俞靜芬，林旭東，尚海濤，盧超兒，陳曙穎

（1.寧波市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，浙江 寧波 315040；2.寧波市綠盛菜籃子商品配送有限公司，浙江 寧波 315000）

果蔬富含多種維生素、多酚類、黃酮類等活性組分，可以提高機(jī)體免疫力，促進(jìn)腸道活力，對(duì)維護(hù)人體健康具有重要的促進(jìn)作用。微生物污染和酶促褐變已逐漸成為果蔬保鮮中的兩大難題。微生物污染發(fā)生在果蔬采摘、加工、運(yùn)輸、貯藏的各個(gè)環(huán)節(jié)，不僅降低了果蔬的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值與感官品質(zhì)，而且極易引起食源性疾病，危害人體健康。全世界50%以上的果蔬及其加工產(chǎn)品的損失是由于酶促褐變引起的，酶促褐變對(duì)果蔬產(chǎn)業(yè)造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失[1]。因此，果蔬保鮮問(wèn)題一直是食品工業(yè)領(lǐng)域中研究的重要內(nèi)容。目前多采用熱加工技術(shù)滅活果蔬中的微生物和內(nèi)源酶，但同時(shí)會(huì)破壞果蔬中的熱敏性成分，進(jìn)而降低果蔬的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，造成感官品質(zhì)劣變。近年來(lái)，因具有處理溫度低、處理時(shí)間短、不破壞熱敏性成分等優(yōu)點(diǎn)，脈沖強(qiáng)光（Pulsed light,PL）、脈沖電場(chǎng)、超高壓、超聲波、低溫等離子體、高壓二氧化碳技術(shù)等非熱加工技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用受到了人們的廣泛關(guān)注[2-5]。

PL 是一種新型非熱加工技術(shù)，具有時(shí)間短、能耗低、無(wú)污染的優(yōu)點(diǎn)。研究證實(shí)，PL 能夠有效滅活食品中的微生物及內(nèi)源酶，在果蔬保鮮領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用潛力[6-7]。本文綜述了PL 在果蔬殺菌和鈍酶領(lǐng)域的國(guó)內(nèi)外最新研究進(jìn)展，并對(duì)今后的研究方向進(jìn)行了展望，旨在為PL 在果蔬保鮮中的廣泛應(yīng)用提供參考。

1 脈沖強(qiáng)光概述

PL 又稱脈沖紫外線、強(qiáng)光脈沖、高強(qiáng)度廣譜脈沖光、高強(qiáng)度脈沖紫外光和脈沖白光，由寬范圍的“白光”光譜組成，具有高強(qiáng)度、短脈沖的持續(xù)脈沖光，其光譜范圍包括紫外光區(qū)（λ=200～400 nm），可見(jiàn)光區(qū)（λ=400～700 nm）和紅外光區(qū)（λ=700～1 100 nm）[8-10]。雖然PL 具有與太陽(yáng)光相似的光譜范圍，但是PL 光譜輸出富含紫外光區(qū)域而太陽(yáng)光光譜輸出富含可見(jiàn)光區(qū)域，而且PL 產(chǎn)生的脈沖光強(qiáng)度很高，約為到達(dá)海平面處太陽(yáng)光強(qiáng)度的2 萬(wàn)倍[10-11]。

1.1 脈沖強(qiáng)光裝置

如圖1 所示，PL 設(shè)備由動(dòng)力單元、控制單元和處理單元3 部分組成[12]。動(dòng)力單元的功能是將低壓交流電轉(zhuǎn)換成高壓直流電，然后將其傳輸?shù)诫娙萜鲀?nèi)進(jìn)行儲(chǔ)存，當(dāng)電容器內(nèi)的電壓達(dá)到一定數(shù)值之后，通過(guò)瞬時(shí)的高壓脈沖放電將電能輸送至氙氣閃光燈?？刂茊卧墓δ苁菍⒏吖β实碾娒}沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成高能量的瞬時(shí)光輻射。處理單元的功能是為光輻射作用于物品表面進(jìn)行殺菌或鈍酶提供處理場(chǎng)所[13-14]。

圖1 PL 處理裝置Fig.1 PL processing device

1.2 脈沖強(qiáng)光處理效果的影響因素

PL 的處理效果主要受脈沖強(qiáng)度、脈沖次數(shù)、微生物種類、樣品特性等因素的影響[12,15]。研究證實(shí)，PL 的處理效果隨脈沖強(qiáng)度的增加而增強(qiáng)。Aguirre 等[16]發(fā)現(xiàn)，使用較高脈沖強(qiáng)度（0.525 J/cm2）處理單細(xì)胞增生李斯特菌比低脈沖強(qiáng)度（0.175 J/cm2）的滅活率提高了65.9%。PL 的處理效果隨脈沖次數(shù)的增加而增強(qiáng)。馬鳳鳴等[15]研究發(fā)現(xiàn)，使用較高脈沖次數(shù)（256 次）處理多酚氧化酶比低脈沖次數(shù)（1 次）的失活率提高了32.34%。PL 對(duì)細(xì)菌的殺菌效果優(yōu)于孢子和真菌[17]。

2 脈沖強(qiáng)光殺菌技術(shù)

PL 具有穿透力高、能耗低、殺菌效率高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于果蔬、肉類、乳制品等的殺菌保鮮[18-21]。

2.1 脈沖強(qiáng)光殺菌機(jī)制

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)PL 的殺菌機(jī)制進(jìn)行了廣泛研究，目前普遍認(rèn)為其作用機(jī)制主要包括光化學(xué)、光熱和光物理效應(yīng)3 個(gè)方面。根據(jù)處理?xiàng)l件和微生物類型，上述3 個(gè)機(jī)制間可以獨(dú)自或協(xié)同作用使微生物滅活[22]。光化學(xué)效應(yīng)是指微生物的DNA 會(huì)吸收PL 中的紫外光形成胸腺嘧啶二聚體，進(jìn)而阻礙微生物DNA 的自我復(fù)制過(guò)程，從而導(dǎo)致其失活[23]；同時(shí)光輻射可破壞蛋白質(zhì)的空間結(jié)構(gòu)，致使特定酶失活，最終導(dǎo)致微生物被徹底滅活[24]。光物理效應(yīng)是指高能量的脈沖作用于微生物時(shí)，會(huì)破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，引起細(xì)胞膜通透性增加，致使細(xì)胞內(nèi)容物外泄，最終導(dǎo)致微生物死亡[25]。光熱效應(yīng)是指PL 處理微生物后，會(huì)引發(fā)微生物表面產(chǎn)生瞬時(shí)過(guò)熱現(xiàn)象，導(dǎo)致微生物細(xì)胞膜完整性喪失，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)微生物的滅活[26]。

2.2 脈沖強(qiáng)光在果蔬殺菌中的應(yīng)用

研究證實(shí)，PL 能夠殺滅藍(lán)莓、覆盆子、草莓、鮮切牛油果、菠菜等在采摘、加工、運(yùn)輸、貯藏過(guò)程中伴生的沙門氏菌、大腸桿菌、無(wú)毒李斯特菌、釀酒酵母等有害微生物，從而達(dá)到延長(zhǎng)果蔬貨架期以及保鮮的目的（表1）。

表1 PL 在果蔬殺菌中的應(yīng)用Table 1 Application of PL in the sterilization of fruits and vegetables

Bialka 等[27]使用脈沖強(qiáng)度為22.6 J/cm2的PL 處理藍(lán)莓，發(fā)現(xiàn)其表面腸道沙門氏菌、大腸桿菌O157:H7和沙門氏菌的數(shù)量分別減少4.3 lg(CFU/g)、2.9 lg(CFU/g)和3.4 lg(CFU/g)。與此類似，Agüero 等[31]研究表明，菠菜經(jīng)0.8 J/cm2PL 處理后，其表面腸道無(wú)毒李斯特菌和大腸桿菌的數(shù)量分別減少1.85 lg(CFU/g)和1.72 lg(CFU/g)。

2.3 脈沖強(qiáng)光對(duì)果蔬品質(zhì)的影響

國(guó)內(nèi)外學(xué)者在廣泛研究PL 在果蔬殺菌中應(yīng)用的同時(shí)，也評(píng)價(jià)了其對(duì)果蔬感官品質(zhì)（如外觀、色澤、質(zhì)地、口感等）和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)（如多酚含量、維生素含量、抗氧化能力等）的影響[33]。

2.3.1 脈沖強(qiáng)光對(duì)果蔬感官品質(zhì)的影響

Bialka 等[27-28]和Ramos-Villarroel 等[29]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)PL 處理的藍(lán)莓、覆盆子和草莓，其色澤和感官特性（如硬度、氣味、口感等）無(wú)明顯變化。同樣，Avalos-Llano 等[34]發(fā)現(xiàn)，分別經(jīng)4 J/cm2和8 J/cm2的PL 處理后，草莓硬度未發(fā)生顯著變化。另外，Lopes 等[35]研究表明，經(jīng)過(guò)PL 處理的芒果在貯藏7 d 后果皮的色度值增加了140%，果肉的色度值增加了130%。然而，Gómez-López 等[36]研究發(fā)現(xiàn)，在脈沖距離12.8 cm，脈沖能量7 J，脈沖數(shù)量2 700 個(gè)的條件下，經(jīng)PL 處理的萵苣出現(xiàn)變色，鮮切白菜出現(xiàn)塑料般的異味。

2.3.2 脈沖強(qiáng)光對(duì)果蔬營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響

大量研究表明，PL 處理未對(duì)果蔬中的營(yíng)養(yǎng)成分造成不利影響。Avalos-Llano 等[34]發(fā)現(xiàn)，在脈沖強(qiáng)度分別為4 J/cm2和8 J/cm2的條件下使用PL 處理鮮切草莓，其VC 和總花色苷含量并未發(fā)生變化。另外，Aguiló-Aguayo 等[30]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)PL 處理的西紅柿，其營(yíng)養(yǎng)成分如β-胡蘿卜素、α-胡蘿卜素和總番茄紅素的含量都顯著增加。同樣地，Agüero 等[31]觀察到菠菜經(jīng)PL 處理后，其多酚類化合物含量和抗氧化活性均略有增加。

3 脈沖強(qiáng)光鈍酶技術(shù)

果蔬在貯藏加工過(guò)程中極易發(fā)生酶促褐變，造成其營(yíng)養(yǎng)和感官品質(zhì)的降低。研究證實(shí)，PL 處理能夠有效滅活果蔬中多酚氧化酶（Polyphenol oxidase，PPO）、過(guò)氧化物酶（Peroxidase，POD）等的活性，進(jìn)而有效抑制酶促褐變的發(fā)生[37-38]。

3.1 脈沖強(qiáng)光鈍酶機(jī)制

PL 的鈍酶機(jī)制可能是經(jīng)PL 處理后蛋白質(zhì)發(fā)生聚集或分解現(xiàn)象，進(jìn)而抑制酶的活性。研究證實(shí)，PL處理可引發(fā)氨基酸殘基之間發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，引起蛋白質(zhì)發(fā)生聚集現(xiàn)象，進(jìn)而造成蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，最終導(dǎo)致酶活性的喪失[39]。此外，脈沖光會(huì)通過(guò)激發(fā)Trp、Tyr、Phe、Met 和Cys 基團(tuán)影響蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)，從而誘導(dǎo)二硫鍵（S-S）的還原，二硫鍵的斷裂將直接破壞蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致其生物學(xué)活性的喪失[40]。Manzocco 等[41]通過(guò)分析高效液相色譜發(fā)現(xiàn)，脈沖光通過(guò)誘導(dǎo)蛋白質(zhì)聚集和骨架裂解，從而對(duì)PPO 的蛋白結(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾，最終導(dǎo)致了PPO 的失活。

3.2 脈沖強(qiáng)光在果蔬鈍酶中的應(yīng)用

彭光華等[42]將荸薺經(jīng)PL 處理15 min 后進(jìn)行貯藏試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其POD 活性被有效抑制。馬鳳鳴等[15]發(fā)現(xiàn)PL 處理能夠顯著失活從梨中提取的PPO。同樣地，劉亮等[43]研究發(fā)現(xiàn)，從水蜜桃中提取的PPO 在脈沖強(qiáng)度240 mJ/cm2，脈沖次數(shù)12 次，pH 值4.2 的條件下經(jīng)PL 處理后，其殘余酶活性僅剩20.62%。周婷婷等[44]研究了經(jīng)PL 處理的雙孢蘑菇貯藏不同時(shí)間后其PPO 和POD 活性的變化，發(fā)現(xiàn)在貯藏后期其PPO 和POD 活性均顯著降低。但是，PL 處理強(qiáng)度過(guò)高會(huì)加速果蔬的酶促褐變。Gómez 等[45]發(fā)現(xiàn)，經(jīng)PL 處理的鮮切蘋果，其表面褐變程度會(huì)隨著處理強(qiáng)度的增大而增強(qiáng)。造成此種現(xiàn)象的原因可能是由于蘋果鮮切后，使得酶與底物的接觸機(jī)會(huì)增多，而過(guò)高強(qiáng)度的PL 會(huì)加速組織褐變[46]。針對(duì)上述問(wèn)題，可在PL 處理前對(duì)果蔬添加抗褐變劑（如抗壞血酸、檸檬酸、L-半胱氨酸等）等方法抑制酶促褐變的發(fā)生[47]。Gómez 等[48]發(fā)現(xiàn)與PL單獨(dú)處理相比，PL 協(xié)同抗壞血酸處理能夠顯著抑制鮮切蘋果的褐變。

4 結(jié)語(yǔ)

脈沖強(qiáng)光技術(shù)作為一種新型非熱加工技術(shù)，在果蔬保鮮領(lǐng)域中具有巨大的應(yīng)用前景。在今后的工作中首先應(yīng)解決PL 對(duì)食品表面和食品內(nèi)部殺菌不均勻的問(wèn)題；其次，應(yīng)采取措施控制PL 熱效應(yīng)對(duì)果蔬品質(zhì)造成的不良影響；此外，在實(shí)際生產(chǎn)中可以將PL與其他技術(shù)協(xié)同處理，以提高其殺菌鈍酶效果，從而不斷推動(dòng)PL 技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用。