鲜切苹果物理防褐变技术研究进展

郑恩岚，梁富浩，林子沁，程锦潇，王宏宇，姜瑜倩，李喜宏

（天津科技大学食品科学与工程学院，天津 300457）

苹果在我国种植范围广、产量大、营养价值丰富，其富含羟基苯甲酸、羟基肉桂酸、儿茶酚、黄烷醇、黄酮醇和花青素等酚类生物活性物质，具有抗氧化、抗炎、抗癌、降低胆固醇、降低血糖等作用[1]。鲜切果蔬是经过一定的加工处理所得，在切割处理中细胞组织结构受到损伤，胞内酚类物质溶出，与多酚氧化酶（polyphenol oxidase，PPO）结合生成醌类物质，并在氧气的作用下聚合成黑色素[2-3]。过氧化物酶（peroxidase，POD）是一种耐热氧化还原酶，可在H2O2存在的情况下催化酚类化合物氧化生成最终的深色色素——黑色素[4]。因此需要适当的方式抑制POD 和PPO 的活性以维持鲜切苹果的品质。

常见的果蔬保鲜方法属于化学方法，如用亚氯酸钠、亚硫酸盐[5]浸泡等，虽然成本较低，但常伴有刺激性气味，化学残留问题突出，安全性不高，难以被消费者所接受。生物保鲜方式具有无毒无害等特点，一般都可被生物降解，不会造成二次污染，但生物保鲜方法的作用研究机理还不深入，并且受环境因素的影响较大，限制了其在生产实践中广泛应用。物理保鲜技术相较于化学方法更安全，具有无化学残留及毒副作用等优点，因此，消费者更青睐于物理保鲜技术。物理保鲜方法是利用物理的技术手段达到保鲜的目的，其基本原理主要是通过改变外部环境，刺激果蔬产品产生抗逆性，使之对环境反应迟缓，改变果蔬原来的生理活动，最终实现保鲜[6]。为了更好地开发和利用物理保鲜技术，促进果蔬保鲜技术发展，本文对近年来物理保鲜技术在鲜切苹果中的国内外研究进展进行综述，并指明现存问题以及未来发展趋势，以期为物理保鲜技术在果蔬保鲜的研究和开发方面奠定理论基础及提供技术支撑。

1 温度调控

1.1 热处理保鲜

热处理按照加热方式可分为热水处理和热空气处理。适当加热可以使包括酚酶在内的酶类物质失去活性，工业上常采用热空气、热蒸汽、热漂烫等方法对果蔬进行保鲜[7]。

在热处理当中，温度控制及暴露时间的长短起着至关重要的作用。一般来说75～95 ℃热漂烫57 s，可使大部分酶失活；时间过长，苹果质地软化，风味降低；时间过短，苹果表面微生物未能被消灭，加之鲜切后的机械损伤，会生成伤乙烯，并会导致细胞内呼吸作用增强，氧化产物增多，造成褐变加深。一般来说，热处理不当（温度过高或处理时间过长）也可能会损坏果蔬，即会出现热损伤的症状，症状表现在处理后或是在储存一段时间后，通常涉及外部损伤和内部损伤，如皮肤褐变，表面点蚀，外皮黑点和茎褐变等[8]。如在Maxin等[9]的研究中发现，苹果在经过50～56 ℃、3～4 min 处理后，表面褐变程度增加，出现点蚀现象。这实际在于苹果发生了热损伤。Kabelitz 等[10]研究发现将鲜切苹果用55 ℃热水处理0.5、1 min 和2 min 时外观护色效果最好，且褐变指数与对照组相比差值为0.75。Shrestha 等[11]用50、60 ℃和70 ℃热水烫漂鲜切苹果3 min，以及用65、75 ℃和85 ℃蒸汽烫漂3 min，发现随着水烫漂温度的升高，色差值增大，温度达到70 ℃能够有效地使酶失活，并且高温会导致一些天然色素降解，研究表明在50 ℃时，其褐变指数以及色差变化最小。张丽娜[12]将鲜切苹果分别置于40、50、60 ℃的水浴中浸泡2 min，发现在50 ℃时的褐变程度最低，且可溶性固形物（total soluble solid，TSS）损失最小，香气成分含量高于对照组。

1.2 低温贮藏保鲜

低温贮藏保鲜是利用低温环境降低食品温度，达到降低其呼吸强度、降低果蔬的生理代谢、降低相关代谢酶的活性、延迟衰老[13]、抑制生理生化反应和微生物的生长繁殖、从而延长食品保藏期的目的，但是低温也可能会使果蔬受到冷害，不利于贮藏中果蔬品质的保持。低温可以减缓果实呼吸速度，因此尽可能使用低的温度储存果蔬是有益的。过冷属于低温贮藏的创新方式之一，过冷是指食物被冷却到冰点以下而不发生结冰的现象。Osuga 等[14]通过将鲜切苹果在-5 ℃下冷藏0、4、7、10 d，发现在储藏期间趋向于较高的L*值，较低的褐变指数以及色差变化小，并且微生物受到抑制，从而褐变情况得到有效抑制。魏敏等[15]研究表明低温可有效抑制PPO、POD、苯丙氨酸解氨酶（phenylalanine ammonialyse，PAL）活性，且在6 ℃时的褐变情况以及对鲜切苹果的伤害较低。此外，Roversi 等[16]通过在不同温度下将鲜切苹果储藏30 d，发现在4 ℃时鲜切苹果的外观保持效果最好。

热处理的有效性主要取决于水温，其次与孵育时间有关，不正确的使用会导致营养物质的损失，产生不良的风味以及颜色和食品的感官特性恶化；而低温贮藏的有效性在于温度，不同的果蔬适宜的保存条件不同，不正确的贮藏条件会使果蔬产生冷害和冻害，造成不可逆的损伤，从而影响果蔬品质。

2 气调保鲜

气调贮藏是当前最先进的果蔬贮藏技术之一，其本质是在低温基础上，通过调整包装内气体成分和比例来延长食品货架期的技术[17]。主要是利用降低氧气浓度、提高二氧化碳浓度或是降低氧气浓度、提高氮气浓度的方式等，达到抑制乙烯的生成以及预防病害产生，起到延长产品老化的过程而达到延长产品货架期的目的[18]。然而，根据气体成分和储存条件的不同，单个水果类型对包装气体中气体成分的响应差异很大。

Rux 等[19]指出4 ℃下，将苹果切片置于4%抗坏血酸溶液中浸泡后，体积分数为0%的氧气和20%的二氧化碳更有利于控制褐变，但会对香气造成不利影响且在储存10 d 后呼吸急剧增加。Li 等[20]研究发现将苹果暴露于氧气含量为75%环境中进行短期处理1 h时，苹果表现出较强的抗氧化能力，并且其外观品质保存较好。Cortellino 等[21]证实了体积分数为1%～5%的氧气含量能够有效地减缓呼吸速率，此外氩气和二氧化碳混合也可控制乙烯的产生以及保持果实硬度，褐变情况也会得到有效控制。

3 光电保鲜技术

3.1 紫外辐射

紫外线杀菌技术是一种非电离辐射技术，其实质是利用适当波长的紫外线破坏机体细胞中DNA 或RNA 的分子结构，造成生长性细胞死亡，从而达到杀菌消毒的效果。紫外线（ultraviolet，UV）是指电磁波谱中存在于X射线（200 nm）和可见光（400 nm）之间的一个波段。它通常分为3 个波段：长波长（UV-A）、中波长（UV-B）和短波长（UV-C），用于鲜切苹果保鲜的紫外线波段常是短波长[22-23]。

研究发现，UV-C 对于鲜切苹果的保鲜效果取决于多个方面。不仅取决于辐照剂量、辐照时间，还取决于苹果的种类、成熟度等。此外，UV-C 也有其不可避免的缺点，即在于穿透力低，无法杀灭芽孢[24]。研究数据表明，在辐射时间一定的低剂量UV-C 的照射下，能够有效地杀死或抑制苹果中腐霉微生物的生长繁殖，从而维持鲜切苹果的抗坏血酸、可滴定酸和可溶性固形物含量，抑制微生物生长和果汁泄露，从而延长鲜切苹果的贮藏时间。Manzocco 等[25]研究表明低强度的UV-C光处理即可满足所需的杀菌效果；经过光处理后显著降低了鲜切苹果片的褐变程度，但曝光时间过长会导致UV-C 光处理抑制酶促褐变的程度降低。Graça等[26]的研究结果也证实了这一观点，在4 ℃下，1.0 kJ/m2的UV-C 照射时鲜切苹果褐变情况显著降低。Du等[27]指出鲜切苹果在UV-C 辐射剂量为100 mW/cm2和0.1 g/L 槲皮素溶液中浸泡后，对微生物的杀灭效果更好，PPO 活性得到有效抑制，褐变指数更低，此外确定光处理与槲皮素涂层的组合可将苹果的外观特征延长至10 d。

紫外辐射技术的优点在于使用此种方式保鲜，可将果蔬中的营养物质和感官特性高度保留，且对于微生物的灭活率也较高；然而紫外线对食品的渗透率低，并且在质地厚重、不透明食品中的应用受到限制。

3.2 等离子体

等离子体是由部分电子被剥夺后的原子及原子团被电离后产生的正负离子组成的离子化气体状物质；当气体与放电物质接触时，会产生由带电粒子、自由基和一些辐射等非常活泼的化学物质组成的光流[28]，等离子体是食品科学中用于微生物灭活的最新技术之一。近年来，将等离子技术运用于食品保鲜技术已经受到更多关注。然而，迄今为止，对于等离子体处理过程中是否形成有毒化学物质的研究有限，对于其运用在食品中的安全性还未得到广泛验证[29]。

Farias 等[30]研究发现等离子体激发频率在200 Hz时对鲜切苹果块中的PPO 活性降低幅度最大，但会增加POD 活性和总酚类物质的含量。Perinban 等[31]的研究也证实了这一观点，但总酚含量无显著变化；并且在活化时间为30 min 的样品在储存结束时的过氧化物酶活性最低，较高的活化时间≥45 min 会对鲜切苹果品质造成不利影响。Tappi 等[32]指出冷气体等离子体处理效果与苹果品种密切相关，褐变指数不与处理时间成正比，但经过处理后的样品会降低苹果的褐变程度。

3.3 脉冲光保鲜技术

脉冲光（pulsed light，PL）作为新兴的非热食品加工技术，可以产生短而强烈的广光谱白光，紫外线、可见光和红外波长都包含在此光谱中[33]。脉冲光作为一种多靶点技术，在相对较短的时间内比连续紫外光更有效地灭活微生物，与紫外线有类似的作用，脉冲光同样可以诱导许多有益健康的植物化学物质合成，从而提高植物的抗氧化能力[34]。此外，脉冲光保鲜技术也有一定的局限性。脉冲光的有效性基于多种因素，如剂量的变化、照射距离、闪光次数、样品的传播载体等，因此投资成本高、仪器照射灯寿命短以及臭氧气味的形成是使用该技术相关的主要缺点[35]。

Kriaa 等[36]研究结果表明脉冲电场处理对干燥苹果片颜色的影响不显著，但会改变细胞形态。Ignat等[37]指出鲜切苹果暴露在低强度脉冲光（17.5 kJ/m2）和更大电场强度时会在储存过程中降低微生物的生长率，在高剂量的电场强度（157.5 kV/m）下可观察到明显褐变、外观组织和风味也受到负面影响。Avalos等[38]报道脉冲光能量在高达16 J/cm2时可以有效防止鲜切苹果中的褐变情况，并能够更好地保持抗氧化能力和类黄酮含量。

脉冲光保鲜技术的优点即在于能更好地保留营养，可以减少食物过敏原和抗营养因子，然而长时间暴露在高电场中会产生热量，使得温度升高，会在一定程度上影响果蔬保鲜的有效性，并且果蔬中的成分也会影响保鲜效果。

4 其他物理保鲜技术

4.1 超声波辅助技术

超声波因其物理和化学作用而广泛应用于食品工业。超声波在食品工业中有大量的潜在应用，如干燥、降解、提取、增强稳定性、食品保鲜等[39-43]。超声波辅助技术在食品应用中的有效性主要归因于空化力，空化力被描述为液体介质中充满气体或蒸汽的气泡的形成、生长和崩溃，由声波通过产生的压力波动产生[44]。此外，Jang 等[45]通过将超声和抗坏血酸对鲜切苹果贮藏过程中对POD 和PPO 的活性进行研究，发现超声和抗坏血酸联合处理会使苹果氧化褐变的几种酶受到抑制，其中二酚酶的抑制效果更强，POD 的活性显著降低，并且不会使蛋白质变性。

4.2 蓝光LED 保鲜技术

运用紫外线进行食品保鲜已被证实是有效的技术手段，然而，紫外线暴露会伤害人体的皮肤和眼睛。因此，可见光LED 的使用逐渐成为UV-C 的替代技术。在Ma 等[46]的研究中，以蓝光LED 为研究对象，研究了蓝光LED 对瓦伦西亚橙中主要的9 种类胡萝卜素的影响，发现蓝光LED 光处理会诱导叶绿素的积累，并在体外显著改变了黄酮中的类胡萝卜素的组成。此外，Hyun 等[47]通过将蓝光LED 与抗菌剂以及天然光敏剂联合使用对鲜切苹果和樱桃番茄中大肠杆菌的抑制效果进行研究，发现蓝光LED 可使抗菌剂或光敏剂的效果增强；蓝光LED 与抗菌剂或香芹酚联合使鲜切苹果和樱桃番茄中的微生物生长情况得到抑制，从研究结果中表明此种处理方式可以延长鲜切果蔬的贮藏期，且不会引起颜色的改变。

5 结语与展望

对于物理保鲜技术在鲜切苹果的应用研究已从颜色、质地发展到深层的水分含量以及组织结构，各项技术的理论依据日趋成熟。其中，热温度处理成本低，操作简单，但处理温度应适宜，温度过低可能使其发生冷害冻害，温度过高会导致苹果营养物质的流失；气调保鲜效果好，但投入成本以及维护费用都较高；光电技术杀菌效果好，但成本高昂且应用研究还不成熟。随着科技的发展、技术的进步，物理防褐变会更加成熟。此外，鲜切果蔬保鲜是一项系统复杂的技术，未来不仅仅只依靠物理手段，还要和化学生物技术等有机结合，按照不同果蔬生理特性的差异和不同保鲜方法的优势有机结合起来，起到取长补短的作用，以期更好地维持鲜切果蔬贮藏期品质，延长货架期。