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        冰溫技術(shù)在果蔬貯藏保鮮中的應(yīng)用研究進(jìn)展

        2011-04-14 17:31:39劉倍毓鄧?yán)?/span>胡小芳鐘耕
        食品與發(fā)酵工業(yè) 2011年12期
        關(guān)鍵詞:冰溫冰點(diǎn)保鮮劑

        劉倍毓,鄧?yán)?,胡小芳,鐘耕?

        1(西南大學(xué)食品科學(xué)學(xué)院,重慶,400715) 2(重慶市特色食品工程技術(shù)研究中心,重慶,400716)

        我國每年的蔬菜產(chǎn)量約3億t,水果產(chǎn)量超過6 000萬t,位居世界前列。然而,貯藏技術(shù)的落后,使得果蔬在采后運(yùn)輸、貯藏及銷售等過程中有20%~25%的產(chǎn)品腐爛變質(zhì),由此造成的經(jīng)濟(jì)損失,每年可達(dá)800~1 000億元人民幣[1]。傳統(tǒng)的冷藏和氣調(diào)冷藏都只能在一定程度上保持果蔬的生鮮狀態(tài),但保質(zhì)期較短,適合鮮銷;凍藏雖能一定程度上延長果蔬的保存期,但冷凍處理會(huì)破壞果蔬組織結(jié)構(gòu),解凍時(shí)出現(xiàn)汁液流失,不能保持果蔬原有風(fēng)味。因此,尋找有效的果蔬貯藏方法顯得極為重要。

        從20世紀(jì)70年代初,日本的山根昭美[2]發(fā)現(xiàn)冰溫技術(shù)至今,對冰溫技術(shù)所具有的優(yōu)良性能、作用機(jī)理、應(yīng)用探討引發(fā)了越來越多的關(guān)注[3]。所謂冰溫,是指0℃至冰點(diǎn)以上的未凍結(jié)溫度區(qū)域,冰溫技術(shù)則是在冰溫范圍內(nèi)的一種新型貯藏技術(shù)。果蔬在此溫度帶保存,不僅呼吸代謝被抑制、衰老速凍減慢[4],使貯藏期得到保證,還可以克服凍結(jié)食品因結(jié)晶產(chǎn)生的蛋白質(zhì)變性、組織結(jié)構(gòu)損傷、液汁流失等現(xiàn)象,獲得自然的風(fēng)味和美味。作為繼冷藏、凍藏后的又一保鮮方法,冰溫技術(shù)的應(yīng)用也越來越廣泛,在原本基礎(chǔ)上,衍生出許多分支。本文以保鮮劑-冰溫貯藏、冰膜貯藏、超冰溫貯藏、氣調(diào)-冰溫貯藏等為實(shí)例,闡述國內(nèi)外的相關(guān)研究最新進(jìn)展。

        1 冰溫技術(shù)原理

        果蔬組織細(xì)胞中含有的一些物質(zhì)如葡萄糖、氨基酸、鹽類等,使果蔬的冰點(diǎn)(凍結(jié)點(diǎn))低于純水冰點(diǎn)(0℃),處于 -0.5 ~ -3.5℃內(nèi)[5]。當(dāng)溫度高于冰點(diǎn)時(shí),細(xì)胞始終處于活體狀態(tài),只有當(dāng)溫度降到冰點(diǎn)以下,才會(huì)出現(xiàn)凍結(jié)現(xiàn)象??梢?,果蔬凍結(jié)的溫度界限并非0℃,而是低于0℃的冰點(diǎn)。

        果蔬貯藏采用冰溫保鮮,一是因?yàn)楣呓M織細(xì)胞中含有的一些物質(zhì)如葡萄糖、氨基酸、鹽類等使果蔬細(xì)胞的冰點(diǎn)比純水的冰點(diǎn)更低;二是果蔬中的各種溶質(zhì)分子可以網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)存在,這就使細(xì)胞中水分子的移動(dòng)及凍結(jié)受到阻礙[6];三是果蔬在冰溫范圍內(nèi)仍能保持細(xì)胞活性,但細(xì)胞呼吸代謝被大大抑制,其新陳代謝率最大限度地降低,組織衰老速度顯著減慢[7];四是冰溫貯藏能更有效地抑制有害微生物的生長[8]。因此,冰溫貯藏的機(jī)理包含2個(gè)方面的內(nèi)容:(1)將食品的溫度控制在冰溫帶內(nèi),以維持其細(xì)胞的活體狀態(tài);(2)當(dāng)食品冰點(diǎn)較高時(shí),可以人為加入一些有機(jī)或無機(jī)物質(zhì),使其冰點(diǎn)降低,擴(kuò)大其冰溫帶,以適用于冰溫技術(shù)[6]。

        2 冰溫技術(shù)應(yīng)用在果蔬貯藏中的最新進(jìn)展

        2.1 保鮮劑-冰溫貯藏

        果蔬貯藏中,常常會(huì)使用食品保鮮劑,在一定程度上提高了果蔬耐貯藏性,保持果蔬品質(zhì)。保鮮劑與冰溫貯藏相結(jié)合,產(chǎn)生的協(xié)同作用能進(jìn)一步增強(qiáng)貯藏保鮮的功效。從目前研究情況來看,兩者的結(jié)合使用,均可延長果蔬的貯藏期,同時(shí)維持果蔬的良好性狀。研究涉及的保鮮劑有化學(xué)保鮮劑(ClO2、SO2)、天然保鮮劑(殼多糖);涉及的水果種類有草莓、龍眼、石榴、楊梅,冬棗等。具體以草莓和龍眼為例,說明保鮮劑-冰溫貯藏技術(shù)的應(yīng)用研究。

        2.1.1 保鮮劑-冰溫貯藏對草莓貯藏的效果

        草莓屬薔薇科,漿果類,其含水量大(≥90%)、果皮薄、組織嬌嫩、柔軟多汁,缺乏堅(jiān)硬外皮保護(hù),耐貯藏性差,在常溫下僅可保存1~2 d[9]。

        張桂[10]等人采用冰溫技術(shù),結(jié)合添加保鮮防腐因子(Vc)、殼多糖半透膜等多種措施,對草莓進(jìn)行貯藏。經(jīng)試驗(yàn)測定,草莓的凍結(jié)溫度為-1℃,所采用的冰溫環(huán)境為-0.5℃。試驗(yàn)中,首先將草莓經(jīng)3%Vc浸泡0.5 h、3%Vc浸泡1 h處理,以不浸泡作為對比空白樣(只采用冰溫貯藏),結(jié)果發(fā)現(xiàn)Vc浸泡后可有效延長貯藏期,0.5 h的浸泡時(shí)間可將貯藏期有效延長至9d,空白樣為6 d。同時(shí),將殼多糖溶于稀檸檬酸溶液,浸泡草莓,自然風(fēng)干后在草莓表面形成殼多糖半透膜,再與冰溫貯藏結(jié)合(-0.5℃保存),試驗(yàn)結(jié)果顯示,經(jīng)1 g殼多糖+3 g檸檬酸+250 mL水的溶液浸泡0.5 h處理后,可使草莓有效保存18 d;在此基礎(chǔ)上,將3%Vc浸泡0.5 h,再用1 g殼多糖+3 g檸檬酸+250 mL水的殼多糖溶液復(fù)配液浸泡0.5 h,發(fā)現(xiàn)草莓的貯藏時(shí)間可進(jìn)一步延長至31d,并能保持良好的色、香、味,使草莓的貯藏期顯著增加。

        2.1.2 保鮮劑-冰溫貯藏對龍眼貯藏的效果

        龍眼含糖量高,成熟季節(jié)高溫多濕,采后呼吸作用旺盛,衰老迅速,在自然條件下存放,通常3d左右風(fēng)味就開始變劣,超過1周就會(huì)完全喪失食用價(jià)值[11]。

        龐學(xué)群等[12]以龍眼為材料,研究了分階段SO2緩釋劑(焦亞硫酸鈉)處理結(jié)合冰溫貯藏技術(shù)[(-1±0.5)℃]對龍眼果實(shí)的貯藏效果。試驗(yàn)中分階段SO2處理方式為:先將龍眼用PE(聚乙烯薄膜袋,0.03 mm厚)密封包裝放在(3.0±0.5)℃恒溫箱中貯藏,12 d后取出果實(shí)用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%的SO2緩釋劑處理,并用PE袋密封包裝再將果實(shí)置于(-1±0.5)℃下貯藏,測定了果皮色澤、PPO活性、膜透性、呼吸強(qiáng)度、VC含量、可滴定酸含量、可溶性固形物含量、SO2殘留量以及好果率,以全面探索龍眼在貯藏的變化。結(jié)果表明,與3℃對照果實(shí)相比,分階段SO2緩釋劑結(jié)合冰溫貯藏技術(shù)可改善果皮色澤,緩解果皮褐變速率及程度;能有效降低果實(shí)呼吸強(qiáng)度、抑制果皮PPO活性,提高了果皮細(xì)胞膜透性,貯藏48 d后好果率為91.15%。同時(shí),采用SO2緩釋劑結(jié)合冰溫貯藏48 d后龍眼的果肉品質(zhì),與新鮮龍眼相比,VC(保持了45.11%)、可滴定酸(增加了6.80%)和可溶性固形物含量(96.20%),與直接SO2緩釋劑結(jié)合冰溫貯藏技術(shù)相比,該技術(shù)與常規(guī)的龍眼熏硫處理相比,可使果肉SO2殘留量降低78.84%。

        2.2 冰膜貯藏

        冰膜貯藏技術(shù),簡稱ICF(ice coating film),主要是針對一些低糖食品特別是對卷心菜等層狀構(gòu)造的蔬菜冰溫貯藏時(shí),極易出現(xiàn)干耗、低溫凍害或部分凍結(jié)等現(xiàn)象[13]開發(fā)的保存方法。即冰溫貯藏之前,先在食品表面附上一層人工冰或人工雪等保護(hù)膜,以避免冷空氣直接流過食品表面而出現(xiàn)干耗、低溫凍害現(xiàn)象[14]。

        山根昭美博士研究了卷心菜的冰膜貯藏(凍結(jié)點(diǎn)為 -1.3~ -2.2℃),在-3℃環(huán)境下,將卷心菜冷卻至0℃附近,向其表面間斷性噴水霧,使卷心菜表面形成一層極薄的冰膜。經(jīng)過8 0 d的噴霧,卷心菜表面的冰膜厚度達(dá)到0.5 mm。經(jīng)上述處理后,再將其保存在-0.8℃的冰溫環(huán)境中進(jìn)行貯藏。實(shí)驗(yàn)研究表明,經(jīng)冰膜處理后的卷心菜表面僅出現(xiàn)了微弱凍害,2個(gè)月后會(huì)變成深綠色,但這一層被微凍的菜葉在室溫下經(jīng)4d升溫,會(huì)慢慢地復(fù)原。經(jīng)肉眼觀察,可以恢復(fù)到原來的本色。經(jīng)過細(xì)胞組織分析表明,這層出現(xiàn)凍害的菜葉在細(xì)胞膜和細(xì)胞質(zhì)之間僅有微小的空隙,細(xì)胞組織幾乎沒有損傷,這說明采用ICF貯藏方法保存低糖蔬菜可以保持其原有的特征,是一種有效的貯藏方法[15]。

        2.3 超冰溫貯藏

        超冰溫技術(shù)是近幾年出現(xiàn)的一種新的冰溫技術(shù),指通過調(diào)節(jié)冷卻速度等特殊方法,使得溫度即使在冰點(diǎn)以下也可以成功地保持過冷卻狀態(tài),由此在超冰溫領(lǐng)域內(nèi),即使溫度通常在冰點(diǎn)溫度以下,生物體也不會(huì)凍結(jié)[16],進(jìn)一步拓寬了冰溫的研究領(lǐng)域。要使水果、蔬菜等順利降至冰溫乃至超冰溫領(lǐng)域而不結(jié)冰,與生物組織在進(jìn)入此溫度帶前的低溫鍛煉以及脫水程度、冷卻處理時(shí)的降溫速度有關(guān)。但超冰溫領(lǐng)域極不穩(wěn)定,很容易凍結(jié),因此超冰溫領(lǐng)域穩(wěn)定條件的確立是該項(xiàng)技術(shù)的核心[17]。

        英國布里斯多大學(xué)食品冷凍及工藝工程研究中心發(fā)現(xiàn),超冰溫技術(shù)適用于多種蔬菜,如大蒜、洋蔥、西蘭花和菜花的貯藏保鮮,而且某些蔬菜的貯藏溫度能達(dá)到-14.6℃的低溫且貯藏效果良好。

        Cox&Moore在一項(xiàng)超冰溫專利中提到了番茄的過冷卻特性。分別對2個(gè)番茄進(jìn)行實(shí)驗(yàn),結(jié)果測定其成核溫度分別是-4.3℃和-4.5℃。在另一個(gè)實(shí)驗(yàn)中,將番茄放入-4℃的冷卻液中冷卻,當(dāng)其內(nèi)部溫度降到-3.8℃時(shí),觀察發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部并沒有明顯的冰晶生成[18]。

        鄧超譯[19]對大蒜和青蔥的超冰溫貯藏進(jìn)行了研究,探索了其適宜的超冰溫貯藏條件。將蒜瓣置于風(fēng)速小于0.5m/s,[(-6 ~ -9) ±0.5]℃的條件下貯藏1周后,未發(fā)生凍結(jié),并觀察到在此溫度下貯存的大蒜的表面和內(nèi)部均沒有發(fā)現(xiàn)凍害現(xiàn)象。將蒜瓣置于風(fēng)速小于0.5m/s,[(-10 ~ -13) ± 0.5]℃的條件下貯藏,有凍結(jié)現(xiàn)象發(fā)生,在凍結(jié)曲線上可以清晰的看出冰核生成的跡象,大蒜的表面產(chǎn)生明顯的變化。同時(shí),在(-10 ±0.5)℃下貯藏24 h后,5個(gè)大蒜中有1個(gè)出現(xiàn)凍結(jié)現(xiàn)象。由此,可以看出,大蒜的最低貯藏溫度可達(dá)到-6℃,并處于非凍結(jié)狀態(tài),這與James C等的研究結(jié)果相符[20]。

        與此同時(shí),將蔥頭置于風(fēng)速小于0.5 m/s、溫度[(-5~ -6) ±0.5]℃的環(huán)境下貯藏,未發(fā)生凍結(jié)現(xiàn)象,貯藏1周后蔥頭的表面和內(nèi)部均沒有凍害現(xiàn)象出現(xiàn)。將蔥頭置于風(fēng)速小于0.5 m/s、-7℃的環(huán)境下貯藏24h后,蔥頭表面出現(xiàn)了明顯的凍害,并且在120 min和527 min,5個(gè)蔥頭樣品中有2個(gè)樣品依次出現(xiàn)凍結(jié)現(xiàn)象,當(dāng)5個(gè)大蒜樣品在一8℃下貯藏時(shí),均出現(xiàn)凍結(jié)。從試驗(yàn)結(jié)果可以看出,洋蔥的超冰溫貯藏溫度可達(dá)到-5℃,與大蒜相比,冰溫耐受性會(huì)低一些,且兩者在超冰溫貯藏中均能得到較好的應(yīng)用。

        2.4 氣調(diào)-冰溫貯藏

        氣調(diào)保鮮技術(shù)(MAP,modified atmosphere packaging)是采用一定配比的混合氣體(不同于大氣組成)置換食品包裝內(nèi)原來的空氣,使果蔬始終處于較適宜的氣體環(huán)境中,延緩變質(zhì)和防止腐敗發(fā)生,達(dá)到貯藏保鮮的目的。

        將氣調(diào)保鮮與冰溫技術(shù)結(jié)合,探尋合適的貯藏條件,攻克技術(shù)難點(diǎn),也是冰溫技術(shù)在果蔬貯藏應(yīng)用中又一研究熱點(diǎn)。就目前研究情況,氣調(diào)-冰溫貯藏已在西瓜、油豆角、葡萄、紅富士蘋果、櫻桃等果蔬上進(jìn)行了研究,并取得了較好效果。

        2.4.1 氣調(diào)-冰溫貯藏對櫻桃貯藏的效果

        櫻桃,果實(shí)色澤鮮美、質(zhì)地柔軟,具有較高的營養(yǎng)價(jià)值。但采收時(shí)值高溫高濕季節(jié),且采摘后品質(zhì)和風(fēng)味下降速度極快,易出現(xiàn)干耗、褐變、軟化及真菌侵染所引起的腐爛,常溫下僅能存放3~5d[21]。

        王珊珊[22]等人研究了櫻桃塑料箱式氣調(diào)+冰溫保鮮貯藏的效果。在試驗(yàn)中,采用3種不同的氣調(diào)箱調(diào)氣嘴,使箱內(nèi)氣體變化不同,并以普通冷庫塑料箱式氣調(diào)貯藏作為對照,比較不同貯藏條件下(氣體含量、冰溫/冷藏)甜櫻桃外觀品質(zhì)、生理指標(biāo)及貯藏環(huán)境氣體的變化,研究了冰溫塑料箱式氣調(diào)貯藏對甜櫻桃的保鮮效果。結(jié)果表明:與普通冷庫貯藏[(0.3±0.2)℃]相比,冰溫塑料箱式氣調(diào)貯藏[(-0.5±0.5)℃]能顯著減慢果實(shí)腐爛、果梗干枯及果肉褐變的速度;抑制果內(nèi)丙二醛含量的增加及可溶性固形物、可滴定酸和還原糖含量的減少,同時(shí),1、2、3號調(diào)氣嘴之間(CO2含量由高到低的順序?yàn)?號氣調(diào)箱>1號氣調(diào)箱>3號氣調(diào)箱;相反O2含量由低到高的順序?yàn)?號氣調(diào)箱>1號氣調(diào)箱>3號氣調(diào)箱)的橫向比較,又以2號箱式氣調(diào)處理效果最為顯著,保鮮效果最好。推究原因,這可能與甜櫻桃對CO2濃度具有較強(qiáng)忍耐力,所以高濃度的CO2可以顯著地抑制甜櫻桃果實(shí)的褐腐病。由于2號調(diào)氣嘴中的CO2濃度最高,故箱中果實(shí)的腐爛率、褐變率、丙二醛含量等皆較小,氣調(diào)效果最為顯著。

        2.4.2 氣調(diào)-冰溫貯藏對葡萄貯藏的效果

        巨峰葡萄,作為我國葡萄種植的重要品系,栽植面積可達(dá)總面積的95%。其果肉柔軟,肉質(zhì)細(xì)膩,味甜,常溫下容易失水、脫粒、腐爛變質(zhì),不耐貯藏[23]。

        張昆明[24]等人以巨峰葡萄為試材,研究在冰溫條件下,3種不同保鮮膜包裝的氣體成分變化及對葡萄保鮮效果的影響。將相同種類、數(shù)量的葡萄裝入無蓋包裝箱中,分別采用櫻桃膜、桃膜、PE膜進(jìn)行封口,再置于冰溫庫(-0.3℃ ±0.3℃)中貯藏30 d。貯藏期間,每5 d測定1次葡萄的可溶性固形物、可滴定酸、還原糖、丙二醛含量,繪制出含量變化曲線圖,每2 d測試1次各膜中的氣體成分(O2、CO2)濃度變化。試驗(yàn)結(jié)果顯示:3種膜處理均有效維持了可溶性固形物、可滴定酸、還原糖的含量,有效減緩漿果、果梗丙二醛含量積累和果梗葉綠素含量的降低。就保鮮效果來看,櫻桃膜與桃膜的保鮮效果更佳,PE膜稍欠。此外,3種膜中氣體成分濃度達(dá)到平衡的時(shí)間也不一致,PE膜中O2、CO2氣體濃度達(dá)到平衡所需時(shí)間最短,10 d即可達(dá)到平衡;桃膜次之,所需時(shí)間為14 d;櫻桃膜中O2、CO2氣體濃度達(dá)到平衡所需時(shí)間最長,18d時(shí)才達(dá)到平衡,且平衡后3種膜中的O2、CO2氣體濃度差異顯著(P<0.05)。綜合所有指標(biāo),冰溫條件下三者的保鮮效果為櫻桃膜﹥桃膜﹥PE膜。

        3 結(jié)束語

        作為一項(xiàng)新興的儲(chǔ)藏保鮮技術(shù),冰溫技術(shù)已經(jīng)在日本、美國、韓國以及臺(tái)灣等發(fā)達(dá)地區(qū)得到迅速發(fā)展和應(yīng)用,創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。然而,由于冰溫技術(shù)對溫度控制要求較高,配套技術(shù)設(shè)備昂貴,而我國冰溫貯藏保鮮技術(shù)研究尚處于起步階段,技術(shù)欠成熟,等等,都限制了其進(jìn)一步的應(yīng)用和推廣。

        目前,打破冰溫技術(shù)的應(yīng)用瓶頸,已成為了我國食品貯藏行業(yè)亟待解決的課題。首先,冰溫貯藏目前研究主要集中在水果、蔬菜的單個(gè)品系、種類上,試驗(yàn)材料較為分散,欠缺系統(tǒng)性,不能體現(xiàn)冰溫技術(shù)在果蔬貯藏中的整體實(shí)用性。因此,冰溫貯藏對果蔬原料品質(zhì)影響和對各種原料適用性的研究有待加強(qiáng)。其次,如何普及冰溫設(shè)備、機(jī)器及降低成本運(yùn)作,及進(jìn)一步建立冰溫卡車、冰溫物資流通庫、冰溫陳列櫥、冰溫包裝、冰溫集裝箱等冰溫物資流通聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng),全面建立冰溫貯藏流通線,為冰溫技術(shù)的應(yīng)用打開新局面,也成為今后的研究重點(diǎn)。

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