鲜切水果加工工艺及保鲜技术研究进展论文

摘要：鲜切水果是国外新兴的水果加工制品,具有新鲜、营养、方便等特点,市场前景广阔。本文介绍了鲜切水果生理生化变化特点、加工工艺流程,从温度、微生物、营养物质流失等方面分析了影响鲜切水果品质的若干因素以及各种保鲜技术措施,综述了国内外鲜切水果加工与保鲜研究现状与发展趋势。

1 鲜切水果的定义及特点

1.1 鲜切水果的定义

鲜切水果 (Fresh-cut fruits) , 又称轻加工水果、最少加工水果、切割水果、调理水果, 起源于20世纪50年代的美国, 主要是为了满足消费者的即食 (Ready—to—eat) 需求。它是指新鲜水果经分级、清洗、去皮、修整、切分、包装等处理后, 使产品保持生鲜状态, 供消费者或餐饮业立即食用的水果加工产品。

1.2 鲜切水果的特点

鲜切水果以其新鲜、营养、方便、无公害、可食率极高等特点, 受到欧美、日本等国消费者的喜爱, 在我国也开始逐渐受到关注。

2 鲜切水果的国内外发展现状及前景

随着社会的发展, 人们工作节奏的加快及生活观念的转变, 鲜切水果已出现在果蔬消费市场供人们选择。但由于水果经切割后极易发生组织褐变、营养成分损失、微生物侵染等不良现象, 造成很大的损失和浪费。为此, 国内外有关学者进行了诸多有关鲜切水果保鲜技术的试验研究, 以期减少其营养物质的损失, 抑制鲜切果蔬组织的自身代谢, 控制不利的生理生化反应, 延缓衰老, 减少或抑制微生物的生长与繁殖, 从而延长鲜切果蔬货架期与贮藏期。目前, 在已达800亿美元市场规模的美国鲜切产品产业中, 涉及125亿美元的鲜切水果产业发展如火如荼。随着我国人民生活水平的不断提高及生活节奏的加快, 鲜切水果产品将形成产业化发展模式, 面临潜在的发展前景。2004年我国鲜切水果的市场消费额仅占2亿美元, 在2008年达到20亿美元的规模。鲜切水果在国外已成为果品采后研究领域中的重要方向之一。

3 鲜切水果的加工工艺

3.1 原料的选择

目前、在国内和国外用于鲜切水果研究与生产的水果品种主要有苹果、梨、桃、菠萝、香蕉、草莓、甜瓜、西瓜、柿子等。水果品质的好坏直接影响鲜切水果的质量, 只有选择色、香、味浓, 适合鲜切加工的优质品种, 且满足新鲜、健壮、成熟度适宜、规格均匀、无腐烂、无病虫害、无斑疤等要求, 才能生产出优质的鲜切水果产品。D M Kim等 (1993) 对12个苹果品种进行对比试验, 经贮藏初期呼吸速率、整个贮藏期的总呼吸速率、硬度变化、颜色变化及其它品质等综合比较认为, 只有NY674等6个品种是最适合的鲜切苹果品种[2]。C Soliva等 (2002) 认为, 果实的成熟度是关键因素, 鲜切水果的贮藏期、抗病性、对低O2和高CO2的忍耐性、对机械损伤的敏感度等均与采收成熟度密切相关[3]。另外, 不同种类与不同品种的水果其最适宜鲜切加工的生理阶段均有一定的差异。

3.2 冲洗与消毒

水果进行加工之前需先用水冲洗, 以去除灰尘、污物及杀虫剂等可能引起果实污染的物质, 再用含Na Cl O的清洁水浸泡以控制果实表面微生物数量。一般果实所用的消毒水含氯浓度为50~200m L/L, 另外, 钙离子与氯水结合使用对果实表面的消毒效果更佳。消毒后要用清水冲洗干净果实表面。然而, 美国科学家最新的研究证明, 氯在水中可能形成致癌的含氯化学物质, 因此目前的研究集中于寻找新型安全的消毒方法以替代氯用于水果的消毒。例如D 0 Ukuku (2004) 研究证明, 抗氧化剂、有机酸、过氧化氢、辐射、臭氧、紫外线等均可用于果实表面消毒。有研究表明, 过氧化氢处理可使西瓜货架期比氯水处理延长4~5d, 且在两周内微生物都被控制在安全范围内。

3.3 去皮、切分与修整

新鲜水果原料按要求冲洗消毒后进行切分, 包括去皮、去核等处理, 这些操作过程对鲜切水果货架期寿命具有极其重要的影响。切分的规格和形状也是影响鲜切水果品质的重要因素之一, 切分越小, 切分面积越大, 越不利于贮存。不同切割厚度对鲜切水果生理影响亦有差异, 如切片厚度为1cm的香蕉呼吸强度和乙烯生成量比其它厚度都低。

3.4 漂洗、沥干与护色

水果切割后的再次漂洗处理是鲜切水果加工中不可缺少的环节, 这可去除细胞汁液, 减少微生物污染, 并有利于受伤组织释放底物与酶, 从而减缓果实组织的生理衰败, 防止品质退化。若在漂洗液中增加抗菌剂、褐变抑制剂以及乙烯抑制剂处理则能增强抗衰老效果。目前国外对鲜切水果的研究焦点大多集中在抑制褐变方面。通常在切分后漂洗这一环节中采取专门的护色措施来防治褐变与软化。目前许多高效、无毒的化学防腐剂已被用于控制鲜切水果的褐变, 如柠檬酸、 (异) 抗坏血酸、半胱氨酸、草酸、1-MCP及其各种组合等。

鲜切香蕉片在1%Ca Cl2+1%抗坏血酸+0.5%半胱氨l酸混合液中浸泡2 min, 5℃条件下贮藏6d可有效地防止褐变与软化。B Calderon Lopez等 (2005) 已证明1-MCP可有效地控制香蕉、苹果、菠萝、草莓以及番木瓜等鲜切水果货架期间的品质劣变[4]。可诱导植物抗性的茉莉酸甲酯 (MJ) 也被用于防止苹果、菠萝等鲜切水果的褐化, 同时能有效控制微生物的生长。

3.5 涂膜、包装与贮藏

鲜切水果生产中的最后操作程序是包装与贮存。通常鲜切水果的外包装多以塑料薄膜袋包装, 或以塑料托盘盛装外覆塑料薄膜包装。包装好的鲜切水果通常在0~5℃低温条件下贮存, 而不用整果冷藏所推荐的适合于各种水果的不同温度包装及贮存过程中综合利用各种保鲜措施, 可维持鲜切水果的食用品质, 延长货架期。

4 鲜切水果品质的特征性变化

4.1 产生褐变

褐变包括酶促褐变和非酶促褐变, 鲜切水果褐变主要是酶促褐变。酶促褐变是指水果受到机械损伤或处于异常环境条件 (受冻、受热) 时, 在酶作用下氧化而呈褐色。酶促褐变是影响鲜切产品流通和货架期的重要原因之一。即使是完整的水果, 也有超过50%的损失是由于酶促褐变造成的。鲜切加工由于人为造成了果蔬细胞破裂, 使得酚类化合物和PPO的区域性结构遭到破坏, 导致酶和底物接触, 从而使得褐变更容易发生。莴苣、部分绿叶类蔬菜、含大量淀粉的果蔬 (如马铃薯、甘薯、山药、面包果、苹果、油梨、香蕉和梨等) , 以及许多热带亚热带果蔬都极易发生褐变。随着果蔬酶促褐变的发生, 往往还会产生不良的风味以及造成其营养成分的损失。

酶促褐变机理是水果组织完整细胞中含有的酚类物质作为呼吸传递物质, 在酚一醌之间保持着动态平衡, 当新鲜果蔬组织被损伤, 氧气大量侵入, 酚迅速被氧化平衡受到破坏, 发生醌的积累, 醌再进一步氧化聚合而形成黑褐色的黑色素物质。如图所示

4.2 产生异味

鲜切水果经气调包装结合冷藏, 能有效降低呼吸, 抑制乙烯的产生, 减少失水, 延迟切分水果的衰老, 延长贮藏时间。在气调保鲜贮藏过程中, 应创造一个低O2和高CO2的环境。但是低氧或超低氧条件极易引起无氧呼吸, 导致异味产生, 尤其在温度控制不当时更易发生。因此, 鲜切水果包装内部通常要保持2%~5%的O2和2%~5%的CO2, 以利保持其品质。O2浓度太低或CO2浓度太高会导致水果的低O2或高CO2伤害, 造成低谢紊乱、品质下降。

4.3 营养物质流失

鲜切水果在加工及贮藏过程中, 会损失一些营养成分, 如切割会导致维生素损失, 在浸泡过程中, 水果可溶性固形物会随浸泡液而流失。此外, 贮藏过程中不适宜的温度、光照、空气中的氧气及组织自身的代谢作用都会导致鲜切水果营养成分的损失。

5 影响鲜切水果品质变化的因素

5.1 温度

温度是影响鲜切果蔬品质的重要因素之一。低温可抑制果蔬的呼吸作用与酶活性, 降低各种生理生化反应速度, 延缓衰老及抑制褐变, 同时也抑制微生物的活动, 所以鲜切果蔬品质的保持与低温环境密切相关。但不适宜的低温会引起鲜切果蔬发生冷害, 即出现代谢失调、产生异味及褐变加重等症状, 货架期反而缩短。因此, 加工场所的温度控制和贮藏、流通及销售过程中的冷链控制是保证鲜切果蔬品质的关键因素。

5.2 微生物的影响

微生物污染能导致鲜切水果质量下降。切割使水果组织结构受到损害, 失去了真皮层的保护作用, 水果汁液外溢, 较大的表面及丰富的营养为微生物提供了有利的生长条件, 更易遭受各种污染。引起鲜切水果腐烂变质的微生物主要是细菌和真菌, 病毒 (如Hepatitis) 、肝炎病毒和寄生虫 (如Giardia) 也能污染鲜切水果。另外, 鲜切水果加工过程中, 有可能污染上人类致病菌, 如大肠杆菌 (coli) 、李斯特菌 (Lister-ia) 、耶尔林氏菌 (Yersinia) 、沙门氏菌 (Salmonella) 等。

5.3 营养物质的流失

新鲜果蔬在加工处理及贮藏过程中, 其营养成分, 特别是维生素极易受损, 从而影响鲜切果蔬的营养品质。同时, 不适宜的温度、光照、空气中的氧气及组织自身的代谢作用都会导致鲜切果蔬营养物质的损失。

6 鲜切水果保鲜技术

6.1 物理保鲜技术

采用低温冷链、气调保鲜、超高压、臭氧、低剂量辐照、超声波等物理保鲜方法, 尽可能保持鲜切水果的原有品质和风味。

6.1.1 低温冷链技术

为了保持水果的优良品质, 从采收到消费的整个过程需要维持一定的低温, 即新鲜果蔬采收后在流通、贮藏、运输、销售一系列过程中实行低温贮藏, 以防止新鲜度和品质下降, 这种连贯体系的低温冷藏技术称为低温冷链技术。目前, 低温冷链技术是保持鲜切果蔬色、香、味的重要手段, 而且成本较低、保鲜时间较长。有研究表明, 鲜切果蔬褐变的主要因素是酚类物质的氧化, 特别是多酚氧化酶 (PPO) 导致的酶促褐变。低温可以抑制多酚氧化酶 (PPO) 及其它酶的活性, 减缓褐变进程, 延缓鲜切果蔬的氧化腐烂, 而且可以抑制微生物的生长与繁殖, 减少营养成分的消耗。国内外大多数学者认为, 鲜切果蔬较适合在0~5℃条件下贮藏。刘程惠等对4、8、10℃3个贮藏温度条件下鲜切马铃薯的生理生化变化进行研究, 试验结果表明, 4℃低温贮藏能够有效地抑制由切割引起的一系列生理生化变化, 保持鲜切马铃薯的良好品质且延长货架期[5]。

6.1.2 冷杀菌技术

(1) 超声波

超声波多用于鲜切果蔬的清洗, 该技术利用低频高能量的超声波空化效应在液体中产生瞬间高温高压, 造成温度和压力变化, 使液体中某些细菌致死、病毒失活, 甚至破坏体积较小的微生物细胞壁, 从而延长果蔬的保鲜期。高翔等用超声波气泡清洗鲜切西洋芹10min后再用浓度为0.4%的Ca Cl2溶液处理, 微生物菌落可除掉80%, 呼吸作用明显受到抑制, PPO活性一直处于较低水平, 且对VC无明显的破坏作用, 感官品质良好。但同时超声波的机械作用会对鲜切果蔬的细胞组织产生一定的破坏, 因此, 对不同种类的鲜切果蔬需要进行超声波功率量化的试验研究。

(2) 臭氧

臭氧杀死病原菌范围广、效率高、速度快、无残留, 是一种理想的冷杀菌技术。臭氧对各类微生物都有强烈的杀菌作用, 而且能使乙烯氧化分解, 延缓果蔬后熟及衰老, 调节果蔬的生理代谢, 降低果蔬的呼吸作用和代谢水平, 延长贮藏保鲜期。徐斐燕等研究表明, 臭氧水浸泡处理能有效地控制鲜切西兰花表面的微生物, 并降低多酚氧化酶活性, 保持VC含量, 抑制叶绿素的降解, 但对还原糖有一定的影响。臭氧使用浓度过高会引起果蔬表面质膜损害, 使其透性增大、细胞内物质外渗, 品质下降, 甚至加速果蔬的衰老和腐败等。此外, 其杀菌效果还受温度和湿度的影响。

(3) 辐射

辐射杀菌 (Radiation treatments) 是利用射线照射果蔬, 引起微生物发生物理化学反应, 使微生物的新陈代谢、生长发育受到抑制或破坏, 致使微生物被杀灭, 果蔬的贮藏期得以延长。在鲜切莴苣、芹菜、胡萝卜和柿子椒等应用上已经得到FDA认可的辐射剂量最大为1.0 KGy。高翔等采用Co-γ射线辐照处理鲜切西洋芹, 明显地抑制了酶活力, 减少褐变和降低呼吸作用与失水率, 提高了可溶性固形物含量, 保持了鲜切西洋芹的商品品质。

(4) 超高压

超高压保鲜技术是在常温或较低温条件下对鲜切果蔬进行100MPa以上的高压处理, 是一个纯物理过程, 具有瞬间压缩、作用均匀、操作安全、温度升高值小、耗能低、污染少、利于环保且使果蔬营养成分得到很好保持等优点。M N Estiaghi等对马铃薯鲜切块的研究表明, VC的保存率高于90%。纵伟等研究表明, 600MPa超高压处理可通过抑制多聚半乳糖醛酸酶活性而维持鲜切猕猴桃果片的硬度, 同时可有效地抑制VC含量的损失。鲜切果蔬经600MPa压力处理10min后, 可抑制与褐变相关的PPO活性, 抑制微生物生长, 在4℃条件下贮藏9d后, 仍然具有较好的硬度和较高VC含量。

6.1.3 气调保鲜技术

鲜切果蔬在空气中易发生褐变、被微生物污染且代谢旺盛。采用气调包装, 使其处于适宜的低氧、高二氧化碳气体环境中, 则能降低其呼吸强度, 抑制乙烯产生, 延缓衰老, 延长货架期;同时也能抑制好气性微生物生长, 防止腐败变质;但CO2含量过高或O2含量过低, 则会导致无氧呼吸, 产生不利的代谢反应与生理紊乱。

目前, 气调保鲜作为无公害保鲜手段, 备受国际保鲜与加工关注。常采用的自发调节气体包装 (MAP, Modifiedatmosphere package) 就是通过使用适宜的透气性包装材料被动地产生一个调节气体环境, 或者采用特定的气体混合物及结合透气性包装材料主动地产生一个气调环境。MAP中适宜的低O2和高CO2环境可降低果蔬的呼吸代谢和乙烯生物合成量, 抑制酶活性, 减轻生理紊乱, 减缓果蔬品质败坏。Ki Myong Kim等 (2006) 研究得出, MAP能使鲜切蘑菇货架期达到6d。G A Gonzalez-Aguilar等 (2004) 研究表明, MAP的鲜切甜椒感官品质更好, 渗漏的汁液更少, 硬度更高, 5℃贮藏条件下货架期达到21d。

6.2 化学保鲜技术

6.2.1 涂膜处理

近年来, 涂膜处理是鲜切果蔬常用的保鲜措施之一, 可有效地阻止鲜切果蔬与氧气接触, 防止褐变发生, 改善鲜切果蔬的外观品质, 达到保鲜效果。贾慧敏等研究了卡拉胶、羧甲基纤维素 (CMC) 、海藻酸钠涂膜及两两复配处理对鲜切桃果实在5℃贮藏条件下的色泽及多酚氧化酶 (PPO) 活性变化的影响, 结果表明, 卡拉胶+CMC在褐变程度以及酶活性抑制上效果最明显[6]。邱松山等研究显示, 壳聚糖/纳米Ti O2复合涂膜可有效地降低荸荠的水分、VC等成分的损失, 延缓褐变的发生, 从而延长鲜切荸荠的货架期。王兰菊等研究表明, 1%壳聚糖+0.5%VC涂膜处理鲜切山药效果最佳。

6.2.2 保鲜剂处理

目前, 在实际生产中鲜切果蔬主要应用化学保鲜剂进行防腐保鲜处理, 但为了保障食品的安全性, 使用化学保鲜剂的浓度必须符合FDA规定的标准。使用异抗坏血酸钠和柠檬酸处理鲜切苹果、芒果、菠萝, 均可显著抑制变色。诸永志等研究认为, 浓度为20mmol/L抗坏血酸钙在一定程度上能够抑制鲜切牛蒡的褐变, 延缓衰老, 保持其品质。程顺昌等以莴笋为试材, 研究了异VC、柠檬酸等对鲜切莴笋常温贮藏期间品质与褐变的影响, 结果表明, 异VC (1%) +柠檬酸 (0.5%) 复配处理对鲜切莴笋贮藏期间的褐变有良好的抑制作用, 保持了较低的PPO活性, 对其糖酸含量等无不良影响。其与EDTA (0.1%) 复合效果最好, 并且可以有效地抑制丙二醛含量升高, 减少细胞膜损伤。

6.2.3 天然产物提取物保鲜技术

目前, 鲜切果蔬贮藏保鲜最有效的手段是冷藏结合化学杀菌剂处理, 但由于人们对食品安全的重视, 迫切需要加大研究无公害天然防腐保鲜剂产品及技术的力度, 以取代化学杀菌剂。利用天然产物提取物的抗褐变和抗菌作用对鲜切果蔬进行保鲜, 具有天然、安全的优势。天然产物提取物如蜂蜜、菠萝汁、食用黄汁是鲜切果蔬的有效抗褐变剂, 可显著地提高鲜切果蔬的货架寿命与安全性。

6.3 生物保鲜技术

近年来, 食品安全问题已经引起了人们的普遍关注, 随着现代生活方式的改变和生活节奏的加快, 传统的果蔬保鲜技术已不能满足人们的现实需求, 因此, 深入研究安全无污染的生物保鲜技术已迫在眉睫。生物保鲜物质具有可食性、天然性、安全性、可降解性等特点, 是一种理想的环保型保鲜产品。生物保鲜技术是利用有益微生物的代谢产物抑制有害微生物, 从而延长鲜切果蔬的贮藏期。迄今为止, 国内外相关领域学者一直致力于研究各种有效的生物保鲜剂, 在食品生物保鲜技术研究方面作了大量的工作, 并取得了显著的成效。相信在不久的将来, 生物保鲜技术在鲜切果蔬保鲜方面的应用具有非常广阔的前景。

7 鲜切水果发展趋势

水果种类和品种影响到鲜切果的贮藏品质, 筛选并培育适于切割加工要求的水果品种将成为发展鲜切果的先决条件。随着生物技术的发展, 切分水果的酶促褐变抑制也倍受重视, 如何选育出PPO酶活性相对较低的品种、改变控制PPO酶的基因而改变PPO酶的活性也是酶促褐变抑制的研究方向之一。目前关于褐变抑制剂对鲜切果的风味、质地、异味等感官品质影响的研究则很少, 亟需加强。大部分化学防腐保鲜剂具有一定的副作用, 给鲜切果带来一定程度的污染。因此, 化学防腐保鲜剂的使用种类、剂量、时间将受到严格限制, 如何选择高效、无毒的化学防腐剂是鲜切果保鲜亟待解决的问题之一。因此, 非化学的新型保鲜技术如:可食性涂膜、活性包装、辐照、脉冲电场、空气放电、振荡磁场、高压处理等在鲜切果加工中具有广阔的应用前景。