二氧化氯在蔬果保鮮中的應用研究進展

陳圣治，吳明松,2,3*，魏雪寧，王昌盛，劉博，雷超

(1.東北大學秦皇島分校 資源與材料學院，河北 秦皇島 066004;2.東北大學 資源與土木工程學院，沈陽 110819;3.秦皇島市節水治污與生態修復重點實驗室，河北 秦皇島 066004)

我國是農業大國，每年果蔬產量很大，但是由于儲運和保鮮技術的不成熟，水果和蔬菜在運輸和儲藏過程中損耗相當嚴重[1]。國家農副產品保鮮工程技術研究中心研究發現，我國每年生產的果蔬損失率高達25%～30%，價值近800億元人民幣。而發達國家果蔬損失率普遍控制在5%以下，美國則僅為1%～2%。因此，研究蔬果保鮮技術的開發與推廣迫在眉睫。

二氧化氯(ClO2)作為一種廣譜、高效、安全的消毒劑，可以有效地殺滅微生物[2]。ClO2在消毒過程中與有機物發生的反應主要是氧化反應，不會產生氯仿等有害物質，無二次污染[3]，是一種性能優良、效果最好的食品保鮮劑。《中華人民共和國食品添加劑使用衛生標準(GB2760-1996)》將穩定性ClO2列入食品添加劑中作防腐劑，使用范圍為果蔬保鮮、魚類加工。該標準同時將ClO2列為食品加工助劑。近些年，國內外對ClO2在蔬果保鮮中應用研究日益增多，本文對該領域的研究進展進行綜述，為實際應用提供參考。

1 二氧化氯的保鮮機理

在儲運過程中，由于果蔬細胞中的代謝活動，蛋氨酸被氧化生成乙烯和CO2，促進果蔬的成熟和衰老。ClO2能阻止蛋氨酸分解產生乙烯，并且能破壞已經生成的乙烯，延緩果蔬的成熟、衰老[4]。同時，ClO2可以抑制腐敗菌的生長，不與脂肪酸反應，不影響食品的品質[5]。ClO2能釋放原子態氧和次氯酸分子，具有強烈的氧化性。在與微生物接觸時，能迅速通過細胞膜，ClO2與半胱氨酸、色氨酸、酪氨酸等特定氨基酸反應，改變6-磷酸葡萄糖脫氫酶的活性,使得磷酸戊糖途徑受阻，微生物無法正常進行糖類的代謝，繼而死亡[6-7]。近年來，研究表明ClO2對質粒DNA有實質性的損傷作用[8]。ClO2使脫氧核糖核苷三磷酸混合物(dNTPs)的OD260下降54.23%以上，推測ClO2破壞了嘧啶堿和嘌呤堿的共軛雙鍵。DNA結構發生變化導致細菌不能進行正常的DNA表達，無法通過DNA轉錄翻譯合成生命必須的蛋白質，最終死亡[7]。控制腐敗菌的生長。適量的ClO2處理可以抑制果實的呼吸強度[9-14]，減少貯藏期間的營養消耗。抑制多酚氧化酶(PPO)和過氧化物酶(POD)的活性[15-18]，減輕酶促褐變反應的程度。因此將ClO2用于蔬果保鮮，可有效延長果蔬的運輸和貯存時間，保持良好風味和口感。

2 二氧化氯在水果保鮮中的應用

蘋果作為一種常見水果，生產過程中的貯藏保鮮問題尤為突出。在采收、包裝、貯運過程中，果柄對于果實的擠、壓、刺傷，造成的機械損傷最為嚴重，占蘋果總數的20%～40%，是貯藏期間侵染性病害的主要原因[19]。蘋果在成熟的過程中產生大量乙烯，故蘋果的貯運保鮮應當注意乙烯的積累。趙明慧[20]等人的研究結果表明，用50 mg/L的ClO2溶液噴灑采前的紅富士蘋果，可以明顯的去除蘋果表面的菌落；保持冷藏期間蘋果的硬度，有效延緩可滴定酸含量的減少；并且抑制呼吸強度，降低乙烯含量；從而降低蘋果在冷藏期間的腐爛程度，降低冷藏期間質量損失，可有效延長貯存期。

獼猴桃在生長發育期間易發生各種病害，并且長期潛伏至獼猴桃成熟甚至衰敗時病發；在運輸和儲藏過程中的碰撞造成的機械損傷也會引發微生物感染[21]。田紅炎[12]等人研究表明60 mg/L的ClO2溶液采前處理獼猴桃可有效清除獼猴桃表面的菌落，并且在冷藏期間能保持果實的硬度，降低呼吸速率、乙烯釋放速率失重和腐爛指數，抑制可溶性固形物含量的升高，提高POD和苯丙氨酸解氨酶(PAL)的活性，從而延長貯藏期。龍明秀[22]研究表明固載ClO2在常溫下，對“米良”獼猴桃病害組織中分離出的漆斑菌屬、莖點菌屬、交鏈孢霉屬的三組最強致病菌株有抑制效果，在2 ℃下，可完全抑制。張方艷[23]等人研究ClO2聯合CMC對中華獼猴桃的保鮮效果，發現25 d后，對照組的好果率為14%，80 mg/L的ClO2、80 mg/L ClO2+20.0 g/L CMC處理后好果率相對于對照組分別提升157%和271%。該方法中ClO2能殺滅獼猴桃表面的腐敗菌，而CMC則能在獼猴桃表面形成一層微氧環境，降低呼吸作用，減少水分蒸發和CO2的損失，能夠有效的降低果實的失重萎縮。為獼猴桃常溫貯藏方法研究提供一種思路。

葡萄在采摘過程中容易受到機械損傷，運輸、貯藏期間容易受到腐敗菌的感染，尤其霉菌，造成葡萄脫粒、腐爛，從而影響葡萄的外觀及貯藏時間。目前，國內外使用最多的葡萄保鮮技術是SO2防腐[17]，但是SO2會漂白、傷害葡萄，使用不當會造成SO2殘留超標，具有一定致癌性[24-25]。集賢[17]等人研究表明ClO2溶液浸漬對葡萄采后灰霉菌的生長有較好的抑制作用。60 mg/L ClO2溶液對培養7 d的菌絲和8 h的孢子的抑制效果最好，抑制率分別達到98.89%和73.38%。活體有傷接種實驗結果表明，60 mg/L和80 mg/L的ClO2溶液對葡萄采摘后灰霉菌引起的霉爛有較好的抑制效果。顧寧[26]等人用ClO2氣體處理表面接種了灰葡萄霉菌、青霉和交鏈孢霉的葡萄，發現殺菌率隨著ClO2濃度增加和處理時間的延長而提高。10 mg/m3ClO2氣體處理40 min可使三種霉菌均減少3.23 logCFU/g以上。同時，在此殺菌條件下貯藏90 d，有效降低腐爛率，減緩VC、還原糖和可滴定酸含量的降低，保持較好的外觀和風味。鐘梅[11]用ClO2氣體處理葡萄，發現ClO2能降低葡萄果實腐爛率、脫粒率、延緩果梗褐變干枯、減少可滴定酸、VC和SSC的消耗。綜合來看，ClO2處理效果優于SO2，且對葡萄影響更小、更加安全，避免了SO2處理后生成的亞硫化物有害殘留。

香蕉在我國北方的銷售需經過長途運輸和長時間的貯藏，容易造成外皮的機械損傷，受傷組織中的鞣質或者苦命酚類物質被氧化后會導致表皮褐變，影響外觀，同時，機械損傷易造成微生物的滋生，導致果實呼吸作用增強，釋放出出更多的乙烯，縮短自身和周圍果實的儲存時間[27]。目每隔3.5 d用0.2 μL/L的ClO2氣體處理30 min，可以顯著降低香蕉的呼吸強度、抑制香蕉內源乙烯的產生、推遲呼吸躍變高峰、延緩果實成熟，還可降低果肉丙二醛(MDA)含量和果皮細胞膜滲透性，抑制果皮褐變，保持香蕉外觀品質[14]。

桂圓在高溫季節成熟與采摘，且屬于非呼吸躍變型水果，采摘后果實代謝旺盛，易脫水，極易發生果皮褐變，易受到微生物感染導致腐爛變質，果肉自溶[28-29]。國內外不少學者借鑒葡萄熏硫技術進行桂圓的殺菌保鮮，雖然可以在一定程度上殺滅果皮上的微生物，降低桂圓貯運過程中的霉爛率，防止果皮褐變。但是這種方法同樣會產生SO2殘留，損傷果肉和危害食用者的健康[30]。泰國的Nitiya Guntiya[31]等人研究發現，ClO2降低桂圓病害的兩種機制，一是ClO2誘導幾丁質酶和葡聚糖酶的活性。其次，ClO2直接破壞真菌細胞膜，抑制3種主要病原菌：枝孢菌、鐮刀菌、二孢菌在桂圓表皮的滋生。ClO2氣體熏蒸可以維持桂圓抗壞血酸和谷胱甘肽氧化還原的平衡，去除桂圓果實中過量的H2O2[32]，防止活性氧的升高，減少引起膜損傷的自由基的產生[33]。同時可以降低PPO和POD活性[18]，以此防止桂圓表皮發生褐變。

荔枝在儲藏期間易被微生物感染而引起果皮褐變和果實腐爛。Wu[34]等人用不同濃度ClO2溶液對荔枝進行3 min浸泡處理。發現ClO2對荔枝炭疽孢子的滅活效果隨濃度增加而加強，20 mg/L時，孢子被全部滅活，有效抑制荔枝果皮因感染真菌而導致的褐變、腐爛。80、120 mg/L的ClO2可分別抑制住PPO、POD活性，減緩TSS和TA(可滴定酸)的降低。同時，ClO2也可抑制果實呼吸強度、降低乙烯釋放量，延緩果實成熟[35]。

3 二氧化氯在蔬菜保鮮中的應用

青椒在采摘時會攜帶大量病原微生物，在采摘后的保存期間，微生物的活性及青椒的生理活性依然強烈，營養消耗和生理衰敗快，不利于貯藏保鮮[36]。杜金華[9]等人發現用5、10、20、50 mg/L ClO2氣體處理，10 ℃下恒溫貯藏，均能明顯抑制青椒腐敗，40 d時的腐敗率均小于對照的50%。在20 mg/L以上可顯著抑制青椒的呼吸作用，減緩VC、可滴定酸和可溶性固形物含量的降低。其中50 mg/L ClO2處理作用效果最佳，貯藏至30 d才有腐爛現象。5 mg/L ClO2氣體可減緩葉綠素降解，但更高濃度處理后葉綠素含量反而下降的更快，影響不顯著。

杭白菜含水量大，組織脆嫩，易受到機械損傷，采后水分蒸發快、呼吸作用旺盛，貯藏期間常出現脫幫、黃化、腐爛等問題。甄鳳元[33]等人研究用不同濃度ClO2氣體密閉處理杭白菜低溫貯藏對杭白菜品質的影響。結果表明，0.57 mg/L ClO2氣體密閉處理30min效果最佳，能明顯抑制杭白菜的失水，有效減緩褐變和可溶性固形物、葉綠素和VC含量的減少；降低PPO和POD的活性。ClO2可有效抑制杭白菜軟腐病致病菌——果膠桿菌的生長、破壞細胞膜透性，有效的降低杭白菜軟腐病的發生率，且處理效果隨著ClO2濃度升高而增強[37]。1.50 mg/L ClO2氣體密閉處理接種果膠桿菌的杭白菜30 min后，果膠桿菌存活率為對照組的11.96%。

西蘭花具有營養成分豐富、口感好、獨特的食療價值等特點，深受許多家庭的喜愛。然而西蘭花采后呼吸旺盛，極易衰老、黃化、頸和花蕾變得松軟。鮮切西蘭花由于切割邊組織直接暴露在空氣中，更容易滋生各種微生物，導致西蘭花的褐變、腐爛，縮短貨架期，造成大量浪費。0.3 μg/L的ClO2即可有效降低西蘭花的腐爛率和腐爛指數。冷藏條件下ClO2對西蘭花的呼吸強度沒有影響，但可有效保持葉綠素的含量，抑制了花球的黃化[38]。雖然發現乙烯的釋放速率有所提高，但乙烯的促衰老作用由于ClO2中和未占主導地位。ClO2還有利于維持西蘭花VC含量、有效抑制膜脂過氧化作用減緩MDA含量的上升。高佳[39]等人發現25、50、75 mg/L ClO2水溶液均可顯著抑制鮮切西蘭花貯藏過程中微生物的生長；但高濃度的ClO2會顯著降低鮮切西蘭花中的VC和葉綠素含量，導致切割面褐變。

菠菜是一種營養豐富的綠葉蔬菜。我國是最大的菠菜生產國，僅2016年的菠菜產量占世界菠菜產量的91%。然而，菠菜在儲運過程中容易造成機械損傷，導致菠菜中產生、積累硝酸鹽，危害食用者身體健康。ClO2處理也可提高菠菜貯藏期間超氧化物歧化酶(SOD)活性，抑制BOD活性，有利于延緩衰老。50 mg/L的ClO2處理機械損傷后，可有效降低菠菜中硝酸鹽的產生[40]，菠菜中可溶性固形物和葉綠素含量均高于對照組，可以顯著保持機械損傷菠菜中的葉綠素含量。ClO2處理還可顯著提高菠菜貯藏期間的抗氧化能力，保存水分和葉綠素，延緩衰老[41]。75mg/L ClO2對細菌和霉菌的殺菌率分別達98.85%、80.85%，且抑菌效果保持時間最長，能有效減少微生物病害的發生，處理10 min即可有效抑制對硝酸還原酶的活性，綠色保鮮12 d。

蓮藕是我國重要的水生蔬菜，種植面積和產量均居我國水生蔬菜之首。蓮藕在采收之后常用高壓水槍沖洗表面及內部附帶的污泥，導致其采收后易失水褐變、腐爛。ClO2處理可減小蓮藕貯藏期間失重率；有效保護色澤，感官品質[42]，且有明顯抑菌作用，在一定范圍內，濃度越高作用效果越強，有效降低腐爛率。[43]。100 mg/L的ClO2處理10 min對PPO有最好的抑制作用，處理10 d內OVQ值(整體視覺質量)最高[44]。

鮮切萵苣容易發生褐變，切割面細胞破裂易滋生各種微生物，導致腐爛、黃化，縮短貨架期。陳釗[45]用10、40、100 mg/L的ClO2溶液分別浸泡5、10、20 min。發現ClO2對POD活性抑制效果隨著濃度和處理時間的增加而加強，其中100 mg/L ClO2處理20min可有效去除萵苣表面微生物，貨架期延長250%，PPO和POD酶活性最低，對色度的保持效果最佳。由于剝皮，切片和切割造成的組織損傷，在缺水的市場中出現的微生物生長，褐變和木質化導致的貨架期短和質量惡化等問題，可用ClO2水溶液結合15%的殼聚糖溶液對竹筍涂膜處理解決。28 mg/L ClO2加殼聚糖涂膜處理可抑制呼吸速率和硬度的增加，延遲褐變和木質化，并減少總需氧菌和酵母菌和霉菌的微生物數量。此外，ClO2和殼聚糖的組合在整個儲存期間抑制了苯丙氨酸氨解酶(PAL)、肉桂醇脫氫酶(CAD)、POD和PPO的活性[10]。黃程前[46]等人用6 kJ/m2的UV-C結合100 mg/L的ClO2處理鮮切毛竹筍，在0 ℃下貯藏6 d后，發現ClO2有效抑制了PAL、PPO和POD的活性，減少木質素的合成和MDA的積累，延緩組織老化。減少水分損失，保持較好的感官品質。

4 結論與展望

人們對蔬果安全和品質要求日益提高，國內果蔬儲運和保鮮技術發展相對較慢。ClO2作為一種廣譜、高效、安全的消毒劑，可以有效地殺滅果蔬表面的致腐、致病微生物，抑制果實呼吸強度，減輕褐變程度，且不會影響果蔬風味和外觀品質，是目前國際上公認的性能優良的食品保鮮劑，國內關于ClO2果蔬保鮮方面的研究比國外更加活躍，但多停留在理論研究階段，廣泛應用的案例很少，且多停留在驗證效果層次，對保鮮機理的研究較少。另外除現有國標中提到的“穩定型二氧化氯”之外，其他的ClO2產品組蔬果保鮮應用中的適用性也需要進一步探討。