHz的声波。当超声波在介质中传播的声强超过一定阈值时，细胞内部形成“空化”状态，使细胞液瞬间产生高温、高压，导致微生物细胞壁、细胞膜和遗传物质等发生破坏，进而导致微生物死亡。

5.2 超声波在鲜切果蔬保鲜中的应用

目前，超声波技术在胡萝卜、菠萝和苹果等鲜切果蔬微生物控制方面已取得良好的效果。研究人员发现，经超声波（130 W，42 kHz）处理10 min后，鲜切莴苣表面的好氧嗜中温菌和霉菌总数分别减少了1.7 log10CFU/g和2.3 log10CFU/g。李丽等人[41]研究了自来水清洗和超声清洗对鲜切胡萝卜的保鲜效果；研究表明，与自来水清洗相比，超声波清洗能较好地保持鲜切胡萝卜的感官品质，减缓营养物质抗坏血酸、胡萝卜素、可溶性固形物含量的降低，同时可有效降低其表面的细菌。超声波还能抑制与鲜切果蔬褐变相关的PPO和POD等酶的活性，降低营养物质消耗。杨明冠等人[42]研究了超声波处理对鲜切苹果多酚氧化酶的钝化的影响，结果表明，随着超声功率的增加、时间的延长和温度的升高，超声处理对鲜切苹果PPO的钝化效应越好。尹晓婷等人[43]发现功率为240 W的超声波处理鲜切莴苣10 min后，其表面初始菌落总数下降了0.91 lg10CFU/g，同时POD和PPO的活性受到抑制，叶绿素和抗坏血酸的损失减少，从而延缓了鲜切生菜的衰老和褐变。

6 结语

鲜切果蔬具有新鲜、营养、卫生、方便、可食率高等优点，近年来逐渐成为生鲜食品工业中快速发展的一个新领域，具有广阔的市场发展空间。如何保持鲜切产品的新鲜、营养与安全是制约产业发展的主要问题。低温等离子体、脉冲强光、超声波技术等新型非热加工技术在有效杀灭鲜切果蔬微生物的同时，也能够较好地保持鲜切果蔬营养物质及感官品质，从而在一定程度上延长了其货架期。因此，研发能够满足鲜切果蔬生产实际需要的非热加工装备是今后的重要研究方向之一。此外，还应系统研究多种非热加工技术协同处理在鲜切果蔬保鲜领域的应用，以期达到最佳保鲜效果。