從專利角度分析輻射技術在果蔬保鮮中的 研究進展

◎ 楊 冰，鄒旭鵬

（國家知識產權局專利局專利審查協作江蘇中心，江蘇 蘇州 215163）

水果、蔬菜富含人體必需營養素，如維生素、有機酸、礦物質和膳食纖維等成分，其爽口美味，開胃助食，成為居民青睞的農產品。但是水果、蔬菜受生產地域性、季節性限制，且含水量高，容易發生失水萎蔫、腐爛變質等生理變化，在貯藏、物流、銷售過程中損失風險很大。因此，做好果蔬的采后處理、保鮮貯藏，最大程度上保留果蔬的色澤、滋味、口感及營養，使市場全年供應充足均衡，對提升農業經濟效益，為果蔬生產經營者增收具有極其重要的現實 意義。

目前，國內外應用的果蔬保鮮方法主要是物理法、化學法和生物法。其中物理保鮮技術具有無殘留、無耗材、殺菌效果好的特點。輻射保鮮方法是指食品經過一定劑量的電離射線的輻照，殺滅食品中的致病微生物、害蟲，及其他腐敗細菌，或者抑制食品中的某些生物活性和生理過程，從而達到食品保鮮貯藏的目的[1]。輻照實施過程中食品暴露在輻射源之下，不與輻射源進行直接接觸。該過程不同于熱加工過程，不會提高食品表面的溫度，只需消耗較少的能量便可實現對酶的滅活，對食物的營養、色澤、風味影響較小。對于輻射的安全問題，相關權威機構已明確輻射的總平均劑量不超過10 KGy的食品是安全的，不存在毒理學的危害。因此，輻射技術不僅方便快捷，而且安全性高，不存在化學殘留和環境污染問題，是未來果蔬保鮮研究的方向。因此本文通過專利分析，對輻射果蔬保鮮方法的技術進行梳理和展望。

1 專利技術發展歷程

1.1 專利申請量趨勢分析

輻照技術應用于果蔬保鮮領域的最早專利申請出現在1926年，從1926—1980年，該領域的研究一直在持續進行中，但是專利年均申請量維持在較低水平，總申請量不足150件。從1990年開始，人們物質生活逐漸得到豐富，研究人員從化學保鮮法進一步轉移到了物理保鮮法上，尤其是輻照保鮮方法，相關專利技術申請出現了急劇增長，并呈現出持續增長的趨勢。食品安全、營養價值受到了越來越多關注，研究者們不斷聚焦于輻照保鮮方法。2000—2021年，國內外專利申請總量高達1 000余件。

1.2 國內外專利申請趨勢比較

中國在該領域的申請量較多，其次是日本、美國、韓國、歐洲以及英國。國外在該領域的研究起步早，在2000年前后的專利申請量相當；中國在該領域的研究起步較晚，絕大部分專利申請集中在21世紀以后，這也表明了隨著人們生活水平的提高，研究人員越來越關注果蔬的采后處理以及保鮮方法，使專利申請量激增。

從專利申請內容來看，第一份專利申請源自1926年， DUNCAN MCKINLAY在英國提交的專利申請GB3109026A，其發明內容是通過紫外線輻照水果和蔬菜，能夠快速地催熟果實同時殺滅微生物。1927年、1928年JOSEF PERINO、CHARLES JAEGER相繼申請發明專利US19270227057A、GB1149628A，都是通過紫外線輻照處理果蔬達到保鮮或者改變營養成分的目的。有關該領域國內的首份專利申請是在1986年，其內容是應用紫外線對西紅柿進行輻照，再將西紅柿放入防護液中懸浮保存。

2 專利技術分析

輻射果蔬保鮮法所涉及的技術分支較多，是以紫外線、γ射線輻照法為基礎逐步研究到脈沖光輻射法、等離子體輻射法、光輻射法及電子束輻射法等技術 分支。

2.1 紫外線輻照法

紫外線指電磁波譜中波長為10～400 nm光線的總稱，根據自身波長的不同，可分為長波紫外線、中波紫外線和短波紫外線等3類。有研究表明，紫外線照射可有效抑制果蔬中微生物菌群的生長，減緩營養成分的流失，避免褐變、腐爛變質等現象發生，有效提高鮮切果蔬在貯藏期間的品質[2]。利用紫外線輻照法對果蔬保鮮是最早研究的方法，中國最早利用紫外線輻照對果蔬保鮮的專利申請CN86104063A，通過紫外線輻照西紅柿5～10 min殺死各類細菌。而后研究人員對利用紫外線照射果蔬進行保鮮給予了持續關注，如2012年CN102934682A提出利用15 W紫外線燈輻照處理芥藍 20 min，發現脫鎂葉綠素酶的活性受到抑制，有效延緩了常溫下葉綠素的分解，防止芥藍失綠，免去了冷藏技術，提高了經濟效益。如今紫外線輻射工藝已成為果蔬保鮮的常規技術手段，常作為果蔬保鮮的基礎工藝與其他保鮮方法聯用，如2013年CN103355398B利用紫外照射聯合減壓貯藏的方法對草莓進行保鮮。

2.2 γ射線輻射法

γ射線輻射法是以γ射線產生的高能射線輻照食品，依托能量的傳遞和轉移產生的生物效應和物理效應，實現消滅微生物、抑制生理過程、保持營養品質及風味、延長貨架期的目的[3]。在果蔬保鮮領域常用的γ射線是60Co-γ射線或137Cs-γ射線，射線能量較高、穿透力較強，能均勻輻照食品。如1995年，CN1124575A利用60Co為輻照源的γ射線對紅棗進行安全輻照以達到保鮮的目的。2017年，CN107156270A將預熱處理和輻照處理結合，使保藏后的苦竹筍的硬度增加緩慢，感官品質更好。此外，輻照處理能延緩竹筍可溶性蛋白和可溶性糖的降解速度，保持竹筍的風味，實現了在不添加任何食品添加劑和化學藥品的情況下可將苦竹筍的保藏期延長至60 d。

2.3 脈沖光輻射法

脈沖光技術具有高能量、瞬時殺菌和廣譜的特點，與紫外光輻照相比，脈沖光具有較強的輸入能量，能夠在較短時間內在所輻照材料的表面產生大量的能量，能夠有效消滅食品在加工和儲存過程中所污染的微生物，從而達到延長貨架期的目的。脈沖光輻射中心產生的光化學效應、光物理效應和光熱效應，以及3個效應的協同作用實現對微生物的徹底滅活[4]。1996年，脈沖光技術被美國食品藥品監督管理局批準可用于食品表面滅菌。脈沖光技術依賴于脈沖光設備，其發生裝置可以發出由紫外線至近紅外區域組成的白光，光譜與太陽光十分相似，但強度是太陽光的數千倍。脈沖光用于食品殺菌的研究較少，最早明確利用脈沖光用于食品殺菌的專利申請始于1986年日本JP2774796B2。日本對于脈沖光用于食品殺菌保鮮的研究居多，中國在該領域專利技術較少。國內專利技術最新進展為2017年CN109832328A公開了一種保鮮箱，其配有脈沖光照模塊，通過輻照箱內果蔬，能夠延續適度的光合作用，同時結合空氣流動和水分稀釋作用，快速降解果蔬采后農藥殘留，使果蔬能長久維持在新鮮狀態，大大延長了果蔬保鮮時間。

2.4 等離子體輻射法

等離子體的生成是非常復雜的物理和化學反應過程。在等離子體中會產生帶電粒子、紫外線及活性成分等殺菌成分，其中活性成分主要包括處于激發態的原子、亞穩態原子以及具有活潑化學性質的氧化物和氮化物等。等離子體主要是在分子層面通過這些殺菌成分對生物體起到抑制呼吸、消毒殺菌、減緩后熟的作用，延長了果樹保鮮時間[5]。中國、日本和韓國對于等離子體用于果蔬保鮮的研究居多，最早有關等離子體用于果蔬保鮮的專利技術來自于日本JP33853298A，其內容是利用等離子體發生器對農產品進行殺菌與保鮮。國內CN2409783Y介紹是一種低溫等離子體果蔬保鮮器，CN103918773A介紹的是利用催化劑與低溫等離子體耦合的裝置，處理香蕉、黃瓜等農產品儲存環境里的乙烯，使果蔬延長保鮮期。目前國內最新進展為2021年專利申請CN113945042A，其介紹了一種生食果蔬保鮮冰箱，通過LED燈光照射技術與低溫等離子體技術的聯用，顯著降低果蔬表面的有害微生物，達到保持品質的目的。

2.5 光輻照法

光輻照法是利用特定波長的光發生裝置，發射紅色、綠色、藍色中的一種或其中兩種以上的混合光源，使植物通過光合作用產生葉綠素從而達到保鮮效果。如CN1817148B、CN203505459U，都是通過發光二極管或者LED燈模擬光合作用使果蔬保鮮。該方法的實施一般需要相應的設備配套，如冰箱、貯藏箱等。

2.6 電子束輻射法

電子束輻射法是近些年新興的果蔬保鮮方法，其原理是由電子加速器產生的高能電子束射線通過直接作用破壞活體生物細胞內DNA或通過間接作用使水合小分子物質輻照分解，產生·H、·OH等活性自由基，自由基與細胞核內物質發生交聯反應，較低劑量的電子束能夠在不顯著影響食品品質的前提下，殺死病蟲害，延長保質期[6]。最早的專利技術是1985年德國的專利申請DE3511054A，其技術方案是利用電子束輻照對咖啡提取物進行保鮮。歐美和日本等國家對電子束輻照果蔬保鮮法研究占主導地位，國內專利技術從2010年起步，且專利申請較少。2016年，日本WO2017199413A1介紹了利用電子束從花萼方向對草莓進行照射殺菌以延長保存時間的方法。2020年，中國CN112544692A提出與保鮮劑、微孔保鮮膜聯用的情況下，獼猴桃于電子束輻照裝置下輻照，輻照劑量為5 KGy，保存期限可從115 d延長到200 d。CN112021399A提出以較大劑量低能電子束（≤300 keV）輻照芒果、獼猴桃、荔枝等熱帶水果的表皮，有效控制蟲害、消滅微生物，進一步結合低溫貯藏降低水果的呼吸速率，冷庫保存10～15 d，水果的霉變率或褐變率降低，達到了延長水果保鮮期、貨架期的目的。

3 結語

果蔬保鮮要綜合考慮果蔬特性、保鮮效果、安全性及技術成本等各方面因素，最大程度上實現對果蔬保鮮。輻照技術在果蔬保鮮中的應用為食品貯藏加工提供了一個新思路。隨著輻照技術的持續改良、復合保鮮技術的深入研究及加工安全性的不斷提高，輻照保鮮技術也將在食品其他領域得到廣泛推廣。