唐甜甜,解新方,任 雪,張 潔,王志東

(中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全收貯運(yùn)管控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100193)

草莓(FragariaananassaDuch.)為薔薇科草莓屬多年生草本植物,色澤鮮艷,風(fēng)味獨(dú)特,富含礦物質(zhì)、膳食纖維、抗壞血酸、花青素和黃酮等多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),素有“水果皇后”之美譽(yù)。然而,由于草莓自身具有果皮脆弱、組織柔嫩、采后呼吸強(qiáng)度大等生理特性,在收獲和運(yùn)輸過(guò)程中,極易受到機(jī)械損傷和微生物侵染而腐爛變質(zhì),從而限制了草莓銷(xiāo)售半徑和生產(chǎn)規(guī)模的發(fā)展[1]。因此,延長(zhǎng)草莓果實(shí)貨架期,提高其商品價(jià)值,是草莓貯藏保鮮中亟需解決的問(wèn)題,也是果蔬貯藏領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

在過(guò)去的二十年中,學(xué)者已經(jīng)研究了各種采后處理方法以延長(zhǎng)草莓貯藏壽命和降低腐爛的發(fā)生,包括使用殺菌劑、食用涂膜、氣調(diào)貯藏、短波紫外線輻射以及熱處理等。但它們往往受到周?chē)h(huán)境相對(duì)濕度、溫度等各種外在因素的限制,且存在污染嚴(yán)重、技術(shù)成本高、工藝復(fù)雜等問(wèn)題,能用于商品化的有效保鮮技術(shù)很少,農(nóng)戶(hù)每年由于機(jī)械損傷和微生物侵染所造成的損失率還是很高。因此,結(jié)合具體情況,將多種保鮮技術(shù)并用和尋找成本低、高效無(wú)害的草莓保鮮劑仍是現(xiàn)在乃至今后需要重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。本文綜合國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀,對(duì)草莓化學(xué)、物理和生物保鮮技術(shù)及多種技術(shù)聯(lián)用的新型保鮮技術(shù)進(jìn)行綜述,從消費(fèi)者接受程度、安全性以及商業(yè)可用性等方面評(píng)價(jià)了各種保鮮技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn),以期為草莓產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 化學(xué)保鮮技術(shù)

化學(xué)保鮮技術(shù)是用一些高效的殺菌劑、防腐劑對(duì)果蔬進(jìn)行處理,從而達(dá)到延長(zhǎng)其貯藏期,提高果蔬品質(zhì)的目的?；瘜W(xué)保鮮劑一般可以分為吸附型、浸泡型、熏蒸型等,其中,化學(xué)熏蒸劑(殺蟲(chóng)劑)已在世界范圍內(nèi)被普遍用于控制草莓生產(chǎn)(栽培)和收獲中的腐敗變質(zhì),草莓農(nóng)場(chǎng)通常使用溴甲烷、碘甲烷作為熏蒸劑,化學(xué)防腐劑如苯甲酸鈉和山梨酸鉀在草莓采后貯藏上的應(yīng)用也非常普遍。此外,有害化學(xué)物質(zhì)如氯化苦和二氯丙烯也常用于草莓栽培的一個(gè)或多個(gè)階段。據(jù)報(bào)道,2012年在加利福尼亞州的草莓中檢測(cè)出了近50種不同類(lèi)型的化學(xué)物質(zhì)[2],雖然長(zhǎng)期使用傳統(tǒng)的化學(xué)殺菌劑會(huì)對(duì)人體健康和環(huán)境產(chǎn)生不利影響,但是由于其低成本、操作簡(jiǎn)單方便、抗菌性高等優(yōu)點(diǎn),在草莓中的應(yīng)用依然非常普遍。

但是就目前而言,果蔬工業(yè)中使用的大多數(shù)殺菌劑都是基于氯和氯化化合物,長(zhǎng)期使用會(huì)刺激皮膚和呼吸道,甚至引起過(guò)敏反應(yīng)。所以也可將化學(xué)殺菌劑與其他保鮮技術(shù)聯(lián)用,來(lái)降低殺菌劑的使用劑量,達(dá)到與高濃度殺菌劑相同的保鮮效果。De等[13]研究發(fā)現(xiàn),超聲和50 mg/L二氯異氰尿酸鈉聯(lián)合處理草莓,使其表面霉菌和酵母菌降低了1.0 lg CFU/g,該結(jié)果與單獨(dú)用200 mg/L二氯異氰尿酸鈉處理所得效果相似。陳鳳姐[14]將穩(wěn)定性ClO2與可降解植物發(fā)泡材料復(fù)合在一起制成ClO2防腐保鮮墊并結(jié)合保鮮袋包裝草莓,在10 ℃的冷庫(kù)中冷藏10 d后,果實(shí)仍具有較好的外觀及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。另外,與單獨(dú)的1-MCP相比,用1-MCP與ClO2組合處理草莓,可使其保持更高的超氧化物歧化酶(SOD)、APX和苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性,并降低多酚氧化酶(PPO)活性,ClO2可能是通過(guò)抑制微生物生長(zhǎng)和酶活性調(diào)節(jié)從而增強(qiáng)了1-MCP對(duì)草莓的影響[15]。由此可見(jiàn),將多種化學(xué)保鮮劑和保鮮方法聯(lián)合使用,不僅可以降低殺菌劑的使用劑量,還能達(dá)到更好的保鮮效果。

2 物理保鮮技術(shù)

2.1 氣調(diào)保鮮技術(shù)

氣調(diào)貯藏包括人工氣調(diào)貯藏和自發(fā)氣調(diào)包裝兩種,人工氣調(diào)即人為地補(bǔ)充和減少貯藏環(huán)境的CO2或O2濃度(空氣中的O2和CO2濃度分別為21.0%和0.03%)或填充一定濃度比例的惰性氣體,來(lái)達(dá)到降低果蔬呼吸強(qiáng)度的目的。雖然目前對(duì)包裝材料的選擇性越來(lái)越多,但對(duì)于水果包裝來(lái)說(shuō),應(yīng)用最廣的仍是聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯對(duì)苯二甲酸酯(PET)、聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)這四種基本聚合物。據(jù)研究報(bào)道[16],將‘金明星’草莓裝入0.035 mm厚PE保鮮袋中,抽真空,充入5% O2、10% CO2和85% N2,可以明顯降低草莓的質(zhì)量損失率,抑制果實(shí)硬度和可溶性固形物含量的下降,減緩維生素C含量的降低,且在0 ℃貯藏條件下可保鮮30 d左右。

氣體濃度參數(shù)的設(shè)置對(duì)草莓的保鮮效果非常重要,Li等[17]研究發(fā)現(xiàn),20% CO2延緩了草莓果皮的a*和b*值變化,通過(guò)抑制葉綠素酶的活性和下調(diào)還原酶FaChlb、FaPAO和FaRCCR基因的表達(dá),延緩了CO2處理果實(shí)中葉綠素的降解,并且在CO2脅迫下,參與苯丙烷類(lèi)代謝途徑和類(lèi)黃酮生物合成途徑的13個(gè)基因也被下調(diào)。Pérez等[18]指出高O2和高CO2的混合氣調(diào)雖然可以抑制真菌生長(zhǎng)增強(qiáng)草莓果實(shí)硬度,但是一周貯藏后發(fā)現(xiàn),高O2和高CO2氣調(diào)處理的草莓出現(xiàn)了較高濃度的異味。由此可知,不合適的氣體環(huán)境將導(dǎo)致草莓代謝失調(diào),乙醇等異味物質(zhì)積累,從而影響果實(shí)風(fēng)味,甚至使果實(shí)腐爛。Oliveira等[19]研究顯示,3%～6% O2和2%～10% CO2的氣調(diào)條件可實(shí)現(xiàn)對(duì)微生物生長(zhǎng)的控制并延長(zhǎng)各種新鮮切產(chǎn)品的貨架壽命。

自發(fā)氣調(diào)包裝(MAP)主要是利用果蔬的呼吸作用和塑料薄膜的氣體選擇透過(guò)性,使包裝內(nèi)氣體成分自動(dòng)調(diào)節(jié)到可抑制果蔬呼吸的最佳狀態(tài),因此選擇合適的薄膜對(duì)果蔬的自發(fā)氣調(diào)至關(guān)重要。李陽(yáng)博等[20]發(fā)現(xiàn)與聚乙烯(PE)薄膜的保鮮效果相比,聚乙烯醇(PVA)復(fù)合膜可以更好地降低草莓失重率,延緩水果衰老,將草莓的保鮮期延長(zhǎng)5 d以上。用納米二氧化鈦改性LDPE薄膜包裝的草莓在4 ℃貯藏14 d時(shí)草莓的腐爛指數(shù)和乙烯釋放量分別比用普通LDPE薄膜包裝的草莓低60.72%和40.32%,可滴定酸含量和硬度分別比其高9.02%和24.31%,抗壞血酸和總酚含量分別高出29.22%和10.73%[21]。一定厚度的PBAT/PCL共混薄膜對(duì)包裝內(nèi)部氣體有很好的調(diào)控作用,可將包裝內(nèi)部的CO2濃度維持在體積分?jǐn)?shù)2%～3%的范圍,O2的體積分?jǐn)?shù)隨著貯藏時(shí)間逐漸降低后達(dá)到6%～7%,有效地抑制了草莓的有氧呼吸作用,延長(zhǎng)其保鮮期[22]。此外,TiO2-聚乳酸復(fù)合納米纖維膜[23]、殼聚糖-聚乙烯醇共混物薄膜[24]、納米銀-聚乳酸復(fù)合材料包裝膜[25]、聚乳酸-碳納米管-殼聚糖復(fù)合纖維膜[26]等在草莓上保鮮均顯示出了比普通保鮮膜更好的效果。

綜上,氣調(diào)貯藏在草莓貯藏方面表現(xiàn)出了良好的保鮮效果,但不同品種和產(chǎn)地的草莓在貯藏時(shí)所需的氣體條件有所差異,不合適的薄膜包裝則可能會(huì)導(dǎo)致包裝內(nèi)O2濃度過(guò)低而進(jìn)入無(wú)氧酵解途徑,生成乙醇、乙酸等物質(zhì)，從而導(dǎo)致果實(shí)品質(zhì)和風(fēng)味劣變。

2.2 采后熱處理

熱處理是利用熱力殺死或鈍化果實(shí)上的害蟲(chóng)或病原菌,以減少腐爛,同時(shí)改變果實(shí)采后某些代謝過(guò)程以達(dá)到貯藏保鮮目的的一種物理保鮮方法。熱處理方法有熱水、熱蒸汽、熱空氣、強(qiáng)力熱風(fēng)和熱灰掩埋等,但商業(yè)應(yīng)用的主要是熱水和熱空氣[27]。細(xì)胞壁解體是導(dǎo)致草莓果實(shí)軟化的主要原因,并且果實(shí)硬度的喪失在很大程度上是由于多種果膠分解酶的協(xié)同催化作用,例如果膠酯酶(Pectineaterase,PE)、多聚半乳糖醛酸酶(Polygalacturonase,PG),果膠酸鹽裂合酶(Pectate lyases,PL),β-半乳糖苷酶(β-Galactosidase,β-Gal)等。研究表明,熱處理能夠通過(guò)上調(diào)內(nèi)源性果膠甲酯酶(PME)來(lái)改變果實(shí)細(xì)胞壁組成,同時(shí)可降低與半纖維素代謝相關(guān)的酶(內(nèi)切葡聚糖酶和β-木糖苷酶)和果膠降解酶(PG和β-Gal)的活性,下調(diào)參與草莓細(xì)胞壁解體和果實(shí)軟化過(guò)程有關(guān)基因(FaPG1、FaPLB、FaPLC、FaAra1、FaβGal4)的表達(dá)[28]。此外在果實(shí)成熟過(guò)程中,擴(kuò)展蛋白對(duì)細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)的重塑起著非常重要的作用,目前已經(jīng)在草莓中分離了七種擴(kuò)展蛋白基因(FaEXP1至FaEXP7),且研究發(fā)現(xiàn)熱處理可減少擴(kuò)展蛋白基因表達(dá),降低這些蛋白質(zhì)對(duì)細(xì)胞壁解體的影響,延緩果實(shí)軟化[29]。

Peng等[30]研究發(fā)現(xiàn),熱風(fēng)(HA,45 ℃,3～5 h)處理明顯降低了草莓果實(shí)中灰霉病的病斑直徑,提高了幾丁質(zhì)酶(CHI),β-1,3-葡聚糖酶(GLU)和PAL的活性,且HA處理的草莓果實(shí)中SOD、CAT和APX的活性均高于對(duì)照。此外,體外實(shí)驗(yàn)表明,HA處理直接激活了草莓果實(shí)對(duì)灰霉病的抗病性,抑制了灰霉病菌的孢子萌發(fā)和芽管生長(zhǎng)。但是由于草莓組織嬌嫩,果皮極薄,熱處理對(duì)草莓果實(shí)具有潛在的破壞性,使用不當(dāng)易造成失水、變色等傷害。Jing等[31]報(bào)道指出,在60 ℃下處理草莓20 s可明顯減少果實(shí)腐爛,降低果實(shí)表面附生微生物數(shù)量,但65 ℃下處理的果實(shí)約有60%出現(xiàn)熱損傷,失去商品價(jià)值。因此為縮短熱處理時(shí)間、避免熱傷害,可將熱處理與其他草莓保鮮方法結(jié)合起來(lái)使用,進(jìn)一步提高熱處理的防腐效果。Wei等[32]發(fā)現(xiàn)熱風(fēng)(HA)處理在體外試驗(yàn)中可與其它處理產(chǎn)生明顯的協(xié)同效應(yīng),茶樹(shù)油(TTO)和熱風(fēng)聯(lián)合處理比單一處理能更有效地控制接種灰霉病草莓的病變直徑,還提高了CHI和GLU的活性。毛淑波[33]研究指出,用濃度為108CFU/mL拮抗菌羅倫隱球酵母(Cryptococcuslaurentii)菌懸液結(jié)合38 ℃ 24 h熱空氣處理對(duì)草莓果實(shí)采后灰霉病和自然病害的控制效果要明顯好于兩者單獨(dú)處理。熱處理是滅活酶和消除病原生物使用最廣泛和有效的方法,但是熱處理時(shí)果蔬的多酚水平和抗氧化活性會(huì)受到多種因素(如溫度、持續(xù)時(shí)間和果蔬類(lèi)型)不同程度的影響,針對(duì)具體果蔬的生理特性,將熱處理與多種保鮮方法結(jié)合具有良好的發(fā)展應(yīng)用前景。

2.3 非熱技術(shù)

近年來(lái),為滿(mǎn)足消費(fèi)者對(duì)新鮮果蔬的需求,對(duì)果蔬的處理技術(shù)已從傳統(tǒng)的熱處理保鮮技術(shù)發(fā)展到了非熱技術(shù),非熱殺菌技術(shù)克服了一般熱殺菌傳熱相對(duì)較慢和對(duì)果蔬產(chǎn)生熱損傷等弱點(diǎn),可最大限度的保留果蔬原有色香味和營(yíng)養(yǎng)含量。目前,非熱技術(shù)已經(jīng)在橘子[34]、圣女果[35]、檸檬[36]等多種水果保鮮中應(yīng)用,常見(jiàn)的用于草莓保鮮的非熱技術(shù)包括超聲(US)、電子束輻照(EBI)、紫外線(UV)等。

2.3.1 超聲波技術(shù) 超聲波可在固體、液體和氣體媒介中傳送,在傳播過(guò)程中會(huì)與介質(zhì)發(fā)生作用而產(chǎn)生強(qiáng)烈的熱效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)和空化效應(yīng)。超聲用于果蔬采后處理主要依賴(lài)于空化效應(yīng),空化效應(yīng)在液體介質(zhì)中產(chǎn)生大量微小氣泡,氣泡在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生強(qiáng)烈的局部高溫和高壓,可直接導(dǎo)致果蔬表面微生物死亡。超聲波的頻率、功率、處理時(shí)間、溫度等是決定草莓最適保鮮條件的關(guān)鍵因素。Gao等[37]將新鮮收獲的草莓于20 ℃分別在超聲頻率為0、25、28、40、59 kHz的條件下,處理10 min,然后在5 ℃下貯存8 d,結(jié)果發(fā)現(xiàn),40 kHz超聲處理明顯降低了草莓表皮微生物總數(shù),并抑制了果實(shí)硬度的降低,其中可溶性固形物(TSS)、可滴定酸度(TA)和維生素C含量可保持較高水平。Gani等[38]通過(guò)試驗(yàn)得到,草莓經(jīng)頻率為33 kHz,功率為60 W的超聲波處理20～30 min后,果實(shí)的軟化速率得到明顯抑制,但當(dāng)處理時(shí)間增加到60 min時(shí),超聲波處理則會(huì)導(dǎo)致草莓細(xì)胞損傷和水分損失。Aday等[39]還指出當(dāng)超聲功率高達(dá)90 W時(shí)會(huì)對(duì)草莓品質(zhì)產(chǎn)生不利影響,而功率水平在30～60 W之間則可有效改善草莓品質(zhì),延長(zhǎng)草莓的貨架期。此外,超聲波可影響草莓中花青素的含量,Alexandre等[10]將草莓經(jīng)35 kHz、120 W、2 min的超聲條件處理后,4 ℃貯藏13 d,其花青素的含量與未處理的草莓相比明顯增加,總色差值降低。因此,超聲條件的選擇對(duì)草莓保鮮效果的影響至關(guān)重要。

總而言之,超聲波技術(shù)在草莓清洗、殺菌、品質(zhì)調(diào)控等方面能發(fā)揮顯著作用,但是由于目前的超聲波技術(shù)還不夠成熟,缺乏超聲波清洗不同果蔬的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)參數(shù),其應(yīng)用還一直處于實(shí)驗(yàn)室階段。因此,超聲波技術(shù)的商業(yè)化應(yīng)用還存在巨大的困難。

2.3.2 輻照技術(shù) 食品輻照被認(rèn)為是食品工業(yè)上除巴氏滅菌外的第二個(gè)重大突破,主要是利用電離輻射產(chǎn)生的高能射線來(lái)殺滅食品中的病原微生物及其它腐敗細(xì)菌,從而達(dá)到保鮮的效果。目前在草莓保鮮中應(yīng)用較多的輻射源有電子束、γ射線、脈沖光(PL)、短波紫外線(UV-C)等。

輻照技術(shù)的效果主要取決于果蔬類(lèi)型和輻照劑量。劑量不足可能會(huì)導(dǎo)致無(wú)效,但是過(guò)量使用又可能導(dǎo)致組織損傷。美國(guó)食品和藥物管理局(FDA)規(guī)定除新鮮生菜和菠菜可以用電子束輻射到4.5 kGy外,其他果蔬的最大輻射水平為1.0 kGy[40]。研究表明,1.0 kGy電子束處理即可降低草莓灰霉病的發(fā)病率及病斑直徑,并在一定程度上提高抗病相關(guān)酶(SOD、POD、PAL)的活性。同時(shí)體外試驗(yàn)表明,1.0 kGy以上處理可明顯抑制灰葡萄孢菌分生孢子的萌發(fā),延緩分生孢子達(dá)到完全萌發(fā)的時(shí)間,并且溫度越低這種效果越明顯[41]。楊俊麗[42]指出,當(dāng)電子束輻照劑量增加至5 kGy時(shí),雖能顯著抑制微生物的生命活動(dòng),但會(huì)使草莓發(fā)生失色、玻璃化等現(xiàn)象,此外,以2.0 kGy劑量電子束輻照結(jié)合90.58和45.29 mg·m-3臭氧處理并低溫貯藏可有效延長(zhǎng)草莓保鮮時(shí)間至30 d,果實(shí)腐爛指數(shù)為0,失重率均低于3%。

60Co-γ射線在果蔬輻照方面的研究較成熟,應(yīng)用也較廣泛,1.0～3.0 kGy60Co-γ射線輻照處理能延緩草莓貯藏中后期果實(shí)硬度的下降,且對(duì)草莓果實(shí)的特征香氣成分乙酸乙酯、丁酸乙酯和己酸甲酯的含量無(wú)明顯影響,高劑量(4.0 kGy)輻照處理能完全抑制草莓上的灰霉菌生長(zhǎng),有效抑制草莓的呼吸強(qiáng)度,并使草莓中8種農(nóng)藥殘留的降解率達(dá)到53%以上,其中對(duì)嘧霉胺和烯酰嗎啉的降解作用最大,降解率高達(dá)94%以上,但會(huì)嚴(yán)重影響草莓硬度[43]。De等[44]用2 kGy劑量的γ射線輻照草莓,在12 d的儲(chǔ)存期內(nèi),草莓具有良好的微生物水平和感官接受度。

PL作為一種非熱能處理方法,在1996年已獲FDA批準(zhǔn)用于食品表面的清潔,PL用于食品處理的最大劑量為12 J·cm-2,其主要是通過(guò)導(dǎo)致微生物DNA損傷(光化學(xué)效應(yīng))、微生物細(xì)胞的局部過(guò)熱(光熱效應(yīng))和由脈沖效應(yīng)(光物理效應(yīng))引起的結(jié)構(gòu)損傷三種作用方式來(lái)抑制微生物生長(zhǎng)。由于PL能在很短的時(shí)間間隔(幾十s)內(nèi)明顯減少微生物數(shù)量,已經(jīng)在菠菜、甜椒、覆盆子和草莓等多種新鮮果蔬保鮮中應(yīng)用[45]。Avalos等[46]將鮮切草莓經(jīng)脈沖光處理(4、8、12、16 J·cm-2),在5 ℃條件下貯藏14 d后發(fā)現(xiàn),低劑量輻照(4和8 J·cm-2)是保持鮮切草莓質(zhì)量和抗氧化性能的最有效方法,可明顯降低其在貯藏過(guò)程中的軟化率,且維生素C和總花青素含量維持較好。另外,使用2.4～47.8 J·cm-2劑量范圍的PL處理草莓在6 ℃下貯藏8 d,可使草莓果實(shí)采后霉菌的發(fā)生率降低16%～42%,并未出現(xiàn)明顯的軟化[47]。

UV-C波長(zhǎng)為200～280 nm,能穿透微生物細(xì)胞膜,破壞核酸結(jié)構(gòu),在分子中產(chǎn)生嘧啶二聚體,從而引發(fā)分子的突變,使細(xì)胞遺傳物質(zhì)活性喪失,導(dǎo)致微生物失去繁殖能力或者死亡。2002年,美國(guó)食品和藥物管理局批準(zhǔn)UV-C輻射作為水果和蔬菜的采后處理方法[48]。近年來(lái),UV-C輻照處理已經(jīng)被成功地用于提高新鮮果蔬防御酶的活性,誘導(dǎo)抗病性的基因的表達(dá)等方面。王煥宇[49]發(fā)現(xiàn)2.0 kJ·m-2UV-C處理明顯提高了草莓果實(shí)中PAL、4-香豆酸CoA連接酶(4-CL)、肉桂酸羧化酶(C4H)等苯丙烷類(lèi)代謝相關(guān)酶的活性,促進(jìn)了果實(shí)中總酚、總花色苷、總黃酮及酚類(lèi)和花色苷類(lèi)單體合成,同時(shí)提高了對(duì)DPPH自由基清除率、還原力和羥基自由基清除率。另外,Araque等[50]發(fā)現(xiàn),多次低UV-C劑量(兩次2 kJ·m-2劑量和5次0.8 kJ·m-2劑量)照射草莓在0 ℃下貯藏13 d后,果實(shí)表面的霉菌和酵母數(shù)量比單次高劑量(1次4 kJ·m-2劑量)處理的果實(shí)低,并表現(xiàn)出了更高的感官價(jià)值。

輻照技術(shù)作為一種有效快速的草莓保鮮方法,還具有穿透力強(qiáng)、殺菌徹底、無(wú)環(huán)境污染等優(yōu)點(diǎn),但是由于它的高成本以及消費(fèi)者對(duì)此技術(shù)可接受度較低,所以難以評(píng)估其效益,從而限制了輻照食品的商業(yè)進(jìn)展。Lima等[51]通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查發(fā)現(xiàn),消費(fèi)者對(duì)食品輻照過(guò)程知之甚少,許多人在沒(méi)有意識(shí)到的情況下食用了受3.6 kGy劑量輻射的草莓時(shí),表現(xiàn)出了良好的感官接受度,并且發(fā)現(xiàn)消費(fèi)者的知識(shí)水平越高,購(gòu)買(mǎi)輻照食物的意愿就越高。因此,消費(fèi)者的受教育程度以及對(duì)輻照工藝的了解程度,也成為了影響輻照技術(shù)進(jìn)步的一大因素。

3 生物保鮮技術(shù)

生物保鮮劑是指從動(dòng)物、植物、微生物中提取的天然物質(zhì),或利用生物工程技術(shù)改造而獲得的對(duì)人體安全的保鮮劑,具有極強(qiáng)的抑制和殺滅腐敗菌、霉菌等功效。目前,從藻類(lèi)(如角叉菜膠、瓊脂和海藻酸鹽)或甲殼類(lèi)動(dòng)物(如甲殼素和殼聚糖)中開(kāi)發(fā)可食用薄膜和涂料的生物聚合物基體,吸引了越來(lái)越多人的關(guān)注。

食用涂料作為一種新型的保鮮技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于果蔬行業(yè),它通過(guò)阻隔氧氣、水分和芳香物質(zhì)的散失,使得果蔬的呼吸速度變慢,從而保持了果實(shí)硬度,延長(zhǎng)貯藏期。用于食用薄膜和涂料的天然聚合物主要包括蛋白質(zhì)、多糖、脂質(zhì)及其衍生物。此外,將天然抗菌劑和抗氧化劑添加到食用涂料中也可用于活性涂料包裝開(kāi)發(fā)。

3.1 食用多糖類(lèi)天然生物基膜

殼聚糖、海藻酸鹽、纖維素衍生物等天然多糖聚合物在草莓保鮮中的應(yīng)用非常廣泛。殼聚糖是從蝦、蟹、昆蟲(chóng)等節(jié)肢動(dòng)物的外殼上提取的一種天然多糖,是美國(guó)食品藥品監(jiān)督管理局(US FDA)公認(rèn)的安全食品添加劑。目前,大多數(shù)公認(rèn)的殼聚糖抗菌機(jī)理是基于帶正電荷的聚陽(yáng)離子殼聚糖分子與帶負(fù)電荷的微生物細(xì)胞膜之間的相互作用[52]。研究表明,1.0%(w/v)的殼聚糖是保持草莓質(zhì)量品質(zhì)的最佳濃度,在冷藏條件下保存果實(shí)超過(guò)10 d[53]。同時(shí),殼聚糖降解所得的殼寡糖(COS)已被證明是一種有效的植物免疫誘導(dǎo)劑,COS處理對(duì)抑制細(xì)胞壁多糖降解途徑的基因表達(dá)具有積極作用。100 mg/L殼寡糖采后處理草莓可明顯降低草莓貯藏過(guò)程中導(dǎo)致果實(shí)軟化基因的表達(dá)[54]。另外,用從褐藻中提取的天然多糖海藻酸鹽處理草莓可抑制脫落酸(ABA)信號(hào)基因和細(xì)胞壁降解基因的表達(dá),延緩ABA的積累,減少細(xì)胞壁的降解,同時(shí),還可以保留較高的花青素、總酚和黃酮類(lèi)化合物的含量[55]。

此外,在食用涂料中加入抗菌化合物也為提高草莓品質(zhì)和延長(zhǎng)果實(shí)貨架期提供了一條新的途徑,最常見(jiàn)的涂料添加物為植物提取物(精油、水提物、有機(jī)溶物提取物等)和微生物及其代謝產(chǎn)物等。精油是芳香植物的次級(jí)代謝產(chǎn)物,具有良好的抗菌、抗氧化和殺蟲(chóng)性能,Shao等[56]發(fā)現(xiàn)用0.9 g/L的茶樹(shù)油蒸汽熏蒸草莓可明顯減少人工接種的灰霉病和軟腐病發(fā)病率,能保持更新鮮的品質(zhì),并且,還可提高過(guò)H2O2水平、SOD和PAL活性。但是由于精油強(qiáng)烈的香氣和潛在的毒性也限制了其在果蔬保鮮中的大規(guī)模使用,研究表明,在試驗(yàn)條件下,茶樹(shù)精油對(duì)無(wú)特定病原體(SPF)的SD大鼠急性經(jīng)口、經(jīng)皮毒性屬于低毒性,急性吸入屬于微毒性[57]。所以為減少精油的用量,將精油或其組成成分加入到殼聚糖等天然聚合物中作為食品涂料的方法吸引了許多學(xué)者的關(guān)注。研究發(fā)現(xiàn),向殼聚糖中添加檸檬精油不僅可以增強(qiáng)殼聚糖的抗真菌活性,更好地減慢草莓呼吸速率,而且還可以在很短的時(shí)間內(nèi)促進(jìn)酯的形成,使原有的果味更加明顯[58]。殼聚糖中加入石榴提取物和葡萄籽提取物對(duì)嗜中性菌、酵母菌和霉菌的抑菌效果明顯,加入納他霉素會(huì)降低新鮮草莓果實(shí)的耗氧量[52]。Shahbazi等[59]用含有薄荷揮發(fā)油的羧甲基纖維素(CMC)食用涂層保鮮草莓,可將草莓的保質(zhì)期提高到12 d以上。類(lèi)似的,含有4 μL/100 mL大蒜精油的羧甲基纖維素鈉(Na-CMC)復(fù)合膜具有延遲草莓花青素分解的作用[60]。海藻酸鹽與羅倫隱球酵母(Cryptococcuslaurentii)組合使用可明顯抑制草莓表面嗜冷微生物、酵母和霉菌的生長(zhǎng),C.laurentii可與灰葡萄孢(Botrytiscinerea)競(jìng)爭(zhēng)外源營(yíng)養(yǎng)素[61]。天然多糖聚合物與抗菌藥物聯(lián)合應(yīng)用對(duì)草莓保鮮效果十分顯著,多糖包衣加生物防治的雙重保鮮方式比單獨(dú)使用其中一種方法能更有效的減少草莓采后病害。

3.2 食用蛋白類(lèi)天然生物基膜

衍生自玉米、小麥、大豆、花生、牛奶等食物的玉米醇溶蛋白、谷蛋白、大豆蛋白、酪蛋白和乳清蛋白等蛋白質(zhì)由于具有良好的涂膜性能,均可作為食用涂膜用于草莓保鮮。研究發(fā)現(xiàn),用玉米醇溶蛋白和小麥谷蛋白雙層涂料處理草莓在7 ℃ 21 d的貯藏時(shí)間內(nèi),能有效減少草莓營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的流失,延長(zhǎng)貨架壽命[62]。向菜籽蛋白(RP)-明膠(RG)膜中添加葡萄柚籽提取物(GSE)抑制了病原菌(如大腸桿菌O157∶H7和單核細(xì)胞增生李斯特菌)的生長(zhǎng),使用含有1.0% GSE的RG薄膜包裝‘Maehyang’草莓,在貯藏14 d后,草莓中的總需氧菌和酵母和霉菌的數(shù)量分別減少1.03和1.34 lg CFU/g[63]。

Tanada-Palmu等[64]研究表明,可食用小麥面筋薄膜和脂質(zhì)(蜂蠟、硬脂酸和棕櫚酸)的復(fù)合涂層對(duì)草莓硬度的保持具有明顯影響,但是感官評(píng)價(jià)顯示具有面筋涂層的草莓味道是消費(fèi)者可接受的,而雙層包衣的草莓味道是不可接受的。明膠是一種從膠原蛋白中提取的可溶性多肽化合物,除具有良好的生物相容性、無(wú)毒等特點(diǎn)外,還具有良好的成纖維能力。Li等[65]采用靜電紡絲法制備的明膠-丁基羥基茴香醚(GA-BHA)纖維墊對(duì)金黃色葡萄球菌具有良好抗菌活性和廣譜的抗真菌活性,可將草莓保鮮10 d左右。由此可見(jiàn),生物可降解和生態(tài)友好的天然聚合物與抗菌劑的結(jié)合已成為研究的一大熱點(diǎn),利用它們的不同且相互關(guān)聯(lián)抗菌作用機(jī)制,可降低新鮮食品的感官接受度劣變的風(fēng)險(xiǎn),以達(dá)到更好的抗菌效果。

3.3 微生物保鮮技術(shù)

微生物拮抗保鮮簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)即以菌治菌,利用微生物之間的拮抗作用或其產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物(如蛋白酶、抗生素、過(guò)氧化氫等物質(zhì)),選擇對(duì)果蔬產(chǎn)品本身不造成危害的微生物來(lái)抑制引起產(chǎn)品腐爛的病原菌,以達(dá)到防病的目的。

目前用于草莓保鮮的拮抗微生物主要有細(xì)菌、酵母菌、霉菌等,其中酵母菌因其抑菌范圍較廣、對(duì)逆境耐受力強(qiáng)、可與化學(xué)殺菌劑相容且對(duì)人體無(wú)害等特點(diǎn),而成為最受關(guān)注的拮抗菌之一。有些拮抗酵母菌能夠誘導(dǎo)寄主提高抗性酶類(lèi)物質(zhì)的活性或是能夠分泌CHI、GLU等酶類(lèi),這些酶可破壞病原菌結(jié)構(gòu),抑制其生長(zhǎng)[66]。1×107CFU/mL的拮抗菌膜醭畢赤酵母(Pichiamembranaefaciens)懸浮液對(duì)草莓采后灰霉病有明顯的控制效果,且不會(huì)對(duì)果實(shí)表皮造成損傷,其主要是通過(guò)誘導(dǎo)草莓果實(shí)β-1,3-葡聚糖酶、過(guò)氧化物酶、苯丙氨酸解氨酶等抗性相關(guān)酶活性的增強(qiáng),提高了果實(shí)對(duì)灰霉病的抵抗能力[67]。生長(zhǎng)在水果表面的有益酵母-檸檬形克勒克酵母(Kloeckeraapiculata)使草莓貯藏過(guò)程的TSS、TA等營(yíng)養(yǎng)成分的含量維持在較高水平,且1×108CFU/mL的酵母菌懸液處理效果最好[68]。季也蒙畢赤氏酵母(Pichiaguilliermondii)在草莓保鮮中最為有效的抑菌途徑是與灰霉葡萄孢競(jìng)爭(zhēng)碳源,在碳源相對(duì)最缺乏的混菌培養(yǎng)中的灰霉葡萄孢基本被抑制[69]。除酵母菌外,從草莓根際土壤分離的放線菌菌株T3-5對(duì)草莓灰霉病菌也具有較強(qiáng)拮抗作用,且其菌株發(fā)酵液能夠明顯降低草莓腐爛率[70]。

目前直接用于草莓保鮮的微生物代謝產(chǎn)物主要有納他霉素和乳酸鏈球菌素等,納他霉素是一種由鏈霉菌發(fā)酵產(chǎn)生的天然抗真菌化合物,納他霉素處理能明顯降低貯藏前期草莓表面霉菌和酵母菌數(shù)量,在貯藏后期也能抑制霉菌繁殖,能有效地延緩果實(shí)有機(jī)酸和糖分的下降,抑制草莓果柄中葉綠素的降解,較好地保持果實(shí)的營(yíng)養(yǎng)[71]。乳酸鏈球菌素是乳酸鏈球菌產(chǎn)生的一種多肽物質(zhì),用0.01%溶菌酶與0.10%乳酸鏈球菌素復(fù)配保鮮液處理草莓,貯藏第10 d時(shí),未處理草莓果實(shí)腐爛率達(dá)100%,復(fù)配保鮮液處理草莓腐敗率為60%[72]。雖然微生物拮抗保鮮能取得良好的保鮮效果,但是拮抗菌自身種群的繁殖及作用效果易受到環(huán)境等諸多因素的影響,拮抗菌工業(yè)化制劑的生產(chǎn)、儲(chǔ)存對(duì)環(huán)境條件要求十分嚴(yán)格,每種拮抗菌均有不同的儲(chǔ)存條件,管理復(fù)雜,同時(shí)存在對(duì)潛伏病原菌防治效果不佳、對(duì)病原菌缺乏根除能力等問(wèn)題,在控制突發(fā)性病害或流行性病害上還難以應(yīng)用。此外,拮抗菌在營(yíng)養(yǎng)和空間競(jìng)爭(zhēng)、分泌水解酶及其誘導(dǎo)果實(shí)抗病性的防御機(jī)制等方面的作用機(jī)理還不明確,需要進(jìn)一步研究深入。

4 展望

隨著我國(guó)草莓種植面積的迅猛增加,草莓貯藏保鮮的問(wèn)題日益突出。雖然目前已研究的保鮮技術(shù)已經(jīng)有效的提高了草莓的貯藏期,但是大多數(shù)的草莓保鮮技術(shù)由于存在技術(shù)成本高、工藝復(fù)雜等問(wèn)題,能用于商品化的有效保鮮技術(shù)很少,農(nóng)戶(hù)每年由于機(jī)械損傷和微生物侵染所造成的損失率還是很高。因此,結(jié)合具體情況,今后將著重在以下幾方面進(jìn)行研究:a. 注重產(chǎn)地保鮮。減少在草莓采摘前的微生物侵染,結(jié)合生物防治著重研究草莓致病源及抑制草莓病源真菌生長(zhǎng)繁殖的作用機(jī)理。b. 大力發(fā)展物流保鮮技術(shù)。將物理、化學(xué)、生物等多種保鮮技術(shù)并用,研制新型結(jié)構(gòu)包裝保鮮盒,減少儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中的機(jī)械損傷,增加運(yùn)輸過(guò)程中的保護(hù)性,是現(xiàn)在乃至今后仍需重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。c. 著重研究成本低、高效無(wú)害的草莓保鮮劑。尋找適用于農(nóng)戶(hù)的大規(guī)模使用,可商業(yè)化發(fā)展的保鮮劑,注重實(shí)用性,不能只局限于實(shí)驗(yàn)室層面。同時(shí),在今后的研究中,應(yīng)當(dāng)著重研究草莓采后軟化等生理特性和采后病害侵染的過(guò)程,以及保鮮技術(shù)對(duì)草莓貯藏品質(zhì)的影響的作用機(jī)制,這將有利于開(kāi)發(fā)適合草莓貯藏保鮮的新方法,為草莓腐爛變質(zhì)提供重要的解決途徑。