蔬菜保鲜包装技术的研究进展

郑秋丽，王 清，高丽朴，王云香，史君彦，左进华*

新鲜蔬菜中含有较为丰富的营养物质，是人们生活中不可缺少的食物。但蔬菜属于易腐农产品，受到气体、湿度、温度、微生物以及机械伤害的影响，容易水分蒸发、滋生病害、品质下降、衰老劣变，给贮藏流通过程带来一定的难题。合理的保鲜包装能够使蔬菜在贮运中保持良好的状态。本文从6 个方面综述了蔬菜保鲜包装技术，以期为解决蔬菜贮运保鲜包装的相关难题提供参考。

1 控制气体保鲜包装

1.1 气调包装

气调包装（modified atmosphere packaging/controlled atmosphere packaging，MAP/CAP）是指通过控制包装内气体组分含量，达到有利于果蔬保鲜环境、保持微弱有氧呼吸的气调平衡。蔬菜常用气调包装有4 类：自发气调薄膜包装（modified atmosphere packaging，MAP）、充注混合气体薄膜包装、高氧自发气调薄膜包装（high oxygen modiベed atmosphere packaging，HOMAP）和活性包装（active packaging，AP）。

1.1.1 自发气调薄膜包装

MAP是指蔬菜在密封环境内通过自身呼吸作用形成适宜的气体环境，达到自发性气调目的[1]。蔬菜贮运过程中蔬菜易腐烂、衰老。MAP在密封包装袋内创造出低氧和一定体积分数CO2的微环境，抑制了蔬菜的呼吸及部分微生物的生长，减缓了蔬菜在贮藏中的损耗[2]，使用简便、成本低廉、保鲜效果好。蔬菜的自发气调薄膜主要分为常规保鲜膜、新型保鲜膜和复合膜。常规保鲜膜包括聚乙烯（polyethylene，PE）、聚氯乙烯（polyvinyl chloride，PVC）、聚丙烯（polypropylene，PP）、硅橡胶膜[3]。新型保鲜膜包括微孔薄膜、高CO2/O2透气比保鲜膜。PE膜和PVC膜应用最为广泛，能有效延长蔬菜贮藏期，饶先军[4]将厚度0.06 mm的PE袋或密闭塑料箱作为结球生菜自发气调的装置，有效地延缓了结球生菜的衰老。由于近年来鲜切菜的发展，PP膜的应用会逐渐增加[5]。在商业应用中，PVC薄膜和一定面积的硅橡胶膜热合而成的硅窗气调包装对蒜薹保鲜效果最好[6]。李铁华等[7]发现硅窗气调包装比普通气调包装袋能更好保持茶树菇品质。但硅窗袋制作成本较高，随着保鲜膜制孔技术的不断发展，硅窗袋将逐渐被微孔袋所取代，微孔保鲜膜在未来的应用中会越来越广泛。含有聚乳酸（polylactic acid，PLA）的微孔薄膜不仅透气性好，而且能隔离气味，有利于保护环境[8]。高CO2/O2透气比保鲜膜与常规保鲜膜完全不同，具有透气性高、CO2/O2渗透系数比极高（350∶1）的特点[9]。复合膜也是薄膜包装的一种发展趋势，保鲜效果好，且可降解。王羽等[10]发明了一种由乙烯-乙烯醇共聚物（ethylene-vinyl alcohol copolymer，EVOH）与聚酰胺（polyamide，PA）共混挤出成膜后，再与PE复合而成的新型高阻隔薄膜，被称为EHA/PE膜，鲜切莴笋在这种高阻隔薄膜的包装下进行自发气调，阻止氧气进入，防止莴笋的褐变。PLA/聚对苯二甲酸-己二酸-丁二酯生物降解复合膜在洋葱、番茄保鲜上都具有良好的效果[11]。

MAP在部分蔬菜应用中具有局限性，原因如下：1）包装袋内O2和CO2难以维持稳定[3]，蔬菜种类繁多，部分蔬菜自发气调效果并不明显；2）传统气调易造成有害的厌氧条件[12]（O2体积分数小于2%，CO2体积分数大于20%)，有的蔬菜对CO2比较敏感，易发生腐烂[6]；3）使用普通自发气调薄膜后，一次性塑料包装易带来“白色污染”问题。鉴于以上问题，人们着重研究充注混合气体薄膜包装、HOMAP和AP内的气体组成，也更加关注生物可降解性能的包装材料。

1.1.2 充注混合气体薄膜包装

充注混合气体薄膜包装是指应根据蔬菜自身的性能特点，选择2 种或2 种以上的混合气体充注包装袋内，来调节蔬菜贮藏中的气体成分组成。相比MAP，充注混合气体薄膜包装内充入可允许的最低O2体积分数和最高CO2体积分数，N2起填充作用，形成一种更适合蔬菜保鲜的微环境，以有效抑制蔬菜的生理活动及降低其消耗，延长蔬菜贮藏期[13]。周春梅[14]研究了当初始气体O2、CO2、N2的体积比为0.4∶13.0∶86.6时，比其他处理组（O2、CO2、N2的体积比为0.4∶7.0∶92.6）及对照组（空气）能更有效推迟白玉菇呼吸高峰。Fernández-León等[15]发现西兰花贮藏在1～2 ℃、相对湿度85%～90%条件下，充注体积分数分别为10% O2和5% CO2的气调贮藏比初始气体为空气的气调更能保持西兰花的外观品质，贮藏9 d仍具有较高的商品价值。董玉玲[13]发现体积分数15% O2和体积分数51% CO2混合气调包装更有利于鲜切马铃薯品质的保持，不利于发生无氧呼吸产生酒精及发生褐变，这与在混合气调包装中加入适量的氧气密不可分。D’Aquino等[16]研究发现在20 ℃、相对湿度低于90%条件下，充注3 kPa CO2和12 kPa O2混合气体，可延缓樱桃番茄的整体质量，减少腐烂。

1.1.3 高氧自发气调薄膜包装

HOMAP是指包装中O2的体积分数为21%～100%[17]的薄膜包装。传统的MAP内O2体积分数偏低、CO2体积分数偏高，导致蔬菜进行无氧呼吸，产生的乙醛和乙醇等异味物质累积并滋生细菌，使蔬菜产生毒害并影响其品质[18]。而HOMAP能降低蔬菜的呼吸作用，抑制细菌和真菌的繁殖，降低腐烂率，并减缓了组织褐变[12,17,19]。Jacxsens等[12]认为比起低氧气调包装，高氧气调包装能有效抑制蘑菇多酚氧化酶活力的升高，降低褐变率。梁小玲[20]使用25 mg/mL抗坏血酸、7.85 mg/mL乳酸钙和80%（体积分数）O2，以及40℃热处理20 min结合体积分数92% O2这2 种方式处理鲜切土豆后，发现鲜切土豆在4 ℃条件下，14 d内都能保持较好品质。Ghidelli等[21]也发现HOMAP能很好地保持鲜切茄子的感官品质。

1.1.4 活性包装

AP是指在包装材料或包装系统内添加气体（乙烯、CO2）吸收剂、释放剂（如SO2、ClO2等抑菌气体）、精油或者其他材料，改变包装内的环境条件，延缓衰老，保持蔬菜的营养风味[22]。乙烯促进果实的成熟，包装膜中或者包装袋内加入降低乙烯含量的物质，比如乙烯抑制剂、乙烯吸收剂、乙烯去除剂，能够延缓蔬菜的衰老。使用3 μL/L的乙烯抑制剂1-甲基环丙烯（1-methylcyclopropene，1-MCP）处理油菜，放置在高湿冰箱中，发现处理组油菜比对照组具有更好的外观和风味[23]。与单独使用PP袋自发气调的处理相比，乙烯吸收剂和自发气调包装处理的番茄，总酚和抗坏血酸含量较高[24]。科学家分离出一种“NH-10菌株”，能够制成除去乙烯的物质（NH-T），对番茄、辣椒变色和质地变软有明显抑制作用[25]。利用60Co-γ射线辐照使TiO2改性后制成的制成Ag-TiO2/活性炭纤维光催化薄膜能显著加快乙烯降解速率[26]。蔬菜密封包装内的CO2累积，会对蔬菜造成伤害，发生质变[27]。在包装内加入CO2去除剂，比如Ca(OH)2、NaOH、KOH、CaO等，可降低包装内的CO2含量[28]。近年来，精油也被广泛应用到薄膜制作中，用来改善包装内的气体环境，EVOH中添加精油制成的活性保鲜包装薄膜能抑制圣女果的呼吸，延长其货架期[29]。在商业应用中，纸包装制品公司设计出了不同功能的垫片，在制造吸收性垫片过程中添加了能产生CO2、吸收O2、吸收异味或产生香味等的成分，以此改善果蔬贮运、销售过程中袋内的微环境。

1.2 减压保鲜

减压保鲜，又称低压保鲜、真空保鲜，是一种降低贮藏环境的气体分压、营造低氧环境的蔬菜保鲜包装技术，是贮藏保鲜技术中新的研究领域[30]。英、美、德、法等一些发达国家普遍采用减压保鲜新技术，并使用标准规格的低压集装箱用于蔬菜的长途运输中[25]。减压贮藏能够延缓蔬菜的成熟和衰老。真空度0.06 MPa的减压包装（厚度0.07 mm PE袋）处理杏鲍菇，能延长其在2～4 ℃低温条件下的贮藏期[31]。芦笋在室温条件下仅能贮藏6 d，冷藏条件贮藏期为25 d，而低压条件下贮藏期可长达50 d，因此低压贮藏推迟了芦笋的衰老过程[32]。番茄在43.6 kPa低压贮藏下，贮藏效果和抗氧化性能明显优于常压贮藏的对照处理组[33]。50 kPa低压条件下贮藏，竹笋的乙烯生成量下降，木质化进程延缓[34]。

1.3 可食性保鲜膜

可食性保鲜膜（edible packaging ベlms，EPF）是指采用喷雾、涂刷或浸渍方法将天然可食性材料（如多糖、蛋白质及脂类[35]）形成的复合膜覆盖于蔬菜表面，形成一层密封保护薄膜，阻挡氧气的进入，延缓蔬菜衰老，起到保鲜作用，可同蔬菜一起食用[25]。EPF具有可降解、无污染，且能调节包装体系内的O2、CO2、水分等比例[36]的特点，在添加某些抗菌剂后更能起到抑菌效果，是一种极具开发潜力的食品包装材料。如在保鲜上，用ClO2浸泡樱桃番茄之后再涂抹壳聚糖，不仅能延长其贮藏期，且能有效降低腐烂率[37]。

很多学者研究EPF取得了显著的成果，但他们发现单独使用1 种天然可食性材料存在不足，比如多糖膜阻湿性能差；蛋白质膜抗水能力差；脂类可食性膜会产生蜡质口感[38-39]。复合膜（如多糖-脂类膜、蛋白质-脂类膜等）改善单一膜的特性是当前的发展趋势，通过加入不同比例的天然可食性材料来调节膜的透水性、机械强度、阻气性、抗水性等[38-39]。与海带多糖膜相比，海带多糖复合膜（20 mg/mL海带多糖、4 mg/mL壳聚糖、2 mg/mL魔芋葡甘聚糖）更能降低辣椒的质量损失率和腐烂率，有助于保持较高的叶绿素和VC含量，对辣椒的保鲜效果较好[40]。大豆分离蛋白质和半胱氨酸复合可食性膜能够控制鲜切茄子的组织褐变[21]。

1.4 瓦楞纸箱

保鲜瓦楞纸箱具有广阔的发展空间，已成为蔬菜保鲜包装的主要研究方向之一。在纸箱的内表面加入镀铝保鲜膜或在造纸阶段混入能吸附乙烯气体的多孔质粉末（如SiO2纳米粉剂），不仅能吸收乙烯，防止水分蒸发，而且能反射辐射线，防止箱内温度升高，从而保持蔬菜的鲜度[41]。

2 控湿保鲜包装

控湿保鲜包装是指通过控制包装内的湿度，保持蔬菜外观品质的一种保鲜包装。控湿保鲜包装的类型、性能及应用情况如表1所示。

表1 控湿保鲜包装的类型、性能及应用Table 1 Humidity-controlled packaging types and their characteristics and applications

3 抗菌保鲜包装

抗菌保鲜包装是指在蔬菜的贮运过程中使用抗菌保鲜膜或抗菌活性包装，起到抗菌作用的一种保鲜包装方式。

3.1 抗菌保鲜膜

抗菌保鲜膜是指在保鲜膜中添加抗菌剂，通过抗菌剂的缓释和光催化等作用达到抗菌、保鲜目的的一种功能薄膜[57]。抗菌膜因其高效、稳定、安全等独特的优点，越来越受到重视，在食品包装和保鲜方面有广阔的应用前景并产生巨大的经济效益[58]。Appendini等[59]提出抗菌膜制作的主要方式是将抗菌物质直接混合添加在包装膜里或者是涂镀在包装材料上，其中抗菌物质包括无机抗菌剂和天然抗菌剂。无机抗菌剂大致分为金属离子抗菌剂和以TiO2为代表的光催化抗菌剂两大类[60]。金属离子抗菌剂主要是利用Ag、Cu、Zn等金属本身所具有的抗菌能力，通过物理吸附或离子交换等方法，将带抗菌能力的金属固定于沸石、硅胶等多孔材料的表面或孔道内，然后将其加入到制品中获得具有抗菌性的材料[61]。例如利用带有抗菌性的银沸石制成的薄膜能够在一定程度上抑制细菌的增殖，起到保鲜作用[62]。国家农产品保鲜工程技术研究中心研制的PE/Ag防霉保鲜膜对灰霉菌有很明显的抑制作用[63]。近年来，以TiO2为代表的光催化抗菌剂得到了广泛应用。在光催化作用下，TiO2将吸附在表面的OH-和H2O氧化为羟自由基，羟自由基可与蛋白质、酶类及核酸等生物大分子反应起到杀菌作用，该类抗菌剂的耐热性比无机金属抗菌剂高[60]。使用TiO2/SiO2复合光催化材料膜包装西红柿，能够显著延长其货架期[64]。

天然抗菌剂主要包括天然植物提取物（肉桂醛[65]）、香料提取物（百里酚、百里香素）和壳聚糖[66]等。添加天然抗菌剂成分也是抗菌保鲜膜的一大特点，Wang Chanchan等[67]采用内表面涂覆法，制备天然高分子壳聚糖与PP无纺布的复合膜，结果只有较少的细菌吸附在PP膜上，表明PP膜在经过壳聚糖改性后，能抵制蛋白质的吸附和细菌的黏附，抗污染能力明显增强。天然抗菌剂中PLA是唯一具有优良抑菌及抗霉特性的生物可降解塑料，其复合材料PLA/聚己内酯/麝香草酚（PLA/polycaprolactone/thymol，PLA/PCL/TH）薄膜不仅抑制辣椒微生物繁殖，更能延长辣椒的保鲜期[68]。

3.2 抗菌活性包装

包装小袋和吸水垫中加入抑菌物质（如乙醇、精油[69]、ClO2等）是目前抗菌活性包装的一种趋势[70]。魏华[71]利用干式复合法制备了一种可以智能控制释放SO2杀菌剂的3 层复合包装薄膜，可使SO2的释放量既满足杀菌保鲜的要求，而且不会对人体造成伤害，具有很高的实用价值。质量分数1%的丁香精油和质量分数1%的葡萄籽精油的活性薄膜可抑制圣女果中的微生物繁殖和有机物的氧化，具有良好的保鲜效果[29]。在商业应用中，纸包装制品公司最新设计的垫片中含有纤维素或者超高吸收性的聚合物材料，同样具有抗菌功能。

4 控温保鲜包装

蔬菜作为易腐农产品，在配送流通过程中应保持低温状态。目前的常用方法是用制冷设备创造低温贮藏环境，在蔬菜保鲜包装上包括蓄冷包装和保温包装。

4.1 蓄冷包装

蔬菜在配送过程中多使用方便、快捷的蓄冷式配送。饶先军[4]在研究结球生菜的冷链保鲜技术中总结出，运输时间在12 h内，使用保温箱包装运输，运输时间在24 h内，使用保温箱加蓄冷剂包装运输，运输时间超过1 d，最好采用冷藏车运输以保证结球生菜的品质。蓄冷剂研发也属于蔬菜保鲜包装的研究方向之一。高斯[72]研究了低温蓄冷剂的制备方法，通过聚乙烯醇、戊二醛在酸的作用下交联制备水凝胶型蓄冷剂，确定在0～-5 ℃范围采用氯化钠做降温剂，在-5～-10 ℃范围采用氯化钾做降温剂。

4.2 保温包装

蔬菜在低温贮藏流通过程中，较多使用具有隔热功能的瓦楞纸箱、打孔聚氨酯（polyurethane，PU）泡沫箱、塑料周转箱。隔热瓦楞纸箱是在传统箱内、外包装材上进行复合树脂和铝蒸镀膜，或在纸芯中加入发泡树脂，使其具有优良的隔热性，防止在流通途中蔬菜自身温度升高。刘翠娜[73]研究将厚5 mm真空绝热板与厚20 mm PU发泡组合而成的复合保温材料应用于箱体底部，可大大提高保温性。塑料保温箱内外表面均为PP材质，中间是厚30 mm的PU发泡材料，箱盖为硅胶条密封，可安置冰盒，外界温度30 ℃下，箱内温度可在24 h内维持2～8 ℃。另一种保温箱的内外表面均为材料高密度聚乙烯（high-density polyethylene，HDPE），中间是35 mm厚的PU发泡材料，箱盖发泡硅胶条密封，支持GSP温度仪，保温（40 ℃左右）时间为8～10 h；冷藏（2～8 ℃）时间为20 h以上。有研究学者对温度控制包装进行预测，蔬菜保温箱可发展为绝缘材料和自热自冷罐[74]。

5 减损保鲜包装

蔬菜运输过程中为避免机械损伤，通过摆放方式和采用缓冲材料进行减损包装。蔬菜从下到上整齐排列，不易滚动，可以减少蔬菜运输期间的碰撞。块茎类蔬菜可放置在凹坑的特殊抗压垫中定位包装，降低损伤[75]。叶菜类蔬菜可采用微孔袋加打孔纸箱包装。缓冲材料主要包括纸板、泡沫、塑料、植物纤维、珍珠棉等。在原板中加入功能型薄膜或长纤维无纺布等，使用这种托盘除了能够防止蔬菜被损坏外，还具有一定的隔热性[76]。在运输过程中注重包装质控的同时，也应避免野蛮装卸，减少人为引起的损伤。

6 智能保鲜包装

蔬菜智能保鲜包装是以生物传感器、无线射频等手段探测、识别和记录蔬菜温度、成熟度等指标，达到监控蔬菜及其贮藏环境变化的目的[77]。蔬菜智能保鲜包装在国外商超中应用较为广泛。法国的“不二价”超市连锁店在许多新鲜食品上使用一种被称为“时间温度指示（time temperature indicating，TTI）”的包装技术，该技术能测量、记录食品从生产到销售中温度随时间的变化历程，可以显示食品在某一温度下已存放的时间[78]。智能包装遇菌变色报警，能够检测并告知消费者蔬菜的污染。传感器供应商Infratab推出了一种传感器标签，可监测易腐食物。该标签可通过带有近距离通信（near field communication，NFC）功能的智能手机进行读取，称为“Freshtime NFC”标签，起到“新鲜保证”的提示作用，以数字形式显示食物的新鲜度[79]。

7 结 语

蔬菜保鲜薄膜包装中气调包装或者抗菌薄膜大多是以PE、PVC等材料为基材，因使用废弃后不能完全降解能导致“白色污染”。为解决蔬菜保鲜包装带来的“白色污染”问题，天然化合物、生物可降解包装材料、复合型的可食性保鲜膜等环保型蔬菜保鲜包装的研发与应用日趋广泛。

蔬菜保鲜包装技术的深度挖掘和综合利用成为研究热点。越来越多的人对如上所述的单一蔬菜保鲜包装技术进行深度挖掘，开拓更新的技术手段。比如蔬菜高氧气调保鲜技术的研究尚浅，还停留在抑制微生物繁殖、减少褐变及降低呼吸作用等阶段；因此可依据不同蔬菜的呼吸及生理特性，探索其适宜的高氧浓度临界值，将会是未来蔬菜保鲜包装的研究热点[80]。另外，可以利用数学建模方法来进行各种蔬菜贮藏条件的设计，比如在气调系统方面，可以利用蔬菜生理过程之间的相互作用，设计相应的包装和环境条件，从而提高新鲜或鲜切蔬菜的贮藏期[1]；通过模拟蔬菜蒸腾和水分演化，并提供包装内变化的最新信息，能够为控制水分蒸发提供新策略[81]。智能包装作为食品包装的创新包装[82]，使蔬菜保鲜包装更加趋于智能化[83]。在智能包装方面，低成本、高智能的综合性技术手段的运用将成为趋势，如进一步基于印刷电子、碳纳米技术、硅光子学和生物技术开发新的传感器可以成为其技术的研究热点[84]；再者，计算机断层扫描或激光扫描等技术必将带领蔬菜智能保鲜包装进入新时代。

在各方面进行深入研究虽然能够在一定程度提高蔬菜的保鲜效果，但单一的保鲜技术均有各自的缺陷，研究人员将多种单一技术相结合并综合应用，例如臭氧、可食性膜和气调包装在蔬菜上的综合利用。张洪磊等[85]提出了充气保鲜包装技术结合冰温技术在蔬菜保鲜应用的可行性，这2 种技术的结合将提高蔬菜的保鲜效果。综上所述，综合保鲜包装技术具有广阔的应用前景，找到某种蔬菜较好的保鲜包装工艺可为延长其贮藏寿命、保持蔬菜良好的食用品质提供更大的可能性。

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