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果蔬低温贮藏保鲜技术现状与展望

发布时间:2015-06-10

     摘要:本文首先叙述了果蔬低温贮藏保鲜技术的基本原理及工艺流程,然后对低温贮藏保鲜技术的发展进行了简要的概述,再以鲜切果蔬为例,介绍了一下低温贮藏保鲜技术的应用现状,最后介绍了一些新技术在果蔬低温保藏过程中的应用,并对这一技术的发展提出了展望。
     目前,随着科学技术的进步和经济的发展,人们对食物要求越来越高,人们的饮食已从温饱型向营养型转变,对食品的需求不但追求数量,而且关心质量和花色品种,经济、实惠、方便的食品必将成为消费者选择的对象。近年来,低温贮藏食品愈来愈多,它在人们的生活中占据越来越重要的地位,冻鸡、冻鸭、速冻蔬菜等低温贮藏食品都可以见到,深受消费者的欢迎。
果蔬低温贮藏保鲜产业是果蔬生产的继续,是可持续果蔬产业发展的重要保证,也是我国目前农业产业结构调整中重点发展的产业。这不仅关系到在全国实施的“菜篮子果盘子工程”的成败,而且还关系到果蔬的品质保持,实现果蔬国际、国内大流通,满足市场供应及人们生活的需要。同时,发展果蔬低温贮藏保鲜产业,对果品和蔬菜的采后增值、保值,农民致富和促进农村的经济发展都具有十分重要的意义
1、果蔬低温贮藏保鲜技术的基本原理
    食品低温贮藏就是利用低温技术将食品温度降低,并维持在低温状态以阻止食品腐败变质,延长食品保存期。低温保藏不仅可以用,新鲜食 品物料的贮藏,也可以用于食品加工品、半成品的贮藏。
    果蔬是典型的植物性食品,呼吸作用是导致其变质的主要原因,其变质过程中主要出现因呼吸作用影响果蔬的耐藏性(延缓呼吸作用消耗营养的能力)而引起的一些变化。
    耐藏性是指贮藏期间果蔬的质量无显著变化,并且质量损耗最小。果蔬的耐藏性并非由果蔬的某一种性状所决定的,而是果蔬各种物理、化学、生理学、生物化学性质的综合反映。解决上述的主要问题,须控制果蔬的呼吸作用。要长期贮藏果蔬类食品,就必需维持它们的活体状态,同时又要减弱它们的呼吸作用。低温是能够减弱果蔬类食品的呼吸作用,延长贮藏时间。
2、果蔬低温贮藏保鲜技术的工艺流程
    食品低温保藏的一般工艺过程为:食品物料→前处理→冷却或冻结→冷藏或冻藏→回热或解冻。这是低温保藏食品的大概工艺流程,因为不同物料的特性不一定相同,所以具体的工艺条件也不一定相同,具体操作具体对待。
对果蔬而言,其前处理主要包括将新鲜蔬菜清洗、切分、烫漂、沥干等工序。
3、低温贮藏保鲜技术的发展概况
3.1我国古代的冷藏技术
    三千多年前,我们的祖先冬季采集天然冰块贮存在地窖,夏季取出使用,诗经中“二之日凿冰冲冲,三之日纳于凌阴”就是这个意思。到了汉朝,人们已经掌握了用地窖来贮藏天然冰的技术;在一千七百多年前的三国时代,利用天然冰雪来降温和保藏食品已经有了很大的规模,这在当时世界上是非常了不起的;唐朝以后,天然冰雪作为冷藏已得到广泛地利用;至元朝,在《马可·波罗行记》一书中则介绍了我国18世纪时用冰保存鲜肉及制造冰酪冷食的技术;明带时期在运河两岸修建的水库,给为宫廷运送鲜菜鲜果的船只加冰,保持其鲜嫩;清代光绪年间,北京已专设冰窖,用于贮藏蒜薹,保证对皇宫的供应。
3.2国内外制冷技术的发展概况
     用人工的方法制造和获得低于环境温度的技术称为制冷技术。1755年爱丁堡的化学教授库仑利用乙醚蒸发始水结冰。他的学生布拉克(Black)从本质上解释了融化和气化现象,提出了潜热的概念,并发明了冰量热器,标志着现代制冷技术的开始。
我国解放前制冷工业十分落后,到1949年全国解放时,全国冷库总容量只有350,000t,到第一个五年计划末期,全国制冷机制造厂发展到几十家;改革开放以来我国的制冷技术获得迅猛发展,基本满足国民经济发展的需要;20世纪90年代后,伴随着我国新型冻结设备的研发与制造,我国的制冷空调工业迅猛发展,正在逐步缩小与国外先进水平之间的差距。
3.3国内外低温技术的发展概况
    低温的发展可以追溯到18世纪50年代之前,但低温界普遍认为,低温发展的起点为1877年人类首次液化氧气,至今也有130多年历史。
我国的低温研究工作是从50年代开始的。1953年,中国科学院物理研究所低温物理研究室成立,开始进行氢、氦液化设备的建立。1956年和1959年分别建成了氢液化器和氦液化器。60年代以后,采用活塞式膨胀机的氢液化器,在国内各个实验室应用,为超导技术研究提供了基础。
4、我国冷藏场所及相关设施的发展状况
    冷藏场所及装置是果蔬贮藏保鲜最关键的设施,它们的最关键点在于对温度的控制,其次是在特殊构造条件下还能够对气体成分、压力和湿度进行控制,以满足果蔬产品贮藏保鲜的要求。现代温贮藏主要包括机械冷藏、机械气调冷藏、机械减压冷藏和机械湿冷冷藏等。
4.1机械冷藏
    现代制冷之父——澳大利亚人詹姆斯·哈里森(James Harrison),1851年在澳大利亚维多利亚州季隆市为世界上第一家制冰厂设计并制造了1台小型制冷压缩机及其辅助设备和冰池。这种系统得到迅速发展,几年之后便出现了采用天然物质(如锯屑或软木)隔热而建造的一些机械冷藏库。这标志着果蔬贮运保鲜进入了现代贮运保鲜的新时代,是果蔬贮运保鲜技术的第一次革命。
我国机械冷藏技术解放前很落后,全国只有3万多吨库容量,解放后有了一定的发展,1955年,我国开始建造解放后第一座冷库,总容量4万吨。1968年,北京建造第一座果品机械冷库。1978年后全国陆续开始建造冷库。
解放后特别是进入20世纪70年代,随着当时计划经济的发展,为确保城市人民果蔬的基本供应,国家商业部门投入了大量资金,在各大中城市的蔬菜、果品公司先后兴建和改建了一大批贮藏果蔬的高温冷库,开创了我国果蔬冷藏的新时代。改革开放时期的80~90年代,是我国由计划经济向市场经济过渡的阶段,各地农村乡镇、农企和个体农民,纷纷贷款或自筹资金,在产地建设蔬菜、果品冷库,开创了我国果品蔬菜产地冷藏的新时代。
4.2机械气调冷藏
机械气调冷藏就是将气调贮藏与机械冷藏相结合的一种冷藏技术。即同时对温度和贮藏环境中的气体成分进行控制。
气调贮藏的研究开始于1916年,起源于英国。1928年在英国建立了第一座30吨苹果气调库,开创了果蔬气调贮藏保鲜的新时代,这是果蔬贮藏保鲜技术的第二次革命。
    我国于1968年开始气调贮藏研究,1976年正式成立我国第一个气调库研建协作组。1978年2月,20吨模拟气调试验室在北京正式投入使用,这是北京建造的第一座气调库。随为了进一步发展气调保鲜贮藏,我国大力引进气调库及其设施并改建气调库,同时,也加快了气调设备的自主研制工作。
4.3机械减压冷藏
    1957年,Workman和Hummel等同时发现,一些果蔬在冷藏的基础上加上降低气压的条件,比常规气调贮藏可明显延长其贮藏寿命。1966年,美国的Burg等人提出完整的减压贮藏理论和技术,这被认为是果蔬贮藏保鲜的第三次革命。之后,许多保鲜专家对多种果蔬进行了实验室减压保鲜研究,都取得了优于常规气调的效果。但由于保鲜时需要将真空度降到正常大气压的1/8~1/10以下,所以库体需承受很大的负压。由于建造商业减压库需要相当大的投资,导致国际上至今尚未在商业上得到大规模应用。
    我国包头市农业新技术研究所,通过优化设计降低了建造成本。1991年,内蒙古包头市农业新技术研究所科技人员通过多年的研究,采取在罐体截面内增加系列抗压措施而获得了关键性的减压贮藏罐壁生产的突破,使得罐体容器的造价大幅度减少,质量也大大减轻,成为具有国际领先优势和推广前景的果蔬保鲜新技术之一。1997年世界上第一座千吨级的减压贮藏保鲜库在包头市顺利诞生,它标志着这一新兴产业踏上了工业化的运营道路。在多年研究的基础上,国家农产品保鲜工程技术中心(天津)的研究人员还研制出一种简易小型减压贮藏装置。由此可见,在可用于商业的大型和微型减压库方面,我国处于国际领先地位。
4.4机械湿冷冷藏
     湿冷技术在20世纪80年代由英国人发明,被广泛地应用于需要冷却的各个领域,特别是水果、蔬菜、花卉的保鲜。由于其创造了低温、高湿(90 %~100%) 的环境,使蔬菜和花卉得以长期保存而不会失去水分。
在国内,该技术由中国农业大学食品学院和中国农业机械化研究院食品机械研究所共同开发,已运用湿冷技术已开发了花卉果蔬保鲜展示库、花卉果蔬冷却(预冷)库、小型花卉果蔬保鲜冷库等设备和设施。
5、低温贮藏保鲜技术在鲜切果蔬方面的应用
    鲜切果蔬(Fresh-cut Fruits and Vegetables)又称最少加工处理果蔬、半成品加工果蔬、轻度加工果蔬、切分(割)果蔬、调理果蔬等,指新鲜果蔬原料经过分级、整理、挑选、清洗、整修、去皮、切分、包装等一系列工序后,用塑料薄膜袋或塑料托盘盛装外覆塑料薄膜包装,供消费者直接食用或餐饮业使用的一种新型果蔬。
    由于鲜切果蔬具有清洁、卫生、新鲜、方便、可食率高达100%等特点,其生产与消费量必将进入一个快速发展阶段,但由于去皮、切分等处理工序会对果蔬组织产生机械损伤,诱导鲜切果蔬褐变,极易出现变色、变味、质地劣变等质量问题。因此,保持品质、延长保鲜期是鲜切果蔬加工技术的关键。
5.1鲜切果蔬贮藏过程中发生的不良变化
    鲜切果蔬因果蔬表皮被去除,细胞发生破裂,腾作用和呼吸作用急剧上升,造成鲜切果蔬内水分大量流失,如果不即时进行处理,鲜切果蔬产品就会迅速萎蔫、皱缩、干化,迅速失去其新鲜品质。
    由于人为的机械伤,造成鲜切果蔬的呼吸强度急剧上升,能量物质消耗加剧,鲜切果蔬产品其品质急剧下降。
    果蔬组织因机械损伤,造成伤乙烯产生速率迅速增加,诱导果胶酶、纤维素酶、脂氧合酶、过氧化物酶等细胞降解类酶活性增加,使植物组织发生崩溃,因而鲜切果蔬产品其组织极易发生软化现象。
    果蔬组织发生褐变这是大多数鲜切果蔬都会遇到的不利反应,其产生原因是由于果蔬原料组织中的多酚氧化酶、过氧化物酶与酚类底物及酚类衍生物发生复杂的化学反应形成褐色或黑色物质,从而引起鲜切果蔬制品的褐变,而在完整的果蔬组织中,由于引起褐变的酶和底物彼此是分离的,不会发生褐变反应。
    鲜切果蔬由于受到机械损伤,营养物质随之流出,再加上失去了表皮的保护,不仅为微生物侵染果蔬组织开辟了道路,而且还为微生物的生长繁殖提供了良好的营养基础。
5.2低温保藏对鲜切果蔬的作用机理
    一般鲜切果蔬均需要进行低温保鲜。低温能抑制切割果蔬呼吸作用与酶的活性,降低各种生理生化反应速度,延缓衰老并抑制褐变,延长果蔬的保鲜期,同时低温还能抑制微生物的生理代谢,从而抑制微生物的生长与繁殖。
5.3低温在鲜切果蔬加工、贮运中的作用
    鲜切果蔬在加工、贮藏、运输与销售等过程中都应尽可能保持在一个低温系统中,这样可有效减缓组织新陈代谢速率,延缓组织的代谢分解,使因加工引起的伤呼吸、伤乙烯增加速率尽可能降低到最小程度,同时也可使微生物生长繁殖受到抑制。
5.4鲜切果蔬低温保藏过程中的温度控制及冷害预防
低温有利于保鲜,但与未加工果蔬所不同的是鲜切果蔬对低温更为敏感,更易发生冷害,董全研究表明大多数鲜切果蔬在10℃以下时会发生不同程度的冷害,但10℃以上贮藏微生物的腐败变质及褐变相当严重。因此,切割果蔬在低温下贮藏应控制适当的温度。多数科研人员研究认为,鲜切果蔬适合在0~5℃条件下贮藏。鲜切果蔬的贮藏宜在低温(4℃)下,即使发生冷害,其程度也比因提高温度而引起的腐败变质要轻得多。
6、新技术在果蔬低温保藏过程中的应用
6.1数字化与智能化控制
6.1.1冷库数字化、智能化监控系统
   该系统是一个集传感器技术、控制技术、通讯技术和计算机技术于一体的高科技数字化信息监控系统。它是由温度探头采集部分、数据处理部分和执行电控部分组成。通过通讯协议实现对冷库的远程设置和集中管理。
6.1.2冷库数字化、智能化控制技术
    该项技术是一个集保鲜环境信息采集技术、保鲜环境信息分析处理系统、保鲜环境与装置智能化、数字化精确控制与管理系统于一体的数字化、智能化控制技术。
6.2环境友好型工质(制冷剂)的应用
    R22(二氟一氯甲烷)作为果蔬保鲜用制冷剂,长期占据着主要地位。但由于对臭氧层破坏和全球变暖的重要影响,《蒙特利尔议定书》对R22的禁用期限做出了明确的规定。目前国际上一致看好的替代物是R407C和R410A(不含氯的氟代烷非共沸混合制冷剂)。其中R410A为近共沸混合物,温度滑移微小,是R22的理想替代物。
6.3多种技术形式的应用
    在果蔬保鲜技术方面,控制温度是最根本的措施。在温度控制的基础上,加上温度和气体成分的控制,可起到保鲜的增效作用。而以往的研究只注重温度和气体成分的一般控制,如今通过科研工作者的进一步研究,在特殊控制保鲜技术方面的有了一些新的成果。
在温度方面控制保鲜研究主要包括:冰温保鲜、湿冷技术、逐步降温、间歇升温、温度波动处理、热激处理、冷激处理、二段温度和微冻保鲜及光合冷藏和低温诱导驯化。
    在气调方面特殊控制保鲜研究主要包括:O2和CO2平衡气调技术、CO2高净化气调技术、CO2低净化气调技术、超低氧气调技术(ULO)、减压气调技术(LPCA)、低乙烯气调技术(LECA)、快速降温降氧气调技术(RCA)、动态气调技术(DCA)、间歇CO2处理气调技术、间歇升温气调技术(IWCA)、CO2前处理气调技术、初始氧逆境气调技术(IOS)、冰温气调技术与光分气调技术。
7、展望
    为适应果蔬保鲜产业发展的新要求,要建设现代化的冷藏库,即要将冷藏库建立在物流现代化的基础上,重点是提高物流技术在流通领域的应用水平,从“贮藏型”向“物流型”转变,从“冷冻冷藏型”向“低温物流型”转变,同时要完善果蔬冷链流通体系,开展果蔬物流保鲜全程控制体系的研究。
 

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