从专利角度分析辐射技术在果蔬保鲜中的 研究进展

◎ 杨 冰，邹旭鹏

（国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心，江苏 苏州 215163）

水果、蔬菜富含人体必需营养素，如维生素、有机酸、矿物质和膳食纤维等成分，其爽口美味，开胃助食，成为居民青睐的农产品。但是水果、蔬菜受生产地域性、季节性限制，且含水量高，容易发生失水萎蔫、腐烂变质等生理变化，在贮藏、物流、销售过程中损失风险很大。因此，做好果蔬的采后处理、保鲜贮藏，最大程度上保留果蔬的色泽、滋味、口感及营养，使市场全年供应充足均衡，对提升农业经济效益，为果蔬生产经营者增收具有极其重要的现实 意义。

目前，国内外应用的果蔬保鲜方法主要是物理法、化学法和生物法。其中物理保鲜技术具有无残留、无耗材、杀菌效果好的特点。辐射保鲜方法是指食品经过一定剂量的电离射线的辐照，杀灭食品中的致病微生物、害虫，及其他腐败细菌，或者抑制食品中的某些生物活性和生理过程，从而达到食品保鲜贮藏的目的[1]。辐照实施过程中食品暴露在辐射源之下，不与辐射源进行直接接触。该过程不同于热加工过程，不会提高食品表面的温度，只需消耗较少的能量便可实现对酶的灭活，对食物的营养、色泽、风味影响较小。对于辐射的安全问题，相关权威机构已明确辐射的总平均剂量不超过10 KGy的食品是安全的，不存在毒理学的危害。因此，辐射技术不仅方便快捷，而且安全性高，不存在化学残留和环境污染问题，是未来果蔬保鲜研究的方向。因此本文通过专利分析，对辐射果蔬保鲜方法的技术进行梳理和展望。

1 专利技术发展历程

1.1 专利申请量趋势分析

辐照技术应用于果蔬保鲜领域的最早专利申请出现在1926年，从1926—1980年，该领域的研究一直在持续进行中，但是专利年均申请量维持在较低水平，总申请量不足150件。从1990年开始，人们物质生活逐渐得到丰富，研究人员从化学保鲜法进一步转移到了物理保鲜法上，尤其是辐照保鲜方法，相关专利技术申请出现了急剧增长，并呈现出持续增长的趋势。食品安全、营养价值受到了越来越多关注，研究者们不断聚焦于辐照保鲜方法。2000—2021年，国内外专利申请总量高达1 000余件。

1.2 国内外专利申请趋势比较

中国在该领域的申请量较多，其次是日本、美国、韩国、欧洲以及英国。国外在该领域的研究起步早，在2000年前后的专利申请量相当；中国在该领域的研究起步较晚，绝大部分专利申请集中在21世纪以后，这也表明了随着人们生活水平的提高，研究人员越来越关注果蔬的采后处理以及保鲜方法，使专利申请量激增。

从专利申请内容来看，第一份专利申请源自1926年， DUNCAN MCKINLAY在英国提交的专利申请GB3109026A，其发明内容是通过紫外线辐照水果和蔬菜，能够快速地催熟果实同时杀灭微生物。1927年、1928年JOSEF PERINO、CHARLES JAEGER相继申请发明专利US19270227057A、GB1149628A，都是通过紫外线辐照处理果蔬达到保鲜或者改变营养成分的目的。有关该领域国内的首份专利申请是在1986年，其内容是应用紫外线对西红柿进行辐照，再将西红柿放入防护液中悬浮保存。

2 专利技术分析

辐射果蔬保鲜法所涉及的技术分支较多，是以紫外线、γ射线辐照法为基础逐步研究到脉冲光辐射法、等离子体辐射法、光辐射法及电子束辐射法等技术 分支。

2.1 紫外线辐照法

紫外线指电磁波谱中波长为10～400 nm光线的总称，根据自身波长的不同，可分为长波紫外线、中波紫外线和短波紫外线等3类。有研究表明，紫外线照射可有效抑制果蔬中微生物菌群的生长，减缓营养成分的流失，避免褐变、腐烂变质等现象发生，有效提高鲜切果蔬在贮藏期间的品质[2]。利用紫外线辐照法对果蔬保鲜是最早研究的方法，中国最早利用紫外线辐照对果蔬保鲜的专利申请CN86104063A，通过紫外线辐照西红柿5～10 min杀死各类细菌。而后研究人员对利用紫外线照射果蔬进行保鲜给予了持续关注，如2012年CN102934682A提出利用15 W紫外线灯辐照处理芥蓝 20 min，发现脱镁叶绿素酶的活性受到抑制，有效延缓了常温下叶绿素的分解，防止芥蓝失绿，免去了冷藏技术，提高了经济效益。如今紫外线辐射工艺已成为果蔬保鲜的常规技术手段，常作为果蔬保鲜的基础工艺与其他保鲜方法联用，如2013年CN103355398B利用紫外照射联合减压贮藏的方法对草莓进行保鲜。

2.2 γ射线辐射法

γ射线辐射法是以γ射线产生的高能射线辐照食品，依托能量的传递和转移产生的生物效应和物理效应，实现消灭微生物、抑制生理过程、保持营养品质及风味、延长货架期的目的[3]。在果蔬保鲜领域常用的γ射线是60Co-γ射线或137Cs-γ射线，射线能量较高、穿透力较强，能均匀辐照食品。如1995年，CN1124575A利用60Co为辐照源的γ射线对红枣进行安全辐照以达到保鲜的目的。2017年，CN107156270A将预热处理和辐照处理结合，使保藏后的苦竹笋的硬度增加缓慢，感官品质更好。此外，辐照处理能延缓竹笋可溶性蛋白和可溶性糖的降解速度，保持竹笋的风味，实现了在不添加任何食品添加剂和化学药品的情况下可将苦竹笋的保藏期延长至60 d。

2.3 脉冲光辐射法

脉冲光技术具有高能量、瞬时杀菌和广谱的特点，与紫外光辐照相比，脉冲光具有较强的输入能量，能够在较短时间内在所辐照材料的表面产生大量的能量，能够有效消灭食品在加工和储存过程中所污染的微生物，从而达到延长货架期的目的。脉冲光辐射中心产生的光化学效应、光物理效应和光热效应，以及3个效应的协同作用实现对微生物的彻底灭活[4]。1996年，脉冲光技术被美国食品药品监督管理局批准可用于食品表面灭菌。脉冲光技术依赖于脉冲光设备，其发生装置可以发出由紫外线至近红外区域组成的白光，光谱与太阳光十分相似，但强度是太阳光的数千倍。脉冲光用于食品杀菌的研究较少，最早明确利用脉冲光用于食品杀菌的专利申请始于1986年日本JP2774796B2。日本对于脉冲光用于食品杀菌保鲜的研究居多，中国在该领域专利技术较少。国内专利技术最新进展为2017年CN109832328A公开了一种保鲜箱，其配有脉冲光照模块，通过辐照箱内果蔬，能够延续适度的光合作用，同时结合空气流动和水分稀释作用，快速降解果蔬采后农药残留，使果蔬能长久维持在新鲜状态，大大延长了果蔬保鲜时间。

2.4 等离子体辐射法

等离子体的生成是非常复杂的物理和化学反应过程。在等离子体中会产生带电粒子、紫外线及活性成分等杀菌成分，其中活性成分主要包括处于激发态的原子、亚稳态原子以及具有活泼化学性质的氧化物和氮化物等。等离子体主要是在分子层面通过这些杀菌成分对生物体起到抑制呼吸、消毒杀菌、减缓后熟的作用，延长了果树保鲜时间[5]。中国、日本和韩国对于等离子体用于果蔬保鲜的研究居多，最早有关等离子体用于果蔬保鲜的专利技术来自于日本JP33853298A，其内容是利用等离子体发生器对农产品进行杀菌与保鲜。国内CN2409783Y介绍是一种低温等离子体果蔬保鲜器，CN103918773A介绍的是利用催化剂与低温等离子体耦合的装置，处理香蕉、黄瓜等农产品储存环境里的乙烯，使果蔬延长保鲜期。目前国内最新进展为2021年专利申请CN113945042A，其介绍了一种生食果蔬保鲜冰箱，通过LED灯光照射技术与低温等离子体技术的联用，显著降低果蔬表面的有害微生物，达到保持品质的目的。

2.5 光辐照法

光辐照法是利用特定波长的光发生装置，发射红色、绿色、蓝色中的一种或其中两种以上的混合光源，使植物通过光合作用产生叶绿素从而达到保鲜效果。如CN1817148B、CN203505459U，都是通过发光二极管或者LED灯模拟光合作用使果蔬保鲜。该方法的实施一般需要相应的设备配套，如冰箱、贮藏箱等。

2.6 电子束辐射法

电子束辐射法是近些年新兴的果蔬保鲜方法，其原理是由电子加速器产生的高能电子束射线通过直接作用破坏活体生物细胞内DNA或通过间接作用使水合小分子物质辐照分解，产生·H、·OH等活性自由基，自由基与细胞核内物质发生交联反应，较低剂量的电子束能够在不显著影响食品品质的前提下，杀死病虫害，延长保质期[6]。最早的专利技术是1985年德国的专利申请DE3511054A，其技术方案是利用电子束辐照对咖啡提取物进行保鲜。欧美和日本等国家对电子束辐照果蔬保鲜法研究占主导地位，国内专利技术从2010年起步，且专利申请较少。2016年，日本WO2017199413A1介绍了利用电子束从花萼方向对草莓进行照射杀菌以延长保存时间的方法。2020年，中国CN112544692A提出与保鲜剂、微孔保鲜膜联用的情况下，猕猴桃于电子束辐照装置下辐照，辐照剂量为5 KGy，保存期限可从115 d延长到200 d。CN112021399A提出以较大剂量低能电子束（≤300 keV）辐照芒果、猕猴桃、荔枝等热带水果的表皮，有效控制虫害、消灭微生物，进一步结合低温贮藏降低水果的呼吸速率，冷库保存10～15 d，水果的霉变率或褐变率降低，达到了延长水果保鲜期、货架期的目的。

3 结语

果蔬保鲜要综合考虑果蔬特性、保鲜效果、安全性及技术成本等各方面因素，最大程度上实现对果蔬保鲜。辐照技术在果蔬保鲜中的应用为食品贮藏加工提供了一个新思路。随着辐照技术的持续改良、复合保鲜技术的深入研究及加工安全性的不断提高，辐照保鲜技术也将在食品其他领域得到广泛推广。