化学处理在鲜切苹果保鲜中的应用研究进展

王智荣，郑力榕，吕新刚，阚建全, 4, 5*

1(西南大学 食品科学学院，重庆，400715) 2(中国农业大学 食品科学与营养工程学院，北京，100083) 3(西北大学 化工学院，陕西 西安，710069)4(农业部农产品贮藏保鲜质量安全风险评估实验室(重庆)，重庆，400715) 5(中匈食品科学联合研究中心，重庆，400715)

鲜切果蔬，又名半处理果蔬、最小或轻(浅)度加工果蔬，是对新鲜果蔬进行分级、整理、清洗、切分、去心(核)、修整、保鲜、包装等程序处理，提供给消费者的一种营养丰富、食用方便、新鲜卫生的100%可食用的产品[1]。因其具有方便快捷、营养安全等特点，鲜切果蔬倍受世界各国消费者的青睐，然而，相对于完整的新鲜果蔬，鲜切果蔬更易产生生理衰老、水分和营养损失、切片表面变色、质地软化、微生物侵染严重等问题，大大缩短了这类产品的货架寿命[1-2]。苹果，富含多种糖、酸、维生素、矿物质、膳食纤维等营养成分，是举世公认的营养程度最高的健康水果之一。近年来，国内外科研人员在如何保持鲜切苹果的品质及延长货架寿命等方面进行了大量的研究。化学处理，因其具有操作简单、成本低廉、保鲜效果好等特点，在鲜切苹果贮藏保鲜中应用广泛。因此，本文对备受关注的化学处理方法在鲜切苹果中的应用进行了综述，以期为其在本领域的深入发展及生产中的进一步应用提供借鉴。

1 化学处理

化学处理是指在切分处理前/后添加一定量的安全无毒副作用的化学物质，以改变果蔬的生理活性，维持或改善切片的组织质地，控制褐变，抑制病原微生物的生长繁殖，以提高鲜切产品的食用品质和销售价值[2]。抗氧化剂如植酸、(D-异)抗坏血酸(盐)、磷脂、乳酸钙(钠)等，酸度调节剂如乳酸、碳酸氢钠、L-苹果酸、柠檬酸(钾、钠)等，增稠剂如果胶、黄原胶、卡拉胶、阿拉伯胶、海藻酸钠/钾、羧甲基纤维素钠、淀粉等，防腐剂如ε-聚赖氨酸盐酸盐等，因其安全、高效，被允许用于我国的加工水果，包括鲜切水果中[3]。

2 化学处理在鲜切苹果中的应用进展

2.1 新型杀(抑)菌剂

水果切分后的清洗操作是鲜切苹果加工过程中唯一能直接减少微生物污染的步骤，过去常用含有50～120 mg/L自由氯的溶液浸泡杀菌，但氯及其化合物会形成致癌的氯化副产物[4-5]。近年来，更加安全、健康、环保的新型杀(抑)菌剂得到了极大的发展(表1)。

亚氯酸钠是一种安全的高效杀菌剂，其氧化性比次氯酸高，美国食品药物管理局(United States Food and Drug Administration，FDA)允许使用0.5～1.2 g/L的亚氯酸钠对果蔬和鲜切果蔬进行喷洒或浸泡[4-5]。LUO等[6]研究发现，亚氯酸钠可使鲜切“红元帅”表面的大肠杆菌数量下降3～3.6个对数值，和氯化钙联用时可保持切片良好品质达14 d，此外，亚氯酸钠还能有效抑制多酚氧化酶(Polyphenol oxidase，PPO)活性，从而减轻褐变程度[7]。

过氧乙酸是由过氧化氢和醋酸混合而成的一种绿色、环保强氧化型杀菌剂，质量浓度在50 mg/L以下就能达到良好的杀菌效果[4]。ABADIAS等[8]研究表明，80 mg/L过氧乙酸处理能使苹果切片表面的病原菌数量降低2～3个对数值。

臭氧也是一种强氧化型杀菌剂，其氧化强度是氯的1.5倍，杀菌速度是氯的600～3 000倍，其反应产物为水和氧气，不会污染环境[4, 9]。侯玉茹等[9]报道，9 d后，经臭氧水处理的切片的表面菌落总数仅为对照的1.7%；刘程惠[10]的研究也表明臭氧能有效延长鲜切苹果的货架期。然而，臭氧化学性质不稳定，在实际利用中，需要实时监控臭氧的浓度，另外，臭氧可能会造成抗坏血酸、胡萝卜素等营养物质的损失[4]。

酸性电解水是指通过电解稀盐溶液，产生氯气和各种次氯酸盐，有效杀灭各种微生物，且对人体安全无害[4-5]。张秋婷等[11]研究表明，微酸电解水对大肠杆菌具有明显的致死效应；GRACA等[12]指出酸性电解水杀菌效果最好，其次是中性电解水，而次氯酸钠杀菌效果最差；于晓霞[13]优化的酸性电解水杀菌工艺，可使减菌率高达91.84%。然而，酸性电解水需要持续通电，且溶液中的有效氯浓度极易受光照、温度等影响，因而在使用中应特别注意控制外界环境[13]。

随着消费者安全意识和要求的提高，许多天然物质由于具有明显的抑菌作用而备受关注(表1)。TORNUK等[14]报道，百里香、小茴香、迷迭香、月桂叶的植物水溶胶都能有效降低大肠杆菌O157∶H7和鼠伤寒沙门氏菌的数量，尤以百里香水溶胶抑菌作用最好；SALVIA等[15]研究指出柠檬草香精油能有效抑制鲜切“富士”苹果天然菌和大肠杆菌的生长繁殖；银杏叶和种皮提取液也能有效控制切片表面的微生物数量[16]。除此之外，一些果蔬的香气成分如己醛、2-E-己烯醛、乙酸己酯等能通过被动扩散透过细胞质膜，发挥抑菌作用[2]。但是，天然抑菌剂在水中的溶解度一般较低，其自身所带的强烈味道会对苹果切片的气味和口感造成不良影响[2]；而且，天然抑菌剂的提取或生产通常需要先进的设备和操作技术，价格昂贵。因此，虽然天然抑菌剂是未来发展的必然趋势，但距离大规模商业应用还很遥远。

表1 新型杀(抑)菌剂在鲜切苹果保鲜中的应用Table 1 The application of novel fungicides (bacteriostatic agent) on preservation of fresh-cut apples

注：—表示文献中未指明苹果品种。

2.2 钙盐溶液处理

苹果经机械切分后，切面组织被破坏，释放果胶甲酯酶(Pectin methylesterase，PME)、多聚半乳糖醛酸酶(Polygalacturonase，PG)等水解酶，降解细胞壁，进而引起苹果切片软化[2]。钙离子可以和果胶上的自由羧基交联形成交叉聚合体或钙桥，从而维持整体结构的稳定性，且钙盐溶液处理还能有效降低果实的膜透性，延缓衰老[1-2]。氯化钙是使用最广泛的钙盐，能有效提高苹果切片的硬度，如杨巍等[17]报道氯化钙能推迟苹果切片PPO、过氧化物酶(Peroxidase，POD)活性高峰的到来； VARELA等[18]指出，10 g/L氯化钙处理可保持苹果切片可接受硬度和良好品质达8 d，但会造成不良风味和苦涩口感。因而，目前越来越多的学者转向氯化钙替代物的研究(表2)，一些有机酸钙如丙酸钙、乳酸钙、抗坏血酸钙等保鲜作用显著[2, 19]，有望取代氯化钙，应用于鲜切苹果的保鲜中。

表2 钙盐处理在鲜切苹果保鲜中的应用Table 2 The application of calcium salt treatment on preservation of fresh-cut apples

2.3 褐变抑制剂

褐变是影响鲜切苹果货架期最主要的因素，鲜切苹果的褐变主要由酶促褐变引起，现已明确，酶促褐变是在有氧存在的情况下，酚类底物和PPO反应形成醌类物质所致[2, 4]。因而，褐变抑制剂的作用机理主要包括螯合PPO辅基Cu2+、改变酶作用的酸碱环境、与酶产生竞争性抑制而降低酶活、还原酚的氧化产物、与褐变底物酚类结合、改变酚类底物的结构等，从而实现抑制或减轻褐变[1-2]。过去常用的褐变抑制剂是亚硫酸盐，但是亚硫酸盐会破坏食品组织营养，并会引发哮喘病人过敏反应，FDA已禁止使用[1, 20]。由此，探索和开发健康安全的褐变抑制剂备受世人关注。

2.3.1 新型褐变抑制剂

目前，使用最广泛的褐变抑制剂是(异)抗坏血酸(表3)，抗坏血酸能将醌还原为酚类底物，进而有效抑制酶促褐变。在过去很长一段时间里，抗坏血酸常和钙盐联用，在抑制褐变的同时，能明显提高鲜切苹果的硬度[2]。CRISTIANE等[21]联用抗坏血酸和氯化钙，保持鲜切苹果的良好品质达11 d。然而，抗坏血酸不稳定，且当抗坏血酸被完全氧化成脱氢抗坏血酸时，就会丧失抑制褐变的能力[2]。另外，有报道指出，抗坏血酸可能会引起鲜切苹果的氧化损伤[22]。

羧酸如柠檬酸、植酸等能通过降低pH和螯合铜离子等途径抑制PPO活性，因而也被广泛用于鲜切苹果的保鲜(表3)。柠檬酸浓度为3 g/L时对鲜切“富士”苹果就有很好的保鲜效果[20]，而对于鲜切“寒富”苹果，柠檬酸浓度为15 g/L护色效果最好，能保持切片良好品质达8 d[23]；植酸的作用效果和其浓度有关，较高浓度能有效抑制褐变，浓度较低时，会加速切片的软化[24]。

近年来，卤化盐的抗褐变能力颇受关注。LI等[25]比较了各种卤化盐的护色效果，结果表明，氟化盐>氯化盐≈溴化盐>碘化盐，随后，他们用抗坏血酸钙混合NaCl浸泡苹果切片，发现处理后的切片，PPO活性大为降低，可保持较好品质达30 d。用廉价的卤化盐尤其是氯化钠取代或部分取代高价的抗坏血酸(盐)，能在显著抑制褐变的同时有效降低成本[26]。

用含氮气体如N2、NO熏蒸鲜切苹果，也是最近几年的研究热点(表3)。AMISSAH等[27]研究表明，NO处理能显著抑制醇脱氢酶(alcohol dehydrogenase，ADH)的活性，且苹果切片越小，作用效果越好；朱珍等[28]发现NO缓释熏蒸处理能有效抑制切片褐变、软化、失重和PPO活性，并能维持较高的可溶性固形物(total soluble solid，TSS)、可滴定酸(titratable acid，TA)、VC和总酚含量。

从植物中提取有效活性成分，作为天然保鲜剂，抑制鲜切苹果的褐变，近年来备受关注和重视。目前研究最多的是生姜提取液(表3)，生姜提取液浓度过高或过低都会影响苹果切片的感官品质，胡艳超等[29]发现用0.1 g/L生姜提取液和氯化钙复合液浸泡，更能抑制切片的PPO和POD活性，并能有效减少失重。有研究报道，雪松松针提取物对鲜切苹果也有较好的保鲜效果[30]。虽然这些活性成分安全、健康，但是植物提取物会很快扩散到苹果切片中，在切片表面的浓度迅速下降，会削弱抑菌效果，而且，植物提取物成分复杂，浸涂处理后可能会影响鲜切苹果的感官品质[6]。

2.3.2复合护色液

单一的褐变抑制剂只具有一条或少数几条作用途径，往往护色效果或护色时间极为有限，联用多种褐变抑制剂是解决这一问题的有效途径(表3)。目前最常用的是(异)抗坏血酸(盐)混合钙盐或/和羧酸。张芳等[31]报道，用5 g/LD-异抗坏血酸钠+10 g/L柠檬酸+8 g/L NaCl+1.6 g/L EDTA-2Na复合液处理，贮藏12 d后，切片仍能保持较好品质。4-己基间苯二酚，是PPO的竞争性抑制剂，复合液中添加少量的4-己基间苯二酚，能显著提高护色效果[20]。此外，含硫醇化合物如N-乙酰半胱氨酸、还原型谷胱甘肽能和醌反应形成无色物质或还原醌为二元酚[2]，也常常用于配制高效的复合护色液。

表3 褐变抑制剂在鲜切苹果保鲜中的应用Table 3 The application of browning inhibitors on preservation of fresh-cut apples

2.4 涂膜处理

涂膜处理是指在苹果切片表面添加一层可食性薄膜，该薄膜可以减少水分蒸发和营养流失，限制溶质迁移和气体交换，抑制呼吸作用，延缓乙烯生成，降低生理生化反应速度，推迟鲜切苹果组织衰老和腐败[1-2]。而且，成膜剂可作为抗氧化剂、褐变抑制剂和营养成分等添加剂的载体，可有效控制苹果切片的褐变，抑制微生物的生长繁殖，因而被认为是对鲜切苹果保鲜最有效的方法之一[2]。

2.4.1 多糖类涂膜剂

壳聚糖，因其具有抑菌、保鲜和成膜性好等特点，是目前应用最广泛的多糖涂膜剂。然而，壳聚糖溶解度不高，因而，壳聚糖的分解产物、溶解度更高的壳寡糖引起众多学者的兴趣。萨仁高娃等[32]研究发现，壳寡糖涂膜能有效降低切片质量损失，抑制脂氧合酶活性，延缓衰老。此外，利用化学、生物等方法对壳聚糖进行改性，也能有效提高壳聚糖溶解度和保鲜效果。吴昊等[33]用漆酶催化壳聚糖与没食子酸反应，制成的壳聚糖-没食子酸衍生物有更好的护色和抑菌作用。单一成分涂膜的作用效果有限，混合抗氧化剂或/和抑菌剂往往能有效提高苹果切片的安全性和货架期，如WU等[34]用壳聚糖混合普鲁兰糖和谷胱甘肽浸渍“富士”切片可延长货架期达10 d。除了壳聚糖，海藻酸钠也是常用的多糖涂膜剂，被广泛地用于复合涂膜液中。郭宇欢等[35]指出，1.0 g/L生姜提取物+10 g/L海藻酸钠浸渍涂膜在减少水分损失、维持硬度、抑制褐变和微生物侵染等方面有较好效果；刘永等[36]通过响应面法，确定茶树油/海藻酸钠涂膜的最佳制备工艺为：13.0 g/L海藻酸钠+19.9 g/L甘油+2.6 g/L茶树油。除此之外，淀粉[37]、羧甲基纤维素[38]等也常常作为复合涂膜液的成膜成分(表4)。

2.4.2 蛋白类涂膜剂

蛋白类涂膜剂主要是溶菌酶、白蛋白等(表4)。冯叙桥等[39]研究发现，在一定范围内，溶菌酶的浓度越高，对鲜切“寒富”苹果的保鲜效果越好，当浓度达0.8 g/L时，切片的感官评价、色泽、硬度、TSS和抗坏血酸含量均处于较高水平，在4 ℃条件下可延长切片货架期达8 d；蔡景胜等[40]报道，蚕茧中的丝素蛋白能有效降低“红富士”切片失重，抑制PPO活性，延缓褐变，并维持较高的Vc含量。不含褐变抑制剂的白蛋白膜却能有效控制鲜切苹果的褐变，一般认为，是膜内的半胱氨酸起主要作用，而蛋白形成的膜阻止氧的进入可能也是抑制褐变的原因之一[41]。

表4 涂膜处理在鲜切苹果保鲜中的应用Table 4 The application of coating on preservation of fresh-cut apples

注：—表示文献中未指明苹果品种。

2.4.3 纳米涂膜液和微乳液

纳米技术及纳米涂膜液在鲜切果蔬中的应用是近年来的研究热点。ZAMBRANO等[42]报道，含α-生育酚的纳米乳剂处理后的切片，其呼吸速率仅为35 mL O2/(kg·h)，能保持较好品质达21 d；GALINDO等[43]发现，和对照相比，经生育酚微胶囊/黄原胶涂膜的鲜切苹果，其呼吸速率下降了63%，PPO和苯丙氨酸解氨酶(phenylalnine ammonialyase，PAL)活性也明显降低；类似地，刘永等[44]研究发现，用纳米SiO2/海藻酸钠涂膜处理20 s，能有效减缓切片的生理变化，保持鲜切苹果的品质。微乳液，由于能显著提高精油在水油两相中的溶解能力，也常作为植物精油涂膜液的载体，应用于鲜切苹果的保鲜[2, 45]。

2.4.4 活性包装

此外，在包装薄膜上涂布或在成膜剂中加入抗氧化剂或/和抑菌剂，制成活性保鲜包装薄膜，也是目前的研究方向之一[1]。陈晨伟等[46]在PE/PVA薄膜上涂布不同浓度的α-生育酚，而后包裹“红富士”切片，结果发现，含α-生育酚的薄膜能有效抑制切片的褐变和PPO活性，抑制硬度、Vc和TA含量下降；张燕等[47]在聚乙烯醇流延成膜过程中加入不同质量分数的柠檬酸，并用改性薄膜密封包裹鲜切“红富士”，结果表明，柠檬酸浓度为2%时保鲜效果最好，室温下6 d后，切片的各项指标均优于对照和其他处理组。

虽然涂膜处理能有效保持鲜切苹果的品质，但切片表面形成的膜会造成厌氧环境，可能会削弱苹果的香气，影响挥发性成分的生成[1-2]。

2.5 化学方法和物理技术结合处理

化学处理虽然较好地保持了鲜切苹果的营养品质，但对切片的品质特征仍有或多或少的不利影响，联合多种处理方法是鲜切苹果保鲜的发展方向，目前，最常用的是化学处理结合物理保鲜技术如紫外辐照、脉冲光、(超)高压等(表5)。CHEN等[50]发现，联用柠檬酸浸渍和紫外线辐照处理的切片褐变较轻，失重较少，表面微生物数量较少，可食性和贮藏品质较好；MOREIRA等[51]联用涂膜和脉冲光处理，切片表面的嗜温菌、嗜冷菌、酵母菌和霉菌显著减少，而DPPH自由基清除活性、质构和感官品质几乎不变；VERCAMMEN等[52]将鲜切苹果在护色液中浸渍后，用450 MPa超高压处理10 min，结果将切片的微生物货架期由空白的15 d延长至90 d，这可能是因为超高压对微生物具有亚致死和致死效应[11]。此外，低温、热处理、电离辐射、超声波处理、气调贮藏等[1, 20]也是化学处理常常联用的物理方法。

表5 化学方法和物理技术结合处理在鲜切苹果保鲜中的应用Table 5 The application of combination of chemical treatments and physical methods on preservation of fresh-cut apples

3 结语

随着科学技术的快速发展和对鲜切苹果贮藏期间生理生化变化的深入研究，化学处理通过钝化酶活、抑制褐变、阻止软化、控制微生物生长繁殖等作用效应，有效延长了鲜切苹果的货架期。而且，化学处理简单快速，成本低廉，便于大规模操作，在鲜切果蔬的产业应用中占有重要地位。然而随着消费者对新鲜、方便、健康、卫生食品要求的不断提高，化学处理的安全性始终备受关注和质疑。因此，未来应加强以下研究以推进化学处理的产业化应用：(1)探索和开发更加安全、高效的天然杀(抑)菌剂、褐变抑制剂；(2)针对各种保鲜效应，着重研究各化学处理的作用机制和影响因素，强化各方法的作用优势；(3)联合使用多种化学处理方法，优化各种化学处理剂的配比，研究和发挥其协同作用；(4)综合使用化学处理方法和物理保鲜技术，强化研究其相互协同的作用条件和机制，实现优势互补。相信随着保鲜技术的发展与成熟，鲜切苹果的品质将得到有效保障。