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发布时间:2023-08-07 05:09:02 | 浏览:
我国是果蔬生产大国,果蔬产量长年位居世界第一。但是,我国在果蔬保鲜方面与发达国家相比还有相当大的差距。据相关统计,现阶段我国新鲜果蔬的腐烂损耗率在。因此,我们有必要加快开发新型果蔬保鲜技术,加强其应用,这对于我国的果蔬行业有着重要的意义,也有利于我国农业的健康发展。现在,低温贮藏和化学保藏,是我国果蔬保鲜的2个主要的技术手段,它们是传统的保鲜方法,技术比较成熟,但也存在着一些明显的缺点:前者成本较高,能耗相对较大,且保藏后的产品质量不 稳定;后者存在化学残留问题,有一定的安全隐患,而且长期使用存在保藏对象有一定的产生抗药性的可能
目前国内外的果蔬采后贮藏保鲜技术方法主要分为3类:即物理方法、化学方法和生物方法。
(1)物理方法可分为两类:一是针对微生物控制的手段,主要包括热处理、冷激、脉冲光、超高压、减压、辐照、超声波、臭氧等。另一类是控制环境条件的物理手段,目的是保持果蔬采后较佳品质,如控制温度方面的冰温贮藏、低温胁迫和变温贮藏; 控制气体成分的 CA、MA;以及控制湿度的窖藏、聚乙烯薄膜等高阻湿材料的包装贮藏等。
(2)化学方法保鲜果蔬:目前国内采用较多的一种手段。化学保鲜剂种类繁多,采用较多的有1-MCP、SO2、硅酸钠/钾、H2O2、次氯酸等。虽然化学保鲜效果显著,但会带来潜在的健康危害和环境污染等问题,因此在选择保鲜剂的种类和剂量方面需要慎重。
(3)生物保鲜技术:具有贮藏环境小,贮藏条件易控制,处理费用低,污染小等优点[3]。生物保鲜技术总体可分为3类:一是利用拮抗菌来保鲜。二是利用天然提取物质及仿生保鲜剂进行保鲜处理[4]。主要利用中草药植物浸提液保鲜、利用天然植物精油的防腐保鲜以及利用动物源提取物的防腐保鲜,如壳聚糖[5]、蜂胶[6]等。三是利用基因工程将果蔬采前与采后相结合的保鲜技术,例如:采前和采后的抗性诱导、采前利用转基因技术抑制采后乙烯的合成[7]、利用转基因技术控制果蔬细胞壁降解酶的活性等技术[8]。
国内外关于果蔬保鲜技术的研究较多,研究方向已逐渐向材料学、食品化学、有机化学、遗传生物学、机械工程学等诸多领域发展。为提高保鲜效果、延长保鲜时间、降低成本、提高综合效益,果蔬保鲜技术正在由单一技术向复合技术方向发展。研究各种保鲜技术的综合应用是国际保鲜的流行趋势。同时,采用安全、有效、无害的果蔬保鲜技术将是今后的发展趋势。
国外果蔬保鲜中拮抗菌的发现和应用至今已有三十余年的历史,在国内则只有十余年的历史[2]。因为拮抗菌对果蔬贮藏过程中一些主要的病原菌具有拮抗作用,所以可以应用于果蔬保鲜。因为其研究的历史较短,现在很多拮抗菌都处于实验阶段,但也有一些进入了商业应用阶段。这些研究和应用主要集中在一些大宗商品化果蔬的保鲜中,如苹果、柑橘、葡萄等。
拮抗菌保鲜作用的机理十分复杂,因为涉及到拮抗菌、病原菌和贮藏果蔬之间的相互作用,相关研究进展缓慢。大体上来说,拮抗菌保鲜作用的机理可以分为4种;一是竞争作用,拮抗菌与病原菌都 依靠贮藏果蔬中的营养和空间生存,两者存在竞争关系;二是寄生作用,一些拮抗菌可以寄生在病原菌上,依靠病原菌提供的营养生存;三是诱导作用,在一些拮抗菌的诱导下,贮藏果蔬的抗病能力会得到 一定的提高;四是杀菌作用,一些拮抗菌可以产生杀菌物质杀死病原菌[9]。
拮抗菌在果蔬中和病原菌存在竞争关系,主要是对于果蔬中的营养成分和空间。只有当拮抗菌的竞争力和适应力强于病原菌时,才能更好地达到对果蔬的保鲜的目的[9]。很多拮抗菌都具有以上特点。
直接寄生,是指一些拮抗菌可以寄生在病原菌上,依靠病原菌提供的营养为生。拮抗菌作用的大致过程是,首先识别病原菌并对其进行吸附,在这个作用完成后,拮抗菌内的一些信号途径得到激活,拮抗菌开始合成一些相关的蛋白质,如几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶,它们可以降解 真菌类病原菌的细胞壁,作用于病原菌,达到杀灭病原菌的目的。需要指出的是,拮抗菌的寄生作用是以病原菌的存在为前提的,而且通常需要病原菌达到一定数量,此时贮藏果蔬可能已经受到了较大的侵害,再依靠拮抗菌的寄生作用为时已晚。因此,寄生作用一般在贮藏果蔬的保鲜中起到辅助作用, 但它并不是拮抗菌保鲜作用的主要作用机制[9]。
果蔬采后更易受到病原菌的侵染,因其在贮藏过程中的抗病能力逐渐下降[9]。而在一些拮抗菌的诱导下,贮藏果蔬,如苹果、桃、樱桃、葡萄等,抗病能力会得到一定的提高,这一观点已经得到了证实。
应用拮抗菌进行果蔬保鲜,可以直接利用拮抗菌本身,也可以利用其代谢产物;前者还可以与其它果蔬保鲜技术结合,以增强其保鲜效果。
目前,细菌、酵母菌、霉菌中均有一些菌种可以作为拮抗菌应用于果蔬保鲜。细菌主要是芽孢杆菌属(Bacillus spp.)和假单胞杆菌属(Pseudomonas spp.);酵母菌是目前应用于果蔬保鲜中效果最好的1个菌种,且使用过程中没有毒素产生, 还可以和化学杀菌等方法联用,是目前研究的热点;部分小型丝状真菌也可以用于果蔬保鲜[10]。在拮抗菌的分离筛选中,活体筛选是应用较多的分离筛选方法。
从目前的研究来看,单一的拮抗菌受环境因素影响较大,所以很难选出一个单一的、广谱的、能够有效作用于多种果蔬的拮抗菌株[9]。将拮抗菌与其它保鲜方法复合使用,用其它方法改变贮藏的微环境,使其更有利于拮抗菌发挥作用,是研究者们通常采用的手段。
1化学杀菌剂与拮抗菌复合使用。化学杀菌剂在果蔬保鲜中具有显著的效果,将其与拮抗菌共同使用,仅需要较低的剂量,就可以明显增强拮抗菌的作用效果。
2化学盐类与拮抗菌复合使用。一些化学盐类,如氯化钙、丙酸钙、碳酸钠、碳酸大发体育氢盐、偏亚硫酸氢钾和钼酸盐等,对于拮抗菌的保鲜作用有一定的增强效果[9]。
3物理方法与拮抗菌复合使用。拮抗菌与其它物理保鲜方法共同作用,对柑橘青霉病和桃果实软腐病等多种果蔬病害的防治效果明显,这些物理方法包括复合热处理、紫外处理等。
4与天然生物保鲜剂复合使用。天然生物保鲜剂,指从无毒无害的生物材料中提取的具有抑菌或抗氧化等效果的活性成分[9]。拮抗菌与天然生物保鲜剂共同作用,可以更有效地防治果蔬采后的病害。
微生物次级代谢产物的生产大发体育,不受季节、地域和病虫害条件的限制,且微生物发酵生产周期短,有利于工业化连续生产,研制微生物次级代谢产物相关的生物保鲜剂,具有广阔的发展前景。在果蔬保鲜过程中,纳他霉素、细菌素、糖类等目前都有所应用[10]。
果蔬在贮藏期间发生的生理生化变化与环境条件密切相关。临界点低温高湿贮藏的保鲜作用体现在两个方面:
1)果蔬在不发生冷害的前提下,采用尽量低的温度可以有效地控制果蔬在保鲜期内的呼吸强度,使某些易腐烂的果蔬品种达到休眠状态;
结构化水技术是指利用一些非极性分子(如:某些惰性气体)在一定的温度和压力条件下,与游离水结合的技术。通过结构化水技术可使果蔬组织细胞间水分参与形成结构化水,使整个体系中的溶液黏度升高,从而产生两个效应:
2)果蔬水分蒸发过程受抑制。这为植物的短大发体育期保鲜贮藏提供了一种全新的原理和方法。
基因工程保鲜技术,主要通过相关基因工程手段,增加或减少有关基因的表达,从而控制果蔬成熟过程中乙烯的合成以及与细胞壁降解相关的酶的活性,达到延缓果蔬贮藏过程中的软化的目的,最终实现果蔬的保鲜[1]。
有呼吸高峰期的水果大发体育,如苹果、桃子、香蕉等,在成熟时会有乙烯的合成和释放,促进自身的成熟,如不加以控制,很容易导致腐烂。基因工程保鲜技术可以通过相关基因工程手段,控制有关基因的表达,从而控制果蔬成熟过程中乙烯的合成,达到延缓果蔬贮藏过程中的软化的目的,最终实现果蔬的保鲜。与果实中乙烯合成相关的基因有ACC 合成 酶基因(ACS)、ACC 氧化酶基因(ACO)和ACC 脱氨 酶基因(ACCD)。在乙烯的合成中,关键的酶是ACC合成酶;ACO需要与ACS 协同表达,才能起到作用;ACCD的表达产物能够降解 ACC,进而影响果实中乙烯的含量[1]。
目前的研究证明,多聚半乳糖醛酸酶(PG)、果 胶甲酯酶(PME)和纤维素酶均与果蔬细胞壁的降解相关。一般认为,促使果实软化的最主要的没是PG,它可降解果实细胞壁中的多聚半乳糖醛酸,从而使果实软化。可以通过基因工程的手段,转入反义PG基因,从而降低PG的活性,延缓果实的软化,该基因的转入同时还可以减弱外源乙烯的作用,这些都有利于果蔬保鲜。PME参与了果实的细胞壁代谢,有延迟果实衰老的作用;纤维素酶则与果皮和 果肉的生长发育有关[1]。
气调贮藏是指在一定的温度和湿度条件下,通过调节贮藏环境中气体成分来达到保持果蔬品质、延长果蔬贮藏保鲜期的方法(通常是增加CO2体积分数和降低O2体积分数以及根据需要调节其气体成分体积分数)。改善和控制气氛包装也称气调包装,是很有发展前景的食品保鲜包装技术,根据包装后对材料内部气氛的控制程度可分为CAP(con- troled atmosphere packing)和 MAP(modified at- mosphere packing)。
包装膜材料是气调保鲜包装的基础,为保持或维持包装容器内的气氛状态,对包装材料提出不同的要求,小型充气包装材料通常选用PET、PA、PVDC、EVAL等为基材的复合包装薄膜[14]。目前采用的新型硅橡胶膜做成气体交换窗,镶嵌在气调库的墙上或封闭塑料薄膜上用于果蔬贮藏。由于其较高的选择透气性,可以起到容器内外自动调气的作用,相对稳定容器内气调组成。
酶制剂可以应用于果蔬保鲜,主要是一些没可以通过其自身的催化作用,减少甚至消除果蔬贮藏过程中外界因素的不良影响,从而达到保险的目的。酶制剂安全、便于控制,使用的条件温和容易达到,而且对于底物有很强的专一性,具有很好的应用前景[15]。葡萄氧化酶和溶菌酶目前已经应用于果蔬保鲜。
可食膜是指以天然可食性物质(如多糖、蛋白质等)为原料,添加可食性增塑剂、交联大发体育剂等物质,通过不同分子间相互作用而形成的无毒可食的薄膜。果蔬的涂膜技术是在果蔬的表面通过喷涂或浸渍等手段以形成一层极薄的膜,以此来抑制果蔬的呼吸作用,阻止果蔬水分散失,防止外界氧气与果蔬内部成分发生氧化作用,提高果蔬抗机械损伤的能力及抵御病菌侵蚀的能力,从而提高果蔬的贮藏性能,进而保护果蔬的营养成分、色、香、味果蔬、形,延长果蔬的货架期。
可食性涂膜保鲜技术的关键是涂膜剂的选择,它是影响涂膜效果的首要因素。各国已经开发出多种新型可食性膜材料,已被确认具有良好涂膜效果的涂膜剂有淀粉、果胶、壳聚糖、乳清蛋白、醇溶蛋白等[16-20],它们在涂膜保鲜中具有各自的特点并且应用安全[21 ]。目前,可食性膜正在由过去的单一膜逐渐向复合膜的方向发展。可食性涂膜保鲜技术作为一种无污染、安全、简单易行的保鲜技术,越来越受到国内外同行的关注。
减压保鲜技术的一般过程是将果蔬置于密闭容器内,抽出容器内部分空气,使内部气压降到一定程度,同时经压力调节器输送新鲜湿空气,整个系统不断地进行气体交换,以维持贮藏容器内压力的动态恒定和保持一定的湿度环境。由于降低了空气的压力,使果蔬长期处于休眠状态,因此能够降低果蔬的呼吸强度,并抑制乙烯、二氧化碳、乙醛、乙醇的生物合成,从而可以达到延长果蔬货架期的效果[22]。真空预冷技术的工作原理是将被果蔬原料放在真空室内,通过抽真空,造成一个低压环境,使物料内部的水分迅速蒸发,由于水分的蒸发吸热导致物料本身温度迅速下降(一般在0~10℃)[23]。
臭氧(O3)是一种常温下不稳定的淡蓝色气体,易分解产生具有强氧化能力的原子氧,其在水中的氧化还原电位为2.07eV,仅次于氟,因此具有很强的消毒、灭菌功能。同时,臭氧气体能快速氧化分解果蔬呼吸释放的乙烯,延缓果蔬的成熟,减慢生理老化过程,从而起到果蔬保鲜作用[24]。
虽然臭氧保鲜安全、无残留,但是由于臭氧有强氧化性,臭氧处理不可避免的是在杀菌、降解农药的同时,无选择地破坏易被氧化的营养物质,具有强还原性的VC 容易被臭氧氧化,而弱还原性的还原糖则不会与臭氧发生反应。臭氧使用浓度过大,还会引起果蔬表面质膜损害,使其透性增大、细胞内物质外渗,导致品质下降,甚至加速果蔬的衰老和腐败等。因此一定要选择合适的臭氧剂量。
超声波多用于鲜切果蔬的清洗,是利用低频高能的超声波的空化效应在液体中产生瞬间高温高压造成温度和压力变化,使液体中某些细菌致死、病毒失活,甚至使体积较小的一些微生物的细胞壁破坏,从而延长果蔬的保鲜期[25-26]。
食品辐照保鲜技术是20世纪发展起来的一种灭菌保鲜技术,是以辐射加工技术为基础,运用X射线、γ射线或高速电子束等电离辐射产生的高能射线对食品进行加工处理,产生强大的物理效应和生物效应,达到杀虫、杀菌、抑制生理过程,提高食品卫生质量、保持食品原有的成分及风味和延长货架期的目的。
纳米材料科学的进步催生了这种新型的保鲜技术。将纳米无机抗菌材料通过特殊工艺添加到包装材料中果蔬,用该材料制作的容器具备长效的杀菌性能。纳米材料具有抗菌杀毒、低透氧率、低透湿率、阻隔二氧化碳、吸收紫外线、自洁功效与良好的阻隔性及力学性能等优良特性[27]。
纳米材料主要通过两种技术手段作用于果蔬保鲜:一是作为抑菌剂涂被于果蔬表面,另一是作为果蔬的包装材料。“纳米保鲜果蜡”应用于水果的保鲜,发现保鲜果蜡具有保护果面、增加果品色泽和亮度、抑制呼吸、延缓衰老、保持硬度等特点,能够延长水果贮藏期限[28]。将纳米材料制备成保鲜袋,发现纳米袋具有良好的透氧性能,能在贮藏期内通过缓慢的自发气调形成低氧、高二氧化碳的微环境,抑制呼吸强度,减少自由基生成,延缓衰老; 同时其良好的透湿性能显著降低鲜切果蔬的水分蒸腾,减少失水率,保持果蔬的鲜活状态[29-30]。
随着社会经济的飞速发展,人民生活水平的不断提高,消费者对果蔬新鲜度及食用安全性提出了越来越高的要求。在果蔬保鲜中应用生物技术,有污染小、成本低等优点,相比传统的保鲜技术有较大优势。其应用前景十分广阔。
[3] 王曙文,代永刚,牛红红,等.国内外果蔬生物保鲜技术的研究进展[J].农产品加工·学刊,2008,157(12):110-113.
[9]刘志杰,陆则坚.生物技术在食品保鲜中的应用[C].福建省农业工程学会 2006年学术年会论文集. 2006.[4]
[13]李铁华,张慜.硅窗气调保鲜贮藏茶树菇的化学及生理变化研究[J].食品科学,2009,30(6) :255-259.
[14]章建浩.生鲜食品贮藏保鲜包装技术[M].北京:化学工业出版社,2009.
[15]刘志杰,陆则坚. 生物技术在食品保鲜中的应用[C]// 福建省农业工程学会 2006年学术年会论文集. 2006.
[20]朱丹实,郭小飞,刘昊东.可食性大豆皮果胶膜的制备及膜性质研究[J].食品科学,2011,32(8) :116-120.
[22]生吉萍,申琳.果蔬安全保鲜新技术[M].北京:化学工业出版社,2010.
[25]王静,韩涛,李丽萍.超声波的生物效应及其在食品工业中的应用[J].北京农学院学报,2006,21(1) :67-75 .
[28]许志,曾柏全,赵莹,等.壳聚糖添加纳米碳酸钙助剂涂膜对葡萄品质的影响[J].中南林业科技大学学报,2010,30(9):177-180.
[30]黄凌燕,陈正行.纳米抗菌包装对鲜切马铃薯丝保鲜品质的影响[J].食品工业科技,2009,30(11) :274-250.