張艷慧,胡文忠,劉程惠,陳 晨,高紅豆,孫小淵,張曉芳,馮 可

（大連民族大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,生物技術(shù)與資源利用教育部重點實驗室,遼寧 大連 116600）

鮮切果蔬,又稱最少加工果蔬或輕加工果蔬,即對新鮮果蔬進(jìn)行清洗、去皮、去核、切分、包裝和冷藏等處理,使其仍保持新鮮品質(zhì)且可供消費(fèi)者直接食用的產(chǎn)品[1]。近年來,鮮切果蔬因其具有健康、營養(yǎng)、方便等優(yōu)點,深受消費(fèi)者的喜愛,這也使得鮮切果蔬的生產(chǎn)量和消費(fèi)量在全球呈現(xiàn)逐年增加的趨勢[2]。但由于鮮切加工處理會對果蔬產(chǎn)生機(jī)械傷害,引發(fā)一系列的生理生化反應(yīng)[3],使其比未加工的完整果蔬更容易發(fā)生組織軟化、褐變、營養(yǎng)價值降低和貯藏期間的微生物侵染等問題,從而極大縮短了鮮切果蔬的貨架期[4],這也成為限制鮮切果蔬發(fā)展的瓶頸[5]。因此如何保持鮮切果蔬的品質(zhì)及延長其貨架期,已經(jīng)成為了國內(nèi)外科研人員的研究熱點。目前對鮮切果蔬的保鮮方法主要涉及物理方法、化學(xué)方法和生物保鮮劑處理等,其中物理方法因其具有操作簡單、綠色、安全等優(yōu)點受到廣泛關(guān)注和認(rèn)可。傳統(tǒng)的物理保鮮技術(shù)有低溫貯藏和氣調(diào)、臭氧、高壓處理等,光電殺菌技術(shù)是物理方法中的一類新型殺菌技術(shù),主要有紫外線、脈沖光、高壓脈沖電場、發(fā)光二極管（light emitting diode,LED）燈等,因其殺菌效果好,并能夠保存食品本身的生理活性、色、香、味及營養(yǎng)成分,而受到廣泛關(guān)注,成為了近年來食品領(lǐng)域關(guān)注的保鮮技術(shù)[6],具有廣闊的應(yīng)用前景。

1 紫外線照射技術(shù)在鮮切果蔬保鮮中的應(yīng)用

紫外線是指波長在10～400 nm的光線。根據(jù)波段可分為長波紫外線UV-A（波長315～340 nm）、中波紫外線UV-B（波長280～320 nm）和短波紫外線UV-C（波長200～280 nm）。紫外線的殺菌機(jī)理是其不僅能使核酸及蛋白變性,而且能使空氣中氧氣轉(zhuǎn)化為微量臭氧,從而達(dá)到協(xié)同殺菌作用。表1為不同波長紫外線在鮮切果蔬保鮮方面的應(yīng)用。

由表1可知,UV-C在抑制鮮切果蔬微生物生長繁殖方面的應(yīng)用研究較多,這是因為它對微生物的破壞力最強(qiáng),當(dāng)該波段的紫外線照射細(xì)菌體后,細(xì)胞的核蛋白和DNA強(qiáng)烈地吸收該波段的能量,它們之間的鏈被打開而發(fā)生斷裂,從而使細(xì)菌死亡[23]。此外,適宜劑量的UV-B與UV-A照射也均可抑制微生物的生長繁殖[22]。

UV-C照射對鮮切果蔬的保鮮效果與果蔬的種類、照射時間與照射劑量有關(guān)。適宜劑量的UV-C照射可通過維持質(zhì)量、VC含量、可溶性糖含量和提高抗氧化酶活性來提升鮮切果蔬的營養(yǎng)品質(zhì),若照射劑量過高,鮮切果蔬會產(chǎn)生脫水、組織惡化和褐變等不利現(xiàn)象。高劑量的UV-C照射可以更有效地殺滅微生物,但對品質(zhì)會產(chǎn)生不利的影響；因此為了達(dá)到更好的保鮮效果,高劑量的UV-C照射需結(jié)合其他保鮮方式來處理鮮切果蔬,許多研究表明復(fù)合保鮮方法在保持鮮切果蔬的品質(zhì)方面效果更佳[15-17]。目前,UV-B照射處理在鮮切蔬菜中的研究并不多,在鮮切水果上的研究還鮮見報道。Du Wenxian等[19]研究UV-B照射后鮮切蔬菜中可溶性總酚的含量,發(fā)現(xiàn)除鮮切白蘿卜的可溶性總酚含量沒有變化,其他鮮切蔬菜的可溶性總酚含量增加,所以UV-B照射效果可能與蔬菜的種類相關(guān)。雖然UV-A照射比UV-C與UV-B強(qiáng)度低,但UV-A照射可有效延緩褐變[21],而且適宜劑量照射也不會影響鮮切果蔬的感官特性和營養(yǎng)品質(zhì)。綜上,紫外線在鮮切果蔬保鮮行業(yè)具有一定的發(fā)展前景。

表1 紫外線照射技術(shù)在鮮切果蔬保鮮中的應(yīng)用Table 1 Application of ultraviolet irradiation technology in preservation of fresh-cut fruits and vegetables

2 脈沖光處理在鮮切果蔬保鮮中的應(yīng)用

脈沖光殺菌是通過施加短且持續(xù)時間的脈沖光（毫秒級和高頻率）對鮮切果蔬的表面進(jìn)行殺菌消毒[24],其工作原理是脈沖光作用于微生物蛋白質(zhì)和核酸的活性結(jié)構(gòu)并使其變性,使微生物細(xì)胞失去生物活性,抑制其生長繁殖,達(dá)到殺菌目的,具有殺菌快速、高效、節(jié)能、環(huán)保和無殘留等特點。

脈沖光處理在鮮切果蔬保鮮行業(yè)的應(yīng)用起始于1996年,由美國食品藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)用于食品和食品表面殺菌[25]。研究發(fā)現(xiàn),脈沖光處理比連續(xù)紫外線處理殺死枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis）孢子的效率更高,這是因為脈沖光具有更寬光譜范圍與更高的峰值功率[26]。例如,利用脈沖光處理鮮切番茄,發(fā)現(xiàn)其能有效減少微生物的生長,與對照組相比減少2（lg（CFU/g））[27]。趙越[28]利用脈沖光處理鮮切白菜與鮮切油麥菜,4 ℃下貯藏10 d后,處理組的鮮切白菜與鮮切油麥菜的菌落總數(shù)比未處理組分別減少了6.15（lg（CFU/g））與6.26（lg（CFU/g））。但I(xiàn)gnat等[29]利用脈沖光處理鮮切蘋果,發(fā)現(xiàn)高強(qiáng)度的脈沖光對L.monocytogenes的作用不大,而且,隨著脈沖光強(qiáng)度的增強(qiáng),鮮切蘋果褐變不斷加深。研究發(fā)現(xiàn),不同強(qiáng)度（6、12 J/cm2）的脈沖光處理鮮切西瓜[30],會使大腸桿菌（Escherichia coli）與L.monocytogenes數(shù)都有不同程度的減少,但是強(qiáng)度為12 J/cm2的脈沖光處理會對鮮切西瓜的硬度、色澤等品質(zhì)產(chǎn)生不利的影響,可能是由于脈沖光強(qiáng)度過高引起了熱效應(yīng),加速了西瓜組織中水分的蒸發(fā)。對于保持鮮切果蔬的品質(zhì)來說,利用脈沖光處理鮮切哈密瓜[31]與鮮切草莓[32],發(fā)現(xiàn)鮮切哈密瓜的保質(zhì)期與對照組相比延長了20 d,而鮮切草莓也在4、8 J/cm2的脈沖光處理下保持了其感官品質(zhì)與抗氧化活性。Oms-Oliu等[33]用4.8 J/cm2的脈沖光處理鮮切蘑菇,發(fā)現(xiàn)可使其保質(zhì)期延長2～3 d,且不會影響鮮切蘑菇的品質(zhì)與抗氧化活性。綜上,適宜劑量的脈沖光處理能殺滅微生物并保持鮮切果蔬的品質(zhì),并且脈沖光殺菌技術(shù)在提高食品的安全性及延長保質(zhì)期方面有著巨大的潛力。但是目前脈沖光應(yīng)用于鮮切果蔬保鮮方面還處于研究階段[34],不同種類的鮮切果蔬其對脈沖光殺菌劑量的要求和對殺菌效果與品質(zhì)保持的影響還需進(jìn)一步研究。

3 高壓脈沖電場在鮮切果蔬保鮮中的應(yīng)用

高壓脈沖電場是近年來食品非熱處理研究領(lǐng)域的熱點之一,目前關(guān)于其作用機(jī)理還不完全清楚,主要包括電崩解理論、電穿孔理論、點解產(chǎn)物效應(yīng)、臭氧效應(yīng)、電磁機(jī)理模型和黏彈極性形成模型等[35],目前研究者們普遍接受的原理是電崩解理論與電穿孔理論,即在某個臨界場強(qiáng)下脈沖電場會導(dǎo)致細(xì)胞膜的通透性增大,破壞微生物膜內(nèi)外的滲透平衡,從而瞬時破壞微生物的細(xì)胞膜,達(dá)到殺菌的目的,但也不排除在處理過程中幾種理論同時存在導(dǎo)致微生物細(xì)胞破裂的可能[36]。

目前,高壓脈沖電場主要在果蔬汁、茶湯與牛奶等液體食品的殺菌應(yīng)用中研究較多,但其在鮮切果蔬保鮮的應(yīng)用研究在近幾年才剛興起[37]。利用電場強(qiáng)度為30 kV/cm、處理時間為60 μs的高壓脈沖電場技術(shù)處理藍(lán)莓汁,發(fā)現(xiàn)其對藍(lán)莓汁的滅菌率可高達(dá)99%以上；且此技術(shù)對藍(lán)莓汁的品質(zhì)保持具有良好的作用,在4 ℃下貯藏30 d后,藍(lán)莓汁中的花青素與VC的保留率明顯優(yōu)于熱處理,高壓脈沖電場對葡萄汁進(jìn)行處理后也得到了相同的保持品質(zhì)的效果[38-39]。Mannozzi等[40]也研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)80 ℃熱處理結(jié)合脈沖電場處理蘋果汁與胡蘿卜汁時,能夠有效地抑制PPO與POD的活性,且有助于顏色與生物活性化合物的保留。在已有關(guān)于鮮切果蔬保鮮的研究中發(fā)現(xiàn),中等強(qiáng)度脈沖電場在鮮切南瓜保鮮中的應(yīng)用具有顯著效果,它增加了類胡蘿卜素等一些目標(biāo)生物活性化合物的含量[41]。高壓脈沖電場也可有效抑制微生物的繁殖,有助于保持鮮切蘋果的顏色和硬度,并減少酶促褐變[42-43]。該技術(shù)可以維持鮮切果蔬較低的溫度,具有良好的殺菌、滅活酶的效果,并且還能最大程度地保持食品新鮮度和營養(yǎng)成分,是一種理想的殺菌保鮮技術(shù)。但是高壓脈沖電場的設(shè)備價格昂貴,且此技術(shù)是新興技術(shù),其應(yīng)用研究還不十分成熟,對于食品處理的安全性也存在一定的爭議,所以當(dāng)前對高壓脈沖電場的研究主要集中在液體食品的加工上[44]。未來關(guān)于高壓脈沖電場的殺菌技術(shù)在鮮切果蔬保鮮方面的應(yīng)用還值得進(jìn)一步研究。

4 LED燈在鮮切果蔬保鮮中的應(yīng)用

LED是一種直接把電轉(zhuǎn)化為光,并能夠直接發(fā)出紅、綠、藍(lán)、黃、青、紫、橙、白色的光的半導(dǎo)體發(fā)光器件。發(fā)光器件是由無毒的材料組成,屬于典型的綠色照明光源[45-46]。目前LED照射處理作為一種新興的物理保鮮方法,已經(jīng)被證實具有延緩果蔬采后衰老劣變和延長貨架期的作用[46],而且LED燈照射具有操作簡單、成本低廉、無毒害、無副產(chǎn)物殘留、對環(huán)境友好等優(yōu)點[45],也能夠回收再利用,十分環(huán)保。目前,國內(nèi)外大部分的報道都僅僅是研究白色光源的LED燈對鮮切果蔬的保鮮效果[47],例如詹麗娟等[48]研究發(fā)現(xiàn)白色光源LED光照處理能顯著減緩鮮切西蘭花貯藏期間葉綠素降解和黃化,維持類胡蘿卜素、可溶性固形物和抗壞血酸含量,從而使其保持較高的抗氧化力。強(qiáng)度為24 μmol/（m2·s）的白色光源LED燈照射也有利于保持鮮切芹菜的營養(yǎng)品質(zhì)、葉綠素和可溶性糖的含量[49]。Charles等[50]研究發(fā)現(xiàn)白色光源LED燈照射還可以顯著降低鮮切萵苣的切邊褐變。但上述研究均發(fā)現(xiàn)白色光源LED燈照射鮮切果蔬會加速其水分的蒸發(fā),導(dǎo)致鮮切果蔬脫水嚴(yán)重,這是白色光源LED燈應(yīng)用在鮮切果蔬保鮮中遇到的亟待解決的問題。然而,Wang Yubin等[51]卻利用了白色光源LED燈照射可以加速水分蒸發(fā)這一特點,在保質(zhì)期內(nèi)用3000 lx的白色光源照射鮮切西瓜,加速其水分蒸發(fā),通過降低多聚半乳糖醛酸酶的活性及細(xì)胞壁降解的比例來減少西瓜的滴落損失,這對鮮切西瓜的商業(yè)發(fā)展起到了積極的作用。

目前除了白色光源外,其他不同單色LED燈照射鮮切果蔬保鮮的研究還鮮見報道。但有報道發(fā)現(xiàn)釆后果蔬尤其是綠色果蔬在不同單色LED燈照射的光照條件下仍可進(jìn)行光合作用,從而補(bǔ)充了呼吸作用所消耗的營養(yǎng),達(dá)到保鮮的目的[45],因此,建議將該技術(shù)用于鮮切果蔬保鮮的研究,進(jìn)一步為其保鮮技術(shù)發(fā)展提供新的思路。

5 結(jié) 語

隨著鮮切行業(yè)在國內(nèi)外的興起,鮮切果蔬逐漸成為了未來農(nóng)產(chǎn)品加工的大方向,同時帶動了鮮切果蔬保鮮技術(shù)的迅速發(fā)展。光電殺菌技術(shù)作為物理殺菌技術(shù)中的新型綠色殺菌技術(shù),可以有效地抑制鮮切果蔬中微生物的生長繁殖,同時對保持其品質(zhì)也有很好的效果,在鮮切果蔬的保鮮技術(shù)應(yīng)用中占有重要地位。因不同種類的鮮切果蔬其本身特點不同,所以要選擇的光電殺菌技術(shù)中的處理方法也不同,從上面的論述中可以得出,針對不同的鮮切果蔬,要通過實驗來選擇適宜的光電處理條件,以達(dá)到最佳的保鮮效果,獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)目前4 種光電殺菌技術(shù)在鮮切果蔬保鮮中的應(yīng)用進(jìn)展可以看出,紫外線技術(shù)應(yīng)用比較廣泛,脈沖光與高壓脈沖電場技術(shù)的應(yīng)用正在興起,而不同波長單色LED燈的研究正處于初級階段,有很大的研究空間。在上述的所有研究中,高強(qiáng)度的光電處理對鮮切果蔬的殺菌效果十分明顯,但幾乎都會對其品質(zhì)產(chǎn)生不利的影響,在未來可以聯(lián)合其他的保鮮技術(shù)來處理鮮切果蔬,使光電殺菌技術(shù)可以在高劑量徹底殺滅微生物的情況下依然保持其品質(zhì)不受影響?？傊?光電殺菌技術(shù)的應(yīng)用前景非常廣闊,也是未來的一個重要研究方向。