物理加工技术在果蔬保鲜中的应用

罗 丽，付院生，陈万林，胡佳玲，聂益晗，赵亚茹，王顺民*

（1.安徽工程大学生物与食品工程学院，安徽芜湖 241000；2.安徽迈涛食品有限公司，安徽马鞍山 243000）

新鲜果蔬富含多种营养物质，对人体健康有益，但是采摘后新鲜果蔬的代谢活动十分旺盛，易出现褪绿黄化、褐变、腐烂、营养物质消耗、病原菌污染等品质劣变问题，导致货架期变短、商品价值大大降低，此外病原微生物污染还会增加消费者患食源性疾病的风险[1]，因此新鲜果蔬的保鲜尤为重要。目前，关于果蔬保鲜的研究很多，其保鲜方法主要包括物理保鲜技术[2]、化学保鲜技术[3]以及生物保鲜技术等[4]。

目前国内外常见利用有机酸、茉莉酸甲酯、赤霉素等进行化学保鲜，天然植物提取物、可食性涂膜等生物保鲜技术，可有效改善果蔬贮藏效果[4]。但这些技术存在化学试剂残留，用量难控制，成本略高等限制。而物理保鲜如臭氧、超声波、电解水、微波等，不仅可以减少产品的病原微生物含量，降低成本，还具有处理条件易控制、保鲜效果良好和安全性高等优势，因此备受人们青睐。本文主要介绍了臭氧、超声波、电解水和微波四种物理保鲜技术的原理及其在果蔬保鲜应用方面的研究进展，为市场上果蔬保鲜技术的选择提供参考。

1 物理加工技术在果蔬保鲜中的应用

1.1 臭氧在果蔬保鲜中的应用

臭氧常以臭氧和臭氧水的形式应用于果蔬保鲜。臭氧通过与微生物细胞壁的脂类双键反应进入菌体内部，作用于蛋白质和脂多糖，使得细胞的通透性发生改变，同时也会破坏微生物的细胞器、酶系统和DNA、RNA，导致新陈代谢紊乱，从而能够有效灭杀多种致病性微生物，可以达到广谱高效的杀菌效果[5]。臭氧（水）能快速氧化分解消除乙烯，攻击细胞膜上的呼吸酶，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。另外，臭氧水还可以减少水中的有机物质、去除多种金属离子而起到消毒、杀菌和除臭的作用[6]。因最终可以分解为O2和水，故臭氧在处理过的产品上没有残留物，不会造成污染，是一种安全可靠的物质，现已广泛应用于果蔬保鲜领域。

1.1.1 臭氧对果蔬感官品质的影响

臭氧可用于果蔬食品行业，以提高鲜切果蔬的抗氧化能力，防止氧化褐变的发生[7]。臭氧处理能够有效防止果蔬的外观色泽劣变，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。学者们研究发现，臭氧能起到延长苹果[8]、南瓜[9]贮藏期，抑制褐变，有效减少叶绿素损失的效果；Aday 等[10]通过在冷藏条件下应用低浓度（0.15 mg/m3）和中浓度（0.29 mg/m3）的臭氧，使得草莓保质期延长至少3 周，并延缓了pH 值、总可溶性固形物、硬度和电导率的变化。

1.1.2 臭氧对果蔬氧化酶和抗氧化能力的影响

臭氧能有效抑制果蔬氧化酶，提高果蔬抗氧化能力。Zhang 等[11]研究发现，鲜切芹菜暴露于臭氧中能够抑制其多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）活性，并且对PPO的抑制会随着臭氧浓度的增加而增强；Chen 等[12]研究发现经过臭氧处理，鲜切青椒中PPO 的活性得到了抑制，同时可以增强超氧化物歧化酶和苯丙氨酸酶的活性，从而增强青椒的抗氧化防御系统。另外，Monika 等[13]研究发现，臭氧处理辣椒果实3 h 后，其果皮中大多数黄酮类物质含量增加，提高了辣椒果实的抗氧化能力。

1.1.3 臭氧对果蔬抗菌性的影响

臭氧具有广谱、高效的杀菌能力，能够破坏微生物的新陈代谢，对各种致病性微生物均有较强的灭杀效果。研究表明，用3.63 mg/L 浓度的臭氧处理橄榄，可使乳酸菌和酵母菌的微生物数量减少1.0～1.5 lg (CFU/g)[14]；Selma 等[15]研究发现用9.82 mg/m3的臭氧处理马铃薯1 min后，其嗜温菌、大肠菌群和单核细胞增生李斯特菌的计数分别减少了1.1、1.5、0.8 log(CFU/g)；Alwi 等[16]发现将鲜切甜椒暴露于9 mg/L 臭氧中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、3.06 log(CFU/g)。刘晓燕等[17]研究表明，鲜切莲藕臭氧水清洗处理10 min 能显著减少鲜切莲藕表面的菌落总数。

1.2 超声波在果蔬保鲜中的应用

在食品加工领域，超声可以看作是一种高频振动的形式，其在微观尺度上产生流体混合和剪切力，能够高效杀灭和破坏微生物，还能够对食品产生诸如均质、催陈、裂解大分子物质等多种作用，从而改善食品品质。此外，超声波的空化作用还可以起到钝酶、杀菌、延长货架期的作用[18]。超声诱导的细胞损伤、破裂和崩解是不可逆的。而微生物对超声处理的抵抗力各不相同。研究表明，微生物对超声波的激活的抵抗力由大到小的顺序依次为孢子、真菌、酵母、革兰氏阳性细胞、革兰氏阴性细胞。超声波已经被视为一种清洁技术，与其他化学和物理食品加工概念相比，它具有很高的被消费者接受的潜力。当前的研究表明，超声波在食品加工和防腐操作方面具有广阔的前景[19]。

1.2.1 超声波对果蔬保鲜品质的影响

超声波处理有助于提高果蔬产品的感官品质，保持果蔬的色泽，延长货架期，甚至增加果蔬营养成分。学者们研究发现，超声波可以起到抑制莲藕[17]、草莓[20]褐变，并保持色泽鲜亮，提高货架期的效果；Esua 等[21]观察番茄在13.87 W/L 超声强度结合紫外线-C 辐射处理下，番茄红素、总酚和维生素C 含量分别增加90%、30%和60%；Wang 等[22]经过对樱桃番茄进行106.19 W/L 强度的超声波处理，可以有效抑制果实中乙烯生成，保持硬度和风味。

1.2.2 超声波处理对果蔬氧化酶和抗氧化能力的影响

超声波具有钝酶和提高果蔬抗氧化能力的作用。Nascimento 等[23]研究显示，超声波预处理可以显著减少百香果果皮总酚的损失，提高其抗氧化性；利用柠檬酸-超声波（citric acid-ultrasonic，CA-US）复合处理（超声时间7.5 min，超声功率360 W）鲜切马铃薯，结果表明马铃薯PPO 和过氧化物酶（peroxidase，POD）活性均低于未处理样品[24]；超声结合抗坏血酸处理能够抑制鲜切苹果中过氧化物酶的活性[25]；Yeoh 等[26]研究显示，25 W 和29 W的超声处理，鲜切菠萝中的PPO 和POD 活性均显著低于对照（P＜0.05），且29 W 超声处理10～15 min，显著提高鲜切菠萝的总抗氧化能力。

1.2.3 超声波对果蔬抗菌性的影响

超声波的空化作用对微生物有一定的灭活作用，能够提高果蔬的抗菌性。尹晓婷等[27]研究显示，超声波处理（240 W、10 min、20 ℃）可以有效抑制生菜表面的微生物数量；超声波处理10 min 能使樱桃番茄表面初始菌落总数降低0.96 lg (CFU/g)，霉菌和酵母总数降低0.68 lg(CFU/g)，且在储藏过程中处理后的样品表面微生物能维持相对较低的水平[28]。

1.3 电解水在果蔬保鲜中的应用

电解水（electrolyzed water，EW）是电解质溶液如氯化钠溶液在电场的作用下，形成具有一定pH 值、氧化还原电位以及有效氯浓度的功能水。电解水氧化能力强，目前采用电解产生羟基自由基进行微生物杀灭的研究很多[29]。用电解水对果蔬进行喷洗，可以短时间内高效杀菌，是一种较为安全的保鲜方法。EW 复合可持续的绿色发展概念，与传统的清洁系统相比具有许多优势，如成本效益高，易于使用，消毒有效，现场生产以及对人类和环境的安全性高等。

1.3.1 电解水对果蔬保鲜品质的影响

与传统次氯酸钠相比，电解水处理在鲜切蔬菜硬度、质量、叶绿素、维生素的保持方面则均能达到较好的效果[30]；研究表明弱电解水的有效氯浓度更低，安全性更好，能够很大程度地保持新鲜果蔬的整体品质。目前研究发现，利用电解水处理蘑菇[31]、茄子[32]，可以有效提高它们的贮藏时间，降低褐变指数，保鲜效果好；Aday[33]利用酸性电解水处理龙眼，可以有效降低果皮呼吸速率，保持果肉较高的可溶性固形物、蔗糖和维生素C 含量。

1.3.2 电解水对果蔬氧化酶和抗氧化能力的影响

电解水清洗能够有效抑制果蔬中PPO 和POD 等酶活性，延缓果蔬褐变。何萌等[34]研究发现pH 5.65 的弱酸电解水（有效氯剂量48 mL/L，氧化还原电位800 mV）可以有效保持鲜切莲藕的整体感官品质，降低PPO 活性，从而有效延缓褐变，延长鲜切莲藕的货架期；同时还发现强酸电解水处理能有效保持鲜切马铃薯的感官品质，降低PPO 活性，抑制马铃薯的褐变[35]。

1.3.3 电解水对果蔬抗菌性的影响

电解水通过产生羟基自由基而灭杀多种微生物，减少微生物对果蔬的破坏作用。杨越等[29]研究显示，电解水的抑菌能力稳定，可作为鲜切生菜的优选清洗方式，提高其品质；Wulfkuehler 等[36]研究表明微酸性电解水是一种安全有效的新鲜蔬菜消毒剂，在（23±2）℃条件下，SAEW（pH=5.2～5.5）和US 处理鲜切莴苣3 min 后进行水冲洗鲜切莴苣，SAEW+US+水冲洗处理能显著减少酵母菌、霉菌、大肠杆菌和李斯特菌的数量，具有显著的保鲜效果；Ding 等[37]研究表明超声波辅助SAEW 处理，分别使樱桃番茄和草莓的总好氧细菌减少了1.77、1.29 log(CFU/g)，酵母菌和霉菌总量减少了1.50、1.29 log(CFU/g)。

1.4 微波在果蔬保鲜中的作用

微波是一种高频交变电磁波，能使果蔬组织中的极性分子（如水分子、蛋白质）、离子摩擦、震荡而产热[38]。微波灭菌是微波热效应与非热效应协同作用的结果，其中热效应起到主要作用。微波的热效应是指微波以电磁波的形式传播，当遇到介电物质时，由于偶极子旋转和离子极化，微波引起产品温度升高，导致微生物的蛋白质变性、细胞膜受损、酶失活，最终导致微生物细胞死亡。微波利用高频率使得能量的转移非常迅速，加热速率非常快，且比常规热杀菌的温度低，减少了必需营养素的降解，从而保留了营养物质、风味、色泽及感官品质。

1.4.1 微波对果蔬保鲜品质的影响

微波漂烫是一种新型干法漂烫技术，利用热效应升高温度以及非热效应破坏蛋白空间结构的综合作用，可以使造成风味、颜色和质地品质劣变的酶系统失活，且具有加工速度快、节约能源、营养物质流失少和无废水产生等优点[38]。现有研究发现微波作用于西兰花[39]、蓝莓[40]，可以有效减少果实营养物质的降解，降低整体褐变率，保持营养价值，延缓衰败；Zhang 等[41]发现核桃微波处理2.5 min，可使其在（2±0.5）℃下保存长达120 d，且对过氧化值、脂肪酸组成或生育酚等营养物质含量无不利影响。

1.4.2 微波对果蔬酶活和抗氧化能力的影响

微波处理能够有效抑制果蔬PPO 和POD 酶活性而减少氧化褐变的发生。Keying 等[42]研究了蔬菜在30%、55%、70%和100%的微波功率下处理0、1、2、3、4 min 对POD 酶活性的影响，结果表明，任意功率处理1 min 可使POD 活性降低。Palma-Orozco 等[43]采用微波处理苹果，表明最佳的微波处理强度为0.51 J/g 或者937 W/165 s，该条件可使PPO 有效钝化，且几乎不会改变果肉的微观结构、风味和色泽。

1.4.3 微波对果蔬抗菌性的影响

微波具有热效应和非热效应双重杀菌作用，能够有效延长新鲜果蔬的货架期。阿衣古丽·阿力木[44]研究表明，微波处理60 s 时可显著降低甜瓜细胞膜透性，有效抑制致腐真菌的繁殖，有利于保持甜瓜硬度，降低腐烂率，从而提高甜瓜的耐藏性和抗病性。采用微波对蔬菜等食品进行灭菌处理，灭菌效果明显，而且其中的维生素C 损失量较传统灭菌方法低，并能够较大程度地保持食品的营养成分[45]。

2 影响物理保鲜效果的因素

2.1 温度

温度是影响果蔬保鲜效果的重要因素之一，它的高低直接影响着果蔬自身的物理、生化及诱变反应。在果蔬保鲜过程中，温度需要控制在一定范围内，过高的温度会使植物组织结构和生理上产生变化，而较低的温度则会降低新鲜农产品的呼吸速率，最大限度地减少质地和其他质量相关因素的损失[46]。SAEW 处理樱桃番茄的研究表明，60 ℃下SAEW 的除菌效果最好，且处理后樱桃番茄品质并不会遭到破坏[28]。通常，随着温度的升高，灭菌的效果也可以得到提高。此外，对易受冷害的果蔬，冷藏温度过低会导致其膜结构变化，质量损失[47]，使得产品更容易腐烂。

2.2 处理时间

超声波、臭氧等物理加工技术处理果蔬的时间不同，对果蔬酶活性和细菌活性的影响也不同。超声处理鲜切马铃薯，当超声时间增加至7.5 min 时，PPO 和POD 表现出最低活性；当超声时间达到12.5 min 时，其PPO 和POD 活性均出现了上升趋势，并与7.5 min 时相比，其活性差异明显（P＜0.05）[24]。在评估超声的不同接触时间（40 kHz，200 W 分别持续1、5、10 min）对鲜切马铃薯的品质的影响研究中，超声处理5 min 可抑制50%的PPO活性，但最长的处理时间（10 min）会导致马铃薯细胞受损[48]。

2.3 微生物种群

果蔬自身所携带的微生物种群对不同物理作用存在抵抗特性，使得物理保鲜对果蔬的作用效果不同。Ali[49]发现鲜切辣椒上的细菌细胞对臭氧的抵抗力不同，其中臭氧对单核细胞增生李斯特菌更有效，其次是大肠杆菌O157 和鼠伤寒沙门氏菌。也有研究表明，除了微生物的种类影响臭氧作用，还包括耐臭氧性的菌落年龄，即较老的菌落具有更强的抵抗力，这可能与微生物的附着力强相关[50]。

2.4 果蔬种类

果蔬种类的不同也是影响物理加工技术应用效果的重要因素之一。果蔬本身的pH 还会影响超声波作用效率，通常较低的pH 会生长更多微生物，使得超声波灭菌的效率降低；还有研究表明影响微波杀菌效果的因素包括果蔬的水分含量[45]。此外，有学者研究发现，因部分水果表面粗糙、多孔，细菌受到很好的保护，物理作用下难以除去，所以表面平滑的水果（苹果、西红柿）比表面粗糙的水果（橙子、鳄梨）更容易去除细菌[50]。

3 小结

臭氧、超声波和电解水等物理加工技术已在果蔬保鲜领域中广泛应用，利用绿色、高效、节能的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。这些技术能够不同程度地保护产品的色泽，降低氧化酶活性，抵抗多种微生物，使果蔬保持良好的品质，延长货架期。因此，物理加工技术在果蔬保鲜领域应受到更多人的重视。然而，现有物理技术依然存在不足之处，例如臭氧可能会降低果蔬中维生素的含量以及对人体健康产生不良影响，而微波温度的非均匀分布会导致产品中形成热点和冷点。此外，物理加工技术在进行产业化生产和其行业标准制定方面存在的问题也亟待解决。因此，深入分析现有物理技术的杀菌保鲜机制及影响因素对推动我国鲜切果蔬工业发展意义重大。