热处理对鲜切果蔬品质影响的研究进展

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(1.郑州轻工业大学食品与生物工程学院,河南郑州 450002; 2.食品生产与安全河南省协同创新中心,河南郑州 450002; 3.河南省冷链食品质量安全控制重点实验室,河南郑州 450002; 4.河南省农业科学院农副产品加工研究中心,河南郑州 450002)

鲜切果蔬,又称最小加工果蔬或轻加工果蔬,即对新鲜果蔬进行清洗、去皮、去核、切分、包装和冷藏等工序,使其仍保持新鲜品质且可供消费者直接食用的产品[1]。鲜切果蔬加工工序简单,且活性成分的含量与新鲜果蔬相当,深受消费者的认同[2-4]。然而,货架期短是遏制鲜切果蔬发展的主要瓶颈问题,这主要是由于果蔬在切割之后生理生化活动变的更为活跃,从而导致鲜切后的果蔬更易发生质地软化、切割面褐变、微生物侵染、营养物质流失和木质化等品质劣变[5]。

热处理是一种传统的物理保鲜方法,在果蔬采后病虫害防治、提高果蔬贮藏抗性及改善贮藏品质方面有较多的报道[6-8]。而将热处理技术应用于鲜切果蔬的保鲜和贮藏则是近年来的研究热点[9-10]。热处理可以钝化酶活性,使蛋白质变性,进而保持鲜切果蔬的品质;也有研究者认为,热处理之后的果蔬果香味会增加,酸涩味、苦味和发酵味会减少[11]。依据热处理在果蔬切割加工前后的不同,主要有鲜切前和鲜切后热处理两种方式[12-14]。近年来的研究表明,适宜的热处理温度和时间不仅有利于保持鲜切果蔬的品质,同时也不会影响其感官性能[15-16]。为了更为明晰热处理在鲜切果蔬加工和贮藏中的作用机理,更好地将这一物理保鲜方法应用于鲜切果蔬的加工中,本文综述了热处理对鲜切果蔬的感官品质、营养品质和安全品质等方面的影响,并归纳了热处理与其他保鲜技术组合改善鲜切果蔬品质的研究进展,以期为热处理应用于鲜切果蔬的贮藏保鲜和提高鲜切果蔬的食用安全提供参考。

1 热处理和热处理与其他技术结合对鲜切果蔬相关品质的影响

经过切割处理后的果蔬由于没有了表皮的保护作用,导致切割面的生理生化活动加快,主要体现在呼吸作用增强、细胞完整结构破坏、酚/酶区域化分布被打破等。因此,如果没有采取及时有效的保护或保鲜措施,更易发生氧化作用、酶促作用等,并将很快丧失其感官品质和食用价值。在生产实践中,热处理虽可杀灭鲜切果蔬表面的部分微生物,改善其贮藏品质,但是要将鲜切果蔬的货架期延长1～2周,仅仅采用热处理是不够的。因此,常常需要组合其他的保鲜方法改善鲜切果蔬的贮藏品质和延长货架期,如表1所示,目前有大量的这方面的研究。

表1 常见的热处理与其他方法结合在鲜切果蔬中的应用Table 1 Application of combining heat with other treatments to preserve quality of fresh-cut fruits and vegetables

1.1 热处理和热处理与其他技术结合对鲜切果蔬感官品质的影响

1.1.1 色泽 鲜切果蔬的色泽是直接影响消费者购买欲望的重要感官指标之一。由于鲜切处理破坏了果蔬的完整结构,导致其切割面更易发生褐变、褪色等色泽劣变的现象。研究表明,采用热处理可起到抑制或钝化引起褐变反应的相关酶活性,保护果蔬的色泽。对鲜切双孢蘑菇(白色种)采用40 ℃/5 min处理,抑制了褐变相关酶的活性以及提高了抗氧化物质和抗氧化酶类的活性,从而抑制了其褐变的发生[27]。同样,采用45 ℃热水处理鲜切甘蔗3 h后,可以显著降低贮藏中鲜切甘蔗的PAL、PPO、POD、1-氨基环丙烷羧酸合成酶(1-amino cyclopropane-1-carboxylic acid synthase,ACS)、ACC oxidase(ACO)、酸性转化酶(acid invertase,AI)和中性转化酶(neutral invertase,NI)的活性,同时也能显著地减轻鲜切甘蔗的褐变和乙烯生成[28]。Loaiza-Velarde等[29]发现,采用50 ℃/90 s处理鲜切芹菜叶柄,显著降低了切割伤诱导的PAL活性和褐变的发生。Chang等[24]对去皮后的芋头采用55 ℃/45 s热水浸渍处理,之后采用MAP或真空包装,发现热水处理的芋头表现出最高的明亮度(L*值),且总色差值(ΔE)最低,感官品质最好。Maghoumi等[20]发现,单独采用热水(55 ℃/30 s)处理石榴籽粒,可以有效抑制PPO的活性。然而,有研究也指出,热处理抑制褐变的发生取决于果蔬中酚类含量的高低,短时热处理可以降低酚类含量低的果蔬的褐变发生,但对于酚类含量高的果蔬如土豆和苹果,效果则较差[30]。

1.1.2 质地 在果蔬鲜切之前,采用适宜的热水处理可以有效保持鲜切果蔬的硬度,但随着贮藏时间的延长,硬度仍会有所下降。采用35～45 ℃的温水浸渍梨果40～150 min,可在2 ℃贮藏3 d内保持鲜切梨块的硬度,但之后鲜切梨块的硬度有所下降[31]。在对鲜切哈密瓜的相关研究中,发现热水(20、40和60 ℃)结合氯化钙(1%、2.5%和5%)处理鲜切哈密瓜块不同时间(1、2.5和5 min),均可以提高鲜切哈密瓜的硬度,且在高浸渍温度下,果实组织中的总钙浓度增加了约300%,但浸渍时间对硬度的影响不显著[32]。当采用含有1%乳酸钙的60 ℃热水浸渍哈密瓜整果60 min,之后进行鲜切处理后,可延长鲜切哈密瓜的货架期,但是乳酸钙的添加对果实品质没有较大的影响[11]。

在研究不同钙盐热水处理对鲜切芒果品质的影响时发现,热水浸钙处理对鲜切芒果品质的影响与钙盐类型相关。氯化钙、乳酸钙和丙酸钙热水浸渍处理可以提高钙结合水平50%并保持芒果块的硬度,而碳酸钙热水浸渍则降低了鲜切芒果块硬度的19%[33]。将芒果整果浸于50 ℃的热水中30 min后冷却,经鲜切处理后,浸于0.25%的壳聚糖溶液中进行可食膜处理,可有助于保持鲜切芒果的硬度和色泽[19]。

1.2 热处理和热处理与其他技术结合对鲜切果蔬营养品质的影响

果蔬是人体获得抗坏血酸、多酚、胡萝卜素、黄酮、花青素等生理活性物质的主要食物来源之一。采用60 ℃热水处理显著提高了鲜切黄洋葱的总酚含量(由44.92 mg GAE/100 g升高到52.32 mg GAE/100 g),且50 ℃热水处理的洋葱表现出最低的失重率[13]。可见,采用热水处理(50和60 ℃)可以保持总酚含量和提高鲜切洋葱的抗氧化活性。Sonia 等[34]采用55和60 ℃的热水浸渍处理鲜切绿辣椒3 min,并分别贮藏于2、4和10 ℃条件下。结果发现,在4 ℃贮藏条件下,对照组的鲜切绿辣椒抗坏血酸含量约降低了16%,处理组的酚类含量增加了11%,槲皮黄酮和抗氧化能力得以保持。在10 ℃贮藏条件下,两处理组之间的抗氧化物质没有显著变化。结果表明,采用热水处理(55和60 ℃)可以保持鲜切绿辣椒的生物活性物质。

采用抗坏血酸钙热水浸渍(先采用48 ℃热水处理2 min,然后浸渍在6%的抗坏血酸钙溶液中2 min)处理了鲜切苹果,结果发现,单独采用热水处理没有提高鲜切苹果的抗坏血酸含量,单独浸钙处理可以显著降低鲜切苹果的褐变,并能提高抗坏血酸含量和延长货架期。而采用热水和浸钙组合处理可使鲜切苹果的货架期比仅浸钙处理的延长7 d,同时在贮藏28 d时,组合处理组的微生物数量显著低于对照组[17]。

将桃整果采用三种不同的热处理组合(即40 ℃/50 min、40 ℃/70 min和40 ℃/120 min)后鲜切,并装入两种不同类型的气调包装袋中(modified atmosphere packaging,主动MAP和被动MAP)中,桃果硬度显著提高,同时,也发现经热处理之后的鲜切桃块,采用被动MAP包装对琥珀酸、柠檬酸和维生素A没有显著影响,但造成了维生素C的降低[12]。采用50 ℃热水浸渍桃果10 min,4 h后进行鲜切处理并采用MAP包装,可以显著控制鲜切桃块贮藏期间的褐变和硬度下降,且包装袋中的CO2浓度和乙烯含量显著降低。然而,采用热处理和MAP气调包装增加了桃果总胡萝卜素的损失和引起了色相值(C)的降低[35]。

采用温水热处理(5和47 ℃,2 min)结合气调包装和γ-辐射处理鲜切生菜,降低了抗氧化活性和由辐射引起的多酚的积累[36]。采用热处理(100 ℃/45 s)和UV-C照射((0.78±0.36) kJ/m2)处理胡萝卜整果,处理组的鲜切胡萝卜有较高的多酚含量和低的POD活性,而且微生物数量和呼吸强度都明显低于对照组[21]。

1.3 热处理和热处理与其他技术结合对鲜切果蔬安全品质的影响

切割面的汁液流失是造成鲜切果蔬易受微生物感染的主要原因。污染鲜切果蔬的微生物主要有细菌、霉菌、酵母和乳酸菌等[37-39]。采用20 ℃或50 ℃的20 ppm氯水处理接种了大肠杆菌O157∶H7的鲜切生菜,没有显著降低大肠杆菌O157∶H7的数量[40]。而在胡萝卜鲜切之前采用100 ℃热水处理,比氯水清洗更能有效控制细菌总数、酵母和霉菌以及乳酸菌在贮藏期间的繁殖,且比氯水处理的鲜切胡萝卜的货架期延长约3 d[38]。采用50 ℃热水处理鲜切西兰花1.5 min,然后采用壳聚糖或CMC进行涂膜包裹,在20 d的贮藏期间,单独采用壳聚糖涂膜或壳聚糖结合热水处理都可使嗜常温细菌、肠细菌、酵母和霉菌以及乳酸菌显著降低[26]。

2 热处理对鲜切果蔬保鲜的机理

温度是影响果蔬生长和发育最重要的外在因素之一,采后对果蔬进行热处理,可以显著地影响果蔬的新陈代谢和细胞功能,主要体现在热处理对植物细胞膜的流动性和脂阀变化有影响,并激活离子通道(如Ca2+);对蛋白质稳定性和疏水基团的暴露有影响,改变基因翻译和降解,促进细胞骨架的分解;对染色质变化、DNA-蛋白质相互作用和组蛋白置换有影响;对酶促反应、解偶联通量、三磷酸腺苷(ATP)、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(DADPH)、活性氧(reactive oxygen species,ROS)和氧化还原反应有影响;对DNA展开和miRNA动力学变化有影响等方面。由于这些变化可以导致植物组织的信号转导发生相应的改变,从而在转录组、蛋白质组和代谢组水平上影响植物的耐热性[41]。然而,鲜切果蔬的生理生化反应又不完全与完整果蔬相同,在热处理后,果蔬组织中热激蛋白的特性、自由基的变化、相关酶基因的表达以及切割部位产生的次生代谢物质等都发生了变化,由此可能会影响鲜切果蔬的营养价值和感官品质。

2.1 产生热激蛋白

热激蛋白(heat shock proteins,HSPs)是果蔬组织在高于正常生长温度10 ℃以上的处理后,合成的一类独特的蛋白质,一般而言,这类热激蛋白可以保护和提高果蔬的耐热性。热应激反应的一个中心作用是在热应激转录因子的控制下合成热激蛋白,这些热激蛋白能够防止蛋白质降解和支持蛋白质复性来保护植物免受热损伤[42]。在对苹果进行热处理后,热激蛋白基因被强烈激活[43]。而果蔬在切割之后,切割部位的类苯基丙烷的代谢会加快,导致PAL活性和酚类含量的提高,从而加速褐变的发生[29,44]。然而,鲜切果蔬经热处理后,优先促进了切割部位热激蛋白的合成,进而阻碍了PAL活性的提高,从而可以起到抑制褐变的目的[30]。然而,关于热处理对鲜切果蔬切割部位热激蛋白合成影响的研究较为少见,应是将来研究热处理对鲜切果蔬保鲜机理的方向之一。

2.2 抑制活性氧的产生和积累

热处理破坏了果蔬组织中的蛋白质、生物膜、RNA和细胞骨架结构的稳定性,也改变了细胞中的酶促反应的有效性,引起了代谢的不平衡。而这种失衡的代谢导致了活性氧(reactive oxygen species,ROS)的积累。事实上,活性氧的产生和积累也是果蔬组织对热处理的一种生理反应[41]。与未真空充氮的处理相比,采用-20～-60 kPa的真空度条件下处理鲜切双孢蘑菇2 min,重复3次,然后在40 ℃的温水中浸泡5 min的处理,可显著提高超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)的活性,降低鲜切双孢蘑菇阴离子产生速率,减少H2O2的积累,而采用较高真空度(-80～-98 kPa)的处理则加速了超氧阴离子的产生[45]。而且,在-40 kPa/40 ℃/5 min条件下,可有效减缓鲜切双孢蘑菇的硬度下降和细胞壁组分的降解[46]。由此可见,ROS的产生与和细胞壁结构完整性与真空度有较大的关系,而热处理条件与ROS生成和细胞壁结构的关系仍需进一步研究。

2.3 阻止切割部位产生的次生代谢物质的氧化

大部分的研究都指出,切割处理可以刺激果蔬中的次生代谢产物的合成和转化[47-48]。在较低的热处理温度和较短的热处理时间范围内,有些果蔬组织中可能会产生更多的次生代谢物质(如酚类化合物),从而提高鲜切果蔬的清除自由基和抗氧化能力,延长货架期[13,34]。然而,在较高的热处理温度条件下,PAL、POD和PPO等与果蔬氧化反应相关的酶类活性受限,会出现总酚、花青素、类胡萝卜素和抗坏血酸含量的下降[14,35,49]。因此,次生代谢产物的合成与热处理的条件、果蔬种类、贮藏环境等密切相关,尤其是和酶促反应相关的次生代谢产物。同时,热处理也可以阻止次生代谢产物如酚类化合物的氧化降解,进而起到抑制褐变的目的[47]。

3 展望

热处理是一种物理保鲜方法,无毒无害,迎合了大众抵触化学保鲜剂和健康意识逐渐提升的社会大环境。而且,热处理作为一种传统的物理保鲜方法也正在逐渐转变其应用方法,由最初的高温热烫到现在的低温热水、热蒸汽、热空气等形式,在满足食品安全的前提下,也正朝着保护食品感官和营养品质的方向发展。但是,热处理在鲜切果蔬上的应用范围还比较窄,主要是集中在一些根茎类蔬菜和少量的鲜切水果加工中。而果蔬种类繁多,采后生理分为呼吸跃变型和非呼吸跃变型,经鲜切之后其生理生化反应也存在较大差异。因此,更为广泛地开展热处理在鲜切果蔬保鲜中的应用,将有助于深入归纳热处理与鲜切果蔬生理和品质的关系。

栅栏技术是将热处理应用到鲜切果蔬保鲜的支撑理念。消费者对鲜切果蔬的购买欲首先是基于其食用安全和感官评价,其次是营养价值。在感官品评中,色泽、质地、口感和香气是其基本组成部分。单独采用热处理可能会对鲜切果蔬的感官造成损失,比如,高温长时间的热处理不仅破坏了鲜切果蔬的感官和质地,同时也会造成营养物质和香气物质的流失。因此,在既能起到钝化或抑制引起鲜切果蔬品质劣变的酶活性的同时,又不影响其感官品质,就需借助或联合其他的保鲜方法,如MAP包装、辐射以及可食膜等保鲜技术等。

寻求和确定热处理影响鲜切果蔬生理和品质的生物标记物。借助代谢组学分析的相关方法和思路,探究热处理后鲜切果蔬在生理生化变化方面的特性,明晰热激蛋白、活性氧、细胞壁结构、次生代谢产物等代谢途径与品质的关系,可为热处理在鲜切果蔬加工中的应用提供更为准确的依据。