采后果实减压贮藏技术的研究进展

2021-01-19陈敬鑫徐帆葛永红吕静祎李永新励建荣米红波冯叙桥

食品与发酵工业 2021年8期

陈敬鑫，徐帆，葛永红，吕静祎，李永新，励建荣，米红波*，冯叙桥*

1(渤海大学食品科学与工程学院，辽宁锦州，121013)2(生鲜农产品贮藏加工及安全控制技术国家地方联合工程研究中心，辽宁锦州，121013)3(浙江农林大学农业与食品科学学院, 浙江杭州，311300)

减压贮藏(hypobaric storage)又称负压贮藏或低压贮藏，是继冷藏和气调贮藏技术之后发展起来的一种贮藏方法，由美国科学家BURG于1960年首次提出[1]。减压贮藏是一种绿色无污染的新一代果蔬物理保鲜技术，具有操作简单、无化学药剂残留、食用安全性高等优点。与冷藏和气调贮藏相比，减压贮藏技术对果实的保鲜效果有显著提高，尤其对一些易腐水果，可达到其他常规保鲜技术难以实现的保鲜效果，被称为“世纪保鲜新技术”[2]。例如，气调贮藏、生理调节剂等方法均无法解决水蜜桃在贮藏过程中的腐烂、冷害等问题，而采用减压技术却可实现软溶质水蜜桃的高品质贮藏保鲜[3]。减压贮藏也因其作用原理和技术上的先进性，被一些学者称为保鲜技术上的第三次革命[2]。随着消费者对食品安全性的关注，减压贮藏作为一种安全的物理贮藏方法，越来越受到从事食品贮藏保鲜研究人员的关注。

1 减压贮藏的原理

减压贮藏是指将果蔬放置于特定密闭容器中，并通入低于大气压的空气的一种果蔬贮藏系统，该系统需要满足两个条件，一是容器须坚固且可承受一定的压力，如曲面的厚钢板材质；二是通入气体的湿度必须达到或接近100%相对湿度(relative humidity，RH)[4]。

目前，一部分研究者们认为减压贮藏的保鲜效果是由其贮藏过程中的低氧环境造成的。然而，RICHARDS等[5]在研究低压胁迫对拟南芥生长状况的影响的过程中发现，在低压诱导条件下，只有不到一半的差异基因与缺氧有关，这说明低压胁迫响应是独特的，它比单纯的低氧胁迫更复杂，且低压诱导了拟南芥中的水分移动，即使是气压的微小变化也会引起其生物学上的显著差异。由此推测，低压条件对果蔬采后贮藏的影响可能是由多个因素相互作用造成的。

1.1 减压形成低氧气体环境

在道尔顿定律所描述的气体特性中提到，空气中各组分气体的分压与总压成正比。即气压降低到一定程度，空气中各组分气体的分压相应降低，O2浓度也随之降低，因此减压可以营造一个低氧的气体环境[4]。

1.2 减压促进果蔬组织中挥发性气体向外扩散

FULLER公式表明，组织结构内某气体向外扩散的速度与该气体在组织内外的分压差及其扩散系数成正比，扩散系数又与外部环境压力成反比；温度愈高或压力愈低，扩散系数越大，就越利于及时排除果蔬贮藏过程中产生的有害气体[6]。因此，减压贮藏可在很大程度上促进果蔬组织内挥发性有害气体(如乙烯、乙醇、乙醛)向外扩散，减少由这些物质引起的生理病害，并从根本上消除CO2中毒的可能性。研究表明，苹果的内部乙烯随环境压力的降低呈线性减小趋势，当气压从101 kPa降至26.7 kPa，苹果的内部乙烯可减少至原来的1/4倍[7]。

2 减压贮藏的方式

2.1 长时减压贮藏

长时减压贮藏是指通过降低贮藏环境压力，形成一定的真空度，并维持一定的RH，有效降低果实的呼吸强度，延长果实贮藏期的一种长时间贮存或运输的技术[8]。研究表明，园艺产品最佳减压贮藏的压力条件为1.33～2.67 kPa。在实验室条件下，果实的减压贮藏期比气调贮藏延长10%～30%，较普通冷藏时间延长30%～50%[1]。

在常规的减压贮藏条件下，贮藏压力越低，大多数果实的贮藏寿命越长，但存在着果实失水萎蔫和风味变淡的可能性。为解决减压贮藏可能存在的问题，张憨等[9]提出了适用于易腐果实长期贮藏的三阶段减压贮藏工艺，该工艺技术已获国家发明专利。基于果实采后的代谢特性，三阶段减压处理将减压贮藏的压力和相对湿度条件设定为“低-中-高”3个不同的阶段，即随着贮藏期的延长，逐步升高容器内的压力和相对湿度，达到既可维持果实的新鲜状态，又有利于恢复果实典型风味的效果。

2.2 短时减压处理

相对于长时减压贮藏，短时减压处理是一种果实采后预处理技术，即以适宜的低压、温度和湿度对采后果实产品进行持续时间较短(<48 h)的处理方式[10]。短时减压处理可分为短期减压冷藏和短期减压常温贮藏两种方式。短时减压处理既有促进果实中有害气体快速扩散等减压处理具有的优点，又可以避免长期减压贮藏过程中可能造成的果实失水和风味变淡问题，并可降低减压贮藏的高耗能成本[11]。相对于其他果实采后预处理方式，短时减压处理可有效地增强果实的贮藏保鲜效果，且其设备可用于果实采收后在产地的短时贮藏。

经长期和短期减压处理后的果实，离开减压环境后均具有后续保鲜效应：果实的冷藏保鲜期、冷链断链保鲜期会延长，且采后损耗减少，果实品质下降速率减缓[12]，即能够延长果实的运输时间和货架期。将产地收获的蔬菜、水果和食用菌置于低压冷库短时间处理，有助于延长其贮藏期，更好地保持其原有风味[10]。

2.3 与其他保鲜技术结合的减压处理

减压处理结合其他保鲜技术不仅能取得良好的保鲜效果，而且可有效减少果实在库时间，降低成本[11]。1-甲基环丙烯(1-methylcyclopropene，1-MCP)是一种有效的内源乙烯抑制剂，广泛应用于果实的贮藏保鲜[13]。研究表明，在低压条件下，气态1-MCP可以更加快速的进入果实内部并积累，使得1-MCP达到更为高效的保鲜效果[14]。此外，精油作为一种能够延长果实采后寿命的天然防腐剂受到了广泛的关注，但用量大时，易产生异味。将精油与低压处理相结合，可以进一步降低控制采后腐烂所需的精油用量，且使精油在果实表面的分布更为均匀[15]。

3 减压对果实品质的影响

目前研究表明，减压贮藏可减弱果实的生理代谢，抑制其硬度下降，并可减少果实的糖分、可滴定酸(titratable acid,TA)和抗坏血酸(ascorbic acid,ASA)等营养物质的损耗，保持果实的食用品质和商品价值，进而延长其贮藏期和货架期。

3.1 减压贮藏对采后果实贮藏期的影响

相对于传统贮藏方法，减压贮藏可显著提高采后果实的贮藏保鲜品质。在0 ℃、8 kPa减压贮藏条件下，巴特梨、Clapp梨以及考密斯梨的贮藏期可由冷藏条件下的15～90 d延长至120～180 d；蛇果、金冠苹果、麦金托什红苹果的贮藏期可由60～120 d延长至180 d[4]。拉宾斯大樱桃置于0 ℃、90%～95% RH、20 kPa的低温减压条件下，其贮藏期由常压下的28 d延长至49 d[16]。在-1 ℃、85 kPa贮藏条件下，大平顶枣的贮藏期延长至60 d以上[17]。4 ℃、50.7 kPa的减压贮藏条件可使石榴的贮藏期延至120 d，且保持良好的籽粒品质[18]。

3.2 减压贮藏对采后果实硬度的影响

质地变软是大多数果实成熟衰老最显著的变化之一。富士苹果于-1 ℃、80 kPa条件下减压贮藏30 d时，苹果硬度下降了21.7%，而常压贮藏硬度下降了35.9%[19]。安哥诺李果实在0 ℃、20.3 kPa条件下贮藏至105 d时，其硬度较常压贮藏提高了8.7%[20]。常压条件下贮藏36 d时，新疆白杏的硬度下降至贮藏初期的17.3%，而50 kPa条件下减压贮藏的果实硬度为贮藏初期的32.6%[21]。研究表明，减压贮藏可通过抑制多聚半乳糖醛酸酶(polygalacturonase，PG)与β-半乳糖苷酶(β-galactosidase，β-Gal)活性而阻止原果胶的水解，从而延缓果实的软化速率[19]。由此可见，减压贮藏可通过抑制相关酶的活性，显著抑制果实硬度的下降，延缓其果实软化，但最适宜减压贮藏条件因果实品种而异。

3.3 减压贮藏对采后果实色泽的影响

果实中含有叶绿素、番茄红素等色素物质，低压会影响这些物质的合成和分解，延缓果实颜色的变化。对冬枣来说，在0 ℃常压贮藏的果实于第21天转红，而在0 ℃、20.3 kPa贮藏的果实于第29 天转红，可见减压贮藏明显减缓了枣果实的转红速率[22]。番茄果实成熟过程中叶绿素逐渐减少，番茄红素逐渐增加。KOU等[23]研究发现，第16 天时常压处理的番茄变红，而70和40 kPa低压处理的番茄分别在第20天和第24天变红，表明低压处理在一定程度上可抑制叶绿素的降解和番茄红素的合成，从而延缓番茄的变红速率。此外，谢建华等[24]研究发现，12 ℃、10 kPa 的减压贮藏可有效延缓芒果的转黄速率。申江等[25]研究表明，减压贮藏有助于保持草莓原有的色泽和亮度，且效果优于冰温贮藏。

3.4 减压贮藏对采后果实糖分和有机酸的影响

可溶性固形物(total soluble solid，TSS)、TA和ASA是果实的主要呈味物质，直接影响着采后果实的风味品质，其含量主要取决于果实种类和采收期，而减压贮藏过程中减压处理强度和持续时间对果实糖和酸的合成代谢具有较为显著的影响。

在20 ℃常压贮藏下，番茄果实的TSS和TA的峰值出现在第8天，70 kPa减压条件可使其峰值延迟至第12天，而40 kPa减压处理的果实，其TSS和TA高峰分别出现在第16天和第14天[23]。张润光等[18]对石榴进行为期120 d的减压处理发现，在贮藏过程中果实的TSS和TA均呈下降趋势，常压处理的果实其TSS和TA的含量分别下降了22.4%和52.8%，而在4 ℃、50.7 kPa减压条件下处理的果实TSS和TA的含量下降了13.9%和39.6%。这些研究表明减压可有效延缓果实TSS和TA的下降，保证其风味品质。

随着果实的成熟衰老，ASA含量逐渐下降。郝晓玲等[22]研究发现，常压枣果实的ASA含量下降较快，而减压贮藏(0 ℃，81.1、50.7、20.3 kPa)枣果实的ASA含量从第46天开始均显著高于常压贮藏的枣果实。AN等[26]发现，3 ℃、50.7 kPa减压贮藏可有效延缓草莓ASA的降低。庞凌云等[27]研究发现，减压贮藏可降低ASA氧化酶活性，抑制ASA被氧化的速率，进而延缓圣女果中ASA含量下降。

4 减压贮藏对果实采后病害的影响

4.1 生理性病害

目前，关于减压影响采后果实生理性病害的研究多集中于果实的褐变。LI等[28]发现，0.5 ℃条件下，经25 kPa减压贮藏后，梨心褐变率较常压降低37%。PRISTIJONO等[29]研究发现，与常压相比，在10 ℃、4 kPa 条件下，夏南瓜的茎端褐变率降低了50%。对川中岛水蜜桃进行4 ℃、10 kPa的减压处理发现，在贮藏至第20天时，经减压处理的果肉亮度(L*值)显著高于常压对照，说明减压可有效延缓水蜜桃果肉褐变[30]。陈文烜等[31]对水蜜桃进行减压冷藏[0 ℃、(10±5) kPa]，发现减压处理既可减少活性氧(reactive oxygen species，ROS)生成，又有利于ROS的清除；同时可有效减少果肉中丙二醛(malondialdehyde，MDA)的含量，抑制果实褐变。SONG等[32]将桃果实于10～20 kPa、0～1 ℃和90%～95% RH的条件下贮藏，发现低压处理后的果实在贮藏30 d时褐变指数比常压处理的果实低28.6%，且果实的ASA和谷胱甘肽(glutathione，GSH)含量均高于常压处理组，减压环境还提高了ASA-GSH循环相关的抗坏血酸过氧化物酶(ascorbate peroxidase，APX)、谷胱甘肽还原酶(glutathione reductase，GR)和单脱氢抗坏血酸还原酶(mono-dehydroascorbic acid reductase，MDHAR)活性，表明低压缓解果实的内部褐变可能与触发ASA-GSH循环有关。

减压不但可以减轻完整果实的褐变，而且对鲜切果实的褐变也有抑制作用。胡欣等[33]对苹果进行减压冷藏(1.5 kPa、4 ℃)处理24 h后将其切分，放置在无控温条件下6 h，发现短时减压处理可以有效抑制鲜切苹果的褐变。

4.2 侵染性病害

果实的采后腐烂主要是由病原微生物侵染引起的。目前，多数学者认为，减压对病原微生物的抑制作用是由其低氧环境造成的。然而，HASHMI等[34]对草莓进行相同O2浓度的低压(50 kPa)和低氧(101 kPa、10%O2)处理，发现50 kPa的低压处理显著降低了草莓的腐烂程度，而低氧处理的草莓与对照没有显著差异。也有研究表明，在常压下只有当O2浓度低于1%时，才会对微生物起到明显的抑制作用，且其浓度越低对微生物的抑制作用越强[35]。可见减压对病原微生物的抑制作用并不是仅由低氧造成。

由于低压对微生物的生长繁殖具有较强的抑制作用，低压贮藏也可作为常规杀菌剂的替代措施之一，以有效控制果实的采后腐烂[36]。杨梅是一种典型的南方易腐水果，易受机械损伤和真菌侵染而发生腐烂，而减压贮藏可有效降低其腐烂率。研究表明，1 ℃、55 kPa条件下贮藏15 d时，杨梅果实的腐烂率仅为18.75%[37]。杨虎清等[38]也发现，经5 ℃预冷12 h后的杨梅果实在0 ℃、40 kPa、90%～95%RH条件下贮藏16 d时，其果实的腐烂指数低于20%，而其对照果实的腐烂指数高达41%。可见，减压预处理和减压贮藏均可显著抑制杨梅果实的腐烂。此外，黄宇斐等[30]发现，4 ℃、50 kPa可极大地改善川中岛水蜜桃的贮藏品质，其在减压贮藏20 d时其腐烂指数较常压减少了87%。

低压对果实腐烂的抑制作用与其诱导果实中的抗性相关酶活性具有一定的相关性。钱骅等[39]研究发现，在4 ℃条件下减压预处理12 h后，继续冷藏至21 d的蓝莓果实中超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)活性为空白对照组的1.4倍；过氧化氢酶(catalase，CAT)活性为空白对照组的1.1倍。且果实中的SOD和CAT活性与腐烂率呈负相关。LI等[40]也发现，在20 ℃贮藏25 d后，25和50 kPa贮藏条件下蓝莓果实的CAT活性为常压贮藏的2倍。这说明短时减压处理和长时减压贮藏均有利于贮藏期间蓝莓果实保持较高SOD、CAT活性，延长其贮藏期。WANG等[41]研究表明，0 ℃、85%～90% RH的减压(10～20 kPa)处理提高了水蜜桃果实的CAT和SOD活性，增加其ATP和ADP含量，降低其脂氧合酶(lipoxygenase，LOX)活性，进而延缓水蜜桃的腐烂速率。HASHMI等[34,42]的研究表明，低压预处理(50 kPa，4 h)诱导了草莓中苯丙氨酸解氨酶(phenylalnine ammonialyase，PAL)、几丁质酶和过氧化物酶(peroxide，POD)活性的增加；在接种灰霉或根霉孢子后，经低压处理的草莓腐烂发生率降低，这说明低压可通过提高果实的抗性来抑制腐败的发生。

减压贮藏也是一种可以替代化学熏蒸剂杀死昆虫的方法[43]。减压贮藏下低氧环境是造成有害昆虫死亡的主要原因[44]。当昆虫被放置在低氧环境中足够长的时间后，其三磷酸腺苷的产生减少，导致膜磷脂水解增加；细胞和线粒体膜透性增加，导致细胞损伤或死亡[45]。研究表明，在O2浓度小于6.6%的情况下，特别是在0.15%～0.30%的情况下，昆虫可得到有效的控制[46]。JIAO等[47]发现，10 ℃和98% RH条件下，1.33 kPa减压贮藏对苹果蛾卵及生长期2、3、5 d的幼虫均有较好的灭虫效果。FINKELMAN等[48]研究了30 ℃，6～7 kPa条件对可可豆虫卵致死率的影响，结果发现减压处理能显著地增加虫卵的致死率；压力愈低，减压时间愈长，对昆虫的杀灭效果愈好。此外，对桃蚜虫的减压处理实验也验证了这一观点。在6.67 kPa条件下处理24、48、52 h后，桃蚜虫的死亡率分别为79.3%、94.5%、96.2%；而2 kPa条件下，其死亡率分别为98.3%、99.3%、100%[35]。