二氧化氯在蔬果保鲜中的应用研究进展

陈圣治，吴明松,2,3*，魏雪宁，王昌盛，刘博，雷超

(1.东北大学秦皇岛分校 资源与材料学院，河北 秦皇岛 066004;2.东北大学 资源与土木工程学院，沈阳 110819;3.秦皇岛市节水治污与生态修复重点实验室，河北 秦皇岛 066004)

我国是农业大国，每年果蔬产量很大，但是由于储运和保鲜技术的不成熟，水果和蔬菜在运输和储藏过程中损耗相当严重[1]。国家农副产品保鲜工程技术研究中心研究发现，我国每年生产的果蔬损失率高达25%～30%，价值近800亿元人民币。而发达国家果蔬损失率普遍控制在5%以下，美国则仅为1%～2%。因此，研究蔬果保鲜技术的开发与推广迫在眉睫。

二氧化氯(ClO2)作为一种广谱、高效、安全的消毒剂，可以有效地杀灭微生物[2]。ClO2在消毒过程中与有机物发生的反应主要是氧化反应，不会产生氯仿等有害物质，无二次污染[3]，是一种性能优良、效果最好的食品保鲜剂。《中华人民共和国食品添加剂使用卫生标准(GB2760-1996)》将稳定性ClO2列入食品添加剂中作防腐剂，使用范围为果蔬保鲜、鱼类加工。该标准同时将ClO2列为食品加工助剂。近些年，国内外对ClO2在蔬果保鲜中应用研究日益增多，本文对该领域的研究进展进行综述，为实际应用提供参考。

1 二氧化氯的保鲜机理

在储运过程中，由于果蔬细胞中的代谢活动，蛋氨酸被氧化生成乙烯和CO2，促进果蔬的成熟和衰老。ClO2能阻止蛋氨酸分解产生乙烯，并且能破坏已经生成的乙烯，延缓果蔬的成熟、衰老[4]。同时，ClO2可以抑制腐败菌的生长，不与脂肪酸反应，不影响食品的品质[5]。ClO2能释放原子态氧和次氯酸分子，具有强烈的氧化性。在与微生物接触时，能迅速通过细胞膜，ClO2与半胱氨酸、色氨酸、酪氨酸等特定氨基酸反应，改变6-磷酸葡萄糖脱氢酶的活性,使得磷酸戊糖途径受阻，微生物无法正常进行糖类的代谢，继而死亡[6-7]。近年来，研究表明ClO2对质粒DNA有实质性的损伤作用[8]。ClO2使脱氧核糖核苷三磷酸混合物(dNTPs)的OD260下降54.23%以上，推测ClO2破坏了嘧啶碱和嘌呤碱的共轭双键。DNA结构发生变化导致细菌不能进行正常的DNA表达，无法通过DNA转录翻译合成生命必须的蛋白质，最终死亡[7]。控制腐败菌的生长。适量的ClO2处理可以抑制果实的呼吸强度[9-14]，减少贮藏期间的营养消耗。抑制多酚氧化酶(PPO)和过氧化物酶(POD)的活性[15-18]，减轻酶促褐变反应的程度。因此将ClO2用于蔬果保鲜，可有效延长果蔬的运输和贮存时间，保持良好风味和口感。

2 二氧化氯在水果保鲜中的应用

苹果作为一种常见水果，生产过程中的贮藏保鲜问题尤为突出。在采收、包装、贮运过程中，果柄对于果实的挤、压、刺伤，造成的机械损伤最为严重，占苹果总数的20%～40%，是贮藏期间侵染性病害的主要原因[19]。苹果在成熟的过程中产生大量乙烯，故苹果的贮运保鲜应当注意乙烯的积累。赵明慧[20]等人的研究结果表明，用50 mg/L的ClO2溶液喷洒采前的红富士苹果，可以明显的去除苹果表面的菌落；保持冷藏期间苹果的硬度，有效延缓可滴定酸含量的减少；并且抑制呼吸强度，降低乙烯含量；从而降低苹果在冷藏期间的腐烂程度，降低冷藏期间质量损失，可有效延长贮存期。

猕猴桃在生长发育期间易发生各种病害，并且长期潜伏至猕猴桃成熟甚至衰败时病发；在运输和储藏过程中的碰撞造成的机械损伤也会引发微生物感染[21]。田红炎[12]等人研究表明60 mg/L的ClO2溶液采前处理猕猴桃可有效清除猕猴桃表面的菌落，并且在冷藏期间能保持果实的硬度，降低呼吸速率、乙烯释放速率失重和腐烂指数，抑制可溶性固形物含量的升高，提高POD和苯丙氨酸解氨酶(PAL)的活性，从而延长贮藏期。龙明秀[22]研究表明固载ClO2在常温下，对“米良”猕猴桃病害组织中分离出的漆斑菌属、茎点菌属、交链孢霉属的三组最强致病菌株有抑制效果，在2 ℃下，可完全抑制。张方艳[23]等人研究ClO2联合CMC对中华猕猴桃的保鲜效果，发现25 d后，对照组的好果率为14%，80 mg/L的ClO2、80 mg/L ClO2+20.0 g/L CMC处理后好果率相对于对照组分别提升157%和271%。该方法中ClO2能杀灭猕猴桃表面的腐败菌，而CMC则能在猕猴桃表面形成一层微氧环境，降低呼吸作用，减少水分蒸发和CO2的损失，能够有效的降低果实的失重萎缩。为猕猴桃常温贮藏方法研究提供一种思路。

葡萄在采摘过程中容易受到机械损伤，运输、贮藏期间容易受到腐败菌的感染，尤其霉菌，造成葡萄脱粒、腐烂，从而影响葡萄的外观及贮藏时间。目前，国内外使用最多的葡萄保鲜技术是SO2防腐[17]，但是SO2会漂白、伤害葡萄，使用不当会造成SO2残留超标，具有一定致癌性[24-25]。集贤[17]等人研究表明ClO2溶液浸渍对葡萄采后灰霉菌的生长有较好的抑制作用。60 mg/L ClO2溶液对培养7 d的菌丝和8 h的孢子的抑制效果最好，抑制率分别达到98.89%和73.38%。活体有伤接种实验结果表明，60 mg/L和80 mg/L的ClO2溶液对葡萄采摘后灰霉菌引起的霉烂有较好的抑制效果。顾宁[26]等人用ClO2气体处理表面接种了灰葡萄霉菌、青霉和交链孢霉的葡萄，发现杀菌率随着ClO2浓度增加和处理时间的延长而提高。10 mg/m3ClO2气体处理40 min可使三种霉菌均减少3.23 logCFU/g以上。同时，在此杀菌条件下贮藏90 d，有效降低腐烂率，减缓VC、还原糖和可滴定酸含量的降低，保持较好的外观和风味。钟梅[11]用ClO2气体处理葡萄，发现ClO2能降低葡萄果实腐烂率、脱粒率、延缓果梗褐变干枯、减少可滴定酸、VC和SSC的消耗。综合来看，ClO2处理效果优于SO2，且对葡萄影响更小、更加安全，避免了SO2处理后生成的亚硫化物有害残留。

香蕉在我国北方的销售需经过长途运输和长时间的贮藏，容易造成外皮的机械损伤，受伤组织中的鞣质或者苦命酚类物质被氧化后会导致表皮褐变，影响外观，同时，机械损伤易造成微生物的滋生，导致果实呼吸作用增强，释放出出更多的乙烯，缩短自身和周围果实的储存时间[27]。目每隔3.5 d用0.2 μL/L的ClO2气体处理30 min，可以显著降低香蕉的呼吸强度、抑制香蕉内源乙烯的产生、推迟呼吸跃变高峰、延缓果实成熟，还可降低果肉丙二醛(MDA)含量和果皮细胞膜渗透性，抑制果皮褐变，保持香蕉外观品质[14]。

桂圆在高温季节成熟与采摘，且属于非呼吸跃变型水果，采摘后果实代谢旺盛，易脱水，极易发生果皮褐变，易受到微生物感染导致腐烂变质，果肉自溶[28-29]。国内外不少学者借鉴葡萄熏硫技术进行桂圆的杀菌保鲜，虽然可以在一定程度上杀灭果皮上的微生物，降低桂圆贮运过程中的霉烂率，防止果皮褐变。但是这种方法同样会产生SO2残留，损伤果肉和危害食用者的健康[30]。泰国的Nitiya Guntiya[31]等人研究发现，ClO2降低桂圆病害的两种机制，一是ClO2诱导几丁质酶和葡聚糖酶的活性。其次，ClO2直接破坏真菌细胞膜，抑制3种主要病原菌：枝孢菌、镰刀菌、二孢菌在桂圆表皮的滋生。ClO2气体熏蒸可以维持桂圆抗坏血酸和谷胱甘肽氧化还原的平衡，去除桂圆果实中过量的H2O2[32]，防止活性氧的升高，减少引起膜损伤的自由基的产生[33]。同时可以降低PPO和POD活性[18]，以此防止桂圆表皮发生褐变。

荔枝在储藏期间易被微生物感染而引起果皮褐变和果实腐烂。Wu[34]等人用不同浓度ClO2溶液对荔枝进行3 min浸泡处理。发现ClO2对荔枝炭疽孢子的灭活效果随浓度增加而加强，20 mg/L时，孢子被全部灭活，有效抑制荔枝果皮因感染真菌而导致的褐变、腐烂。80、120 mg/L的ClO2可分别抑制住PPO、POD活性，减缓TSS和TA(可滴定酸)的降低。同时，ClO2也可抑制果实呼吸强度、降低乙烯释放量，延缓果实成熟[35]。

3 二氧化氯在蔬菜保鲜中的应用

青椒在采摘时会携带大量病原微生物，在采摘后的保存期间，微生物的活性及青椒的生理活性依然强烈，营养消耗和生理衰败快，不利于贮藏保鲜[36]。杜金华[9]等人发现用5、10、20、50 mg/L ClO2气体处理，10 ℃下恒温贮藏，均能明显抑制青椒腐败，40 d时的腐败率均小于对照的50%。在20 mg/L以上可显著抑制青椒的呼吸作用，减缓VC、可滴定酸和可溶性固形物含量的降低。其中50 mg/L ClO2处理作用效果最佳，贮藏至30 d才有腐烂现象。5 mg/L ClO2气体可减缓叶绿素降解，但更高浓度处理后叶绿素含量反而下降的更快，影响不显著。

杭白菜含水量大，组织脆嫩，易受到机械损伤，采后水分蒸发快、呼吸作用旺盛，贮藏期间常出现脱帮、黄化、腐烂等问题。甄凤元[33]等人研究用不同浓度ClO2气体密闭处理杭白菜低温贮藏对杭白菜品质的影响。结果表明，0.57 mg/L ClO2气体密闭处理30min效果最佳，能明显抑制杭白菜的失水，有效减缓褐变和可溶性固形物、叶绿素和VC含量的减少；降低PPO和POD的活性。ClO2可有效抑制杭白菜软腐病致病菌——果胶杆菌的生长、破坏细胞膜透性，有效的降低杭白菜软腐病的发生率，且处理效果随着ClO2浓度升高而增强[37]。1.50 mg/L ClO2气体密闭处理接种果胶杆菌的杭白菜30 min后，果胶杆菌存活率为对照组的11.96%。

西兰花具有营养成分丰富、口感好、独特的食疗价值等特点，深受许多家庭的喜爱。然而西兰花采后呼吸旺盛，极易衰老、黄化、颈和花蕾变得松软。鲜切西兰花由于切割边组织直接暴露在空气中，更容易滋生各种微生物，导致西兰花的褐变、腐烂，缩短货架期，造成大量浪费。0.3 μg/L的ClO2即可有效降低西兰花的腐烂率和腐烂指数。冷藏条件下ClO2对西兰花的呼吸强度没有影响，但可有效保持叶绿素的含量，抑制了花球的黄化[38]。虽然发现乙烯的释放速率有所提高，但乙烯的促衰老作用由于ClO2中和未占主导地位。ClO2还有利于维持西兰花VC含量、有效抑制膜脂过氧化作用减缓MDA含量的上升。高佳[39]等人发现25、50、75 mg/L ClO2水溶液均可显著抑制鲜切西兰花贮藏过程中微生物的生长；但高浓度的ClO2会显著降低鲜切西兰花中的VC和叶绿素含量，导致切割面褐变。

菠菜是一种营养丰富的绿叶蔬菜。我国是最大的菠菜生产国，仅2016年的菠菜产量占世界菠菜产量的91%。然而，菠菜在储运过程中容易造成机械损伤，导致菠菜中产生、积累硝酸盐，危害食用者身体健康。ClO2处理也可提高菠菜贮藏期间超氧化物歧化酶(SOD)活性，抑制BOD活性，有利于延缓衰老。50 mg/L的ClO2处理机械损伤后，可有效降低菠菜中硝酸盐的产生[40]，菠菜中可溶性固形物和叶绿素含量均高于对照组，可以显著保持机械损伤菠菜中的叶绿素含量。ClO2处理还可显著提高菠菜贮藏期间的抗氧化能力，保存水分和叶绿素，延缓衰老[41]。75mg/L ClO2对细菌和霉菌的杀菌率分别达98.85%、80.85%，且抑菌效果保持时间最长，能有效减少微生物病害的发生，处理10 min即可有效抑制对硝酸还原酶的活性，绿色保鲜12 d。

莲藕是我国重要的水生蔬菜，种植面积和产量均居我国水生蔬菜之首。莲藕在采收之后常用高压水枪冲洗表面及内部附带的污泥，导致其采收后易失水褐变、腐烂。ClO2处理可减小莲藕贮藏期间失重率；有效保护色泽，感官品质[42]，且有明显抑菌作用，在一定范围内，浓度越高作用效果越强，有效降低腐烂率。[43]。100 mg/L的ClO2处理10 min对PPO有最好的抑制作用，处理10 d内OVQ值(整体视觉质量)最高[44]。

鲜切莴苣容易发生褐变，切割面细胞破裂易滋生各种微生物，导致腐烂、黄化，缩短货架期。陈钊[45]用10、40、100 mg/L的ClO2溶液分别浸泡5、10、20 min。发现ClO2对POD活性抑制效果随着浓度和处理时间的增加而加强，其中100 mg/L ClO2处理20min可有效去除莴苣表面微生物，货架期延长250%，PPO和POD酶活性最低，对色度的保持效果最佳。由于剥皮，切片和切割造成的组织损伤，在缺水的市场中出现的微生物生长，褐变和木质化导致的货架期短和质量恶化等问题，可用ClO2水溶液结合15%的壳聚糖溶液对竹笋涂膜处理解决。28 mg/L ClO2加壳聚糖涂膜处理可抑制呼吸速率和硬度的增加，延迟褐变和木质化，并减少总需氧菌和酵母菌和霉菌的微生物数量。此外，ClO2和壳聚糖的组合在整个储存期间抑制了苯丙氨酸氨解酶(PAL)、肉桂醇脱氢酶(CAD)、POD和PPO的活性[10]。黄程前[46]等人用6 kJ/m2的UV-C结合100 mg/L的ClO2处理鲜切毛竹笋，在0 ℃下贮藏6 d后，发现ClO2有效抑制了PAL、PPO和POD的活性，减少木质素的合成和MDA的积累，延缓组织老化。减少水分损失，保持较好的感官品质。

4 结论与展望

人们对蔬果安全和品质要求日益提高，国内果蔬储运和保鲜技术发展相对较慢。ClO2作为一种广谱、高效、安全的消毒剂，可以有效地杀灭果蔬表面的致腐、致病微生物，抑制果实呼吸强度，减轻褐变程度，且不会影响果蔬风味和外观品质，是目前国际上公认的性能优良的食品保鲜剂，国内关于ClO2果蔬保鲜方面的研究比国外更加活跃，但多停留在理论研究阶段，广泛应用的案例很少，且多停留在验证效果层次，对保鲜机理的研究较少。另外除现有国标中提到的“稳定型二氧化氯”之外，其他的ClO2产品组蔬果保鲜应用中的适用性也需要进一步探讨。