牛瑞雪, 李雪茹, 路方慧, 疏如心, 張東京

（宿州學(xué)院生物與食品工程學(xué)院, 安徽宿州 234000）

食品的貨架期是當(dāng)食品處于適宜的貯藏條件下, 能夠保持理想的感官、理化和微生物特性, 且保留的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值與標(biāo)簽上聲明的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值完全匹配的一段時(shí)間[1]。新鮮的水果富含營(yíng)養(yǎng)物質(zhì), 在人體營(yíng)養(yǎng)需求和調(diào)節(jié)生理功能等方面扮演重要的角色[2]。但由于微生物、物理化學(xué)反應(yīng)及外界環(huán)境的變化, 水果易腐爛變質(zhì)。據(jù)統(tǒng)計(jì), 我國(guó)超出80%的水果都以普通物流為主要運(yùn)輸方式, 采后果蔬生產(chǎn)總量的20%～30%均被損失[3]。因此, 新鮮水果貨架期的預(yù)測(cè)可以用于監(jiān)控水果的品質(zhì)。

從影響水果貨架期的主要原因開(kāi)始分析, 了解導(dǎo)致新鮮水果品質(zhì)改變的因素及引起的品質(zhì)變化, 其次探討了水果貨架期的監(jiān)測(cè)指標(biāo), 包括理化指標(biāo)、微生物指標(biāo)和感官指標(biāo)；由于不同水果變質(zhì)的特征品質(zhì)指標(biāo)是不同的, 所以最后對(duì)影響水果貨架期的不同因素分別進(jìn)行動(dòng)力學(xué)模型的預(yù)測(cè)。

1 影響水果貨架期的主要因素及品質(zhì)變化

1.1 影響水果貨架期的主要因素

水果極易腐爛變質(zhì), 貨架期相對(duì)于其他食品較短。影響水果貨架期的因素也有很多, 通常將其分為內(nèi)因和外因[4], 內(nèi)因主要是水果本身的特性, 如pH值、水分活度、微生物含量和酶的活性等；外因是指水果賴以生存的外界環(huán)境的各種因素, 如溫度、濕度、氣體等。準(zhǔn)確分析導(dǎo)致水果品質(zhì)變化的因素是預(yù)測(cè)新鮮水果貨架期模型的基礎(chǔ)。

1.1.1 微生物的影響

引起水果腐敗變質(zhì)的微生物主要有細(xì)菌、酵母菌和霉菌。果實(shí)貯藏過(guò)程中, 表面的角質(zhì)層、蠟質(zhì)漸漸發(fā)生變化, 有氣孔或裂紋出現(xiàn), 自身調(diào)控能力喪失, 而水果表面微生物在生長(zhǎng)和繁殖過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生各種的酶類物質(zhì)就會(huì)通過(guò)開(kāi)孔自然地進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部, 使水果中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)分解, 水果品質(zhì)降低進(jìn)而發(fā)生質(zhì)變和腐爛[5]。此外, 水果在加工、流通過(guò)程中, 還有可能會(huì)受到環(huán)境中微生物的二次污染。

1.1.2 物理?xiàng)l件的影響

在影響保質(zhì)期的物理作用中, 水分遷移是一個(gè)比較關(guān)鍵的物理因素[6]。導(dǎo)致水分遷移的因素也有很多, 如微生物的呼吸活動(dòng)會(huì)有大量的熱量產(chǎn)生, 即促使水果內(nèi)部水分的蒸發(fā), 導(dǎo)致水果的水分不斷減少[7]。在包裝的果制品中, 隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng), 由于滲透作用外界環(huán)境的水分和氣體也會(huì)滲入到水果中, 從而改變包裝水果的內(nèi)部氣體和水分環(huán)境, 導(dǎo)致水果品質(zhì)改變。另外, 某些水果的包裝材料中含有的化學(xué)成分也會(huì)影響水果的品質(zhì)。

1.1.3 化學(xué)條件的影響

水果中復(fù)雜的成分會(huì)發(fā)生許多化學(xué)反應(yīng), 包括水解反應(yīng)、氧化反應(yīng)、呼吸作用及乙烯的釋放。化學(xué)反應(yīng)生成的酮、醛類物質(zhì)會(huì)改變水果的口感和色澤, 影響水果的品質(zhì)；呼吸作用會(huì)大大消耗營(yíng)養(yǎng)物質(zhì), 果實(shí)容易變軟甚至腐爛。而作為植物的一種激素, 乙烯廣泛存在于水果組織細(xì)胞中, 尤其是成熟的水果中含量較高。呼吸躍變型的水果在采摘后的成熟過(guò)程中乙烯釋放速率顯著上升[8], 促進(jìn)水果的成熟, 加速水果的腐敗變質(zhì)。

1.1.4溫度的影響

溫度是影響新鮮水果貨架期的外因中最主要的因素。溫度升高, 加速水分蒸發(fā), 細(xì)胞內(nèi)化學(xué)反應(yīng)加快, 導(dǎo)致貨架期縮短；溫度過(guò)高會(huì)使水果中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)破壞分解, 降低果實(shí)品質(zhì), 從而使貨架期時(shí)間相對(duì)減少；溫度過(guò)低又會(huì)使水果出現(xiàn)“凍害”現(xiàn)象, 間接影響水果的貨架期。合適的溫度能夠抑制微生物的生長(zhǎng)和繁殖, 有效延長(zhǎng)水果的貨架期, 提高水果品質(zhì)。曾麗萍等人[9]研究發(fā)現(xiàn), 新鮮菠蘿蜜采摘后在8～12℃下貯藏能夠顯著抑制其硬度下降現(xiàn)象及水分、可溶性糖的降解損失。周穎君等人[10]提出4～10℃是獼猴桃的最適貯藏溫度, 該溫度下能減少維C的損失, 延長(zhǎng)水果貨架期。溫度對(duì)水果貨架期的影響是多方面的, 不適宜的溫度就會(huì)加速微生物、物理?xiàng)l件和化學(xué)條件對(duì)水果產(chǎn)生的影響, 對(duì)水果品質(zhì)造成威脅。

1.2 水果的品質(zhì)變化

1.2.1 化學(xué)變化

水果采摘后, 在貯藏、運(yùn)輸和銷售的過(guò)程中發(fā)生一系列的化學(xué)反應(yīng), 水果的品質(zhì)會(huì)逐漸降低。還原糖及維C會(huì)作為反應(yīng)物參與非酶褐變轉(zhuǎn)化成各種中間產(chǎn)物和終產(chǎn)物, ATP逐漸分解；氨基酸或蛋白質(zhì)會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成各種亞胺類物質(zhì)[11]；酶類會(huì)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)或者碳水化合物反應(yīng)產(chǎn)生一些低級(jí)的有害物質(zhì)；脂肪酸敗和糖熱降解產(chǎn)生醛、酮類物質(zhì)等。這些化學(xué)物質(zhì)的變化都會(huì)導(dǎo)致水果的貨架期縮短。

1.2.2 物理和感官變化

水果的品質(zhì)特性包括色澤、硬度、果肉的彈性、回復(fù)性、凝聚性等[12]。由于水分不斷流失細(xì)胞內(nèi)部組織逐漸軟化, 導(dǎo)致質(zhì)構(gòu)特性即硬度、彈性逐漸下降, 持水力逐漸減小, 水果萎蔫、失鮮、失重。果實(shí)軟化是水果衰老變質(zhì)的重要特征, 因此新鮮水果的品質(zhì)變化研究已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外果品采后研究領(lǐng)域中的重要方向[13-14]。除此之外, 水果的色澤和氣味也在不斷發(fā)生改變, 美拉德反應(yīng)和焦糖化反應(yīng)均會(huì)生成黑褐色的物質(zhì)附著在水果表面, 碳水化合物在微生物或者酶的作用下發(fā)酵變酸, 使水果產(chǎn)生酸臭味。

2 貨架期的監(jiān)測(cè)指標(biāo)

選擇合適的監(jiān)測(cè)指標(biāo)是構(gòu)建水果貨架期模型的關(guān)鍵, 包括微生物指標(biāo)、理化指標(biāo)和感官指標(biāo)。通過(guò)監(jiān)測(cè)指標(biāo)判斷水果品質(zhì)變化, 確定合理的動(dòng)力學(xué)模型。

2.1 微生物指標(biāo)

微生物是食品新鮮程度的一個(gè)重要指標(biāo)。通過(guò)對(duì)微生物數(shù)量變化可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水果品質(zhì)的監(jiān)測(cè)。常用的微生物檢測(cè)方法有平板菌落計(jì)數(shù)法、TTC培養(yǎng)基法和菌落總數(shù)測(cè)定法。不同種類的微生物的腐敗機(jī)理不同, 如微球菌屬和梭狀芽孢桿菌可以分解水果中的蛋白質(zhì), 造成水果腐??；乳桿菌屬和鏈球菌屬將碳水化合物或脂肪分解造導(dǎo)致水果酸??；金黃色葡萄球菌和肉毒桿菌在細(xì)胞組織中發(fā)生反應(yīng)生成對(duì)人體有害的化學(xué)物質(zhì)。

2.2 理化指標(biāo)

在水果采摘后的流通過(guò)程中, 水果的物理變化主要是由不潔的環(huán)境和不合理的操作引起的?；瘜W(xué)變化雖然很少在食品的腐敗變質(zhì)中作為監(jiān)測(cè)指標(biāo), 但也會(huì)引起水果組織內(nèi)部的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化, 對(duì)水果貨架期存在威脅, 而這些化學(xué)變化主要來(lái)自于脂肪氧化、美拉德反應(yīng)、焦糖化作用、氧化作用及酶反應(yīng)[15]。食品的穩(wěn)定性與強(qiáng)化的不飽和脂肪酸的含量有密切的關(guān)系, 且含量越高食品穩(wěn)定性越差[16]。

2.3 感官指標(biāo)

感官評(píng)定法是監(jiān)測(cè)食品品質(zhì)中常用的方法。所謂感官評(píng)定就是利用人的感官對(duì)食品的色澤和氣味進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法。感官指標(biāo)中包含的因素有水分、硬度、色澤等, 在評(píng)定過(guò)程中, 品評(píng)員在經(jīng)過(guò)專業(yè)的培訓(xùn)下, 通過(guò)嗅覺(jué)、味覺(jué)、觸覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、視覺(jué)根據(jù)感官評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)對(duì)水果的新鮮程度打分, 通過(guò)對(duì)分值的處理來(lái)預(yù)測(cè)水果的品質(zhì)和貨架期。感官評(píng)定的方法多種多樣, 局限性也有所不同, 由于食品種類的不同而評(píng)定方法也有所差異。微生物指標(biāo)和理化指標(biāo)的監(jiān)測(cè)過(guò)程通常操作復(fù)雜, 所以感官指標(biāo)在監(jiān)測(cè)水果貨架期中有重要地位。李麗娜等人[17]從外觀、質(zhì)地、風(fēng)味等方面對(duì)蘋果進(jìn)行了感官評(píng)定, 并與質(zhì)地結(jié)合分析建立了各項(xiàng)感官指標(biāo)的預(yù)測(cè)模型。但感官評(píng)定也存在一定的缺陷, 當(dāng)樣品大量存在時(shí)很容易產(chǎn)生疲勞, 此外品評(píng)員喜好的不同、感官靈敏度的差異都會(huì)使評(píng)定結(jié)果發(fā)生偏差, 結(jié)果可能不具備客觀公正性。

3 新鮮水果貨架期模型的預(yù)測(cè)

利用動(dòng)力學(xué)模型來(lái)預(yù)測(cè)食品的貨架期是目前關(guān)于食品品質(zhì)的熱點(diǎn)研究方向?；诓煌钠焚|(zhì)影響因素可以建立不同的動(dòng)力學(xué)模型, 是將水果中的微生物在貯藏和流通過(guò)程中的特征數(shù)據(jù)提供給計(jì)算機(jī), 通過(guò)動(dòng)力學(xué)公式處理, 判斷微生物的數(shù)量和狀態(tài), 從而對(duì)水果的貨架期進(jìn)行快速預(yù)測(cè)[18]。要準(zhǔn)確預(yù)測(cè)貨架期就要選擇合適的動(dòng)力學(xué)模型, 胡位歆等人[19]采用Arrhenius方程建立了15, 30℃下新鮮草莓采摘后營(yíng)養(yǎng)素的保存率方程, 準(zhǔn)確預(yù)測(cè)了草莓的貨架期。劉曉慧等人[20]采用Gompertz模型建立了菠菜中的金黃色葡萄球菌在不同溫度條件下的生長(zhǎng)速率方程, 為菠菜貨架期的預(yù)測(cè)提供理論依據(jù)。為了能更完整地分類常用一級(jí)模型、二級(jí)模型和三級(jí)模型來(lái)劃分[21]。有研究表明, 一級(jí)模型是表征微生物在一定條件下微生物數(shù)量與時(shí)間的關(guān)系；二級(jí)模型是考慮了環(huán)境因素, 體現(xiàn)環(huán)境變化對(duì)一級(jí)模型中參數(shù)的影響；三級(jí)模型是一種的計(jì)算機(jī)化軟程序, 是將一個(gè)或者多個(gè)一級(jí)模型和二級(jí)模型整合在一起的復(fù)雜動(dòng)力學(xué)模型[22]。

3.1 一級(jí)模型

一級(jí)模型是描述一定條件下微生物與時(shí)間之間的數(shù)量關(guān)系, 這種線性關(guān)系可以用曲線表示, 曲線由延滯期、對(duì)數(shù)期、穩(wěn)定期和衰亡期4個(gè)數(shù)值組成。該模型簡(jiǎn)單易用, 使用范圍較廣泛, 近年來(lái)常用的一級(jí)模型有線型模型、邏輯斯蒂克方程（Logistic function）、Gompertz模型、修正的Gompertz模型和Baranyi &Roberts模型[23]。

3.2 二級(jí)模型

二級(jí)模型適用于多個(gè)因素作用下的食品貨架期的研究, 是以一級(jí)模型為背景, 探討各種環(huán)境因素如溫度、pH值、AW對(duì)微生物的作用[24], 預(yù)測(cè)食品的貨架期。包括平方根模型、反應(yīng)表模型、Arrhenius模型、Q10模型、Z值模型等。

3.3 三級(jí)模型

三級(jí)模型是一級(jí)模型和二級(jí)模型結(jié)合的最終形式, 功能強(qiáng)大, 亦被稱做專家模型[25], 是通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件建立大量的微生物動(dòng)力生長(zhǎng)模型, 是一門新興學(xué)科。目前, 全球該種模型的軟件有十幾種。三級(jí)模型作用是：基于不同的環(huán)境因素對(duì)微生物的生長(zhǎng)影響進(jìn)行預(yù)測(cè)；對(duì)不同環(huán)境因素造成微生物的影響程度進(jìn)行預(yù)測(cè)；同一生長(zhǎng)環(huán)境下不同微生物的生長(zhǎng)狀況進(jìn)行預(yù)測(cè)。常用的三級(jí)模型包括FM模型、PMP模型、MRV模型SSSP模型、ComBase模型等。其中, PMP模型操作過(guò)程簡(jiǎn)單, 使用率較高；SSSP模型主要應(yīng)用于水產(chǎn)品貨架期的預(yù)測(cè)；ComeBass模型是幾種軟件的結(jié)合體, 可以更加全面地對(duì)食品貨架進(jìn)行預(yù)測(cè)[26]。

4 結(jié)語(yǔ)

腐敗變質(zhì)的水果會(huì)危害人類的身體健康, 一定程度上也帶來(lái)了經(jīng)濟(jì)損失, 所以保證水果的品質(zhì)安全和監(jiān)測(cè)水果的貨架期具有非常積極的意義。介紹了一級(jí)模型、二級(jí)模型及三級(jí)模型, 為水果的品質(zhì)監(jiān)控提供合理依據(jù), 深入了解動(dòng)力學(xué)模型在水果品質(zhì)安全領(lǐng)域的優(yōu)越性。

食品貨架期一直以來(lái)是人們關(guān)注的食品安全的焦點(diǎn), 目前利用動(dòng)力學(xué)模型對(duì)貨架期進(jìn)行預(yù)測(cè)的進(jìn)展在水產(chǎn)品方面取得了良好的研究進(jìn)展, 但在水果方面的應(yīng)用尚處于初期階段。此外, 現(xiàn)有的動(dòng)力學(xué)預(yù)測(cè)模型事實(shí)上尚未能完整地判斷出食品中微生物的所有增殖情況, 高精確性的模型有待研究。雖然國(guó)外有很多關(guān)于動(dòng)力學(xué)模型的研究, 而其中并未能完全體現(xiàn)食品中微生物的多樣性。建立動(dòng)力學(xué)模型本身存在許多挑戰(zhàn), 如微生物的生理反應(yīng)十分復(fù)雜, 各環(huán)境因子之間、食品中微生物及營(yíng)養(yǎng)成分之間的相互作用尚不得知等。因此, 我國(guó)生物學(xué)家將會(huì)面臨新的挑戰(zhàn), 此外微生物生長(zhǎng)模型涉及廣泛, 需要各個(gè)領(lǐng)域科學(xué)家的共同努力。