趙琪琪，胡文忠，陳 晨，劉程惠，馮 可，姜愛(ài)麗，劉思思，張艷慧

（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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧大連 116600）

二氧化氯（ClO2）是一種具有強(qiáng)氧化性的高效廣譜殺菌劑，其有效氯含量為263%，氧化能力是Cl2的2.5倍。與傳統(tǒng)的含氯殺菌劑（氯氣、次氯酸鈣、次氯酸鈉等）相比，ClO2因具有更強(qiáng)的殺菌效果，且具有持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，不發(fā)生氯的替代反應(yīng)，不易產(chǎn)生致癌、致畸變的有機(jī)氯代產(chǎn)物，無(wú)毒副作用，無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)[1]，已經(jīng)成為世界公認(rèn)理想的傳統(tǒng)氯系消毒劑替代產(chǎn)品，并被世界衛(wèi)生組織（WHO）列為A1級(jí)安全消毒劑。1811年，英國(guó)科學(xué)家Humphrey Davy用硫酸將氯酸鉀酸化制得ClO2氣體，到上世紀(jì)二十年代德國(guó)科學(xué)家Eric Schmidt發(fā)現(xiàn)了二氧化氯的漂白作用，1940年美國(guó)率先采用它處理飲用水，取得良好效果，之后迅速推廣到全世界，1988年美國(guó)環(huán)保署（USEPA）正式將ClO2氣體注冊(cè)為消毒劑。2001年，美國(guó)炭疽郵件事件中，USEPA發(fā)現(xiàn)了ClO2氣體對(duì)疑似炭疽污染的參議院辦公大樓等空間污染具有良好的消毒效果，并于2004年正式將ClO2氣體注冊(cè)為滅菌劑[2]。國(guó)內(nèi)于2006年開(kāi)始研究ClO2氣體對(duì)果蔬的殺菌保鮮，空間、物體表面消毒及去除甲醛污染等殺菌效果。目前已被眾多國(guó)家廣泛應(yīng)用于食品生產(chǎn)、飲用水、醫(yī)療器械、室內(nèi)污染、公共衛(wèi)生等方面的消毒殺菌。

ClO2有液態(tài)和氣態(tài)兩種形式，前些年常用液態(tài)ClO2對(duì)果蔬的采后貯藏進(jìn)行殺菌和保鮮處理，然而近些年的研究發(fā)現(xiàn)，與液態(tài)相比，氣態(tài)ClO2具有更好的擴(kuò)散性和穿透性，其殺菌效果更好，更安全，故更適合采后果蔬的貯藏保鮮[3]。康慧芳等[4]發(fā)現(xiàn)ClO2氣體在顯著抑制采后葡萄鏈格孢菌菌落生長(zhǎng)、孢子形成及芽管伸長(zhǎng)抑制率的同時(shí)，還可以延緩果實(shí)中丙二醛含量的積累，維持較高的抗氧化活性；Hyowon等[5]研究表明ClO2氣體延緩了獼猴桃的成熟進(jìn)程以及腐爛發(fā)生率和表面微生物數(shù)量。ClO2氣體不僅具有廣譜抑菌活性，還可以通過(guò)調(diào)節(jié)采后果蔬生理代謝失調(diào)，阻止果蔬的失水軟化、成熟衰老、酶促褐變和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)下降，從而改善果蔬的貯藏品質(zhì)。

因此，ClO2氣體在果蔬貯藏保鮮和病害控制方面具有廣闊的應(yīng)用前景。但是目前ClO2氣體對(duì)不同種類果蔬殺菌效果和生理變化的影響都不同，并且它的安全使用標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)范不明確，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)制備ClO2的設(shè)備要求高，這些問(wèn)題均限制了ClO2氣體在果蔬保鮮中的應(yīng)用。本論文全面分析了ClO2氣體在采后果蔬生理、營(yíng)養(yǎng)和安全方面的應(yīng)用情況及其目前應(yīng)用的限制性因素，并對(duì)其未來(lái)的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望，旨在為果蔬采后保鮮提供參考依據(jù)。

1 ClO2氣體處理對(duì)果蔬采后生理變化的影響

果蔬在采后貯藏過(guò)程中容易因自身衰老和脅迫作用，誘發(fā)乙烯的產(chǎn)生，導(dǎo)致乙烯生理效應(yīng)，致使果蔬的呼吸強(qiáng)度提高、次生代謝物質(zhì)生成、膜脂代謝和能量代謝發(fā)生變化等。這些生理效應(yīng)會(huì)促進(jìn)果蔬器官組織的成熟衰老，對(duì)果蔬的品質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值及保質(zhì)期都將產(chǎn)生不利的影響。

1.1 乙烯代謝和呼吸代謝

采后果蔬中的乙烯含量與呼吸速率之間呈正相關(guān)，并且乙烯代謝引起的任何呼吸升高都會(huì)造成果蔬貯存物質(zhì)損失并降低其貯藏品質(zhì)。Guo等[6]研究表明，ClO2氣體可以通過(guò)抑制1-氨基環(huán)丙烷-1-羧酸合酶（ACS）和1-氨基環(huán)丙烷氧化酶（ACO）的基因（LeACS2、LeACS4和LeACO1）表達(dá)來(lái)抑制乙烯的生成。植物線粒體中有多條電子傳遞途徑，其中最重要的是細(xì)胞色素途徑（COX）和交替途徑（AOX）。當(dāng)果蔬逐漸衰老和受到脅迫作用時(shí)，AOX會(huì)通過(guò)消耗更多的呼吸底物，來(lái)適應(yīng)自身和外界環(huán)境的變化。Xu等[7]研究表明，LeAOX1a在AOX呼吸中起主導(dǎo)作用，ClO2氣體可通過(guò)抑制COX的呼吸作用和LeCOX1的表達(dá)，達(dá)到抑制總呼吸的作用[8]。另外，Guo等[6]，Liao等[9]還發(fā)現(xiàn)，AOX在誘導(dǎo)果蔬中活性氧（ROS）減少以增強(qiáng)果蔬基礎(chǔ)防御中起關(guān)鍵作用，番茄經(jīng)ClO2氣體處理后，果實(shí)的基礎(chǔ)防御能力得到了增強(qiáng)。然而，ClO2氣體影響AOX途徑和COX途徑呼吸的因素仍不夠清楚，值得進(jìn)一步研究。

1.2 膜脂代謝

果蔬在貯藏過(guò)程中的機(jī)械傷害、病原菌侵染和自然衰老均會(huì)導(dǎo)致果蔬快速氧化應(yīng)激反應(yīng)，產(chǎn)生大量的ROS自由基，例如超氧陰離子（）、過(guò)氧化氫（H2O2）和羥基自由基（OH·），這些ROS一旦形成，就會(huì)引起連鎖反應(yīng)，從而導(dǎo)致ROS大量積累，引起膜脂氧化損傷，增加細(xì)胞膜的通透性并加速衰老，加速果蔬品質(zhì)劣變。Warunee等[10]發(fā)現(xiàn)ClO2氣體能夠有效抑制H2O2產(chǎn)生，還能與已生成的H2O2發(fā)生反應(yīng)生成無(wú)害的氧氣和亞氯酸，從而降低H2O2的含量，減少龍眼果皮褐變并延長(zhǎng)其貨架期，同時(shí)，低濃度的H2O2還可以作為信號(hào)分子誘導(dǎo)激活抗氧化防御系統(tǒng)。細(xì)胞外H2O2是由高效的質(zhì)膜煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶（NOX）/超氧化物歧化酶（SOD）系統(tǒng)產(chǎn)生的，在NOX/SOD系統(tǒng)中，NOX將電子從細(xì)胞質(zhì)煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）轉(zhuǎn)移到分子O2，形成），再通過(guò)SOD將歧化為H2O2，隨后，細(xì)胞外H2O2進(jìn)入細(xì)胞，使細(xì)胞內(nèi)H2O2水平升高，進(jìn)而介導(dǎo)由多種非生物脅迫和某些化學(xué)處理觸發(fā)的快速系統(tǒng)信號(hào)傳導(dǎo)途[11]。ClO2氣體處理龍眼后觸發(fā)了NOX依賴的H2O2生成，從而激活了龍眼的抗氧化防御系統(tǒng)，使其抗氧化能力增強(qiáng)，同時(shí)提高了質(zhì)膜煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶（RbohD）和SOD的表達(dá)，減輕ROS引起的膜脂過(guò)氧化，進(jìn)而減少龍眼果皮褐變并保持其貯藏品質(zhì)[12]。此外，脂氧合酶（LOX）會(huì)催化膜脂過(guò)氧化的發(fā)生，ROS通過(guò)增強(qiáng)LOX活性，加劇果蔬膜脂過(guò)氧化程度，使膜脂過(guò)氧化產(chǎn)物共軛二烯和丙二醛（MDA）積累，從而導(dǎo)致細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)破壞或通透性增加。Warunee等[10]發(fā)現(xiàn)ClO2氣體可以通過(guò)降低LOX活性、共軛二烯含量、MDA含量和電解質(zhì)滲漏率，降低膜脂過(guò)氧化程度，維持龍眼果皮在貯藏期間的膜完整性。同時(shí)，ClO2氣體還可以通過(guò)降低ROS水平來(lái)抑制LOX活性，從而降低杭白菜的MDA含量，減輕細(xì)胞膜損害程度，延緩其衰老[13]。

1.3 次生代謝物質(zhì)

果蔬組織中存在著大量類黃酮、花青素和酚類物質(zhì)等植物次生代謝產(chǎn)物，其與果蔬的色澤發(fā)育、品質(zhì)和風(fēng)味形成、成熟衰老、組織褐變等密切相關(guān)，同時(shí)也是果蔬中重要的抗氧化物質(zhì)，是反映果蔬品質(zhì)的重要指標(biāo)。Jiang等[14]發(fā)現(xiàn)ClO2處理可以增加綠色核桃的黃酮和總酚含量，提高其貯藏過(guò)程中的還原能力和自由基清除能力。ClO2氣體也可以減少藍(lán)莓貯藏過(guò)程中花青素含量的降低[15]。但也有另一種研究表明，草莓在采收后仍生物合成了花青素，其花青素含量增加與ClO2無(wú)關(guān)[16]。此外，果蔬的脅迫作用會(huì)誘發(fā)苯丙烷類代謝途徑的相關(guān)防御酶如苯丙氨酸解氨酶（PAL）、過(guò)氧化物酶（POD）和多酚氧化酶（PPO）等活性的提高。PAL可以催化苯丙烷類代謝途徑生成果蔬抗菌化合物如酚類物質(zhì)、黃酮類物質(zhì)和木質(zhì)素等，POD在清除果蔬細(xì)胞內(nèi)有害物質(zhì)、保護(hù)酶蛋白以及木質(zhì)素合成過(guò)程中起重要作用，而PPO能將酚類物質(zhì)氧化為高毒性的醌類物質(zhì)，迅速殺死侵入的病原菌，并抑制其生長(zhǎng)[17]。ClO2處理可以提高厚皮甜瓜果實(shí)傷口處PAL、POD和PPO活性，使果實(shí)傷口處的總酚、類黃酮和木質(zhì)素含量積累，抑制了病原菌的生長(zhǎng)，從而有效促進(jìn)厚皮甜瓜果實(shí)的采后愈傷，防止了病原菌由傷口處侵入，維持了果蔬的貯藏品質(zhì)[18]。

1.4 能量代謝

隨著貯藏時(shí)間延長(zhǎng)，果蔬為了維持自身生理代謝，會(huì)消耗體內(nèi)大量能量[19]，而組織能量虧缺是引起采后果蔬衰老的關(guān)鍵因素[20]。三磷酸腺苷（ATP）和能量電荷（EC）是反映細(xì)胞能量狀態(tài)的重要指標(biāo)，果蔬貯藏期間受環(huán)境脅迫和衰老因素影響會(huì)下調(diào)電子傳遞鏈（ETC）和三羧酸（TCA）循環(huán)中關(guān)鍵酶的基因表達(dá)水平和活性[21]，導(dǎo)致ATP和EC含量降低，而較高的ATP和EC水平有利于采后果蔬在貯藏期間保持良好的品質(zhì)和延緩衰老[22]。線粒體三磷酸腺苷酶（ATPase），如H+-ATPase、Ca2+-ATPase和Mg2+-ATPase，是位于線粒體內(nèi)膜中負(fù)責(zé)合成和提供能量的穩(wěn)態(tài)酶的關(guān)鍵，且線粒體中產(chǎn)能酶和ATPase的活性與ATP含量呈正相關(guān)[23]。ClO2氣體不僅可以激活龍眼中NADH脫氫酶（NADH-DH）、琥珀酸脫氫酶（SDH）和細(xì)胞色素c氧化酶（CCO）等產(chǎn)能酶的活性，通過(guò)ETC中的泛醌循環(huán)促進(jìn)電子流動(dòng)，再經(jīng)過(guò)氧化磷酸化為龍眼提供足夠的細(xì)胞能量，顯著增加了龍眼中ATP和EC含量，降低了龍眼果皮褐變，還可以通過(guò)增強(qiáng)質(zhì)子跨線粒體膜轉(zhuǎn)運(yùn)和建立質(zhì)子電化學(xué)梯度的能力，增強(qiáng)了Ca+和Mg2+從胞質(zhì)溶膠向線粒體的轉(zhuǎn)移能力，從而提高了龍眼線粒體ATPase（H+-ATPase、Ca2+-ATPase和Mg2+-ATPase）等產(chǎn)能酶活性，維持了龍眼中離子平衡和線粒體完整性，并有效抑制了呼吸速率的增加，延緩龍眼的衰老[24]。

另外，ATP也可以通過(guò)TCA循環(huán)的底物水平磷酸化生成，先通過(guò)琥珀酰-CoA合成酶（SCS）催化琥珀酰-CoA和ADP轉(zhuǎn)化為琥珀酸酯，琥珀酸酯再由底物水平磷酸化的方式被SDH氧化合成ATP。ClO2氣體在TCA循環(huán)中激活了SCS活性，提高了琥珀酸和琥珀酰-CoA的含量，再通過(guò)底物水平磷酸化（高的SCS活性和琥珀酰-CoA的含量）以及氧化磷酸化（高的SDH活性和琥珀酸的含量）來(lái)促進(jìn)ATP生成[24]。此外，氧化還原狀態(tài)也是控制某些果蔬衰老的關(guān)鍵因素，氧化還原電位的改變，會(huì)使果蔬在不同脅迫條件下的能量產(chǎn)生減少，從而導(dǎo)致果蔬衰老[25]。細(xì)胞的氧化還原狀態(tài)可以通過(guò)細(xì)胞中個(gè)別氧化還原活性分子的氧化還原狀態(tài)來(lái)體現(xiàn)，如在呼吸作用中，氧化還原狀態(tài)可以設(shè)想為氧化煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）與NADH（NAD/NADH）和泛醌（Q）與泛醌（QH2）（Q/QH2）之比[26]。Athiwat等[26]研究發(fā)現(xiàn)ClO2氣體一方面通過(guò)激活Q水平來(lái)引起QH2的變化，從而改變細(xì)胞的氧化還原狀態(tài)，進(jìn)而激活選擇性氧化酶(AOX)途徑以防止果蔬損傷，另一方面通過(guò)增加NAD水平，上調(diào)TCA循環(huán)中的關(guān)鍵酶異檸檬酸脫氫酶活性，從而增加NADH水平，維持細(xì)胞氧化還原狀態(tài)，延長(zhǎng)龍眼的貨架期。綜上，ClO2氣體不僅能通過(guò)提高能量代謝相關(guān)酶活性促進(jìn)和維持能量的產(chǎn)生，還能通過(guò)改變果蔬氧化還原狀態(tài)，維持果蔬細(xì)胞膜的完整性，從而來(lái)延緩果蔬采后衰老和褐變。

2 ClO2氣體處理對(duì)果蔬采后貯藏品質(zhì)的影響

果蔬在采摘后，在貯藏過(guò)程中它原有已累積的有機(jī)物質(zhì)會(huì)為了維持體內(nèi)的各種生理代謝而消耗，最終造成果蔬的失水軟化、外觀品質(zhì)劣變和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)下降。

2.1 蒸騰失水

果蔬的失重是由蒸騰失水和干物質(zhì)消耗所造成的質(zhì)量減少。當(dāng)果蔬因蒸騰作用失去水分時(shí)，破壞了細(xì)胞膜、細(xì)胞器和酶之間的穩(wěn)定性，引起果蔬生理代謝失調(diào)，導(dǎo)致其細(xì)胞膨壓下降出現(xiàn)萎蔫，水解酶活性提高，使呼吸底物增加，從而進(jìn)一步刺激呼吸作用，加速了果蔬細(xì)胞內(nèi)貯藏物質(zhì)的消耗，降低其耐貯性。ClO2氣體可以通過(guò)抑制果蔬的呼吸作用，減少蒸騰失水，來(lái)降低失重率[27]。Mehmet等[28]發(fā)現(xiàn)在5×10?6~10×10?6mg·L?1ClO2氣體濃度范圍內(nèi)，草莓的硬度隨著ClO2氣體濃度的增加而增加，因?yàn)镃lO2氣體處理可以誘導(dǎo)草莓關(guān)閉氣孔，從而減緩了草莓的蒸騰失水。

2.2 軟化

硬度是決定果蔬品質(zhì)的重要因素。在果蔬的成熟過(guò)程中，淀粉水解酶和果膠降解酶會(huì)使構(gòu)成細(xì)胞壁的肽聚糖和果膠結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而導(dǎo)致果蔬硬度下降。ClO2氣體可以降低淀粉水解酶和果膠降解酶的活性，從而保持果蔬細(xì)胞壁的完整性和硬度[29]，適宜濃度的ClO2氣體處理還可以提高番茄的硬度[30]。此外，乙烯也是導(dǎo)致果蔬在成熟過(guò)程中軟化的原因之一。在果蔬的貯藏過(guò)程中，由于蛋氨酸等代謝作用會(huì)生物合成出乙烯，加速果蔬衰老，降低其耐貯性。ClO2氣體處理可以通過(guò)影響乙烯生物合成基因的表達(dá)，阻止蛋氨酸合成為乙烯并破壞已經(jīng)形成的乙烯，減少果蔬軟化，從而延緩其衰老[31]。然而，也有一些研究表明，過(guò)高濃度的ClO2氣體可能會(huì)導(dǎo)致果蔬細(xì)胞壁聚合物的氧化，改變細(xì)胞壁的通透性，從而導(dǎo)致果蔬失水軟化，例如使用10 mg·L?1ClO2氣體處理番茄180 s后會(huì)造成其表皮起皺[27]。

2.3 色澤

外觀品質(zhì)改變是影響采后果蔬商品價(jià)值的重要因素之一，采后果蔬由于自身衰老和脅迫作用，導(dǎo)致其組織結(jié)構(gòu)和細(xì)胞空間區(qū)域化喪失，從而使PPO與酚類底物接觸，誘發(fā)了酶促褐變，進(jìn)而影響果蔬感官品質(zhì)，縮短了貨架期。ClO2氣體處理可以通過(guò)氧化果蔬中PPO活性位點(diǎn)上的二硫鍵和氨基酸，抑制PPO的活性，控制果蔬褐變[32]，還可以通過(guò)抑制采后青椒葉綠素分解和類胡蘿卜素合成途徑相關(guān)基因的表達(dá)來(lái)延緩變紅，從而延緩青椒的成熟[33]。然而也有一些研究發(fā)現(xiàn)，ClO2氣體會(huì)加劇果蔬的褐變，如葡萄柚在經(jīng)過(guò)14.5 mg·L?1的ClO2氣體處理后表皮出現(xiàn)褐變[34]；生菜在5 mg·L?1的ClO2氣體處理后葉片出現(xiàn)白棕色[35]；蘋(píng)果在4.32 mg·L?1的ClO2氣體處理后表皮出現(xiàn)黑點(diǎn)[36]，對(duì)于這些現(xiàn)象產(chǎn)生的原因值得進(jìn)一步探討。此外，高濃度的ClO2氣體處理還會(huì)導(dǎo)致一些果蔬（如草莓、胡蘿卜、生菜等）被漂白，其原因可能是ClO2氣體的強(qiáng)氧化作用，導(dǎo)致果蔬中半纖維素、纖維素、木質(zhì)素和葉綠素被氧化[33]。因此，在采用ClO2氣體進(jìn)行保鮮處理時(shí)，應(yīng)該根據(jù)不同種類的果蔬，選擇適宜的處理濃度和時(shí)間，以避免對(duì)果蔬的外觀顏色產(chǎn)生不利影響，降低其商品價(jià)值。

2.4 可滴定酸、可溶性固形物和維生素C（VC）

果蔬在貯藏過(guò)程中為了維持自身的生理代謝會(huì)消耗果蔬本身貯存的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，導(dǎo)致其商品價(jià)值逐漸下降?？傻味ㄋ幔═A）和可溶性固形物（TSS）含量是評(píng)價(jià)果蔬的新鮮程度及采后風(fēng)味變化的重要指標(biāo)。在儲(chǔ)藏初期，因呼吸作用TA含量會(huì)短暫增加，隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)，一部分有機(jī)酸轉(zhuǎn)化為可溶性糖，使TSS含量增加，另一部分則被呼吸作用消耗，最終導(dǎo)致TA含量降低，而隨著生理代謝的進(jìn)行，不斷消耗營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，TSS的含量也會(huì)逐漸減少。ClO2氣體可以通過(guò)抑制果蔬呼吸作用減少有機(jī)酸消耗，阻止有機(jī)酸向可溶性糖的轉(zhuǎn)化，還可以通過(guò)抑制?；o酶A合成酶和?；o酶A氧化酶的合成來(lái)調(diào)節(jié)乙烯的產(chǎn)生，延緩果蔬的成熟衰老[29]。還有研究表明，微生物的生長(zhǎng)也會(huì)消耗果蔬中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，例如Kambiz等[31]發(fā)現(xiàn)ClO2氣體在顯著地抑制微生物的生長(zhǎng)后，增加了櫻桃中TSS的含量。

VC的含量也是衡量果蔬營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的重要指標(biāo)，但由于其受環(huán)境因素和采后乙烯合成消耗的影響，VC在貯藏過(guò)程中會(huì)下降。ClO2氣體可以通過(guò)抑制芒果呼吸以及乙烯的產(chǎn)生，減緩VC含量的下降[29]，這與甄鳳元等[13]以ClO2氣體處理杭白菜中的研究一致。此外，ClO2氣體具有強(qiáng)氧化性，高濃度ClO2氣體會(huì)加劇VC的氧化程度，從而降低VC含量，如薛敏等[37]以ClO2氣體處理獼猴桃后發(fā)現(xiàn)12.5 mg·L?1處理組中VC含量顯著低于未處理組和2.5 mg·L?1處理組。因此，應(yīng)根據(jù)果蔬品種選擇適宜濃度的ClO2氣體進(jìn)行處理。

3 ClO2氣體對(duì)果蔬采后微生物病害的影響

果蔬在田間時(shí)，由于其生命力旺盛對(duì)微生物的抵抗能力較強(qiáng)，微生物入侵果蔬后處于潛伏狀態(tài)。而在采收貯藏過(guò)程中，因機(jī)械和脅迫作用，果蔬對(duì)微生物的抵抗能力逐漸降低，并給微生物提供了有利的生存條件，從而促進(jìn)微生物的繁殖，導(dǎo)致果蔬產(chǎn)生病害或腐爛。

3.1 ClO2的殺菌機(jī)理

ClO2氣體是一種水溶性強(qiáng)氧化劑，其氧化能力與其結(jié)構(gòu)特征有關(guān)，ClO2分子有19個(gè)價(jià)電子和一個(gè)不成對(duì)的價(jià)電子，以單體自由基的形式存在，而自由基本身具有很強(qiáng)的氧化特性，因此ClO2具有很強(qiáng)的氧化能力，其氧化能力是氯（Cl2）的2.5倍，而且受pH和有機(jī)物的影響較小。ClO2的殺菌機(jī)理主要有：一方面，ClO2很容易穿透微生物細(xì)胞膜，與細(xì)胞膜中的含氧化合物和蛋白質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致它的細(xì)胞膜造成非特異性氧化損傷，破壞它的細(xì)胞代謝，以達(dá)到殺菌的效果[32]。另一個(gè)方面，ClO2還可以與細(xì)菌及其它微生物蛋白質(zhì)中的部分氨基酸發(fā)生氧化還原反應(yīng)，破壞氨基酸分解，從而影響微生物的蛋白質(zhì)合成和微生物代謝，最終導(dǎo)致其死亡[38]。與非氧化性消毒劑相比，ClO2在短暫的有效接觸時(shí)間內(nèi)就能達(dá)到殺菌效果，因?yàn)樗膹?qiáng)氧化作用使得大多數(shù)微生物不能對(duì)其產(chǎn)生抗性，極大地降低了果蔬采后的腐爛率。

3.2 ClO2氣體對(duì)果蔬上致腐微生物的影響

致腐微生物的侵染是引起果蔬采后病害的主要原因之一，一方面其會(huì)影響果蔬貯運(yùn)質(zhì)量、縮短貯藏期和貨架期、造成腐爛和損失；另一方面一些微生物在侵染過(guò)程中還會(huì)產(chǎn)生毒素，對(duì)人體健康產(chǎn)生潛在的危害。許多研究表明，ClO2氣體對(duì)果蔬中致腐微生物有很好的殺菌作用，作用效果見(jiàn)表1。

由表1可見(jiàn)，ClO2氣體不僅對(duì)采后果蔬的軟腐歐文氏菌、酸熱脂環(huán)酸芽孢桿菌、耐冷菌、銅綠假單胞菌、需氧性細(xì)菌和乳酸菌等具有很好的殺菌效果，同時(shí)對(duì)酵母菌、霉菌、鏈格孢和匐柄霉等真菌也有很好的殺菌作用。ClO2氣體對(duì)于同種果蔬上的細(xì)菌和真菌的殺菌效果不同，如在馬鈴薯上的軟腐歐文氏菌用較低濃度ClO2氣體處理就可以達(dá)到很好的殺菌效果[39]，而對(duì)于其表面上的酵母菌和霉菌則需ClO2氣體濃度達(dá)到16 mg·L?1以上才能有較好的殺菌效果[42]，說(shuō)明同種果蔬上的不同微生物對(duì)ClO2氣體的耐受性是不同的。但是，采用高濃度ClO2氣體處理可對(duì)果蔬上的細(xì)菌和真菌都達(dá)到很好的殺菌效果，如用高濃度的ClO2氣體（16~40 mg·L?1）處理對(duì)馬鈴薯表面上的細(xì)菌和真菌達(dá)到很好的殺菌效果[42]。此外，ClO2氣體對(duì)于不同種類果蔬上的相同菌具有不同的殺菌效果，如在相同ClO2氣體濃度下處理蘋(píng)果、洋蔥上的酵母菌和霉菌，其殺菌效果在蘋(píng)果上相對(duì)好于洋蔥[43]。ClO2氣體對(duì)真菌孢子也有很好的殺菌作用，如ClO2氣體可以完全抑制羅姆番茄上的鏈球菌和匐柄霉這兩種孢子的萌發(fā)[44]。Fu等[45]研究表明，ClO2氣體可以有效控制青椒和冬棗灰葡萄孢菌的發(fā)生，主要原因是ClO2氣體可以抑制灰葡萄孢菌孢子萌發(fā)、改變其菌絲形態(tài)和破壞質(zhì)膜，且抑制效果與處理濃度呈正比。Lee等[46]發(fā)現(xiàn)ClO2氣體可以通過(guò)控制尖孢鐮刀菌的生長(zhǎng)，有效抑制甘薯上真菌種群和尖孢鐮刀菌的感染。此外，ClO2還可以通過(guò)破壞真菌毒素的結(jié)構(gòu)，降低真菌毒素的產(chǎn)生，如ClO2處理可以顯著降低蘋(píng)果汁和馬鈴薯葡萄糖肉湯培養(yǎng)基中展青霉素的產(chǎn)生[47]。由此可見(jiàn)，ClO2氣體對(duì)果蔬上的致腐微生物具有很好的殺菌效果，在果蔬的貯藏防腐方面也有很好的應(yīng)用前景，但是在ClO2氣體實(shí)際應(yīng)用時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同種類的果蔬、目標(biāo)菌的自身特性及其對(duì)ClO2氣體的耐受性來(lái)確定ClO2氣體的最佳濃度。

表 1 ClO2氣體對(duì)果蔬致腐微生物的影響Table 1 Effects of ClO2 gas on microorganisms causing rot in fruits and vegetables

3.3 ClO2氣體對(duì)果蔬上致病微生物的影響

據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計(jì)，世界每年食源性病例多達(dá)數(shù)十億，其中有220萬(wàn)人因此而喪生。近年來(lái)，有關(guān)果蔬受到食源性致病菌侵染并引發(fā)食物中毒的事件時(shí)有報(bào)道，目前已將大腸桿菌O157:H7（E.coliO157:H7）、沙門(mén)氏菌（Salmonella）、單核細(xì)胞性李斯特菌（L.monocytogenes）、志賀氏桿菌（Shigella）及金黃色葡萄球菌（S.aureus）列為重要的食源性致病菌[48]。因此，為保障食品安全及人們生命健康，對(duì)果蔬進(jìn)行有效的殺菌處理具有著重要意義。目前，應(yīng)用ClO2氣體來(lái)殺滅果蔬上致病微生物的研究較多，如表2所示。

由表2可見(jiàn)，對(duì)于大多數(shù)表面光滑的果蔬來(lái)說(shuō)，ClO2氣體對(duì)其表面的致病菌都顯示出極好的殺菌效果，而對(duì)于表面不光滑的水果或葉菜類的蔬菜來(lái)說(shuō)，ClO2氣體對(duì)這些致病菌的殺菌效果相對(duì)較差，如ClO2氣體幾乎可以將蘋(píng)果表面上的大腸桿菌O157:H7、單增李斯特菌、沙門(mén)氏菌全部殺死[49]，但卻不能將草莓表面的三種食源性病源菌完全殺死[54]。ClO2氣體對(duì)同一果蔬的不同部位的殺菌效果也不同，如以ClO2氣體對(duì)藍(lán)莓的表皮、花萼組織和莖疤組織等不同部位進(jìn)行處理[53]，結(jié)果表明，該處理對(duì)接種在藍(lán)莓表皮的沙門(mén)氏菌致死率顯著高于花萼組織和莖疤組織上的，這是由于ClO2作用在藍(lán)莓表皮的有效面積比花萼和莖疤組織的有效面積更大，因此藍(lán)莓表皮上的沙門(mén)氏菌更容易被ClO2殺死。另外，ClO2氣體的處理濃度、處理時(shí)間和處理環(huán)境（相對(duì)濕度和溫度）也會(huì)對(duì)它的殺菌效果產(chǎn)生影響[62]。ClO2氣體濃度是影響殺菌效果的重要原因之一，通常情況下ClO2氣體處理的濃度越高，其殺菌效果越好，如在相同的環(huán)境條件下，較高濃度的ClO2氣體對(duì)受傷青椒表面的大腸桿菌O157:H7比較低濃度處理減少得更多[56]，但較高濃度ClO2氣體也可能會(huì)影響果蔬的外觀品質(zhì)（開(kāi)裂或漂白）。處理時(shí)間是影響ClO2氣體殺菌效果的另外一個(gè)主要因素，如在相同的處理環(huán)境和濃度條件下，隨著ClO2氣體處理時(shí)間越長(zhǎng)，對(duì)卷心菜上的沙門(mén)氏菌、大腸桿菌O157:H7、單增李斯特菌菌數(shù)的減少也更多[43]。相對(duì)濕度也是影響ClO2氣體殺菌效果的重要因素之一[62]，如隨著ClO2氣體處理環(huán)境中相對(duì)濕度越高對(duì)番茄上的沙門(mén)氏菌、單增李斯特菌、大腸桿菌O157:H7的殺菌效果越好[59]。但是對(duì)于處理溫度來(lái)說(shuō)，Sang-Hyun等[60]研究發(fā)現(xiàn)，在低溫條件下ClO2氣體殺菌效果更好，而Siriyupa等[61]卻發(fā)現(xiàn)常溫條件下殺菌效果更好。綜上，ClO2氣體對(duì)果蔬上致病微生物具有很好的殺菌效果，同時(shí)也為冷藏漿果行業(yè)提供一種有效的保鮮方法。

表 2 ClO2氣體對(duì)果蔬致病微生物的影響Table 2 Effects of ClO2 gas on pathogenic microorganisms in fruits and vegetables

4 ClO2氣體處理在采后果蔬中的應(yīng)用限制

ClO2氣體如何安全使用，且ClO2氣體處理果蔬后是否會(huì)有殘留、對(duì)人體是否有害一直是食品安全領(lǐng)域關(guān)注的問(wèn)題。

4.1 ClO2氣體的爆炸風(fēng)險(xiǎn)

袁宏甦等[63]研究表明，ClO2氣體在實(shí)際生產(chǎn)和使用過(guò)程中易因操作或處理不當(dāng)發(fā)生爆炸，其爆炸風(fēng)險(xiǎn)隨著它的濃度增加而變大。研究發(fā)現(xiàn)，ClO2氣體在空氣中體積濃度超過(guò)10%容易引起爆炸，但當(dāng)其體積比低于9.5%是安全的，且ClO2氣體濃度檢測(cè)器的應(yīng)用可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及控制氣體濃度，保證其在安全范圍內(nèi)[64]。此外，爆炸壓力也隨著ClO2氣體濃度增加而增大，賀啟環(huán)[65]研究表明，通過(guò)使用配有防爆泄壓裝置的ClO2發(fā)生器來(lái)生產(chǎn)ClO2，可以有效控制ClO2使用過(guò)程中的爆炸風(fēng)險(xiǎn)。

4.2 ClO2氣體的殘留性和衍生物

2004年FDA將ClO2批準(zhǔn)為果蔬殺菌劑，并規(guī)定，0.1×10?6mg·L?1的ClO2氣體的接觸限值為8 h或0.3×10?6mg·L?1可接觸15 min[66]。但是目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有關(guān)于ClO2氣體處理果蔬安全使用的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。一些研究針對(duì)ClO2氣體處理后在果蔬中的殘留問(wèn)題進(jìn)行分析，結(jié)果表明ClO2殘留性會(huì)隨著其處理時(shí)間和濃度的增加而增加，但同時(shí)ClO2也會(huì)隨著時(shí)間自然消散[42]，且無(wú)論是ClO2氣體還是其水溶液均不會(huì)在果蔬中造成持久的化學(xué)殘留物（ClO2、ClO2?和ClO3?）[32]。

Smith等[67]雖然在ClO2氣體處理的西紅柿和哈密瓜中發(fā)現(xiàn)了氯酸鹽殘留物，但其殘留量均低于LC-MS/MS定量限值，且處理組的殘留量和對(duì)照組之間沒(méi)有顯著差異，可以達(dá)到食用級(jí)別。此外，ClO2還可以有效去除果蔬中的農(nóng)藥殘留，且不造成任何氯化副產(chǎn)品生成[68]。國(guó)際法規(guī)21 CFR 173.300規(guī)定，ClO2氣體對(duì)果蔬進(jìn)行消毒后，要求使用飲用水進(jìn)行清洗，以確保果蔬表面沒(méi)有殘留問(wèn)題，以供消費(fèi)者安全食用[42]。由此可見(jiàn)，在正確的操作規(guī)范下，ClO2氣體是一種安全高效的果蔬殺菌保鮮劑。

5 展望

ClO2氣體是一種安全、高效的殺菌劑，可用于減少果蔬采后損失和增強(qiáng)食品安全。目前，雖然對(duì)ClO2氣體在采后果蔬殺菌及保鮮方面的應(yīng)用研究較多，但仍有許多問(wèn)題亟待解決：雖然ClO2氣體抑制了PPO活性，但仍造成某些果蔬褐變，其原因尚不明確；ClO2氣體對(duì)果蔬中AOX和COX呼吸途徑的作用原理還不清楚；缺乏ClO2氣體在果蔬采后殺菌保鮮過(guò)程中的安全使用標(biāo)準(zhǔn)及應(yīng)用操作規(guī)范；不同種類果蔬對(duì)ClO2氣體的耐受性的研究不夠全面；相對(duì)于傳統(tǒng)殺菌保鮮劑，ClO2氣體應(yīng)用設(shè)備成本較高。隨著未來(lái)這些問(wèn)題的逐步解決，可以有效地提高ClO2氣體在果蔬殺菌保鮮方面的應(yīng)用價(jià)值，同時(shí)也為果蔬保鮮技術(shù)領(lǐng)域的研究提供新的思路。