现代果蔬保鲜技术及植物源果蔬保鲜剂研究进展

谌馥佳，燕照玲，李恩中*

(1.黄淮学院 生物与食品工程学院，河南 驻马店 463000；2.河南省农业科学院 农业经济与信息研究所，河南 郑州 450002)



现代果蔬保鲜技术及植物源果蔬保鲜剂研究进展

谌馥佳1，燕照玲2*，李恩中1*

(1.黄淮学院 生物与食品工程学院，河南 驻马店 463000；2.河南省农业科学院 农业经济与信息研究所，河南 郑州 450002)

果蔬保鲜技术作为果蔬采后贮运的重要手段，是保证我国果蔬产业健康发展的重要举措。综述了近年来果蔬保鲜领域的常用技术，包括低温、紫外线或辐射、高压静电场、气调等物理保鲜技术，以及植物生长调节剂、熏蒸型防腐剂等化学保鲜技术，结合当前发展趋势，总结了近年来化学保鲜剂替代品——植物源绿色果蔬保鲜剂的研究概况，并提出制定植物源果蔬保鲜剂质量标准评价体系的建议和今后果蔬保鲜技术的发展方向。

果蔬； 物理保鲜; 化学保鲜; 植物源果蔬保鲜剂; 质量标准评价体系; 安全性评价

果蔬产业与国计民生息息相关。果蔬在日常生活中是不可或缺的生活必需品，在食品工业领域更是重要的加工原料。我国作为世界最大的果蔬生产国，果蔬供需量巨大，但是由于果蔬产品生产的季节性与区域性、产品的易腐性和需求的周年性等问题，其在货架期内容易腐败变质。果蔬腐败变质后，不仅营养价值丧失，还会引起食物中毒、资源损失以及环境污染等问题，甚至导致严重的经济损失[1]。要解决这些果蔬贮运过程中的关键问题，亟需采用现代化的绿色果蔬保鲜技术，包括综合运用物理、化学等保鲜技术，集成现代果蔬保鲜工艺技术体系，保证我国果蔬产业可持续健康发展。综述了果蔬保鲜领域常用的物理技术和化学技术的应用研究进展，结合当前发展趋势，总结了近年来化学保鲜剂替代品——植物源绿色果蔬保鲜剂的研究概况，并针对目前植物源果蔬保鲜剂普遍存在的问题，提出制定植物源果蔬保鲜剂质量标准评价体系的建议。

1 果蔬保鲜技术研究进展

果蔬防腐保鲜是农业生产的延续,是果蔬采后贮运的重要手段，重点和热点问题是如何保证果蔬的品质。果蔬腐败由多方面因素引起，物理、化学、酶和微生物4个方面的诱因是主要因素,其中以微生物作用最为严重。目前果蔬保鲜技术以控制微生物生长为主，通常采用2种方法：一是物理法，即采用低温[2]、气调[3]、减压[4]、辐射[5]和电离处理[6]等方法控制果蔬生理作用和病害,该方法投入大、能耗多、成本高,难以普及且保鲜效果有限；二是化学法，即通过使用保鲜剂来贮藏果蔬。

1.1 物理保鲜

1.1.1 低温保鲜 目前应用最广泛、最有效的物理保鲜技术是低温保鲜，该方法通过抑制果蔬呼吸作用和生理代谢活动，延缓果蔬衰老、抑制组织褐变，并提高其抗性，显著抑制多数致腐菌的生长与繁殖。目前世界范围内机械冷藏库的广泛应用带动了冷藏技术的迅猛发展，冷藏库向着控制精细化、自动化，操作机械化、规范化的方向发展[7]。冷藏技术广泛用于多种水果的贮藏保鲜过程。孙贵宝[8]采用高精密度的电子冷藏库贮藏保鲜蓝莓果实，因该冷藏库温度变化范围很小，可以有效抑制果实腐烂，保持果实鲜度，延长贮藏寿命。

1.1.2 紫外线或辐射保鲜 紫外线C辐射(UV-C)通过破坏微生物的DNA螺旋抑制微生物的生长，细胞可能因辐射损伤无法修复而死亡，或者发生基因突变[9]。运用紫外线照射可以减少蓝莓采后因成熟变腐的程度，并可提高其抗氧化水平[9]。另外还有辐照保鲜技术是用电离辐射产生的X、β、γ射线及电子束等处理果蔬产品，使其中的水与其他成分发生电离，产生游离基或者离子，从而达到杀虫、杀菌、防霉与调节生理活性的保鲜效果[10]。

1.1.3 高压静电场保鲜 有研究发现，用高压静电场长期暴露处理蓝莓果实，提高了果实保鲜度，抑制了果实的腐烂率、呼吸速度以及果实干枯和病菌滋生[11]。在分别采用正负高压电场对果蔬进行处理的试验中发现，负电场处理可以有效抑制芒果果实呼吸作用，延长货架期，而正电场对芒果的硬度和色泽没有影响[12]。在研究电场强度对果蔬腐烂指数的影响时发现，经高压静电场处理后草莓更耐贮藏，草莓的呼吸速率、果实腐烂指数、维生素C损失速度均明显降低[13]。

1.1.4 气调保鲜 气调保鲜作为一种无公害的果蔬保鲜方法，得到了广泛的应用和发展。它可以通过改变贮藏环境中气体成分来保持果蔬新鲜度，延长货架期，该方法通常与冷藏技术结合使保鲜效果更佳[14-16]。Schotsmans等[17]以气调保鲜技术处理、储藏兔眼蓝莓，大幅度地提高了果实品质。自发调节气体包装(modified atmosphere package，简称MAP)是一种合适的透气性包装材料，其保鲜原理是以被动或主动方式与特定气体混合物结合产生一个调节气体的环境来达到一定的保鲜效果。该包装材料的贮藏温度、初试气体成分和薄膜类型都影响蓝莓的品质[18]。研究发现，MAP包装材料与低温贮藏联用，能够有效降低鲜切芒果的细菌和霉菌数量，从而延长货架期[19]。Almenar等[20]通过采用一种生物可降解包装——聚乳酸(PLA)容器，延长了高丛蓝莓的采后货架期。

1.1.5 其他物理保鲜技术 其他物理保鲜方法有减压贮藏、臭氧保鲜、热处理保鲜等。自内蒙古包头市建成并投产史上第1座千吨级减压贮藏库(JBXK-2000型)，我国保鲜技术进入世界领先行列[7]。臭氧保鲜技术和热处理保鲜技术已被广泛应用于草莓、山莓、荔枝、银杏、苹果、柠檬等常见果蔬的采后贮藏中。

1.2 化学保鲜

常用的保鲜剂是一种化学复合制剂，也叫化学保鲜剂，具有保持果蔬原有品质(即保持水分、护色)、防腐杀菌、延缓植物器官和组织衰老(抑制果蔬生理活性)等多重功效[21]。例如2,4-D和细胞分裂素等生长素类，清鲜素等生长抑制剂，蜡和复方卵磷脂等涂被剂均属于植物生长调节剂；硼砂和克菌灵等防护性杀菌剂，多菌灵和苯来特等苯并咪唑及其衍生物，抑菌唑和三唑灭菌剂等新型抑菌剂均属于溶液浸泡型防腐剂；二氧化碳吸附剂和乙烯吸收剂等吸附型保鲜剂；另外还有臭氧、氯气、联苯等熏蒸型防腐剂。Wang等[22-23]研究表明，异硫氰酸丙烯酯(AITC)在10 ℃的贮藏温度下可以有效减缓蓝莓果实的腐烂。采用钙处理蓝莓可以有效保持果实的硬度，减少腐烂率[24]。

长期使用化学保鲜剂，虽然能够杀死病原菌并保证防腐保鲜效果，但是化学合成药剂的滥用危害了人体健康，更严重的会出现致癌、致畸、致突变等现象[25]；同时会引起农药残留和抗药性等问题，也严重污染环境。因此果蔬保鲜领域迫切需要研究化学防腐剂的替代品，其中天然保鲜剂成为最有发展潜力的替代品，它们是来自自然界的天然防腐保鲜成分。目前已有许多天然保鲜剂应用于果蔬保鲜过程中，成为推动果蔬产业健康可持续发展不可或缺的物质基础。

2 植物源绿色果蔬保鲜剂研究进展

天然保鲜剂根据来源，可以分为3类：植物源保鲜剂、动物源保鲜剂和微生物源保鲜剂。植物源保鲜剂主要是各种中草药、香辛料以及功能性植物的开发产品；动物源保鲜剂应用较多的是壳聚糖，例如壳聚糖涂膜能有效地延缓人参果[26]和草莓[27]的腐烂；微生物源保鲜剂有乳酸链球菌素(Nisin)、纳他霉素(Natamycin)和曲酸(Kojic acid)等，有研究表明，将乳酸链球菌素和复合生物酶联用处理常温下的辣椒，能够有效地抑制辣椒有害菌的滋生，保鲜效果良好[28]。我国功能性植物资源十分丰富，因地制宜开发中草药、香辛料以及功能性植物资源，用于植物源绿色果蔬保鲜剂的研发，是保证我国果蔬产业健康发展的有效途径之一。

2.1 植物源防腐保鲜成分及植物资源简介

近年来天然保鲜成分的理论和应用基础研究发展迅速，许多具有抗氧化、抑菌活性成分的植物资源被开发，例如胡椒、花椒(胡椒科)，柑橘类、柠檬(芸香科)，迷迭香、薄荷(唇形科)、川穹、八角茴香(伞形科)，众香、丁香(桃金娘科)，苍耳、青蒿(菊科)，大蒜、洋葱(百合科)，辣椒(茄科)，姜(姜科)，黄连(毛茛科)，肉桂(樟科)，厚朴(木兰科)和香茅(禾本科)等[29-31]。这些富含多酚类、黄酮类等活性成分的中草药、香辛料植物已经成为研究热点，从这些植物中提取分离的抗氧化或抑菌活性物质是植物源天然保鲜剂开发的物质基础。

植物源天然保鲜剂的有效成分通常是来源于植物的抗氧化、抑菌或者兼有两者属性的活性物质。目前研究较为深入的活性物质有以下几类：(1)多酚类，包括黄酮类、单宁类、酚酸类，如槲皮素、咖啡酸、阿魏酸、肉桂酸等；(2)苯丙素类，包括木脂素类和香豆素类化合物，如去甲二氢愈创木酚；(3)甙类，包括酚甙和醇甙，如丹皮酚和苦瓜皂甙[32]；(4)多糖类，一般被开发为涂膜剂[33]，代表产品是魔芋多糖涂膜剂[34]；(5)萜类，如柠檬烯、香芹酮等[35]；(6)有机酸类，代表活性化合物有水杨酸、乙酸[36-37]等；(7)不饱和脂肪酸[38]；(8)生物碱类等。这些成分的保鲜机制可能包括：(1)由抑菌活性成分起主导作用，能够抑制甚至杀死果蔬的致病菌，从而保证果蔬品质；(2)因为这些成分的抗氧化活性，防止果蔬的不饱和脂肪酸等成分酸败氧化；(3)能够抑制酶的活性，确保果蔬的色泽鲜亮、感官特性良好；(4)还可能在果蔬表面形成一层保护膜，有效地防止微生物的侵染和水分的散失，从而保持果蔬的良好品质[39]。

果蔬采后贮藏至流通期间降低果蔬品质的主要原因是微生物的侵染，这些微生物大多数属于果蔬致腐致病菌，例如青霉、曲霉、链格孢等；果蔬中还可能携带李斯特氏菌、大肠杆菌等人体致病细菌。国内外针对这些致病微生物进行了大量的抑菌活性研究，以期筛选抑菌效果较好的中草药、植物提取物以及抑菌活性成分。如魔芋提取液(有效成分为魔芋甘露糖酐[40])、石榴皮提取物[41]、丁香提取物(有效成分为丁香精油和丁香酚[42])、肉桂提取物(有效成分为肉桂精油[43])等许多植物提取物对采后果蔬具有较好的保鲜作用。植物提取物的抑菌活性可能是多种成分相互作用的结果，但是随着植物源杀菌剂的过度使用，单一成分可能导致抗药性的产生，因此为保证果蔬保鲜剂产品的安全稳定，不同抑菌成分及抑菌剂的协同复配已被广泛接受，复配抑菌剂的使用可以在保证抑菌效果的同时减少每种单剂的浓度及用量，从而提供一种天然复合型果蔬防腐剂的开发途径[44]。如植物精油中酚类和醛类等物质协同抑菌[45-46]，不同精油混合或一种精油与其他抑菌物质混合可起到增效作用[47]。各种不同机制的抑菌剂之间通过适当配合能够有效增强抑菌效果，这对于开发高效、广谱、无毒天然果蔬保鲜防腐剂，促进食品和果蔬加工产业的健康可持续发展有着重要的科学意义和实践应用价值。

2.2 国外相关研究概况

1924年国外开始研究天然果蔬保鲜剂，目前广泛应用于果蔬贮藏保鲜过程中。应用较多的植物源保鲜剂品种为森柏，其活性成分是蔗糖酯，由植物油和糖组成，其功能是抑制果蔬呼吸作用和水分蒸发，这类果蔬保鲜剂广泛应用于番茄、葡萄、梨、豆角等果蔬贮藏中，且获得了世界卫生组织和联合国粮农组织的免检特许证。另外，复合维生素C衍生物可以用于鲜切水果去皮和加工的前处理过程，有效防止水果褐变。肉桂精油、薄荷精油等可有效抑制引起槟榔腐烂的根霉、青霉等致腐菌，肉桂精油抑菌效果更明显[48]。Lee等[49]发现，肉桂和姜黄的不同溶剂提取液对黑曲霉、串珠镰刀菌等具有不同程度的抑制作用。Olivas等[50]用海藻酸钠-亚油酸的复合保鲜液开发了苹果的保护膜，其具有鲜艳、透亮的外观和良好的气体选择透过性，可以有效地抵御环境微生物侵染，防止果实的腐烂变质，抑制果蔬呼吸速率，降低营养成分消耗，从而延长果蔬的贮藏期。目前对果蔬保鲜剂抗菌机制的研究发现，果蔬保鲜剂能够破坏病原菌细胞壁和细胞膜体系的屏障作用，使细胞无法生长繁殖；或者作用于病原菌的遗传物质或病原菌细胞微粒结构，从而阻碍遗传信息的复制；还能够调控酶或蛋白的功能，促使细胞丧失生长和繁殖的能力[51]。

2.3 国内相关研究概况

我国的天然果蔬保鲜剂开发起步较晚，尚处于试验阶段。在天然植物中起防腐和抗氧化效果的活性成分主要是精油，其在芸香科九里香属、菊科蒿属和樟科樟属等食用香料植物，以及魔芋、茶叶、大蒜等植物中均广泛存在。经金银花、高良姜复配液处理的黄瓜，失水率和维生素C损失率降低，保存时间延长，色泽良好[52]。高海生等[53]将百部、虎杖等中草药通过超临界CO2萃取制成的中草药复合剂型应用于果蔬保鲜，效果良好。我国开发的植物源保鲜剂往往还具有增香以及保健的功效，例如茶叶抽提物，开发这类具有我国特色的系列保鲜剂是我国果蔬保鲜剂今后的发展方向。

近年来我国植物源果蔬保鲜剂的专利产品，主要是不同植物提取物及主要抑菌活性成分与其他可食性成分(例如多糖成膜剂)进行复配的制剂，其对不同的果蔬和食品表现出不同程度的保鲜或抑菌效果，详见表1。

表1 近年来我国部分植物源果蔬保鲜剂专利产品目录

2.4 植物源果蔬保鲜剂普遍存在的问题及解决方案

目前，国内外虽已研制出多种果蔬植物性防腐保鲜专利产品，但是还存在各种问题：(1)抑菌机制的探索处于初级阶段，需要进一步深入探明抑菌的方式和方法；(2)植物源保鲜剂因其见效慢、作用小，难以在生产中进行推广；(3)植物源保鲜剂有效成分复杂且难以确定和检测，不容易形成产品并进行商品注册；(4)植物源保鲜剂的活性组分是次生代谢产物，其化合物组成、含量因植物自身遗传因子和环境条件(如土壤、光照和温度等)不同而产生地域性、季节性等的变化，而且这些活性成分因植物部位不同含量亦不同，部分活性成分属于光敏和热敏化合物，造成植物源保鲜剂商品化开发困难；(5)目前的天然水果保鲜剂具有一定的局限性，往往是针对1种或者几种水果的防腐贮藏，且存在价格昂贵、防腐技术不易掌握等问题[69]。

鉴于这些问题，需要建立一系列质量评价体系，以规范植物源果蔬保鲜剂的研究。首先，剂型的评价需要建立一个相对统一的执行标准。目前由于果蔬保鲜剂的剂型种类繁多[70-72]，还没有一个统一的评价标准，综合水剂、乳油以及涂膜剂等的剂型质量评价指标，建议从有害物质限量、涂膜剂成膜时间、不溶物含量、稀释稳定性、低温和热贮稳定性等方面考察果蔬保鲜剂的质量水平。其次，果蔬品质的评价也需要建立一个相对稳定和统一的标准。果蔬的类别存在季节性和地域性的差异[65,71]，建议从生理指标和外观指标建立健全果蔬品质的评价标准，生理指标主要考察维生素C含量、可溶性总固形物含量、可滴定酸量、呼吸强度、水果风味指数、水果果肉乙醇含量、绿色果蔬叶绿素含量等指标，外观指标考察失重率、转色指数、腐烂指数等。另外，安全性也是评价果蔬保鲜剂质量好坏的关键[73-75]，建议以医药安全性为标准，综合急性毒性试验、亚急性毒性试验、蓄积毒性试验、慢性毒性试验和亚慢性毒性试验等衡量植物源果蔬保鲜剂的安全性能。

3 展望

尽管植物源果蔬保鲜剂存在很多问题，但是从长远来看，植物源保鲜剂贮藏果蔬操作简单、成本低、污染少，安全无毒副作用，符合果蔬保鲜剂天然、有效、安全的发展方向，在植物资源开发和食品贮藏方面具有很大的经济价值和广阔的应用前景。

果蔬保鲜剂只是一种辅助手段，随着科技发展，利用设备对外部条件进行调控，如气调、减压以及电磁辐射贮藏保鲜等新技术的应用成为果蔬保鲜领域的发展方向之一。因此，果蔬保鲜领域未来的发展需要综合化学和物理保鲜技术,集成现代果蔬保鲜工艺技术体系，优化物理保鲜技术条件，重点甄选高性能果蔬保鲜剂品种，通过将植物源杀菌剂和现代果蔬保鲜技术结合，推动天然防腐保鲜剂的应用和发展，解决果蔬的采后贮运以及化学防腐剂对人体健康的危害问题，从而促进我国果蔬出口贸易，支撑我国果蔬产业的可持续健康发展。

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Progress of Modern Preservation Technology and Botanical Preservatives for Fruits and Vegetables

SHEN Fujia1,YAN Zhaoling2*,LI Enzhong1*

(1.College of Biology and Food Engineering,Huanghuai University,Zhumadian 463000,China; 2.Institute of Agricultural Economics and Information,Henan Academy of Agricultural Sciences,Zhengzhou 450002,China)

As an important mean for storage and transportation of postharvest fruits and vegetables,fruit and vegetable preservation technology is a significant measure to ensure the healthy development of fruit and vegetable industry in China.This paper reviews the application of the recent common technologies in the field of fruit and vegetable preservation,including low-temperature preservation,ultraviolet or radiation preservation,high-voltage electrostatic field preservation,modified atmosphere preservation and other physical preservation technologies,as well as plant growth regulators,fumigation preservatives and other chemical preservation technologies,and summarizes the research overview of botanical preservatives for green fruits and vegetables,the alternatives of chemical preservatives in recent years by combining with the current development tendency.It proposes to formulate the quality standard evaluation system for botanical fruit and vegetable preservatives,and points out development direction of fruit and vegetable preservation technology in future.

fruits and vegetables; physical preservation; chemical preservation; botanical fruit and vegetable preservatives; quality standard evaluation system; safety evaluation

2016-05-22

河南省科技攻关项目(152102210025)

谌馥佳(1985-)，女，湖北黄陂人，讲师，博士，主要从事生物制药研究。E-mail:shenfujiawlqs@163.com

*通讯作者：燕照玲(1983-)，女，河南孟州人，助理研究员，博士，主要从事植物病理学研究。E-mail：yanzl83@126.com 李恩中(1974-)，男，河南确山人，教授，主要从事生物制药的教学与科研工作。E-mail：66811648@qq.com

时间：2016-11-25 14∶24∶33

S609+.3

A

1004-3268(2016)12-0007-07

网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/41.1092.S.20161125.1424.023.html