果蔬贮藏保鲜原理

1,第一章 食品保鲜包装技术原理,第一节 果蔬采后生理和成熟变质机制 第二节 畜禽肉宰后生理变化和变质机制 第三节 影响食品品质劣变的因素,2,呼吸作用 (Respiration) 是果蔬的活细胞，在一系列酶参与下，经过许多中间反应环节进行的生物氧化还原过程，将体内复杂的有机化合物分解成为简单物质，同时释放能量的过程。,一、呼吸生理,3,有氧呼吸 在有氧气参与的情况下，果蔬的呼吸底物被彻底氧化成 CO2 和 H2O，同时释放大量能量的过程。 C6H12O6十 6O2 6CO2+ 6H2O + 2820.2 kJ 葡萄糖 氧气 二氧化碳 水 能量 无氧呼吸 果蔬在缺氧条件下，呼吸底物氧化不彻底，产生酒精、乙醛、乳酸等中间产物，同时释放少量能量的过程。 C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 + 100.4 kJ 葡萄糖 乙醇 二氧化碳 能量,呼吸作用的类型,4,呼吸强度（呼吸速率）(Respiration rate)：一定温度、 湿度下，一定量的新鲜果蔬进行呼吸时所吸入的O2或释 放CO2的量。用O2或CO2 mL(kg h) 表示。 无氧呼吸不利用O2，一般用CO2生成的量来表示。 是呼吸作用进行快慢的指标, 呼吸强度高，说明呼吸旺盛，消耗的呼吸底物(糖类、蛋白质、脂肪、有机酸)多而快，贮藏期不会太长。呼吸强度过低，正常的新陈代谢受到破坏，也缩短贮藏期。 控制果蔬正常呼吸的最低呼吸强度，是水果和蔬菜贮藏的关键问题。,与呼吸有关的几个概念,5,呼吸温度系数：在生理温度范围内，温度升高10果 蔬呼吸速率（呼吸强度）增加的倍数即温度系数，用 Q10表示。 Q10反映呼吸速率随温度而变化的程度，一般果蔬的 Q10 2 2.5 时，Q10 值越高，果蔬呼吸受温度影响越大。 园艺产品的 Q10 在低温下较大，因此，在贮藏中应严格控制温度，即维持适宜而稳定的低温，是搞好贮藏的前提。,与呼吸有关的几个概念,6,同一水果或蔬菜在低温范围内 Q10 比高温范围 大，随着温度的降低，Q10 增大，呼吸强度变小， 贮藏期延长，所以降低温度有利于果蔬 的贮藏。,7,呼吸高峰：在果实的发育过程中，呼吸强度随发育阶段的不同而不同。根据果实呼吸曲线的变化模式，可将果实分成两类: 呼吸跃变型 呼吸非跃变型,与呼吸有关的几个概念,8,呼吸跃变型： 果蔬采收以后随着果蔬的 成熟，呼吸强度下降，但当 果蔬进入完熟时，呼吸强度 骤然升高，随着果蔬的衰 老，呼吸强度又下降，发生 明显的质量变化过程，如苹 果、梨、香蕉、李子等。,9,呼吸非跃变型： 果蔬采后没有呼吸高 峰，呼吸强度呈一直 下降趋势，如草莓、 葡萄、柑橘等。,10,提供能量：果蔬贮藏保鲜是“活”体保藏，维持生命活动所需的能量是呼吸作用提供的,如新采收的黄瓜在通常条件下放置数天尚保持新鲜状态，炒熟的瓜片则隔夜变馊，所以耐藏性、抗病性依赖生命。 抗病免疫：抗病性是通过呼吸作用产生的一种自卫能力，植物受伤或被病菌侵染时，细胞内氧化系统活性会加强，抑制侵染微生物分泌的酶所引起的水解作用，防止积累有毒物质，同时氧化破坏病源微生物毒素。 促使愈伤：果蔬受到机械损伤后，能自行进行愈伤以恢复结构的完整。首先表现为受伤部位及周围组织的呼吸活性增强，提供木质、栓质、角质的中间产物和生物合成所需的能量，促进愈伤组织的形成。,呼吸作用与果蔬贮藏的关系,有 利 方 面,11,消耗呼吸底物：大部分果蔬呼吸底物是糖,呼吸底物的消耗是果蔬贮藏中失重和变味重要原因之一,采后果蔬是“活”体，呼吸作用会不断消耗底物(营养物质)，而它再也不能从土壤中获得养分，由于积累有限，消耗不断，因此，果蔬贮藏寿命是有限的。 释放热量：呼吸热使环境温度升高，不利于果蔬贮藏，在果蔬贮运中要考虑到这种影响并设法加以消除。 改变环境气体成分：贮藏中常出现O2 过低或 CO2 过高的现象，会使果蔬生理代谢失调。此外，乙烯等挥发性气体能够促进成熟与衰老，对贮藏不利。如果控制好贮运中的O2和CO2的比例，对果蔬的成熟、衰老产生明显的抑制作用.,呼吸作用与果蔬贮藏的关系,不 利 方 面,12,种类和品种： 水果中以浆果类呼吸强度最大，其次是桃、李、杏等核果类，苹果、梨等仁果类呼吸强度较小. 晚熟品种生长期较长，积累营养物质较多，呼吸强度高于早熟品种；夏季成熟品种呼吸比秋冬成熟品种强；南方生长的比北方的要强。 成熟度： 跃变型果实(呼吸高峰期)；非跃变型果实 块茎、鳞茎类蔬菜采后进入休眠期呼吸下降，休眠期后重新上升。,影响呼吸作用的因素,内 在 因 素,13,温度：常采取低温抑制产品采后呼吸作用，但并非 贮藏温度越低越好, 冷害；冻害（冰点贮藏）。贮藏 期温度波动会刺激产品体内水解酶活性，加速呼吸。 气体成分：环境中影响果蔬的气体主要有O2、CO2和 乙烯。一般空气中O2过量，在O2 16时，对呼吸 无抑制作用；O210时，呼吸强度受到显著抑制； O2为5 7受到较大抑制，但O2 2时，出现无氧 呼吸.,影响呼吸作用的因素,外 在 因 素,14,湿度：在大白菜、菠菜、温州蜜柑中发现轻微的失水有利于抑制呼吸。一般低湿度抑制果蔬呼吸, 高湿度促进呼吸. 但有例外,如甘薯类耐湿性强, 可贮藏于高湿环境下. 机械伤和微生物侵染：机械创伤会促进呼吸作用, 即伤呼吸；伤口利于微生物浸染,微生物的生长繁殖也促进呼吸, 所以在采收、包装、运输、贮藏过程中应避免机械损伤。 乙烯: 促进果实成熟,影响呼吸作用的因素,外 在 因 素,15,采前蒸发作用不是水分单纯的散失，根部从地下吸收水，根同蒸发表面之间形成一系列不间断的蒸发流，有物质转移和水分的散发，具有蒸发拉力。 蒸发作用能防止体温异常升高。,二、果蔬的蒸发生理,16,采后果蔬断绝了水源补充，蒸发流终止，果蔬组织形态萎蔫,失去脆嫩饱满的品质,耐贮性和抗病性下降,所以贮藏中应减少蒸发作用。,17,果蔬失鲜失重主要是蒸发作用的结果: 果蔬内部的相对湿 度 99，环境湿度 99，由于体内外的湿度差，果蔬 内部水以水蒸气散发到大气中而萎蔫。 蒸发作用的三个基本过程: （1）水从细胞内部移向细胞间隙 （2）水从果蔬内部组织移向表面组织 （3）水分从蒸发表面进入周围大气,蒸发作用的基本过程,18,19,果蔬中的水分主要通过皮孔、气孔和表皮细胞以扩散的形式被蒸散出来的。 果蔬失水的敏感部位：叶子、果实柄端往往是易失水或最先失水的部位,蔬菜大都 通过气孔蒸散。,蒸发生理与贮藏的关系,20,失重是果蔬贮藏中重量的损失，即自然损耗中水分消耗占主要方面。如苹果在 20 贮藏，每周由于呼吸作用造成的质量损失约 0.05, 由于蒸发造成的损失约 0.5。柑橘在贮藏中 是由于水分蒸发，1/4 是由于呼吸作用消耗了干物质。 失鲜是果蔬品质的损失, 表现为形态、结构、色彩光泽、质地、风味等多方面的变化，影响食用品质和商品品质。 果蔬失水超过质量的 5，就失去光泽和鲜度。,蒸发对贮藏的影响,21,有利方面：蒸发直接影响到细胞脱水，轻度脱水，可以使冰点降低，提高抗寒能力，并且细胞脱水使膨压稍有下降，组织较为柔软，有利于减少运输和贮藏处理时的机械伤害。如大白菜采收后常进行适度晾晒。,蒸发对贮藏的影响,22,不利方面：失水过度破坏正常代谢过程。 水解作用加强，使淀粉转变为糖。如黄元帅苹果失水变 甜，风干的甘薯变甜，其原因是脱水引起淀粉水解为糖。 刺激糖酵解，引起氧化磷酸化解偶联。 使细胞固有的原生质胶体凝固，扰乱正常的新陈代谢，改 变呼吸途径，产生并积累某些分解物质，使细胞中毒。 使细胞液的浓度增高，其中有些物质，如H+、NH3等，质 量分数可能增加到有害的程度，引起细胞中毒。 脱落酸增加，使果蔬成熟衰老进程加快。,蒸发对贮藏的影响,23,表面积比：叶的表面积远超过其它器官，通常叶菜类 在贮运中最易脱水萎蔫。同一种果蔬当其它条件相同 时，小果比大果蒸发作用强。 成熟度：幼小果蔬蒸发量大，随着生长和组织充实， 蒸发量逐渐减少，所以不成熟果蔬较难贮藏。,影响蒸发作用的因素,内 在 因 素,24,内 在 因 素,细胞保水力：细胞中亲水胶体和可溶物含量高，细 胞渗透压高，利于细胞保水，阻止水分向外渗透。 表面结构：蒸发两途径：表皮层蒸发、气孔或皮孔 蒸发（果蔬成熟过程中不断形成表皮保护层，从外 向内依次为：蜡质层/角质层+表皮细胞），所以 成熟果蔬蒸发量低于未成熟果蔬。 机械伤与愈伤组织：果蔬机械伤会加速失水。,影响蒸发作用的因素,25, 空气湿度:引起蒸发的直接原因,环境湿度低便于贮藏. 温度：高温促进,低温抑制,因为高温下细胞内胶体黏度降低. 空气流动：在贮藏过程中限制产品周围的空气流动，就可以减少失水。 光照：光能刺激气孔开放，并刺激呼吸和酶的活性，从而促进蒸发作用。阴凉处,影响蒸发作用的因素,外 在 因 素,26,增加空气湿度: 地面加湿、机械加湿、减 少空气流动 保持稳定的低温：地窖 包装、打蜡和涂膜：壳聚糖,蒸发作用的控制措施,27,结露的定义： 在果蔬贮藏过程中，当温度下降到露点以 下，水蒸气从空气中析出，在果蔬的表面、塑料 膜的内表面、包装袋内表面或墙壁上凝结出水珠 的现象。 结露的危害： 微生物繁殖，果蔬腐烂变质。,果蔬贮藏中的结露现象,28,结露的原因及控制措施：贮藏技术不当 库内不同部位温差超过 5，易产生结露。 果蔬入贮时温度高于库温，遇到冷湿空气形成结露。 要求预冷。 贮藏库的温度波动较大，骤然升降时产生结露现象。 通风换气的过程中可能产生结露现象。 果蔬从冷库中出库时，骤然升温引起结露。,29,果蔬成熟与衰老取决于抑制或促进成熟与衰老两类激素的平衡。目前，国际上公认的植物激素有五大类。 生长素、赤霉素、细胞分裂素属生长激素，促进果蔬生长，抑制成熟与衰老。 脱落酸和乙烯是衰老激素，促进果蔬成熟与衰老。,激素与果蔬成熟的关系,30,生长素（auxin）：包括吲哚乙酸、吲哚丙酸、二氯苯氧乙酸、萘乙酸等对跃变型果实或非跃变型果实，都抑制衰老，如低浓度使用可防止棉花或苹果、梨等过早落花落铃。,激素与果蔬成熟的关系,31,赤霉素（gibberellin）：化学结构中都含有赤霉核，目前已发现 40 多种赤霉素，赤霉素可促进果蔬发芽、开花和结果。,激素与果蔬成熟的关系,32,细胞分裂素（cytokinin）: 嘌呤衍生物，果蔬幼龄阶段，含量高，促进细胞分裂、分化，并抑制乙烯的合成。进入成熟阶段，激素含量减少。,激素与果蔬成熟的关系,33,脱落酸（abscisic acid）: 与赤霉素有拮抗作用，果蔬幼龄阶段同时含有脱落酸、赤霉素和细胞分裂素，但脱落酸含量少，而衰老休眠器官中只含有脱落酸。 在果实的完熟过程中脱落酸含量急剧增加，而乙烯的生成量很少。如葡萄、草莓等随着果实的成熟脱落酸积累，施用外源脱落酸能促进 柑橘、葡萄、草莓等果实的 完熟。,激素与果蔬成熟的关系,34,乙烯（ethylene）: 最有效的催熟致衰剂，是植物激素中分子结构最简单的一种激素，在正常生理条件下呈气态。果蔬采后一系列成熟、衰老现象都与乙烯有关。,激素与果蔬成熟的关系,35,乙烯的生物合成途径 乙烯对成熟和衰老的促进作用 影响乙烯合成和作用的因素,乙烯对果蔬成熟衰老的影响,36,1901年俄国植物学家Neljubow首先发现乙烯能引起黄化豌豆苗三重反应(下胚轴伸长、横向扩大、变短粗)。 1910年卡辛斯(Cousins) 发现橘子产生的气体能催熟同船混装的香蕉。 1934年加利(Gane) 获得植物组织确实能产生乙烯的化学证据。 1935年美国克罗克(W.Crocker)提出乙烯可能是一种内源激素。 1959年，伯格(S.P.Burg)等测出了未成熟果实中有极少乙烯产生，随着果实的成熟，乙烯量不断增加。 1965年乙烯被国际上公认为植物天然激素。,乙烯的发现,37,乙烯的生物合成途径,前体为蛋氨酸（Met），直接前体为 1-氨基环丙烷-1-羧酸 (ACC)。 Met 经过 Met 循环，形成 5-甲硫腺苷 (MTA) 和 1-氨基环丙烷-1-羧酸 (ACC)，前者通过循环再生 Met，而 ACC 则在 ACC 氧化酶的催化下氧化生成乙烯。,38,39,蛋氨酸（Met） 蛋氨酸腺苷转移E S-腺苷蛋氨酸（SAM） ACC合成酶 1-氨基环丙烷-1-羧酸（ACC） 乙烯形成酶 乙烯,干旱、成熟 衰老、伤害IAA、水涝,氨氧基乙酸（AOA ）,缺氧、解偶联剂、 自由基、Co2+,成熟,MACC,O2,40,影响乙烯合成和作用的因素,乙烯的合成及其作用受果蔬自身种类和品种特性、发育阶段、外界贮藏环境条件的影响 果实的成熟度 机械伤和病虫害 贮藏温度 贮藏气体条件,41,果实成熟度对乙烯的影响,跃变型果实乙烯的生成有两个调节系统： 系统 I 负责跃变前低速合成的基础乙烯。 系统负责跃变时乙烯的大量合成。 有些品种在短时间内系统合成的乙烯比系统 I 增加几个数量级。二个系统都遵循 Met 途径。,42,不同成熟组织对乙烯作用的敏感性不同: （1）跃变前的果实对乙烯作用不敏感，系统 I 生成的低水平 乙烯不足以诱导成熟； （2）随果实发育，在基础乙烯作用下，组织对乙烯敏感性上升，当组织对乙烯敏感性增加到能对内源乙烯(系统I)起反应时，便启动了成熟和乙烯的自我催化(系统II)，乙烯大量生成，长期贮藏的产品一定要在此之前采收。 （3）采后的果实随成熟度的提高，对外源乙烯越来越敏感。,43,非跃变果实乙烯生成速率相对较低，变化平 稳，整个成熟过程只有系统 I 活动，缺乏系统，这类果实只能在树上成熟，采后呼吸一直下降，直到衰老死亡，所以应在充分成熟后采收。 跃进型果蔬对乙烯的敏感度比非跃进型强;采收后成熟的果蔬比未采收成熟的果蔬敏感.,果实成熟度对乙烯的影响,44,机械伤和病虫害对乙烯的影响,有机械伤、病虫害的果实不但呼吸旺盛，传染病害，还能刺激乙烯的产生，刺激其它成熟度低且完好的果实加速成熟和衰老，缩短贮藏期。干旱、淹水、温度等胁迫以及运输中的震动都会使产品形成伤乙烯。,45,贮藏温度对乙烯的影响,低温：乙烯合成是复杂酶促反应，适当低温贮藏会降低乙烯合成。一般在0乙烯生成量少，温度上升，乙烯合成加速，许多果实乙烯合成在2025最快。因此，采用低温贮藏是控制乙烯合成的有效方式。 因为低温贮藏果蔬的乙烯合成酶(EFE)活性下降，乙烯产生少，ACC积累，回到室温下，乙烯合成力恢复，果实能正常后熟。但冷敏感果实于临界温度下贮藏时间较长时，如果受到不可逆伤害，细胞膜结构遭到破坏，EFE活性不能恢复，果实则不能正常成熟，使口感、风味或色泽受到影响，甚至失去食用价值。,46,高温：多数果实在35以上时，抑制了ACC向乙烯的转化，乙烯合成受阻，如番茄不出现乙烯峰。近来发现用 35 38C 热处理能抑制苹果、番茄、杏等果实的乙烯生成和后熟衰老。,贮藏温度对乙烯的影响,47,48,1.3.1 肉的颜色,肉的颜色本质上是由肌红蛋白（myoglobin Mb）和血红蛋白(hemoglobin Hb)产生 肌红蛋白的结构与性质 肌红蛋白为复合蛋白质，由一条多肽链构成的珠蛋白和一个带氧的血红素基组成，血红素由Fe原子和卟啉环组成,49,50,肌红蛋白中的Fe的价态（ Fe 2+或Fe 3+）以及氧气结合的位置是导致颜色变化的根本所在。,51,影响肉颜色变化的环境因素 气体条件 温度：温度高促进氧化，低则氧化慢 湿度：湿度高氧化慢，湿度低则氧化快 pH 正常肉进入尸僵后，肉的pH一般从pH7左右降至pH5.5，如果宰前糖原消耗过多，尸僵后肉的极限pH高（6.0-6.5），则出现生理异常肉，如DFD（Dark, firm, dry）牛肉、PSE(Pale, soft, exuding)猪肉. 微生物：霉菌引起白、红、绿、黑等色斑或荧光。,52,1.3.2 肉的风味,1.3.2.1 肉的香气成分,53,1.3.2.2 肉的滋味成分 来源于核苷酸、氨基酸、酰胺、有机酸、肽、糖类、脂肪等前体物质,54,1.3.3 肉的保水性,1.3.3.1 概念：肉的保水性也称肉的系水力或系水性，是指肌肉在受外力作用时，如加压、切碎、加热、冷冻、解冻、腌制等加工或贮藏条件下保持其原有水分和添加的水分的能力。 系水力的高低直接影响到肉的风味、颜色、质地、嫩度、凝结性等,55,1.3.3.2 肌肉系水力的物理化学基础 三种水分状态：自由水、结合水、不易流动水 其中衡量系水力高低主要是指不易流动水 不易流动水主要存在于肌原纤维与膜之间，这部分水的保持能力主要取决于肌原纤维蛋白质的网格结构和蛋白质所带静电荷的多少，网格空间大系水力高，,56,57,1.3.4 肉的嫩度,肉的嫩度直接与蛋白质的结构和某些因素作用下蛋白质的变性、凝聚或分解有关。 1.3.4.1 嫩度的含义 肉的柔软性 肉对牙齿压力的抵抗性 压断肌纤维的难易程度 咀嚼程度（肉渣的剩余量、咀嚼到吞咽的时间）,58,1.3.4.2 影响肉的嫩度的因素 宰前因素（畜龄、肉的部位、营养状况） 宰后因素 成熟与尸僵 加热 电刺激 酶,59,2 宰后肉的变化,宰后肉又刚开始的柔软状态（热鲜肉，hot meat）会慢慢变成僵硬状态(肉的僵直，rigor mortis)，继续贮藏则肉重新变得柔软，持水性增加，风味提高（肉的成熟，conditioning or ageing）,成熟肉在不良条件下贮藏则经酶和微生物作用分解变质（肉的腐败，putrefaction） 热鲜肉 尸僵 成熟 腐败,60,2.1 肉的僵直（rigor mortis）,2.1.1 概念：屠宰后的肉尸（胴体）经过一段时间后，肉的伸展性逐渐消失，由松弛变成紧张，无光泽，关节不活动，呈现僵硬状态，称为尸僵。 Muscles of freshly killed mammals are relaxed, soft, extensible and flexible. However, after a short time they become stiff, rigid and contracted. This state is called rigor mortis.,61,2.1.2 尸僵的机理,宰后的肌肉由于缺乏氧气的供应，肌肉中的糖原（glycogen）进行无氧酵解，生成ATP（adenosine triphosphate）和乳酸, ATP分解提供的能量促使肌肉收缩，随着糖原的耗尽， ATP的生成量也逐渐降低为零，此时，肌肉收缩达到最大程度，即形成了肌肉的宰后僵直，也称尸僵。,62,63,2.1.3 冷收缩和解冻僵直收缩,肌肉宰后又三种收缩形式即：热收缩（hot shortening）、冷收缩（cold shortening）和解冻收缩（thaw shortening）。热收缩是指一般的尸僵过程，缩短程度与温度有很大的关系，在接近0时收缩长度为原始长度的5%，在40时收缩长度为原始长度的50%,64,（1）冷收缩(cold shortening)：当畜禽肉在pH下降到5.5-6.0之前，也就是在僵直状态完成之前，将温度降低到10 以下，并且肉处于未冻结状态，则肌肉将出现收缩，这个现象称为冷收缩。（冷收缩导致，肉汁大量渗出，drip loss） If the meat temperature falls below 10 C before the supply of fuel for contraction, i.e. ATP, is used up, but freezing has not occurred, the muscle will contract. This phenomenon called cold shortening As a rule of thumb, cooling to temperatures not below 10 C in 10 h for beef and lamb and in 5h for pork can avoid cold shortening.,65,（2）解冻僵直收缩(thaw shortening) 肌肉在僵直未完成之前进行冻结，仍含有较高的ATP，在解冻时由于ATP强烈而迅速的分解而产生的僵直现象称为解冻僵直。 If very high rates of heat extraction can be achieved, then the meat can be frozen fast enough to stop cold shortening. However, in this case, a more severe shortening, thaw rigor, will occur during thawing. 解冻僵直肌肉收缩的强度比正常的僵直剧烈的多，并有大量的肉汁流出，解冻僵直引起的收缩严重有力，可使肌肉缩短50%，并破坏肌肉纤维的微结构。屠宰后立即冷冻，这种现象最为明显 防止方法：形成最大僵直后再进行冷冻。,66,2.1.4 尸僵开始与持续时间,67,2.2 肉的成熟(conditioning, ageing),2.2.1 概念：尸僵持续一段时间，即开始缓解，肉的硬度降低、保水性有所恢复，使肉变得柔嫩多汁，具有良好的风味，最适合加工食用，这个过程成为肉的成熟。肉的成熟包括尸僵的解除和在组织蛋白酶的作用下进一步成熟的过程。,68,2.2.2 肉成熟期间的变化 肉在成熟期间的主要是肌纤维发生变化，而与嫩度有关的结缔组织则几乎没有改变 The major change, which takes place in meat during ageing, occurs in the muscle fibre. Little or no change which can be related to tenderness improvement takes place in the structures which hold the fibres together (the connective tissue, collagen),69,四、休眠生理,休眠和休眠期 休眠的类型 休眠的调控,70,休眠：植物在生长发育过程中遇到不适宜的环境条件如严冬、酷暑、干旱等不良环境时，为了保持自身生存，有的器官暂时停止生长的现象。如种子、鳞茎、块茎类蔬菜。 休眠期的特征：植物生命周期中生长发育暂时停顿的阶段，新陈代谢降到最低水平，营养物质的消耗和水分蒸发都很少，生命活动进入相对静止状态，对不良环境条件的抵抗力增强。自然进化过程