电解式臭氧水在“巨峰”葡萄电商物流中的应用研究

王玉清，陈羽尚，房若彤，陈 瑶，张洁茹，葛舒琳，范卫康，朱东兴

(1 常熟理工学院生物与食品工程学院，江苏常熟，215500；2 江苏省常熟市神农果业专业合作社，江苏常熟，215500)

葡萄VitisviniferaL.属于浆果，以其甘甜多汁、营养丰富而深受人们喜爱，但采后易出现腐烂变质等问题，尤其在南方产区高温、高湿产季，使其贮运品质难以适应“互联网+农业”电商销售趋势与要求，而线下产地单一销售有限，腐烂损耗每年高达20%左右[1]。采用物流缓冲包装[2-3]、纳他霉素与二氧化硫类化学方式[4-6]、电晕法臭氧防腐[7]等用于葡萄电商物流保鲜均有一定报道，而批量冷链成本高且不适应目前电商销售模式(终端分散购买、快递时间不确定性、常温小包装快递直达)[2]，使葡萄电商物流中品质劣变和安全商品性问题仍未得到较好解决[5]，制约了果品电商产业发展。

随着食品安全发展，减少化学保鲜剂或寻求其安全替代是未来趋势[8]。在葡萄保鲜技术中，物理保鲜(如臭氧、气调、低温等)安全、综合使用效果更好[9]，臭氧作为一种物理防腐保鲜技术，兼具广谱灭菌与抑制果蔬衰老等作用[10]，欧美国家已批准为食品安全防腐剂，用于果蔬保鲜[11]。在臭氧产生方法中，(去离子水)电解法较传统(空气)电晕法，不产生有害副产物(氮化物)，安全性与应用前景更好[12]。用电解法产生的臭氧水在鲜切莲藕防腐保鲜[13]、腌渍青菜脱盐灭菌[14]、柑桔表面农药降解[15]等方面均取得较好效果，笔者前期用于无花果电商物流期防腐效果显著[16]，但其用于电商葡萄物流防腐保鲜的研究尚未见报道。

本研究针对目前我国果品电商销售特点与物流贮运需求，采用电解式臭氧水处理鲜食葡萄，结合气调与隔热降温包装模拟常温电商物流条件，分析贮运期保鲜效果，筛选适宜的臭氧水处理剂量及综合物理保鲜方法，为鲜食葡萄电商物流常温贮运中化学替代防腐保鲜探索安全、高效的物理技术途径。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试的“巨峰”(VitisviniferaL cv.Kyoho)葡萄于2021年8月26日采自江苏常熟葡萄主产基地，选取质量性状相近、充分成熟、无落粒与病虫害的优质果穗，采后2 h内运回实验室处理。

1.2 仪器与设备

QCQJ-1-3型电解式臭氧气机(武汉威蒙环保科技有限公司)、HPSJ-25型臭氧气液混配机(武汉威蒙环保科技有限公司)、Milli-Q Advantage A10超纯水系统(默克密理博有限公司)、TU-190双束紫外可见分光光度计(北京普析通用仪器有限责任公司)、TA.XTC型质构仪(上海保圣实业发展有限公司)、WYA-2S阿贝折光仪(上海精密科学仪器有限公司)。

1.3 试验设计与方法

1.3.1 葡萄臭氧水处理条件优化工艺 果实筛选并分组→不同浓度臭氧水制备→臭氧水防腐保鲜处理(单因素、正交试验)→晾干MAP包装→预冷与保冷隔热包装→模拟常温电商物流贮藏→评估与参数优化。

1.3.2 工艺操作要点 果实筛选及分组。将采摘运回的整穗葡萄，3个果穗分为一个包装盒，每组处理设3次重复(3个包装盒)，共9穗葡萄。

电解式臭氧水制备。采用QCQJ-1-3型电解式臭氧气机电解电导率小于3.0 μs/cm的高纯去离子水，产生的臭氧气体，经HPSJ-25型臭氧气液混配机配成相应浓度，臭氧水现制现用。

果实臭氧水防腐保鲜处理。单因素试验：臭氧水保鲜效果的主要影响因素为处理浓度与时间，以这两个因素作为单因素变量，研究各因素对葡萄防腐保鲜影响的参数中心值，即在超净操作间，5组葡萄，在臭氧水处理时间固定为7.5 min，处理浓度分别为8、13、18、23、28 mg/L进行防腐处理，经后续晾干、预冷、模拟物流包装，以物流期5 d的果实腐烂率、落粒率为评价指标，确定臭氧水处理浓度的参数中心值；另外5组葡萄，在臭氧水处理浓度固定为18 mg/L，处理时间分别为1.50、3.75、7.50、15、30 min进行防腐处理，经后续晾干、预冷、模拟物流包装，以物流期5 d的果实腐烂率、落粒率为评价指标，确定臭氧处理时间的参数中心值。正交试验优化：在上述单因素试验中心值基础上，以臭氧水处理浓度(A)、处理时间(B)为考查变量，设置中心值最佳范围、空列误差项(C)，进行三因素三水平设计(见表1)及其L933空列正交试验水平组合9组处理(见表4)，经后续晾干、预冷、模拟物流包装，以物流期5 d果实腐烂率、落粒率和新鲜度的综合评分为评估指标，优化葡萄臭氧水防腐保鲜的最佳参数。

表1 正交试验因素水平

自发式气调包装(MAP)与低温预冷处理。浸泡处理后葡萄在超净间晾干，分装密封于0.03 mm PE食品保鲜袋，进行MAP气调与隔菌包装，置(0±0.5)℃冷藏柜预冷，使果品温度达到0 ℃左右。

模拟常温电商物流贮藏并评估。将预冷后的葡萄果穗用MAP包装袋，按3袋装入隔热泡沫盒，盒内放2个300 g冰袋，果穗包装袋之间、果穗包装袋与冰袋、盒子之间的空隙，用充气塑料袋缓冲分隔，密封隔热盒，模拟常温电商物流贮运环境(25±5)℃，第5 d(国内电商快递平均物流期3～5 d)评估保鲜指标，优化臭氧处理参数。

1.3.3 最佳电解式臭氧水结合物理保鲜包装对葡萄电商物流期的保鲜效应 按1.3.1的方法，用上述优化的电解式臭氧水最佳浓度与时间处理葡萄，作为处理(T)组，同时，以无菌蒸馏水相同时间浸泡果实作为各对照组，晾干后分组包装、评估物流期保鲜效应，具体分组如下：CK1组(发泡网套包装+常温纸箱)，CK2组(0.03 mm PE袋MAP包装+常温纸箱)，CK3组(0.03 mm PE袋MAP包装+冰袋及隔热盒保冷包装)，CK4组(0.03 mm PE袋MAP包装+预冷+冰袋及隔热盒保冷包装)，T组(最佳电解式臭氧水+0.03 mm 厚PE袋MAP包装+预冷+冰袋及隔热盒保冷包装)。各组处理27穗葡萄，模拟常温电商物流贮运环境(25±5)℃，第5、10 d进行葡萄贮藏品质指标的测定，分析保鲜效应。

1.3.4 贮藏品质指标的测定 腐烂率、落粒率、新鲜度调查及计算参照朱东兴等[17]的方法；可溶性固形物含量(SSC)测定参照蒋家伟等[18]的方法；维生素C含量采用紫外分光光度法[19]；可滴定酸(TA)含量采用碱液滴定法[19]。

综合评分的计算：综合评分(%)=(100%-每组腐烂率)×0.5+(100%-每组落粒率)×0.3+每组新鲜度×0.2。

果实硬度的测定。采用TA-XTC型质构仪，圆柱形测试探头对去皮葡萄进行TPA模式测定，测前速度是5.0 mm/s，测试速度2.0 mm/s，测后上行速度10.0 mm/s，下压距离10 mm，两次压缩停顿时间为5 s，触发力0.049 N。

1.4 数据处理

本试验各指标取样以电商物流贮运用包装盒为单位，重复3次，结果取平均值，所得数据均采用Excel 2016软件进行处理与作图、SPSS 17.0软件进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 单因素试验结果分析

2.1.1 电解式臭氧水处理浓度对葡萄防腐保鲜效果 由表2可知，随着臭氧水处理浓度的增加，果实腐烂率呈现先下降后上升趋势，在浓度为23 mg/L时腐烂率最低，与其他浓度差异显著(p<0.05)；果实落粒率随臭氧浓度增加亦逐渐降低，但当浓度超过23 mg/L后，落粒率反而上升。可能由于臭氧水浓度较低时，防腐保鲜效果不充分，而过高会加速果实氧化损伤，导致保鲜效果变差[20]，因此，取23 mg/L臭氧水浓度为后续优化试验中心点。

表2 臭氧水处理浓度对葡萄腐烂率和落粒率的影响

2.1.2 电解式臭氧水处理时间对葡萄防腐保鲜效果的影响 由表3可知，随着臭氧水处理时间的延长，葡萄腐烂率总体呈现先下降后略微上升的规律，在处理7.5 min时果实腐烂率最低，并与1.50、3.75 min处理之间差异达显著水平(p<0.05)；果实落粒率随臭氧水处理时间增加亦呈先降后升的相似趋势，在处理时间为7.5 min时落粒率亦最低，与1.50、3.75、30 min处理间差异显著(p<0.05)。可见在处理时间上同样存在时间过短效果不充分、时间过长导致果实内部不可逆氧化损伤[21]，因此，选7.5 min为后续处理时间优化试验的中心点。

表3 臭氧水处理时间对葡萄腐烂率和落粒率的影响

2.2 正交试验结果与分析

根据上述单因素结果，进行正交试验优化臭氧水处理浓度与时间，正交试验结果与方差分析见表4、表5。

由表4可知，各因素对果实腐烂率、新鲜度与落粒率综合评分影响的主次顺序为A(臭氧水处理浓度)>B(臭氧水处理时间)>C(空列误差项)。臭氧水处理较优条件为A1B3，即浓度为19 mg/L的电解式臭氧水处理葡萄11 min，该组合正好出现于试验结果表2中，为综合评分最高(0.95分)的第3组。

表4 正交试验结果与极差分析

由表5方差分析可知，电解式臭氧水处理浓度、处理时间对常温物流5 d葡萄保鲜综合评分的影响，在各自因素内不同处理水平间均达到了显著性差异(F>F0.01)，说明这两个因素为影响保鲜综合评分的显著性因素，其处理水平的选取对保鲜效果影响较大，需严格控制与筛选。

表5 保鲜综合评分方差分析

2.3 验证试验

根据上述正交试验确立的臭氧水最佳处理参数，对葡萄进行保鲜验证实验。结果显示，该条件结合其余物理保鲜包装，模拟常温电商物流条件贮运5 d，其果实腐烂率为4.20%、落粒率为5.70%、新鲜度为99.10%，贮藏保鲜综合评分为0.96，优于正交表中其余各组，防腐保鲜效果好。

2.4 最佳电解式臭氧水结合物理保鲜包装对葡萄电商物流期的保鲜效应

2.4.1 对葡萄腐烂率、落粒率、新鲜度的影响 以普通网套包装(CK1)、单独物理保鲜包装(CK2、CK3、CK4)为各组对照，检验电解式臭氧水结合物理保鲜包装优化组合(T)对葡萄贮藏品质的影响。结果如表6所示，优化组合处理对葡萄腐烂率、落粒率的抑制效果最好，其果实腐烂率与落粒率均显著低于同期各对照组(p<0.05)，常温物流5 d，对照组CK1果实腐烂率与落粒率已上升至失去商品价值，而T组腐烂率、落粒率较CK1分别低19.1%、57.6%(p<0.05)，保持新鲜商品性；至第10 d，各组果实腐烂率、落粒率均已上升至失去商品价值，但组合处理(T)仍显著低于其余各单独物理保鲜(CK2、CK3、CK4)、网套包装(CK1)等对照处理(p<0.05)。

果蔬采后新鲜度因水分蒸发与自身消耗而不断下降。前期研究发现，MAP包装能有效抑制冷藏期葡萄水分散失引起的鲜度下降[17]，由表6可知，未采用MAP包装与物理降温保冷包装的CK1，其鲜度下降很快，物流第5 d，已降至96.0%，至第10 d时，已降为失鲜状态，相比之下，其余组果实鲜度均不同程度高于CK1，其中MAP包装结合降温保冷的T组、CK4组果实新鲜度最高，物流第5 d均高于99%，二者对葡萄鲜度保持效果也接近(p>0.05)，说明MAP包装结合低温保冷对抑制葡萄水分蒸发引起的鲜度下降的有效性。

表6 不同处理组葡萄电商物流贮运期的腐烂率、落粒率和新鲜度

2.4.2 对葡萄果实硬度与可溶性固形物含量(SSC)的影响 硬度与SSC是评价果实采后衰老及品质变化的重要指标[22]，随果实成熟与呼吸消耗二者均会降低。由图1A可知，普通网套包装(CK1)组果实硬度下降最快，物流期均低于其余各组，单独物理保鲜包装(CK2、CK3、CK4)处理不同程度抑制了果实硬度的下降，而最佳优化组合处理抑制硬度下降效果最佳，使T组果实硬度均高于其余各单独处理组，尤其物流第5 d差异达显著性水平(p<0.05)。

组合处理对SSC下降的抑制效果与硬度相似(图1B)，物流第5 d，T组果实SSC显著高于CK1、CK2(p<0.05)，也明显高于CK3、CK4；至第10 d，T组果实SSC与各对照组差异不显著(p>0.05)，略低于CK4组，可能与臭氧对可溶性物质中部分成分氧化消耗有关[21]。

注：同一贮运时间不同小写字母表示差异显著(p<0.05)。CK1：发泡网套包装+常温纸箱；CK2：0.03 mm PE袋MAP包装+常温纸箱；CK3：0.03 mm PE袋MAP包装+冰袋及隔热盒保冷包装；CK4：0.03 mm PE袋MAP包装+预冷+冰袋及隔热盒保冷包装；T组：最佳电解式臭氧水+0.03 mm 厚PE袋MAP包装+预冷+冰袋及隔热盒保冷包装。图2同。

2.4.3 对葡萄可滴定酸(TA)和维生素C(VC)含量的影响 TA、VC是影响果蔬贮藏品质的重要因素，随采后衰老加剧，VC与酸类常因清除自由基与生理代谢而被消耗，导致含量逐渐减少[23]。由图2可知，物流贮运期，葡萄TA、VC 含量均呈持续下降趋势，与普通包装的CK1相比，单独物理保鲜包装(CK2、CK3、CK4)延缓了果实中这两种还原性物质的下降速率及降幅，而臭氧与物理保鲜优化组合(T)对TA、VC下降的延缓效果，在第5 d优于各单独物理保鲜包装，但在第10 d低于单独物理保鲜包装CK4组，表现出对还原性较强的这两种物质有促进降解作用[18，24]。

图2 不同处理组葡萄电商物流期果实可滴定酸与维生素C含量变化

3 结论与讨论

腐烂、落粒和失水(鲜)是葡萄不耐贮运的主要诱因，传统二氧化硫(SO2)类葡萄化学保鲜剂，由于安全和环保缺陷已被限制使用[25]，电解式臭氧作为一种更安全的氧化型物理防腐保鲜剂，被认为是SO2类化学保鲜剂的高效安全替代技术[26]。一般认为，臭氧与低温、气调等其他物理技术综合用于葡萄保鲜，效果优于单一技术处理[9]，但臭氧在不同种类果蔬及品种上适宜的处理浓度和时间不同[27]。本研究通过正交模型优化，获得巨峰葡萄常温物流期电解式臭氧水最佳保鲜条件为19 mg/L处理11 min，并结合MAP包装(0.03 mm PE膜)、(0±0.5)℃预冷、冰袋保冷与隔热盒包装综合应用，电商常温物流5 d，盒内保冷效果较好(13±2)℃，显著抑制了果实腐烂率、落粒率的上升(p<0.05)，减缓了果实硬度、SSC、TA与VC含量的下降，保鲜效果明显，其机理不仅与臭氧杀灭腐败菌[26]、诱导果实产生抗病性[28]、破坏衰老相关酶[11]、缩小表皮气孔而降低失水(鲜)[29]有关，也与臭氧结合MAP、预冷及保冷包装等物理保鲜综合应用密切相关，这在红地球葡萄[30]、水蜜桃[31]，以及前期葡萄静态贮藏研究[17]上均得到证实。

电解式臭氧水结合物理保鲜包装(臭氧水处理+MAP+预冷+冰袋及隔热保冷包装)较单独物理保鲜包装(MAP+预冷+冰袋及隔热保冷包装)整体效果好，仅在常温物流10 d后，SSC与TA、VC含量略低于单独物理保鲜包装，与这些还原性成分对臭氧敏感，部分被氧化缓慢分解有关[18，24]，在无花果[18]、葡萄[24]、杨梅[32]上有相似研究结果，可见对富含还原性敏感成分的果蔬，在臭氧防腐的有效性前提下，筛选低的使用剂量，以及结合气调、低温等有利于还原性敏感成分保护的综合处理十分必要。

优化组合处理常温物流第10 d的保鲜效果，虽不同程度优于各对照组，但随着贮运时间的延长，盒内温度已升至室温，预冷及冰袋保冷效果消失，加之长时间密封，果实有氧呼吸可能受限，致使腐烂与落粒率较高，失去商品性，可见电商分散物流中远距离、长周期贮运，在优化适宜剂量臭氧保鲜基础上，研究隔热盒内冰袋加入比例、延长保冷时间，以及小空间密闭盒内MAP适宜包装材料及厚度，以提高透气率、避免无氧呼吸，值得探索。

相较气态臭氧处理密闭性环境要求[7，33]，本研究电解式臭氧水处理便捷，结合其他物理保鲜技术，可满足“巨峰”葡萄国内电商物流平均周期(3～5 d)的商品性，适合个体网购小包装分散销售模式，为葡萄电商分散物流中常温贮运提供安全物理保鲜技术途径。