船舶果蔬空氣放電保鮮技術

杜喆華，國占東，王志鵬

(1.武漢第二船舶設計研究所，湖北 武漢 430064;2.海軍××工程辦公室，北京 100841)

0 引言

船舶離港后需要在大海中連續進行長時間的航行，航行時間甚至長達幾個月。這對船舶綜合保障能力提出了更高的要求，其中船舶上食品保鮮及延長食品的儲藏期是重要的手段之一。

船舶普遍采用的食品儲存方法為冷藏。冷藏雖然可以延長食品的保質期，但根據食品的腐敗變質機理，魚、肉、禽、蛋、果蔬等新鮮食品在存儲時將受到微生物和酶的作用、食品本身的呼吸作用和氧化作用等綜合影響，食品質量會隨時間逐漸下降，而冷藏主要是降低食品的呼吸作用、減弱微生物的活性，還不能從食品腐敗變質機理的各方面延緩食品質量的下降。部分食品特別是水果和蔬菜的保存期較短，難以滿足整個航程的需要，主要表現為:① 腐爛變質;② 失水、風干，口感變差;③ 色澤變差、缺少香味［1］。傳統的貯藏方法，果蔬貯藏期僅一星期左右。延長果蔬的保鮮時間，使長期海上作業的船員能在航行周期內吃到新鮮優質的果蔬，是現代船舶發展的必然需求。

目前，在果蔬保鮮方面，有很多技術方法得到了運用和推廣，主要采用的保鮮方法有冷卻保鮮、臭氧保鮮、塑帳保鮮和氣調保鮮等［2］。本文以葡萄為例，研究了1種新的保鮮技術——空氣放電保鮮技術。

1 實驗設計與實驗方法

1.1 貯藏裝置設計

將冰柜加工成密封的四格，上設可以裝卸的有機玻璃蓋，在蓋上開進氣與出氣口，放電產生的氣體由進氣口通入，出氣口在通氣時用來保持密封空間的氣壓平衡，通氣以后將2個孔封住;每格中間設置橫梁，底部放少量水以增加柜內的濕度。選取果皮無損傷，果肉結實飽滿的葡萄串，掛于橫梁上;每串約1000 g。圖如1所示。

圖1 貯藏裝置示意圖Fig.1 The sketch map of storage equipment

供試品種為巨峰葡萄，試驗周期為5個月，實驗葡萄于4℃下預冷18 h?？諝夥烹娧b置為自制。當實驗開始時，將放電后氣體通過氣泵吹入密封柜中，流量通過流量計控制。

1.2 實驗方案設計

空氣放電后將主要產生負離子和臭氧，臭氧濃度過大會導致葡萄的生理傷害，根據文獻資料把通氣的時間確定為2 min。實驗設計為:

系列1組 對比組;

系列2組 每天以0.4 m3/min氣體速度通氣2 min，柜中初始臭氧濃度約為400 ppm;

系列3組 每天以0.8 m3/min氣體速度通氣2 min，柜中初始臭氧濃度約為200 ppm;

系列4組 隔天以0.8 m3/min氣體速度通氣2 min，柜中初始臭氧濃度約為200 ppm。

通氣結束后，將進氣孔出氣孔密封。調節柜內溫度在1～2℃。

1.3 測定項目

整個貯藏期間共取樣分析測定若干次，每次取樣品40g，以此為測定糖度、抗壞血酸、可滴定酸、灰霉葡萄孢霉項目的共同樣源。

1)總可溶性固形物(TSS)含量測定;

2)可滴定酸含量測定;

3)維生素C(抗壞血酸)含量測定;

4)脫粒率(%)=脫粒果重/總果重×100;

5)灰霉葡萄孢霉測定。

2 實驗結果及分析

2.1 糖度(可溶性固形物)

可溶性固形物主要包括糖、酸等可溶性物質，果蔬可溶性固形物含量的高低，直接反映果蔬品質及成熟度，是判斷適時采收和耐貯的一個重要指標。果實中糖分的組成與其種類和品種有關。葡萄以含果糖為主，葡萄糖次之，幾乎不含蔗糖［3］。

圖2 貯藏過程中各組糖度的變化Fig.2 The curve of sugar content changing

如圖2所示，葡萄在貯藏過程中，4個處理組糖量，隨著貯藏期的延長，均呈下降趨勢。處理組4即臭氧濃度相對較小的1組，糖度的含量相對于其他組，變化緩慢;組2及組3相對于對比組糖度下降得更快，但其相互之間的差異并不明顯。

2.2 有機酸

水果均含有機酸，如桔子和檸檬的檸檬酸、蘋果的蘋果酸以及葡萄的酒石酸，這些酸賦予水果酸味，并可緩解細菌敗壞。果蔬中所含的有機酸和糖一樣，是果蔬呼吸基質之一。在果蔬貯藏中酸的消耗更快，經較長時間貯藏后，酸味變淡，甚至消失。為保持果蔬原有的品質和風味，要創造適宜的貯藏條件，延緩酸的分解速度。葡萄貯藏過程中，可滴定酸含量的變化也是衡量其生理過程和保鮮質量的指標之一［3］。

如圖3所示，葡萄在貯藏過程中，4個處理可滴定酸含量，隨著貯藏期的延長，均呈下降趨勢，差異顯著。入貯時可滴定酸含量為0.4788%，對照組1在貯藏92天時，可滴定酸含量下降到0.4174%;組2，3，4貯藏90天后可滴定酸含量分別下降到0.3392%，0.4737%和0.4489%，處理組2和對比組1之間差異顯著。使用低濃度臭氧，果肉可滴定酸含量高于對照組，可能說明低濃度臭氧對可滴定酸的消耗有一定的延緩作用，也有可能是由于臭氧進入漿果內部與水結合，降低了果肉細胞質中的pH值。

圖3 貯藏過程中各組含酸量的變化Fig.3 The curve of organic acids changing

組2的處理加快了可滴定酸的消耗，究其原因，可能是過度的臭氧進入組織內部，分解為O2，促進了呼吸作用，加快了有機酸的消耗。

2.3 維生素C

維生素C(也稱抗壞血酸)是果蔬中所特有的，它對維持人體的生理機能起著重要的作用。維生素C是一類水溶性的活性物質，有4種異構體，L－抗壞血酸為維生素C的代表，有較強的還原作用，它能維持細胞的正常代謝，能使果蔬中—些酶分子維持還原狀態，保護酶的活性，維持細胞代謝的平衡。維生素C的含量對于評價果蔬質量具有重要意義［3］。

從圖4可看到，葡萄在貯藏過程中，維生素C的含量逐漸降低。入貯時果實的維生素C含量為4.382 mg/100g果肉。貯藏90天以后，對比組的維生素C含量下降到3.001 mg/100g果肉，組2的果實維生素C含量下降到2.912 mg/100g果肉，是組4中下降幅度最大的1組;從圖4還可以看到，在貯藏前期，放電處理組下降速度比對比組快，而在后期，則比對比組慢。

圖4 貯藏過程中各組維生素C含量的變化Fig.4 The curve of vitamin C changing

這說明放電對葡萄的維生素C有明顯的影響，在前期有可能會氧化破壞部分維生素C，加速維生素C的消耗，但是在后期能延緩維生素C的消耗;而且低濃度臭氧比高濃度臭氧對維生素C的影響要小，在貯藏后期可以得到相對對比組較好的效果。

2.4 脫粒率

葡萄采摘后果粒脫落是貯藏過程中的常見現象，嚴重影響其觀感和食用價值。葡萄采摘后脫粒主要有4種原因:一是由于果梗組織結構脆弱，容易折斷;二是果刷纖細易從果粒中脫出，脫粒后果柄端連有果刷;三是由于果梗失水衰老，果粒和果柄之間形成離層而脫落，四是由于微生物侵染、穗梗、果梗腐爛造成的散穗和脫粒［3］。

表1 貯藏過程中各組脫粒率對比Tab.1 The loss-fruit rate in the storage

可見二號柜脫粒率最大，分析其原因，可能是過大的臭氧濃度對果蒂和果刷產生了嚴重的傷害導致;三號柜脫粒率略有降低。

2.5 灰霉葡萄孢霉

引起葡萄采摘后貯藏過程中腐爛的常見病原菌有灰霉葡萄孢霉(Botrytiscinerea)、根霉(Rhizopusstolonifer)等。其中灰霉葡萄孢霉引起的灰霉病(graymold disease)是鮮食葡萄的毀滅性病害，因為該菌在低溫條件下(－0.5℃)仍能生長繁殖，而葡萄對其的抵抗較弱。它也是許多經濟植物的病原體，寄生于茄科、瓜類、甘藍、菜豆、萵苣、洋蔥、蘋果等植物;侵害多種果實和其他一些柔軟的器官或幼嫩的枝葉，在葉上引起褐色斑點，在幼嫩器官或果實上引起腐爛［4］。圖5是灰霉葡萄孢霉生長曲線。

圖5 各組菌落生長曲線圖Fig.5 The curve of bacteria colony growth

如圖5所示，在低溫時，空氣放電的抑菌作用非常明顯。隨著放電后臭氧濃度的增加，細菌的生長速率隨之降低，其中400 ppm/每天組的抑菌效果最好，在處理后的第7天，對比組菌落直徑達到了90 mm，而400 ppm/d組的菌落直徑僅為38 mm。

2.6 葡萄外觀觀察

在貯藏初期，果實結實而飽滿，果皮無損傷，果柄仍然呈青綠色，只是與果粒相接處已有松動現象，可能是在運輸過程中受振動導致。如圖6所示。

圖6 貯藏初期葡萄外觀Fig.6 Grape appearance of at initial stage storage

處理后45天各柜貯藏情況如圖7～圖10所示(葡萄上的白色亮點為吸附在葡萄上的水珠)。處理后45天，對比各組，經過空氣放電處理的葡萄從外觀上都顯示出比較好的效果。1柜對比組中，細菌生長比較嚴重，果梗上有大量白毛生長，已經不能看出果梗的顏色;2～4柜果梗仍保持青綠，4柜臭氧濃度較低，果蒂處有少量白毛生長?？梢钥闯?，其中2組的臭氧濃度最大，滅菌效果最好，說明隨著加入臭氧濃度的增大，殺菌的效果增強，放電處理對葡萄貯藏的外觀有著明顯的效果。

圖7 處理后45天組1葡萄外觀Fig.7 Grape appearance of 45 days after air discharge

3 空氣放電保鮮技術理論研究

空氣放電的最基本過程是電子在電場中加速引起電離，形成電子崩和電子崩的增殖，通過一系列復雜的電離和結合過程，使流經放電保鮮機的空氣源變成具有臭氧、負離子、臭氧離子、自由基等一系列活性物質的新氣體。利用這種混合氣體處理果蔬以取得保鮮的目的。

3.1 臭氧保鮮原理

臭氧在一定的濃度下能與細菌、病毒產生生物化學氧化反應。臭氧有很高的能量，所以很不穩定，在常溫、常壓下分子結構易變，很快自行分解為氧O2和單個氧原子O。單個氧具有很強的活性，能氧化分解細菌內部氧化所必須的葡萄糖氧化酶，并直接與細菌、病毒發生作用，破壞其細胞器和核糖核酸，分解DNA、RNA、蛋白質、脂質類和多糖等大分子聚合物，使細菌的物質代謝生長和繁殖過程遇到破壞［5］。其保鮮作用主要體現在以下幾個方面:① 殺菌作用;②誘導抗病性;③對有害氣體的降解作用［6］。

3.2 負離子保鮮原理

空氣放電過程中的負離子具有較高的活性，有很強的氧化還原作用，能破壞細菌的細胞膜或細胞原生質活性酶的活性，在果蔬保鮮中可以起到抗菌殺菌的目的。負離子還能中和正電荷，分解內源乙烯濃度，純化酶活性，降低呼吸強度，從而減緩營養物質在貯藏期間的轉化。負離子可抑制水果進行代謝過程中的酶的活力，降低水果內部具有催熟作用的乙烯的生成量［7］。

3.3 臭氧與負離子共同作用

低濃度臭氧不能殺菌，但加上負離子后殺菌能力就有了明顯提高，對水果也不會產生不良影響。這就克服了臭氧濃度過低對貯藏無明顯效果，濃度過高則對產品有副作用之間的矛盾［7］。

3.4 高壓脈沖電場保鮮原理

高壓脈沖電場對水果可以起到一定的保鮮效果，其原理目前尚在研究。比較經典的理論認為［8］，高壓電脈沖處理能破壞細菌的細胞膜，改變其通透性。每個細菌細胞內外都有一自然電位差，外加電場時使得這一膜內外位差(稱為穿透膜電位，簡稱TMP)增大。當TMP高于－1 V(生物細胞膜自然電位差)時，細胞破裂就發生了。這種破裂導致了細胞膜結構紊亂、極的形成和通透性的提高。通透性的改變可能是可逆的，也可能是不可逆的，這主要取決于電場強度、脈沖寬度和脈沖次數(即處理時間)。受到電場處理后，細胞膜等離子體變得有穿透性，水分子滲入導致細胞膜膨脹，最后細胞膜破裂。如圖11所示。

圖11 細胞的失活性機理Fig.11 The mechanism of cell inactivation

4 結語

用空氣放電進行果蔬保鮮是利用了放電產生的臭氧、負離子、自由基等活性物質，改變果蔬的貯藏環境，起到殺菌、誘導抗病性、降解有害氣體、誘導果實進入休眠狀態等作用。經過試驗證明，放電處理可以延緩貯藏過程中葡萄可滴定酸、抗壞血酸的消耗;對脫粒率也有一定的降低;低溫下，對葡萄主要致病病菌生長的抑制作用非常明顯。

但是，該技術距離船舶實際使用還有一定的差距。主要表現在:

1)空氣放電對各種果蔬的保鮮效果不同，使用濃度不當時還會引起果蔬表面質膜損害，使其透性增大，細胞內物質外滲，從而品質下降，如果臭氧濃度過大還會加速果蔬的衰老和腐敗。

2)空氣放電產生的臭氧、各種離子具有強氧化性，如何保證船用環境條件下各種放電產物的濃度在安全范圍內仍需要進一步研究。

3)空氣放電保鮮技術需要可靠的高壓電源，海洋性環境對電源提出了更高的要求。

總之，這一新技術對以葡萄為代表的果蔬保鮮確實有良好的效果。一旦機理和工藝參數研究成熟，將在船舶果蔬保鮮方面具有廣闊的應用前景。

［1］羅伯坤，趙楠.蔬果保鮮技術在艦船中的應用分析［J］.船舶，2009，(6):30 －32.LUO Bo-kun，ZHAO Nan.Application and analyses of fresh maintenance technique for vegetables and fruits on warship［J］.Ship and Boat，2009，(6):30 －32

［2］趙磊，張慧.氣調保鮮庫在現代船舶上的運用［J］.船舶，2008，(4):8 －12.ZHAO Lei，ZHANG Hui.Temperature adjustment fresh maintenance storage on modern ships［J］.Ship and Boat，2008，(4):8 －12.

［3］趙彥莉，張華云，等.葡萄采后生理研究進展［J］.保鮮與加工，2004，4(2):7 －9.ZHAO Yan-li，ZHANG Hua-yun，et al.Advance of research on postharvest physiology of table grape［J］.Storage and Process，2004，4(2):7 －9.

［4］魏景超.真菌鑒定手冊［M］.上海:上海科學技術出版社，1982.WEI Jing-chao.Identification manualoffungi［M］.Shanghai:Shanghai sicentific and technology press，1982.

［5］SARIG P，ZAHAVI T，ZUTKHI Y.Ozone for control of postharvest decay of table graps caused by khizopus stolonifer［J］.Physiological and Molecular Plant Pathology，1996，48(6):403 －415.

［6］黃韻珠，王勛陵.臭氧對梨和蘋果貯藏效果影響［J］.北方園藝，1992，(1):47 －50.HUANG Yun-zhu，WANG Xun-ling.The influence of pear and apple storage［J］.Northern Horticulture，1992，(1):47 －50.

［7］萬婭瓊.臭氧及負氧離子技術在果蔬貯藏保鮮上的應用［J］.安徽農業科學，2001，29(4):556 －557.WAN Ya-qiong.The application of ozonation negative oxygen ion in freshness-holdable storage of vegetables and fruits［J］.Journal of Anhui Agricultural Sciences，2001，29(4):556－557.

［8］HEINZ V，ALVAREZL，ANGERSBACH A，etal.Peservation of liquid foods by high inten sity pulsed electric fields-basic concepts for Process design［J］.Trends in Food Science ＆ Technology，2002，(12):103 －111.