果蔬保鲜技术国内外发展趋势

果蔬保鲜技术国内外发展趋势果蔬保鲜技术国内外发展趋势 编辑删除 来源 日期 2009 10 21 15 54 00 浏览次数 114 次 新鲜水果和蔬菜采收后仍然进行着复杂的生理变化 生物变化和物理变化 果蔬的细胞和组织继续进行呼 吸和蒸腾作用 很容易产生皱缩 失重 萎蔫 变质等现象 影响了果蔬的品质和销售 目前 在我国每 年约有 8000 万 t 的蔬菜 水果腐烂 果蔬采后损失率达 20 40 损失总价值近 800 亿元 因此 果 蔬保鲜是蔬菜水果生产 储藏和销售环节中一个非常重要的问题 而一些发达国家加大了对果蔬保鲜技术 的研究力度 取得了明显的成果 果蔬的产后损失率只在 5 左右 一 新鲜水果的生理特性 果实是一个活体 采后仍在呼吸 进行着旺盛的生命活动 果实采摘前在树上呼吸代谢所消耗的营养和水 分靠树体的枝和叶补充 而采后则靠自身的营养和水分来维持生命的过程 如果果实采后不及时进行保鲜 处理 少则 3 5 天 如草莓 荔枝 龙眼 樱桃等 多则 10 天半月 桃 梨 葡萄等 就会出现失水 萎蔫 品质恶化和腐烂而失去食用价值 尽管不同水果的生理特性不一样 但采后变色 失水 变味和腐 烂是共同存在的问题 因此 果实采后尽快的降低其呼吸强度 抑制代谢过程 延缓衰老 减少营养物质 的消耗 保持果实的新鲜性和风味品质是所有水果采后贮藏保鲜应该遵循的共同原理 而包装处理也是水 果保鲜中的重要环节 水果采后的保鲜方法很多 低温和气调是目前商业上应用最广的贮藏方法 因为低温和气调能有效地抑制 果实的呼吸强度 减少乙烯生成 延缓衰老 减少水分损失 保持果实硬度和色泽 抑制病菌生长 从而 明显地延长果实的贮藏保鲜时间 1 气调保鲜 气调保鲜是通过调节贮藏环境中氧气和二氧化碳的比例 抑制果实的呼吸强度 以延长果品贮存期的一种 贮藏方式 气调保鲜能减弱水果和蔬菜的呼吸活性 减少质量损失 延缓成熟和软化 使其生理紊乱和腐 烂程度降到最小 气调保鲜技术是目前应用最广的果蔬保鲜技术 包括人工气调保鲜 CAP Controlled Atmosphere Package 自发气调保鲜包装 MAP Modified Atmosphere Package 采后农产品是活的有机体 要不断地进行呼吸等生命代谢 通过呼吸 消耗自身营养 获取维持自身生命活动的能量 最终导致自身衰老 崩溃 死亡 腐烂 这种 视死如 归 的代谢规律是植物内在的生理属性决定的 利用现代生物技术如反译 ACC 转基因技术 可削弱衰老启 动激素乙烯的形成 可使番茄采后内源乙烯产量减少 转红 变软时间延迟 有利于常温下保鲜 延长货 架期 但是生物遗传性是大自然长期驯化的结果 改变生物圈自然平衡 往往要付出一定代价 如产量 风味 食品安全等 保鲜即保持新鲜 就是利用各种先进的物理 化学方法 如调控温度 湿度 气体和防腐 最大限度地抑 制 延缓衰老速率 进程 但又不能产生各种冻害 冷害 药害及低 O2 高 CO2气体伤害等 从而保 持农产品特有的色 香 味 形状等 以达到保鲜目的 其中气体成分的研究是保鲜膜研制的依据和应用 基础 1 1 原理 农产品采后衰老的核心问题是呼吸消耗 降低贮藏保鲜环境中的 O2 提高 CO2 抑制呼吸向正方向反应 方向进行 是气调保鲜技术的理论基础和基本原理 从而也为保鲜膜的研制与应用建立了支点 呼吸分为有 O2呼吸 aerobic respiration 式 1 1 和无 O2呼吸 anaerobic respiration 式 1 2 两种类 型 C6H12O6 6O2 6 CO2 6H2O 2822KJ 有 O2呼吸 1 1 葡萄糖 氧 二氧化碳 水 热量 C6H12O6 2 C2H5OH 2CO2 100KJ 无 O2呼吸 1 2 葡萄糖 乙醇 二氧化碳 热量 无 O2呼吸是果实在不良条件下的一种自救方式 呼吸产物是乙醇 并进一步氧化成乙醛 乳酸等产物 若组织中这些产物积累过多 则将导致细胞中毒死亡 无 O2呼吸产生的热量为有 O2呼吸的 3 5 果实 为了获得维持生命活动的足够热量 就必须分解更多的有机物质 积累更多的中毒副产物 从而加速组织 衰老 死亡 有两种情况果实可能出现无 O2呼吸 一种是贮藏环境 如塑料袋 内 O2的浓度低于临界指标 另一种是 环境不缺 O2 通常情况下 大多数农产品贮藏期间供给 O2 1 5 可以避免缺 O2呼吸 使碳水化 合物的分解速度减慢 从而降低消耗和减少缺 O2呼吸产物 这种作用称为巴式德效应 如甘薯贮藏期间 环境中 O2含量很大 但是由于内层组织气体交换比较困难 经常缺 O2 高 CO2也可以对果实造成伤害 环境中 CO2浓度过高 将抑制琥珀酸脱氢酶的活性 从而阻止琥珀酸进 一步氧化而在细胞中积累 当达到一定浓度 0 001mol L 时即对正常呼吸代谢产生破坏作用 呼吸强度和呼吸商是建立保鲜膜气调 modified atmosphere packaging MAP 数学模型的基本概念 呼 吸强度是单位重量产品在单位时间内放出 CO2或吸入 O2的毫克数或毫升数 通常表示为 mg Kg h 呼吸 商又称呼吸系数 是呼吸时释放的 CO2与吸入的 O2容积比 CO2 O2 以 RQ 表示 根据 RQ 值则可推 测呼吸底物类型 如己糖 RQ 为 1 硬脂酸为 0 69 苹果酸为 1 33 草酸为 4 同种水果 不同温度条件 下 RQ 值也不同 如伏令夏橙 0 25 时 RQ 为 1 左右 38 时为 1 5 缺氧呼吸时 RQ 值增大 以此 可初步推断缺氧水平 呼吸类型是生命代谢内在本质规律 又是保鲜膜研制的杠杆 可分为跃变型和非跃变型两类 跃变型果蔬 在生长结束时 呼吸作用降低 成熟时 呼吸作用突然升高 然后再下降 这种现象称为呼吸跃变 climacteric 非跃变型果蔬是指在整个生长 成熟 衰老过程中 呼吸作用始终缓慢降低 呼吸跃 变 高峰 的出现标志着衰老 死亡的开始 直观上表现为果蔬的品质与风味达到最佳值 如苹果出现香 味 可口的酸甜和脆甜感等 苹果 香蕉 番茄 鳄梨 芒果等均具有上述性质 故称跃变型果实 一般热带与亚热带果实如鳄梨 芒 果等 跃变顶峰的呼吸为跃变前的 35 倍 温带果实如苹果 梨等仅为 1 倍左右 柑桔和柠檬等不表现呼 吸速率显著的上升 故称非跃变型果实 不同种类跃变型果实 自采摘后到呼吸上升的间隔及程度均不同 在出现时或出现之前 果实内部乙烯 促进果实成熟的激素 的形成量也急剧升高 通常与果实进入成熟 达到可食状态相联系 为了商品的需要 可以用乙烯利 乙烯释放剂 促其提前到来 也可以用低温 高 二氧化碳浓度 低氧浓度等条件处理果实 减弱呼吸作用 延缓乙烯的产生 从而延长对果实的贮藏时间 跃变型果蔬在生长结束时 呼吸作用降低 成熟时 呼吸作用突然升高 然后再下降 这种现象称为呼吸 跃变 非呼吸跃变型果蔬是指在整个生长 成熟 衰老过程中 呼吸作用始终缓慢降低 呼吸跃变 高峰 的出现标志着衰老 死亡的开始 直观上表现为果蔬的品质与风味达到最佳值 如苹果出现香味 可口的 酸甜和脆甜感等 研究表明 呼吸跃变型果蔬的 MAP 保鲜效果 显著地优于无呼吸跃变型果实 而且呼吸跃变高峰出现之 前 MAP 处理效果最佳 表 1 1 常见果蔬的呼吸类型 有呼吸跃变型无呼吸跃变型 苹果 蜜瓜 杏 番木瓜 鳄梨 西番莲果 香蕉 桃 面包果 梨 毛叶番荔枝 柿 猕猴桃 李 费 约果 香肉果 无花果 刺果番荔枝 番石榴 番茄 芒果 西瓜 硬皮甜瓜 伞房花越橘 橄榄 可可树 柑橘 腰果 菠萝 樱 桃 甜的 蒲桃 樱桃 酸的 草莓 黄瓜 拉 丁美洲樱桃 欧洲葡萄 树番茄 葡萄柚 爪哇李 柠檬 荔枝 山苹果 温度系数是保鲜膜研制的重要影响因子 用 Q10表示 也是保鲜膜应用 技术配套的基础条件 大多农 产品采后 在 0 35 范围内 温度每升高 10 呼吸消耗增加 1 1 5 倍 如表 1 2 即相当于贮藏寿 命 贮藏时间 相差 1 1 5 倍 Q10一方面反映了保鲜膜研制多重因素的复杂性和专用性 另一方面强调 保鲜膜使用的温度条件范围 表 1 2 几种蔬菜呼吸的温度系数与温度范围的关系 种类 0 5 10 10 24 种类 0 5 10 10 24 石刁柏 3 5 2 5 豌豆 3 9 2 0 菜豆 5 1 2 5 菠菜 3 2 2 6 辣椒 2 8 3 2 胡萝卜 3 3 1 9 莴苣 1 6 2 0 番茄 2 0 2 3 黄瓜 4 2 1 9 马铃薯 2 1 2 2 采后生理变化对果蔬产品贮藏的影响 采收后的果蔬来自根的营养物质被切断 光合作用停止 生物化学变化从以合成为主变为以水解为主 果 蔬的贮运技术 则是以调控果蔬采后生理为基础的应用技术 呼吸作用 果蔬收获后 呼吸作用成为有机体新陈代谢的主要过程 呼吸是生活的植物细胞的呼吸底物在一系列酶系 统的参与下 经过许多中间环节 逐步从复杂形态分解成简单形态 同时释放出蕴藏在其中的能量 呼吸作用标志着果蔬生命的存在 果蔬采后的呼吸作用是一个营养消耗过程 消耗果蔬体内的干物质而使 果蔬逐渐丧失新鲜度 直至衰老死亡 耐贮藏性也随之丧失 因此 果蔬采后应使其呼吸强度降低 以减 缓营养物质消耗 从而延长果蔬寿命 但是一味降低果蔬的呼吸作用 又会影响果蔬的正常生理代谢 从 而会出现生理病害 削弱果蔬的耐贮性 由此可见 呼吸作用强弱与果蔬组织的生理变化 果蔬的贮藏寿 命密切相关 在保持果蔬产品正常呼吸过程基础上降低呼吸作用 是新鲜果蔬采后贮藏 运输的基本原则 有氧呼吸和无氧呼吸 植物的呼吸作用有两种类型 即有氧呼吸和无氧呼吸 有氧呼吸必须从空气中吸收分子态氧 呼吸底物最 终彻底氧化分解成二氧化碳和水 同时释放出能量 无氧呼吸不从空气中吸收氧气 呼吸底物不从空气中 吸收氧气 呼吸底物不能被彻底氧化 生成乙醛 乙醇等物质 无论何种原因引起的无氧呼吸的加强 都 被认为是对果蔬正常代谢的干扰 破坏 对贮藏都是不利的 呼吸强度和呼吸商 A 呼吸强度 衡量呼吸作用的数量水平 是指在单位时间内 单位重量的果蔬 吸收氧或放出二氧化碳 的量 通常以 1 千克重的果蔬在 1 小时内吸收氧或释放二氧化碳毫克 毫升 数来表示 即二氧化碳或氧 气 毫克 千克 小时 或毫升 千克 小时 呼吸强度只能反映呼吸作用的量 而不能反映呼吸作用 的性质 B 呼吸商 呼吸系数 RQ 是指一定重量的果蔬 在一定时间内所释放的二氧化碳同所吸收的氧气的 容积比 即 RQ 二氧化碳 氧气 呼吸商在一定程度上可以用来估计呼吸的性质 底物的种类 呼吸反应的彻底性 以及需氧和缺氧的程度 及比例 C 呼吸消耗 呼吸要消耗底物 大部分果蔬的呼吸底物主要都是糖 呼吸底物的消耗是果蔬在贮运过程 中发生失重 自然损耗 和变味的重要原因之一 从呼吸强度可以计算出呼吸底物的消耗量 例如 5 时甘蓝的呼吸强度为 二氧化碳 24 8 毫克 千克 小时 假定全部以糖为底物进行有氧呼吸 则 1 千 克甘蓝每天呼吸消耗的糖为 405 8 毫克 100 天消耗的糖总计约 40 克 即占甘蓝体重的 4 所以果蔬 贮藏时 应可能降低其呼吸强度 以减少呼吸底物的消耗 D 呼吸热 是指果蔬呼吸过程中所释放的热量 呼吸消耗呼吸底物 同时释放能量 有氧呼吸每消耗 1 克 分子葡萄糖 释放的能量总共达 2870 2 千焦 每产生 1 毫克二氧化碳同时释放 10 69 焦 10 69 焦 毫克 二氧化碳 的能量 这些能量只有一小部分用于维持生命活动及合成新物质 大部分都以热能的形态释放 至体外 称为呼吸热 使果蔬体温和环境温度升高 所以贮藏时 必须随时排除果蔬释放的呼吸热 才能 保持贮藏库内恒定的温度 E 呼吸跃变现象 有些种类的果蔬在生长发育过程中呼吸强度不断下降 达到一个最低点 在果蔬成熟 过程中 呼吸强度又急速上升直至最高点 随果实衰老再次下降 一般将果实呼吸的这种变化称为 呼吸 跃变 具有这种类型的果实有苹果 梨 香蕉 番茄 芒果 网纹甜瓜等 有些果实采收后 呼吸强度 持续缓慢下降 不表现有暂时上升现象 称为非跃变型果实 属于非跃变型的种类有柑橘 葡萄 菠萝等 跃变型果实的跃变高峰始点 与果实体积达到最大值几乎同步 完熟期间所特有的一切变化 也正是发生 在跃变期内 非跃变型果实不显示跃变高峰 在完熟期间所有的变化比跃变果实缓慢的多 呼吸跃变是果 实生命中的一个临界点 它标志果实从成熟到衰老的转折 对跃变型果实而言 跃变上升期正是它的贮藏 期 必须设法推迟呼吸高峰的到来 才能延长贮藏期 F 乙烯代谢 乙烯是一种不饱和烯烃化合物 是一种植物本身存在的引起果实成熟的内源植物激素 它 以极微量的作用阈值影响着果蔬的呼吸生理和成熟与衰老 从而影响着果蔬在贮藏期间的生理及品质变化 表 几种跃变型与非跃变型果实内源乙烯含量 呼吸类型果实乙烯 微升 升 果实乙烯 微升 升 苹果25 2500香蕉0 05 2 10 梨80芒果0 04 3 00 桃0 9 20 7西番莲果466 530 油桃3 6 60 2李0 14 0 23 跃变型 鳄梨28 9 74 2番茄3 60 29 80 柠檬0 11 0 17橙0 13 0 32非跃变型 酸橙0 30 1 96菠萝0 16 0 40 果蔬贮藏保鲜技术 中国农业科学技术出版社 23 页 不同种的果蔬呼吸强度相差很大 在果实中较耐贮藏的仁果类 葡萄等 呼吸强度较低 不耐贮藏的核果 类 呼吸强度较大 草莓最不耐贮藏 呼吸强度最大 蔬菜中耐藏性依次为 根菜类 茎菜类 果菜类 叶菜类 其呼吸强度依次为 根菜类 茎菜类 果菜类 叶菜类 在品种之间 呼吸强度也有差别 一般 晚熟品种呼吸强度小于早熟品种 表 几种蔬菜在 0 2 时的呼吸强度 二氧化碳 毫克 千克 小时 种类呼吸强度种类呼吸强度 石刁柏44胡萝卜5 4 豌豆14 7番茄18 8 甜玉米30洋葱2 4 4 8 菠菜21马铃薯1 7 8 4 生菜11甘蔗6 菜豆20甜瓜5 气调保藏对果蔬生理活动的影响 抑制新鲜果蔬的呼吸作用 果蔬通过呼吸作用 维持自身的生命活力 抵御微生物入侵 但呼吸作用需要 不断消耗呼吸底物 使果蔬的营养成分 质量 外观和风味发生不可逆转的变化 这不仅降低了果蔬的食 用品质 而且使其组织逐渐衰老 影响耐贮藏性和抗病性 呼吸强度的大小可以判断呼吸的快慢程度 呼 吸强度大说明呼吸旺盛 组织体内的营养物质消耗的快 加速其成熟衰老 产品寿命短 贮藏期就短 因 此 可以采取各种措施抑制果蔬的呼吸作用 使其在维持正常生命活动 保证抗病能力的前提下 将呼吸 强度降低到最低水平 最低限度地消耗自身体内的营养 以达到延长保鲜贮藏期 提高贮藏效果的目的 实验证明 降低 O2含量和提高 CO2的浓度能够降低果蔬的呼吸强度 并推迟其呼吸高峰的出现 O2对呼 吸强度的抑制必须降低到 7 以下浓度时才起作用 但不宜低于 2 否则易出现中毒现象 CO2对呼吸 的抑制作用是浓度越高 抑制作用越强 在 CO2浓度为 5 的气体中呼吸强度可以下降到 70 如果降 低 O2含量和提高 CO2浓度同时进行 对果蔬呼吸的抑制作用更为显著 例如 在 5 O2和 5 CO2浓度 组合中 苹果的呼吸强度会降到 38 不同 O2和 CO2的浓度配比条件对果蔬的呼吸作用的抑制程度是不 同的 在 3 3 下贮藏时 气体组分对苹果呼吸强度的影响情况如下表 表 苹果在 3 3 低温贮存时气体组分对呼吸作用之影响 呼吸强度 mg Kg h 呼吸强度 mg Kg h 气体组分 CO2 O2 CO2O2 气体组分 CO2 O2 CO2O2 0 2110010010 104060 0 1084805 165060 0 570635 53849 0 2 363525 33240 0 1 539 5 1 52529 食品保藏原理 杨瑞主编 化学工业出版社 95 页 具有呼吸高峰型的果实在储藏中如降低 O2含量或提高 CO2浓度 都可以延迟其呼吸高峰的出现 并能降 低呼吸高峰顶点的呼吸强度 甚至不出现呼吸高峰 低 O2和高 CO2同时作用取得更明显的效果 但是 O2浓度过低或 CO2都会导致果蔬产生生理病害 新鲜果蔬的呼吸作用随空气中 O2含量下降而下降 释放出的 CO2也随之减少 当 CO2释放量降到一个最低点后又会增加起来 这是因为发生了缺 O2呼吸的 结果 当 O2降到临界浓度以下时就会发生缺氧呼吸 即 O2浓度过低 这不仅会比有氧呼吸消耗更多的营 养成分 而且还会产生乙醇和乳酸 造成新鲜果蔬的生理病害 严重时则导致果蔬腐烂 O2的临界浓度 随着果蔬的种类 品种不同而异 大部分果蔬在 1 3 而一些热带 亚热带产的果蔬可达 5 10 部分果蔬的 O2临界浓度如下表所示 表 部分果蔬的 O2临界浓度 体积分数 果蔬品种O2临界浓度 果蔬品种O2临界浓度 果蔬品种O2临界浓度 蘑菇1花椰菜2胡萝卜3 大蒜1甜瓜2番茄3 洋葱1苹果2黄瓜3 木兰花椰菜1洋梨2甜椒3 萝卜2番木瓜2朝鲜藓3 莴苣2油橄榄2青豌豆5 芹菜2草莓2柑橘5 菜豆2油桃2鳄梨5 苦苣2杏2甘薯7 荚豆2桃2芒果9 2 甜玉米2李子2马铃薯10 甘蓝2柿子3石刁柏10 孢子甘蓝2樱桃3坚果类0 各类果蔬对高 CO2的浓度都有一定的适应性 超过这个适应性 如 CO2的浓度过高 会使新鲜果蔬内积 累大量琥珀酸 导致果实褐变 黑心等生理病害发生 其严重程度与果实的成熟度 储藏温度 储藏期 高 CO2浓度施加时间长短以及空气成分组成有关 部分果蔬对 CO2忍耐程度如下表 表 有关果蔬的 CO2忍耐程度 CO2 kPa 水果品种 2莴苣 梨 3朝鲜蓟 西红柿 5苹果 杏 花椰菜 黄瓜 葡萄 橄榄 柑橘 桃 马铃薯 胡椒 7香蕉 猕猴桃 8番木瓜果 10芦笋 芽甘蓝 甘蓝 芹菜 柚子 柠檬 酸橙 芒果 油桃 桃子 柿子 菠萝 甜玉米 15鳄梨 椰菜 荔枝 李子 石榴 番荔枝 20哈密瓜 香瓜 榴莲果 蘑菇 红毛丹果 25黑莓 蓝莓 无花果 树莓 草莓 30番荔枝 1 2 方法 抑制农产品呼吸代谢的技术途径很多 但目前商业化应用手段主要是控制贮藏保鲜环境的温度 湿度 气 体 防腐 其中影响程度分别为温度 60 70 湿度 气体和防腐各占约 10 15 因此 冷藏技 术 保温库体 制冷设备 自动化控制装置 在农产品保鲜技术中的应用 被誉为保鲜技术的 第一次革命 但是 随着冷藏技术在农产品保鲜 食品低温保鲜中的普及 空调 冰箱 冷藏在相关制冷工业技术的 进步 低温保鲜技术的温度控制已基本得到解决 因此 湿度 气体和防腐的控制已经上升为农产品保鲜 的主要矛盾 被誉为保鲜技术的 第二次革命 成为半个世纪以来农产品保鲜追踪与研究的重点和热点 控制气体与控制湿度和防腐属共生关系 通常气调技术主要是 O2 CO2和水蒸汽透过率的控制及防腐问 题 国内外气调措施主要有 2 种方法 即 CA controlled atmosphere 和 MA modified atmosphere 发 达国家依据其先进的工业基础 依靠能源 高消费 价格体系 市场体系和农产品标准化生产体系等支撑 农产品长期贮藏保鲜均以 CA 为主 CA 技术是在低温冷藏的基础上 建造气密性库体 配套气调设备 气体全自动监 测 控系统 制冷全自 动控制系统 其中库体的气密性标准为试验压力 294Pa 30mmH2O 30 分钟内下降到不得少于 147Pa 15mmH2O 否则视为不合格 气调设备依靠碳分子筛 活性炭 中空纤维等吸附 解析原理 调 节库内 O2 CO2和 N2浓度 气体自动监 测 控系统主要依靠计算机网络技术 农产品贮藏保鲜时 果 蔬入库前期利用机械方法充 N2 快速降低 O2浓度 中后期洗脱农产品呼吸时释放的高浓度 CO2或乙烯 乙醇等有害气体 使不耐贮藏的元帅苹果贮藏保鲜 6 8 个月 果肉硬度 5 5Kg cm2 并基本保持果实采 收时的色 香 味 我国自 1978 年于北京建造第一座 20 吨 CA 库以来 已从国外进口或自行设计建造 CA 库 100 余库 但是年效益不低总投资的年利息 并且主要利用国家经费或贷款 MA 技术与 CA 相比 具有不同的技术途径 CA 技术是利用机械方式最大限度地消除产生的 CO2 补充呼 吸消耗的 O2 MA 技术则是依靠塑料膜的透气性 最大限度地利用呼吸消耗降低 O2 提高 CO2 反过来 利用呼吸这种生物能形成的 低 O2 高 CO2 的协同效应 抑制自身呼吸消耗 延缓衰老 达到长期保鲜的 目的 1 MA 技术特点 MA 技术的优点 简易 MA 技术的硬件主要是具有一定透气 透湿性能的塑料膜 当贮藏温度 品种等条件确定时 塑料膜的气调性能 保鲜效果 与 CA 机械气调 一样稳定 节能 MA 技术原理是依靠果实呼吸调节气体指标 是生物能的一种巧妙而科学地合理利用途径 因此 与 CA 相比 不消耗电 油 煤等传统能源 正常使用耗能仅相当于 CA 库的 1 2 实用 MA 塑料保鲜袋使用时 将果实装入袋内 扎紧袋口即可 贮藏规模任意调节 而且贮 运 销或包装等环节保鲜膜可以通用或兼用 投资规模小 MA 技术体系自身投资规模主要是保鲜膜的购置费 效果好 低温 MA 技术与 CA 相比 具有安全可靠的极值和稳定的阈值 果蔬保鲜效果与 CA 无 显著性差异 2 MA 技术的核心内容 采后生理 参数明确主要农产品 MA 保鲜时 O2和 CO2极值 阈值和最佳指标 塑料膜 研制开发出透 O2 透 CO2的透湿量适宜 透气比稳定的专用保鲜膜 配套技术 研究设计某种农产品专用保鲜膜的使用方法 规格 条件 特别是保鲜膜规格与贮藏温度 湿度 防腐等相关技术条件 不同果蔬的 MAP 气体成分 表 2 1 O2浓度的下限值 低于此值可能对这些果蔬造成伤害 O2 果蔬品种 0 5长叶莴苣 romaine 莴苣 lettuce 菠菜 spinach 梨切片 sliced pear 椰菜 broccoli 蘑菇 mushroom 1 0蓝菜花 broccoli florets 切碎的生菜 chopped butterhead lettuce 苹果切片 sliced apple 球芽甘蓝 brussels sprout 哈密瓜 cantaloupe 黄瓜 cucumber 洋葱 onion 杏 aprocit 鳄梨 avocado 香蕉 banana 番 荔枝 cherimoya 甜樱桃 sweet cherry 蔓越橘 cranberry 葡萄 猕猴桃 荔枝 油 桃 桃子 李子 红毛丹果 1 5苹果 梨 2 0切碎的胡萝卜 朝鲜藓 甘蓝 花椰菜 芹菜 甜椒 甜玉米 西红柿 黑莓 榴莲果 无花果 芒 果 橄榄 番木瓜果 菠萝 石榴 树莓 草莓 2 5切碎的卷心菜 蓝莓 3 0哈密瓜切片 低渗透性的苹果和梨 柚子 柿子 4 0蘑菇切片 5 0柠檬 莱檬果 柑橘 10 0芦笋 14 0柑橘切片 MAP modified atmosphere packaging 对于新鲜水果及蔬菜就是用塑料膜对水果蔬菜进行包装 以抑制水 果蔬菜的呼吸过程 通常的理想状态是 在包装袋内的空气组成为低 O2浓度 高 CO2 浓度 种空气条件下 可 以影响水果蔬菜的新陈代谢过程 也会影响水果蔬菜组织内部的腐烂过程 从而延长了水果蔬菜的货架期 对于某些水果蔬菜品种而言 改变 O2和 CO2浓度对于水果蔬菜保鲜是有着较好的效果的 改变了 O2的浓 度 自然也就改变了 CO2的浓度 同时 MAP 也可以对水果蔬菜的水分保持有积极作用 保持水分不降低 对于水果保鲜作用比改变 O2和 CO2的浓度更起作用 此外 包装膜使水果蔬菜与外界污染物隔离 也可 以减少与病原体及污染物接触的机会 MAP 始于上世纪 40 年代 因为它可以降低 O2浓度 延缓苹果的成熟过程 最初的 MAP 技术在技术上有 很多局限性 主要是难以控制包装袋中 O2浓度 最近这些年来 因为高分子行业的迅猛发展 塑料的品 种 性能都有了很多改善 例如 气体透过率 拉伸强度 柔韧性 印刷性 透明性 这样对某些果蔬品 种已经开发出成功的 MAP 系统 同时也应该清楚地认识到 MAP 技术可以明显地延长果蔬的储存性 但是也会产生一些负面影响 例如 过低 O2条件下 无法维持有氧呼吸 容易使得果蔬发生发酵反应并变味 与此同时 如果 CO2浓度超过 能容忍的极限 也会对果蔬造成伤害 有关一些果蔬的适宜保鲜的 O2 CO2 的浓度范围国内外学者进行 过相关研究 数据见上面两表 包装袋内气体组成取决于下列几个因素 1 包装袋的透气性 2 水果蔬菜的呼吸性能 3 包装膜自身 的透气性 以及随时间 温度 湿度的变化 不同的果蔬品种的呼吸性能差别很大 如 植物种类 栽培 品种 栽培实践 生长阶段 收割形式 植物组织形态 收割后处理 在包装前是否对包装袋进行规定组 成的气体的冲洗 是否对果蔬进行化学处理以减慢腐烂过程 包装袋本身性能 MAP 所要求的气体组成对果蔬的组织呼吸过程有很大影响 因为包装膜对气体交换起到限制作用 由于 果蔬的呼吸过程 使得袋内形成低 O2和高 CO2的状态 O2和 CO2的浓度取决于果蔬的呼吸强度 包装膜 的透气性 同时也与包装膜是否是连续膜或带有微孔膜有关 商业中应用的包装保鲜膜有两种 1 连续组成的微孔膜 即没有打孔的膜 2 打孔膜 用激光工艺在膜 上打穿一些微小的孔 增加透气性 连续膜 O2和 CO2的迁移运动与膜内外浓度差有关 在稳定状态下 果蔬呼吸过程中吸入的 O2和呼出的 CO2与穿透膜的气体组成相同 只有当果蔬的呼吸速度处于常数状态下时才可达到平衡态 打孔膜 透气量是气体穿过孔洞和透过膜体本身的总和 通常 通过孔洞的气体量远大于透过膜本身的量 有人进行过这方面测试 厚度为 0 025mm 的 LDPE 膜的直径 1mm 的一个孔洞的透气量相当于同样厚度 的 LDPE 膜 0 5 平方米面积的透气量 由此可以推测 打孔膜包装袋适合于高氧气浓度环境的果蔬品种 连续膜和打孔膜的气体交换性能 连续膜和打孔膜的 O2及 CO2透过量差异很大 对于连续膜而言 CO2 的透气率是 O2的 2 8 倍 如果果蔬的吸收 O2的速率与呼出 CO2的速率相等 通常情况下是如此 除非有 发酵反应发生 CO2的浓度梯度会远低于 O2的浓度梯度 例如 低密度聚乙烯 LDPE 的 CO2透过率 是 O2的 4 倍 在 LDPE 保鲜袋中 当稳态下的 O2浓度为 10 时 CO2的浓度可以计算出来 应该为 21 10 4 也即 2 75 空气组成 78 N2 21 O2 及 0 03 CO2 对于打孔膜而言 CO2透气率是 O2的 0 77 倍 这样在保鲜袋中 CO2浓度的升高与 O2浓度的降低几乎相同 即浓度差相等 这样状态 下 O2与 CO2的分压在 18 20 左右 对于给定的 O2浓度 打孔膜保鲜袋中 CO2浓度水平大大高于连续 膜保鲜袋 假定打孔膜保鲜袋中稳定状态下 O2为 10 相应的 CO2应该为 0 77 21 10 或 8 47 这是连续膜保鲜袋地 3 倍左右 如果 CO2有助于控制腐烂及绿色的丧失 毫无疑问打孔膜保鲜袋中高 CO2浓度是有益的 MAP 保鲜膜主要采用连续膜和打孔膜这两种选择 保鲜技术中的温度控制是极为重要的 对于连续膜和 打孔膜温度的影响力是不同的 在连续膜保鲜袋中 温度升高 O2和 CO2透过率都升高 对于 LDPE 膜 温度在 0 15 之间 O2透过率增加 200 而在相同温度范围内 打孔膜的 O2透过率仅提高 11 取决于果蔬的呼吸速度和保鲜膜的透过率 保鲜袋内微观环境的气体成分将迅速或相对缓慢地改变 在较 低温度下 气体成分的改变需要几天时间 往往到达货架期极限时 还未达到平衡态 在许多场合下 在 封合保鲜袋前 用 CO2及 N2进行预先灌装冲刷的效果是很好的 可以使保鲜袋内很快达到 MAP 的最佳状 态 果蔬的呼吸参数 大多数果蔬品种在 0 15 之间 呼吸速度增加 4 6 倍 这也意味着果蔬呼吸速度达到 LDPE 透气率的 2 3 倍 打孔膜的透过率的 30 倍 当果蔬呼吸需要的 O2的增加快于由于温度增加而 O2的 透过率时 保鲜袋内的 O2浓度会降低 会对果蔬产生伤害 这个 O2浓度下限值对于 MAP 的适用性是很 重要的 CO2及 O2的安全极限值是保鲜膜设计十分重要的 过低的 O2极限值 往往和发酵反应的初始值有关 而且容易造成乙醇或乙醛的积累 发酵反应往往会使得果蔬变味或组织破 坏 低氧状态下温度对保鲜的影响诸如 整体的苹果 苹果切片 蓝莓 黑莓 有人已经做过系统研究 随着温度上升 O2的下限也同步上升 O2下限值从 0 15 到 5 因温度 果蔬品种不同而改变 保鲜袋整体环境 保鲜膜对 O2 CO2 H2O 的透过率以及果蔬对 O2 在某些场合下也有 CO2 的呼吸应 答的数学模型是可以建立的 这类数学模型可以预测包装袋中的 O2 CO2 H2O 的含量 根据外界条件可 以预测出应该采用的包装体系 除此之外 数学模型还能够辨明出气体浓度的极限条件 膜的透气性能要 求 包装袋的形式 被包装物的数量 温度的极限条件 热量流动的阻力以及果蔬的生理变化 总之 对 于被保鲜物的保鲜袋的数学模型的建立是很必要的 预测并控制 O2及 CO2的浓度 数学模型可以描述在稳定状态下的包装袋内的 O2浓度 对于许多果蔬品种 都已经建立了包含有相应的呼吸速度 袋内温度 透过率的数学模型 此外 也建立了一些更为复杂的保 鲜袋内各种参数的动态数学模型 这些参数包括 包装袋内的适时变化 果蔬的呼吸强度 相对湿度及环 境温度 包装袋性能的预测可以有几种形式 其中最有实际意义的模型是 描述根据袋内 O2浓度推测温度 例如 100 克苹果切片在 0 低 O2 高 CO2的保鲜状态 实际对 O2下限值的控制应该是发酵反应阈值的 3 倍 控制 O2下限值 也是对果蔬呼吸及膜透气性的需求值 如果包装袋采用打孔膜 当温度达到 6 时 O2 将会迅速下降 如果膜的温度敏感性高的话 那就不太容易发生发酵反应的危险 这个举例的温度上限是 15 在 15 以下 苹果切片可以维持有氧呼吸 这个保鲜包装下 O2的标准值是可预测的 例如 100 克苹果切片相对应的膜的面积应该是 120 cm2 膜的厚度 透气率都可根据此选择 用气调保鲜包装 modified atmosphere packaging MAP 和控制保鲜包装 controlled atmosphere packaging CAP 是在美国 20 年前研发的技术 由于生活水平的不断提高 生活节奏的加快及对果蔬需 求的不断增大 消费者对果蔬的健康性能 可口性 方便性 新鲜性的期望值越来越高 保鲜保存也就是 尽量延长果蔬的货架期 维持它的质量不降低 由于果蔬保鲜涉及到诸多方面因素 1 果蔬品种的呼吸 速度 2 对应于每种果蔬的储存温度 3 水分的吸收及丧失 4 付产物的生成等等 这些因素对保鲜 包装都应全面考虑 所有目前的保鲜技术中 气调式包装 MAP modified atmosphere packaging 是最 有希望的 也是最能取得成功的技术 这个技术包括主动调节和被动调节果蔬包装中的气体组成 以及与 之配套的薄膜品种技术 在北美地区 首先使用这项技术的对新鲜采摘的蔬菜进行保鲜包装的是 McDonald 他用 MAP 技术包装莴苣 来分发到各个零售商 影响果蔬货架期的主要因素有 1 精心采摘 避免使果蔬受伤 2 尽量在最佳的成熟期采摘 3 良好 的卫生条件 当上述条件可以满足的话 用 MA modified atmosphere 技术可以有效地使货架期达到最 大化 MA 技术是改变空气的组成 通常空气组成为 78 的 N2 21 O2 0 03 CO2 为果蔬提供最佳的气体 氛围 而使果蔬的货架期最大化 MA 技术包括 controlled atmosphere storage CAS 以及主动式 MAP 和 被动式 MAP 在 CAS 过程中 空气组成在整个过程中都得到控制 实际举例见下表 MAP 技术是运用 CAS 的原理 对较小规模的包装进行处理 而且仅在包装初期进行调整 被动式调节是应用特殊的包装膜 靠果蔬呼吸的自然过程来实现气体组成的变化 这取决于果蔬的呼吸速度 膜的选择性透气速率 储存温 度 具体实例见下表 O2 CO2及 N2是通常在 MAP CAS 应用的气体 其他气体 含氮化合物 氧化氮 二氧化硫 乙烯 氯 气 臭氧及氧化丙烯也有过研究报道 但是因为安全性 成本及法制法规的限制 实际应用的很少 O2 N2及 CO2在 MA 应用中有三种方式 惰性气体 N2覆盖 半反应性气体覆盖用 CO2 N2或 O2 CO2 N2 完 全反应性气体覆盖用 CO2 CO2 O2 通常条件下 为抑制果蔬的呼吸速度应使 O2的浓度降到 1 5 通过限制 O2浓度降低果蔬的呼吸速度 从而延长货架期 降低 O2也就降低了果蔬有机体的氧化分解反应 同时 当 O2低于 8 时 也减少了乙 烯的生成 乙烯是促进果蔬成熟的主要原因 然而 当 O2 1 时 厌氧呼吸反应发生 导致果蔬组织毁 灭性破坏 使果蔬变味 同时也会产生食物链传染的病原体生成 例如 Clostridium botulinum 肉毒梭 菌 因此 考虑到食品安全性建议 O2在 1 5 然而实际应用中 MAP 包装中常常 O2低于 1 已经 认识到 使用透气膜时 果蔬的变质腐烂在毒素生成前就已经发生了 因此 果蔬的 MAP 是不可以在储 存温度下发生缺氧现象的 所有的包装膜都具有一定的氧气透气性 不同品种的膜对氧气透过性是不一样 的 由于病原体的存在 完全制止果蔬的腐烂发生是不可能的 因为病原体的作用 对果蔬的食品安全性 必定构成影响 英国的果蔬包装厂商用高浓度 氧气休克 法进行包装试验 O2达到 70 100 试验发现 高浓度的 O2对抑制厌氧性微生物和需氧性微生物都是有效的 对抑制酶变色 防止厌氧条件的发酵反应 也同样有效 因为通常条件下 需氧菌的最适宜 O2浓度是 21 厌氧菌是 0 2 但是也有报道 高 O2 80 90 刺激了食物传染性病原体的生长 Escherichia coli 大肠杆菌 Listeria monocytogenes 李 斯特菌 最近有学者研究表明 用超大气 superatmosphere O2浓度来控制果蔬中的微生物 用 O2 分压为 100kPa 或低分压 O2 40kPa 结合 CO2分压 15kPa 是非常有效地控制微生物生长 这些条件 是很难实现工业化生产的 因为如此高的 O2浓度非常容易造成火灾 对于大多数 MAP 而言 超大气 superatmospheric O2浓度对不同的果蔬品种效果不同 进一步的研究还在进行中 目的是阐明保鲜的 原理 为大规模工业化打基础 在英国已经组建了高 O2浓度 MAP 果蔬包装集团 其中包括了一些工业团 体 包括著名的 Marks and Spencer plc 它是英国第一家分配 MAP 食品的批发商 最近 high O2 MAP club 已经为英国提供 新奇气体 MAP 俱乐部 这个组织将调研用高 O2 氩气 氧化氮来实现 MAP 延长 果蔬的货架期 并保证果蔬的质量不降低 组织的主要目标是实现大规模工业应用 氮气在 MAP 中有三方面作用 取代 O2延缓氧化反应 阻止有机体的需氧腐烂 并作为包装气体组成的添 加剂 在 MAP 的三种气体中 CO2是唯一具有抗菌效果的气体 有一些理论对 CO2的抗菌效应进行解释 总的说来 当有机体内微生物呈对数级增长时 CO2在 MAP 中起到增加滞后期和生殖时间的作用 这种 抑制作用依赖于 CO2浓度和温度 有关 CO2的抗菌作用已经有人总结 Farber 1991 年 改变果蔬的细胞膜功能 包括吸收营养的功能 起到直接抑制酶或降低酶反应作用 穿透细胞膜 导致细胞内部 PH 值变化 直接改变蛋白质的物理 化学性质 CO2对微生物的抑制作用是有差异的 例如 需氧菌 pseudomonads 假单细胞菌 在 CO2浓度中等到较高 水平 10 20 时受到抑制 而乳酸菌却可被 CO2激发 Carlin 1989 Amanatidou 1999 此外 病原 体如 Clostridium perfringens C botulinum monocytogenes 在 CO2低于 50 时 只会受到轻微影响 CAS 的几种工艺技术 已经开发并应用了几种 CAS 技术 它们各有其特点 通常主动式 CAS 成本较贵 因为要求始终对气体成 分进行调节 这种 CAS 只能用于大型的仓库 技术特性见下表 表 已经工业化使用的 CAS 系统技术描述 氧气控制系统 外部产生气体氧气被外部气体发生器移出 气体发生器是采用火焰法或催化燃烧原理 需要 CO2 及燃 料气体洗涤器 系统操作灵活 O2可以迅速被排除掉 液氮发生器将液氮喷洒在蒸发式鼓风机前 并将氮气吹入仓库中 多余的 CO2由石灰袋来吸收 用 探测器检测 O2浓度 并同时向仓库吹入氮气 气体分离系统 变压吸附系统分离氮 氧气 氧气的吸收是通过带有分离膜的过滤器来调节 富 N2气体 排出 其中的 O2用降压冲刷出去 中空纤维法 把压缩空气加热 强制通过中空纤维 中空纤维由半透气膜构成 CO2和 O2被中空纤维选择性吸附 分离 N2进入仓储系统 低压储存仓储系统的真空度是靠真空泵实现 所有气体的分压都降低 从果蔬中扩散出的乙烯量 增加 水分损失也减小 适用于洋葱的保藏 二氧化碳控制系统这个系统是基于下列五种成分的洗涤净化过程 使用 5 种化学物 苛性钠 水 氢氧化 钙 活性炭 分子筛 排出 CO2 乙烯控制系统乙烯通过洗涤 加热催化体系被移出储存库 然后乙烯被氧化成 CO2和水 乙烯被排出后 被硅酸铝吸收 而硅酸铝又结合有高锰酸钾 当饱和后 紫色的 KMnO4变成褐色 MAP 的几种形式 MAP 主要应用于批发 后勤给养和零售业 有多种 MAP 技术 以下介绍几种用于 MAP 的薄膜 表 几种 MAP 包装膜的透气性能 膜品种透气性 cm3 m2 d atm 25m 厚 25 水蒸汽透过率 g m2 day atm 38 90 相对湿度 氧气氮气二氧化碳 Ethylene vinyl alcohol EVOH 3 5 16 18 Polyvinylidene chloride coated PVdC 9 15 20 30 Polyethylene LD780028004200018 Polyethylene HD260065076007 10 Polypropylene cast37006801000010 12 Polypropylene oriented 200040080006 7 Propylene oriented PVDC coated 10 208 1335 504 5 Rigid PVC150 35060 150450 100030 40 Plasticized PVC500 30000300 10000 1500 4600015 40 Ethylene vinyl acetate EVA 1250049005000040 60 Polystyrene oriented500080018000100 125 Polyurethane polyester 800 1500600 12007000 25000400 600 PVDC PVC copolymer Saran 8 252 2 650 1501 5 5 0 Polyamide Nylon 6 4014150 19084 3100 Microperforated MP 微穿孔膜 15000 Microporous MPOR 微 孔膜 15000 变化的 可食性膜O2透过率 mL mm m2 d atm CO2透过率 mL mm m2 d atm 相对湿度 Pectin 果胶57 5 87 Chitosan 壳聚糖91 4 155393 Wheat gluten 麦麸190 250 4750 710091 94 5 Na caseinate 酪蛋白酸 钠 77 46277 Gluten DATEM153 170594 5 Gluten beeswax 麦麸 蜂蜡 133 128291 Na caseinate Myvacet82 15448 MC MPMC fatty acids46 6 18052 MC and beeswax4 2742 Gluten DATEM and beeswax 3 1556 Gluten Beeswax and beeswax 3 1356 甲基纤维素 棕榈酸78 8 100 玉米蛋白 zein0 362 2 6720 1163 Polyethylene 聚乙烯8 32 26 12 Polypropylene 聚丙烯0 552 0 000653 Sucrose polyester 蔗糖聚酯 2 102 0 000423 表 用于包装大规模或小规模已经工业化应用的 MAP 系统 膜产品描述应用 托盘包装体系货盘箱用厚的聚乙烯膜包装 膜上 带有硅橡胶膜片 具有一定的气体 交换功能 膜上具有一个调节压力 的孔 苹果 梨 其他易腐烂水果 Marcellin system用于室内储存 通过一个平行排列 的矩形硅橡胶袋子来调节气体组成 可以安装在储存室内或外 可以相 当稳定地维持气体组成 多种易腐烂水果 Atmolysair System在密闭的容器上安装有气体扩散面 板 具有两个气体流动通道和控制 面板 可以通过自动控制完成 加拿大的卷心菜 其他易腐烂果 蔬 Tectrol System TransFRESH Co 托盘箱整体系统 用阻隔性塑料膜 包装 注入一定组成的气体 然后 密封 短途运输的草莓 Tom Ah Toes Natural Park Produce 用透气塑料膜包裹细长形的包装箱 箱内有盛氯化钙 活性石灰吸收 CO2 鳄梨 番茄 芒果 FreshSpanTM SunBlush Technologies Inc 在瓦楞纸箱 FreshSpanTM 中衬一层 透气膜 包装箱可以被密封 新鲜采摘的芦笋 椰菜 花椰菜 浆果 核果 MaptekFreshTM SunBlush Technologies Inc Maptek FreshTM是果蔬采摘后的生 物储存技术 适用于各种果蔬品种 使果蔬处于冬眠状态 菠萝 水果色拉 番茄切片 芒 果 猕猴桃 西瓜 柑橘类 FreshflexTM Curwood Curwood 为用户提供各种果蔬包 装膜 而且可以包含一些特点 如 抗雾滴性 EZ Peel Peel Reseal Integra Tear Magic Cut 果蔬 MAPAX AGA Sweden 根据果蔬品种 在包装袋中注入最 佳的气体组成物 而且按果蔬品种 选用透气膜 同时考虑到果蔬呼吸 速度 储存温度 包装量 体积 光照等因素 新鲜采摘的果蔬 莴苣 蘑菇 剥皮的马铃薯 FreshHold Hercules Chemical Co 聚丙烯膜加入碳酸钙 增加透气性 椰菜 芦笋 花椰菜 樱桃 Cryovac W R Grace a