近冰温冷藏过程中果蔬采后生理品质变化的研究现状

范新光，梁畅畅，郭风军，姜微波，杨艳青,4，刘慧,4，张爱迪,4，贡汉生,4*

1(鲁东大学 食品工程学院，山东 烟台，264025) 2(山东省农产品贮运保鲜技术重点实验室，山东 济南，250103) 3(中国农业大学 食品科学与营养工程学院，北京，100083) 4(鲁东大学 生物纳米技术研究院，山东 烟台，264025)

近冰温(near freezing temperature，NFT)冷藏技术，是在将果实置于0 ℃以下，生物结冰点温度附近贮藏的一种技术，又称为近冰点冷藏技术(controlled freezing point storage)。通常情况下，将0 ℃ 以上的贮藏称为冷藏，主要适应于有生命特性的果蔬产品；而将0 ℃ 以下的贮藏称为冻藏，主要适用于无生命特性的鱼、肉等产品[1]。果实的生物结冰点并不是0 ℃ ，通常在0 ℃以下的某一个温度，研究发现一些果蔬产品在生物结冰点附近贮藏的效果明显优于0 ℃ 以上贮藏，进而提出了果蔬近冰温贮藏的概念。近冰温冷藏技术被称为是继冷藏、气调之后的第三代保鲜新技术，被称为果蔬贮藏保鲜领域上的又一次革命。

1 近冰温冷藏技术的发展

近冰温冷藏技术，最早在20世纪70年代由日本学者山根昭美博士在一次气调贮藏中意外发现的。该实验原计划在0 ℃ 下贮藏梨果实，但由于操作失误致使贮藏温度降至-4 ℃，但-4 ℃ 并未将梨果实冻伤，室温下恢复后的梨果实仍保持具有原来的风味和色泽。此后，山根昭美博士在研究0 ℃ 以下海水贮藏肉食时发现，生物组织的真实结冰点一般低于0 ℃， 只要在生物结冰点以上的温度贮藏，生物的组织细胞就能保持活体状态。山根昭美博士将这种原理应用到食品保鲜领域，他将0 ℃ 以下、生物结冰点以上的温度范围称为食品的“冰温带”，又叫冰温，而将在冰温区域贮藏的技术定义为近冰温冷藏技术。近些年来，近冰温冷藏技术在日本、美国、韩国、英国等其他一些发达国家得到广泛的示范应用。早在20世纪80年代，我国就开始引进近冰温冷藏技术的理念，但系统地进行果蔬产品的近冰温冷藏研究却始于2004年。

2 果蔬近冰温冷藏技术的原理

由于果蔬组织细胞内不仅含有水，还含有可溶性糖、有机酸、矿物质等溶质分子，这使得果蔬组织细胞的实际结冰点低于0 ℃，而细胞内的高分子物质的网状空间结构和植物细胞紧密排布的蜂窝状结构使细胞内水分子的自由扩散受到一定程度的阻碍，可以使果实细胞在一定程度上回避冻结现象，使得果蔬产品可以在0 ℃以下进行贮藏。将果蔬产品的贮藏温度控制在冰温范围内时，果蔬组织细胞处于活体不冻结状态，此时果蔬的呼吸代谢受到极大的抑制，果蔬衰老速率大大降低，微生物生长受到较大程度的抑制。果蔬产品是一个生命活体，低温贮藏过程中，生物组织为抵抗外界低温胁迫，会通过自身生理代谢生成可溶性糖、可溶性蛋白质等以保持组织细胞的生命活体状态，生物学上称这个过程为“生物体防御反应”。当贮藏温度接近果实的生物结冰点时，贮藏产品会进入一种“休眠”状况，果蔬可以在这种“休眠”状态下长期存放，“休眠”状态下果蔬的新陈代谢效率极低，果蔬维持生命体征所消耗的能量也最小，这就达到了延缓果实衰老、延长贮藏期的目的[2]。

果蔬产品在冰温范围内的适应性和耐受性被称为是“冰温效应”，果蔬产品生物结冰点的高低与果实冷耐受能力的强弱有关。冰温效应主要体现在以下两个方面：(1)在正常生理过程中，果蔬产品细胞膜上的不饱和脂肪酸会被自由基所氧化，而自由基又会被超氧化物歧化酶、过氧化物酶、谷胱甘肽过氧化物酶等抗氧化酶类和Vc、多酚、花青素等非酶物质所清除，两者之间维持相对平衡，可以使果蔬细胞膜不被破坏，近冰温贮藏过程中的果蔬产品中的自由基清除系统仍然具有较高活性，可以有效抑制丙二醛含量的积累，防止膜脂过氧化过程，使细胞膜得到保护。(2)果蔬产品在近冰温贮藏过程的另一个抗冷表现是具有高含量的持水性较好的可溶性蛋白，在果实组织遭受0 ℃以下的低温胁迫时，细胞内会代谢生成游离氨基酸和可溶性糖等溶质，这些溶质分子的增加能够提高果实细胞的冷耐受能力[2]。

3 果蔬近冰温冷藏技术研究现状

近冰温冷藏技术已经同1-MCP处理、臭氧处理、紫外照射、低温驯化、气调包装等其他技术相结合，在葡萄、樱桃、蓝莓、苹果、桃、杏、柿、西兰花、芦笋等多种果蔬产品上进行了应用性研究，如表1所示。

表1 果蔬近冰温冷藏技术研究现状Table 1 Research progress of near freezing point storage in fruit and vegetable

续表1

果蔬品种或产地贮藏温度复合处理方式贮藏时间贮藏效果参考文献北京平谷-0.9 ℃氧气5%气调环境80 d保持了氨基酸总量,抑制呼吸作用和氨基酸等物质的代谢,氧气5%时的保鲜效果最明显[22]大久保-0.5 ℃薄膜包装91 d抑制呼吸作用,推迟呼吸高峰的到来,抑制糖分、Vc以及水分的耗损,减少腐烂率和褐变率,保持感观品质[23]柿磨盘-0.5～-0.2 ℃低温驯化75 d降低乙烯生成,抑制多聚半乳糖醛酸酶(PG)和淀粉酶活性的上升,抑制可溶性果胶的升高,保持果实硬度[24]方山-1.0～-2.0 ℃0.02 mm聚乙烯袋90 d抑制了柿果PG的活性,延缓纤维素、原果胶的降解和水溶性果胶含量的增加,保持果实硬度,延长贮藏期至90 d[25]梨黄金梨-1.0～0 ℃无货架7 d保持梨在货架期间的果柄新鲜度、硬度、SSC、TA和总酚含量,降低果实腐烂率,减少乙醇和MDA的生成,抑制呼吸、乙烯和PPO的活性[26]猕猴桃红阳-1.9～-0.5 ℃ 无120 d保持了猕猴桃具有较高的硬度和TSS含量,抑制腐烂率、呼吸强度和MDA含量的上升[27]冬枣山东沾化(-3.0± 0.5)℃自发气调保鲜袋20 d延缓硬度、黏性和弹性的下降,降低可溶性果胶含量,延缓Vc含量下降,保持营养品质[28]树莓秋红-0.2～-1.0 ℃0.04 mm厚PE保鲜袋20 d延至贮藏期至20 d,延缓TA和TSS的下降提高POD和CAT的活性,降低PPO活性,延缓MDA含量的升高[29]甜瓜金蜜-0.5 ℃无35 d提高了甜瓜中氨基酸含量,保持了V黏、SSC、还原糖等物质含量,保持了甜瓜的口感和鲜度[30]荔枝三月红、妃子笑、白蜡、黑叶、双肩玉荷、桂味、糯米糍、淮枝(-1± 0.2)℃浸酸护色60 d降低了荔枝果实的呼吸速率、乙烯释放率、PPO、POD和花色素苷酶活性,抑制了荔枝营养成分的损失和果皮褐变,荔枝果实的保鲜期可延长至60 d[31]生菜散叶型(-1.5± 0.2)℃微孔聚乙烯袋包装15 d抑制呼吸速率,减缓叶绿素和抗坏血酸的下降,提高CAT和APX活性,提高抗氧化能力[32]西兰花Italica-0.5 ℃无12 d抑制西兰花的乙烯生成速率,抑制MDA含量和PPO的活性的上升,减缓抗坏血酸和叶绿素含量的下降[33]优秀-0.7～-0.4 ℃无70 d延缓西兰花中SSC、可溶性糖和VC含量的下降,抑制乙烯生成,提高POD、SOD和CAT的活性,降低了PPO的活性[34]优秀-0.7～-0.4 ℃低温驯化70 d延缓Vc和叶绿素含量的下降,降低呼吸强度和乙烯生成,提高POD、CAT的活性,降低PPO活性,延缓电导率的升高[35]芦笋格兰蒂-0.2～-0.5 ℃低温驯化40 d保持绿芦笋的硬度,提高感官品质、SSC和Vc含量,抑制呼吸、乙烯、PAL活性和电导率的上升,提高CAT和POD的活性[36]冠军-0.2～-0.5 ℃不同出库方式货架8 d缓慢升温的出库方式可以延长绿芦笋的货架期,保持感官品质、SSC和硬度,降低绿芦笋呼吸强度、电导率和MDA含量[37]绿豆哈尔滨0 ℃无18 d延缓绿豆中TA的下降,保持了较高的还原糖含量,抑制了果皮色泽的转变,使贮藏后的绿豆仍具有较高的商品价值[38]哈尔滨-0.2 ℃ 无20 d延缓绿豆在贮藏过程中果胶成分的降解,并抑制果胶代谢相关酶的活性[39]甘蓝Napobrassica Rchb和Rapifera Metzg-2.0 ℃ 聚丙烯膜包装5 d保持甘蓝在贮藏过程中具有更高蔗糖含量和总糖含量[40]甜玉米Rugosa Bonaf-1 ℃ 无25 d抑制呼吸强度,减少糖重量的损失,抑制电导率的上升,并较好地保持了玉米的感官品质[41]

果蔬产品是具有生命活性的有机体，为维持自身的生命体征，果蔬在采后过程中会进行一系列的生理代谢活动。近冰温冷藏技术的根本就是在维持果蔬正常生命活动的基础上，最大程度地抑制果蔬的呼吸消耗和各种代谢进程。近冰温冷藏对果蔬采后生理品质的影响主要包括“乙烯生成和呼吸强度”“营养成分的损失”“质地和软化进程”“抗氧化体系和膜脂过氧化进程”“感官品质”和“微生物生长”6个方面。

3.1 近冰温冷藏对果蔬中乙烯生成和呼吸强度的影响

乙烯是一种植物内源激素，其在植物体内的合成及释放对果实的后熟进程影响巨大，并影响果实的呼吸代谢进程[42]。近冰温冷藏技术可以显著抑制果实在贮藏过程中的乙烯生成速率和呼吸强度，并延缓乙烯高峰和呼吸高峰出现的时间。1 μL/L 1-MCP处理结合近冰温-0.3 ℃贮藏可以抑制葡萄果穗的乙烯生成速率和呼吸强度[6]。近冰温(-2.0～-1.5 ℃)贮藏可以有效延缓小白杏的呼吸强度和乙烯生成速率，推迟乙烯高峰和呼吸高峰出现的时间[17]。胡位荣等[31]在研究荔枝的近冰温贮藏时发现，相较于3 ℃冷藏，近冰温(-1±0.2)℃下贮藏可以有效抑制荔枝果实的呼吸强度和乙烯释放速率，近冰温贮藏30 d的荔枝的呼吸强度和乙烯释放速率分别是3 ℃贮藏的荔枝的61%和66%。赵猛[18]研究了红富士苹果在近冰温(-1～-1.4 ℃)下贮藏时发现，0 ℃贮藏的红富士苹果的乙烯高峰和呼吸高峰分别出现在180 d和210 d，近冰温贮藏的苹果没有出现明显的乙烯高峰和呼吸高峰，其乙烯释放速率和呼吸强度被大大抑制。薛文通等[23]在研究桃果实的近冰温冷藏过程中发现，4 ℃贮藏的桃果实在贮藏10和24 d出现两次呼吸高峰，而近冰温贮藏的桃果实的两次呼吸高峰分别被推迟到50和90 d，并且果实的呼吸作用受到抑制，这使桃果实进入一个呼吸消耗极低的“休眠状态”，进而延缓了桃果实的成熟进程并延长了贮藏期。

3.2 近冰温冷藏对果蔬中营养成分的影响

近冰温冷藏技术可以延缓果实在贮藏过程中抗坏血酸、TA、黄酮、酚类物质、花色苷等营养成分的损失[8, 26]。HELLAND等[40]研究发现近冰温(-2.0 ℃)下贮藏可以保持“Napobrassica Rchb”和“Rapifera Metzg”两个品种的甘蓝果实的蔗糖含量和总糖含量。GUO等[38]发现，近冰温冷藏延缓了绿豆中TA含量的下降，保持了贮藏后期绿豆中的还原糖含量。近冰温(-0.7～-0.4 ℃)下贮藏可以延缓采后过程中“优秀”西兰花中SSC、可溶性糖和Vc等营养成分的下降[35]。近冰温-0.7～-0.4 ℃下贮藏可以延缓蓝莓果的采后腐烂率，抑制果实中Vc和花色苷含量的降低，能有效保护蓝莓表皮的果霜[13]，近冰温-1.6 ℃下贮藏结合壳聚糖处理能够有效延缓蓝莓果实中花色苷、抗坏血酸、酚类物质和黄酮等营养成分的降解，保持果实的抗氧化活性[14]。ZHAO等[19]在研究油桃果实的近冰温冷藏时发现，近冰温(-1.5～-1.2℃)下贮藏可以延缓贮藏后期油桃果实中SSC、TA、抗坏血酸、多酚、黄酮等营养成分的下降，贮藏56 d时，油桃中TA、抗坏血酸、总酚和黄酮含量均显著高于0 ℃贮藏的油桃果实。

3.3 近冰温冷藏对果蔬质地和软化进程的影响

质地特性是评价果蔬产品贮藏品质的重要指标。在采后成熟过程中果实硬度的下降与果胶、纤维素等细胞壁多糖的降解密切相关[43]，而这些细胞壁多糖的降解受果胶甲酯酶、果胶裂解酶、多聚半乳糖醛酸酶、纤维素酶等细胞壁代谢相关酶的影响[44]。近冰温冷藏技术可以保持果实硬度，抑制细胞壁成分的降解和果胶代谢相关酶的活性，有效延缓果实的软化进程。研究发现，近冰温(-0.2 ℃)下贮藏可以延缓绿豆在贮藏过程中果胶和纤维素成分的降解，并抑制纤维素酶、果胶甲酯酶、多聚半乳糖醛酸酶的活性，可以降低细胞壁结构的膨胀速率，有效保护细胞壁多糖的网状结构[39]。近冰温(-0.5～-0.2℃)下贮藏可以抑制“磨盘”柿的PG、CX和淀粉酶活性，抑制柿果实中可溶性果胶的升高，有效保持了果实硬度[24]。相较于4 ℃贮藏，近冰温(-1.0～-2.0℃)下贮藏可以抑制“方山”柿果实中PG和CX的酶活性，延缓纤维素和原果胶的降解，抑制果实中水溶性果胶含量的增加，能够较好地保持果实的硬度，贮藏90 d时，近冰温贮藏的柿果实的硬度是4 ℃冷藏柿果实硬度的166%[25]。近冰温(-3.0 ℃)下贮藏冬枣时发现，近冰温冷藏可以延缓冬枣在贮藏过程中的硬度、黏性和弹性的下降，有效保持冬枣果实的质构特性，近冰温冷藏可以抑制冬枣果实中可溶性果胶含量的增加，进而抑制贮藏过程中冬枣的软化进程[28]。近冰温(-0.3 ℃)贮藏结合1-MCP处理可以延缓葡萄果实的采后软化，保持葡萄的硬度、弹性、凝聚性和咀嚼性等质地特性[7]。

3.4 近冰温冷藏对果蔬中抗氧化体系和膜脂过氧化进程的影响

近冰温冷藏技术可以提高果实中抗氧化系统相关酶的活性，来增强果实的自由基清除能力和抗氧化能力。过氧化氢酶(CAT)是一种抗氧化酶，能够催化H2O2的分解，清除果实在贮藏过程中产生的活性氧，果实中CAT酶活性的升高意味着果实抗氧化力的增强[45]，过氧化物酶(POD)是果实抵抗逆境胁迫时的一种防御酶，他能够清除植物体内自由基并提高植物体的自身抗逆性[46]。研究发现，近冰温(-0.5 ℃)贮藏可以有效提高樱桃果实中抗氧化相关酶CAT和POD的活性[8]。近冰温(-0.7～-0.4℃)下贮藏可以提高贮藏过程中西兰花的POD、SOD和CAT的活性，降低了PPO的活性[34]。宋秀香等[36]在近冰温(-0.2～-0.5℃)下贮藏“格兰蒂”绿芦笋时发现，近冰温冷藏结合低温驯化的方式可以抑制绿芦笋中PAL活性的上升，提高了CAT和POD的酶活性，有效增强了绿芦笋抗氧化能力。

另一方面，近冰温冷藏技术可以有效保持果实中还原糖、抗坏血酸、多酚、花青素等抗氧化成分，进而提高果实的抗氧化能力。崔宽波等[17]在近冰温(-2.0～-1.5℃) 下贮藏“小白杏”时发现，相较于0 ℃和5 ℃贮藏，近冰温贮藏可以延缓“小白杏”在贮藏过程中酚类物质的转化，有效保持了贮藏后期杏果实仍保持具有较高的抗氧化能力，近冰温贮藏56 d的杏果实的ABTS自由基清除能力、DPPH自由基清除能力、铜还原能力和铁还原能力均显著高于0和5 ℃贮藏的杏果实。ZHAO等[19]在研究油桃果实的近冰温冷藏时发现，相较于0 ℃贮藏，近冰温(-1.5～-1.2℃)下贮藏可以延缓贮藏后期果实中抗亚油酸氧化能力、铜离子螯合能力、ABTS自由基清除能力、铁还原能力等抗氧化能力的下降趋势。

果实在成熟衰老过程中，在受到微生物侵染、低温等逆境胁迫时，细胞中会产生超氧阴离子、羟基自由基、过氧化氢等活性氧。这些活性氧成分的积累会对果实机体造成损伤，活性氧可以诱导细胞膜脂上的不饱和脂肪酸发生过氧化反应，导致细胞膜透性增加，细胞膜结构破坏，活性氧的积累还会影响蛋白的合成以及相关酶的活性[47]。近冰温冷藏可以抑制细胞膜氧化相关酶的活性，进而减缓果实的膜脂过氧化进程。宋秀香等[36]发现，近冰温(-0.2～-0.5℃)贮藏结合低温驯化的方式可以延缓“格兰蒂”绿芦笋中电导率的上升，抑制了膜脂过氧化过程，而近冰温贮藏结合出库缓慢升温的方式可以有效延长“冠军”绿芦笋的货架期，降低绿芦笋在货架过程中电导率的上升和MDA含量的积累，在一定程度上起到了保护绿芦笋细胞膜的作用[37]。近冰温(-0.2～-1.0℃)下贮藏可以降低树莓果实中PPO的活性，延缓贮藏过程中树莓的MDA含量的升高，抑制了果实的膜脂过氧化过程[29]。刘璐等[9]研究发现，近冰温-0.5 ℃贮藏可以有效延缓“砂蜜豆”樱桃中MDA含量的上升，抑制能够催化细胞膜脂肪酸氧化反应的LOX的活性，一定程度上保护了果实的细胞膜结构，降低了贮藏腐烂率。

3.5 近冰温冷藏对果蔬感官品质的影响

果实的综合感官品质与外观色泽、香气、甜味、酸味、质地等多个方面相关[48]，近冰温冷藏通过抑制果实的成熟衰老进程来延缓果实感官品质的下降。GUO等[38]发现，近冰温冷藏可以抑制绿豆在贮藏过程中果皮色泽的转变，使贮藏后的绿豆仍具有较高的感官品质和商品价值。近冰温(-0.5 ℃)下贮藏，能够保持甜瓜中氨基酸、还原糖等风味物质含量，显著提高了甜瓜的口感和鲜度[30]。近冰温(-0.5 ℃)下贮藏也可以减缓草莓中糖分和水分的损耗，抑制糖酸比的下降，较好地保持草莓果实的外观、甜味、酸味、香气、口感、质地等感官品质[49]。赵猛等[50]研究了2种近冰温(-1、-1.4 ℃)贮藏对红富士苹果感官品质的影响时发现，这2种近冰温贮藏均能够延缓果实的衰老进程，保持了红富士的感官品质，近冰温贮藏8个月的苹果仍具有良好的质地、风味与食用品质。

3.6 近冰温冷藏对微生物生长的影响

腐败微生物的生长是贮藏后期果实腐败的主要原因，近冰温能够很好地抑制细菌和真菌的生长繁殖。相较于5 ℃冷藏，近冰温(-1～-3℃)可以大幅度地抑制大肠杆菌和葡萄球菌的生长繁殖，能够有效防治因微生物繁殖而引起的食品腐败变质[51]。近冰温结合纳他霉素处理可以有效抑制绿芦笋表面霉菌的生长[52]。FAN等发现，相较于0 ℃贮藏，近冰温(低熟果，(-2.1～-1.7℃)；中熟果，(-2.8～-2.4℃)冷藏可以抑制“树上干杏”腐败菌的生长速率，有效减缓果实的腐烂率[15]。近冰温冷藏技术与臭氧[3]、紫外[12]、赖氨酸[53]、SO2[4]等其他杀菌技术结合，均能较好地抑制微生物的生长，延长果实的贮藏期。

4 展望

近冰温冷藏技术在果蔬贮藏领域的应用过程中也存在一些难题。(1) 果蔬近冰温冷藏的技术要求较高，针对不同品种的果蔬需要设定不同的、精确的贮藏温度，因为果蔬的生物结冰点在0 ℃以下，在近冰温贮藏过程中，较大的温度波动会对果蔬产品造成严重冻害。已经有报道指出，(-2～-3℃)的贮藏虽然可以降低葡萄果实的腐烂率，但却对葡萄果梗组织造成了明显的冻害[5]。南方软质水蜜桃在冰温贮藏过程中也出现一定的冷害症状[20]。(2) 果蔬近冰温冷藏技术的实施需要精确的温度控制，而商业冷库的控温精度在±1 ℃以上，无法达到果蔬近冰温冷藏的技术要求，就需要研发一种能够精确控温的冷藏设备，这无疑会大大增加果蔬近冰温冷藏的成本[1]，所以研究一种低成本的能够和普通冷库配套使用的近冰温冷藏设备是推广近冰温冷藏技术的关键。(3) 近冰温冷藏技术在延缓果实采后衰老的同时，也大大抑制了与果实后熟相关的各种生理代谢进程，使得近冰温冷藏后的果实的感官品质较差。研究表明，近冰温(-0.9 ℃) 下贮藏使得桃果实中与风味物质相关的氨基酸等物质的代谢进程受阻，造成长期贮藏后的桃果实的口味较差[22]。这也需要我们利用其他技术手段来恢复冷藏后果实的正常成熟进程。

上述困难限制了果蔬近冰温冷藏技术进一步推广和应用，这也使得果蔬近冰温冷藏技术仅停留在实验室层面。如何打破技术瓶颈是目前果蔬近冰温冷藏领域亟待解决的问题。针对特定的果蔬产品，需要进行系统的近冰温冷藏链技术的研发，这既要进行果蔬冰点测定设备、果蔬近冰温冷藏设备、果蔬近冰温物流设备、果蔬近冰温冷藏陈列柜等关键设备的研发，也要进行近冰温冷藏温度精确控制技术、近冰温冷藏超温预警技术、果蔬近冰温冷藏冷害防治技术、贮后果蔬成熟恢复技术等关键技术的开发。所以，为了更好地推广果蔬近冰温冷藏技术，除了进行基础方面的研究外，还需加大设备和应用技术方面的研发投入，这样才能使得近冰温冷藏技术在果蔬保鲜领域得到更好、更快的发展。