苹果(Malus domestica Borth.)是蔷薇科苹果属落叶果树,其果实富含可溶性糖、有机酸、维生素、矿物质等营养成分及多酚类物质如原花青素、绿原酸等生物活性成分,是当今全球消费量最大的水果之一,年消耗量约9 300万t[1]。苹果属于呼吸跃变型果实,采收后呼吸代谢旺盛,易释放乙烯引起果实后熟和衰老,生产上80%左右的晚熟苹果在收获后会进入冷库或气调库保鲜,以满足全年市场供应需求[1-2]。与普通冷藏相比,气调贮藏可以更有效地抑制苹果的呼吸作用,维持苹果较好的感官品质,延长保鲜期。通常,气调贮藏保鲜一般分为自发气调(modified atmosphere,MA)和控制气调(controlled atmosphere,CA)两大类,通常所说的气调贮藏主要是指控制气调,即采用相关气调设备,在低温冷藏的基础上,通过持续调控贮藏环境中的O2、CO2和乙烯(C2H4)等气体浓度在适宜范围内,从而达到长期贮藏保鲜的目的[3-4]。
目前,苹果新型气调保鲜技术发展迅速,如超低氧气调(ultra-low oxygen atmosphere,ULO)、动态气调(dynamic controlled atmosphere,DCA)等正在逐步开发利用,这些新技术的发展不仅延长了苹果保鲜期和货架期,而且降低了苹果贮藏期间的生理病害和质量损耗,提高了产品的市场竞争力,满足了消费者对新鲜、安全、营养果实的需求。因此,本文以苹果果实为例,综述了气调贮藏保鲜技术的现状、分类及优缺点,阐述了新型气调保鲜技术的调控方式及对苹果果实品质的影响,分析了苹果气调保鲜中存在的问题及未来发展前景,旨在为苹果气调贮藏保鲜技术的发展和优化提供参考。
1 苹果气调贮藏保鲜技术概况
苹果气调保鲜技术已有近200年的历史,1929年英国科学家建成了第一座气调库,1962年,美国成功研制出燃料冲洗式气体发生器,推动气调贮藏技术进入新阶段,成为全球气调贮藏领域的标杆[5]。我国的气调贮藏技术始于20世纪60年代初,刘新美等[6]开始采用薄膜进行自发气调保鲜贮藏;70年代后期,在北京建立了实验性气调库。目前,我国大多数苹果气调贮藏采用传统气调库,包括库体结构、制冷系统、气调系统、加湿系统等部分,其气体成分控制为2%～5% O2和2%～5% CO2,乙烯一般控制在10 μL/L以下,具体条件根据苹果品种、贮藏条件及目标进行调整[7]。然而,在长期气调贮藏过程中,苹果品质也会下降,对气体的忍受能力出现变化,导致低O2或高CO2的伤害情况,影响贮藏效果。
近年来,为了最大限度地保持苹果品质,抑制苹果贮藏过程中的呼吸代谢,超低氧气调保鲜技术逐步开发应用,其O2浓度低于传统气调贮藏要求,一般为1%～2%或接近苹果能耐受的最低O2阈值,以最大限度地抑制呼吸代谢,延长苹果贮藏保鲜期[8-9]。此外,为了避免长期贮藏过程中气体环境造成的生理病害和品质变化,基于叶绿素荧光(chlorophyll fluorescence,CF)、乙醇浓度(ethanol,ET)、呼吸商(respiratory quotient,RQ)等预警信号的动态控制气调(dynamic controlled atmosphere,DCA)技术正处于初步试用阶段,可以更有效地延长苹果贮藏期[10-12]。目前,欧美等发达国家正积极推进此项技术的研发,而我国对这块的研究还比较少。各类气调贮藏保鲜技术的优势及区别详见表1。
表1 各类气调贮藏保鲜技术的优点和缺点
Table 1 Advantages and disadvantages of various controlled atmosphere storage and preservation technologies
气调技术分类原理优点缺点参考文献传统气调通过降低贮藏环境中的O2浓度和维持适宜的CO2浓度,有效抑制苹果的呼吸作用和乙烯产生,从而延缓果实品质的下降有效抑制果蔬呼吸作用,延缓新陈代谢,保持苹果营养品质和风味,效果比普通冷藏好管理技术要求严格,成本约是普通冷库的2倍,长期贮藏易造成气体伤害,氧气设定浓度较高[4]超低氧气调O2浓度低于传统气调,O2分压控制在厌氧补偿点以上,通常控制在1%～2%甚至更低,从而更有效地抑制呼吸更有效地抑制呼吸和糖酸消耗,降低微生物病害,保持果实硬度和品质,保鲜效果好于传统气调需更精密的气体净化设备,成本及能耗较高,管理不当易出现无氧呼吸导致品质劣变。不同品种适用差异大,条件控制精准度要求比较高[9]DCA-CF通过检测苹果果皮叶绿素荧光信号,从而动态调整O2浓度更节省能耗,能抑制果实贮藏期间生理病害和乙烯生成,保持硬度、颜色,对某些品种效果优于传统气调需要高精度传感器和控制系统,对储存库的密封性、温湿度控制要求严格,初期投资和维护成本较高,且需精确校准荧光信号以避免误判[10]DCA-RQ监测呼吸商的变化,实时调整O2浓度允许极低O2水平(0.3%～0.6%),维持呼吸均衡和挥发性风味物质水平,保持较高品质呼吸商对温度波动敏感,且需频繁监测呼吸参数,水分流失较明显,对传感器灵敏度依赖性高[11]DCA-ET过检测乙醇积累判断厌氧代谢程度,实时动态调节O2浓度适用于对低氧胁迫敏感、无氧代谢强的品种,更高效监测厌氧呼吸,避免呼吸异常导致品质劣变实际应用较少,研究数据有限,因乙醇检测延迟导致调控滞后,不同苹果品种对乙醇阈值的响应差异显著[8]DCA-CD基于CO2生成量调整O2浓度,实时动态调整气调参数可根据需求优化能耗,允许更低O2水平,减少生理病害,维持果肉硬度和品质高浓度CO2可能引发细胞损伤,需精确控制CO2生成量,操作复杂度较高[12]
2 传统气调贮藏保鲜技术
传统气调贮藏技术通过降低环境中的O2浓度和提高CO2浓度,有效抑制苹果的呼吸作用和乙烯的产生,从而延缓果实品质的下降[4]。传统气调贮藏注重温度、湿度和气体的精准控制,根据果蔬种类,把气体浓度设定在某一数值或范围内,在贮藏过程中通过配气仪、检测仪、制氮机、乙烯脱除机等设备控制贮藏环境气体的波动,达到长期贮藏的目的[13]。在传统气调贮藏时,通常将贮藏温度上调0.5 ℃左右,以缓解温度和气体之间的相互作用,达到最佳的保鲜效果[12]。贮藏过程中温度的变化会导致气体成分的波动,实际应用中需根据具体品种、环境条件进行优化。研究表明,气调对苹果生理病害的调控主要与膜脂代谢和能量水平有关,通过优化O2/CO2比例,气调贮藏可以有效维持线粒体H+-ATPase、Ca2+-ATPase、琥珀酸脱氢酶和细胞色素C氧化酶的活性,促进ATP的合成,从而防止因能量亏缺导致的膜脂过氧化和细胞膜破坏[14]。气调也能够维持抗氧化相关酶的活性,减少超氧阴离子和H2O2的积累,降低氧化应激对膜脂的攻击,还可以通过降低呼吸抑制乙烯前体物质[如1-氨基环丙烷-1-羧酸(1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid, ACC)]的合成,减少内源乙烯的生成[4]。但是,传统气调贮藏过程中,由于气体被设定在某一数值而不再调整,长期贮藏过程中由于果实自身呼吸作用导致品质下降,耐受气体阈值发生变化,容易出现O2浓度过低、CO2浓度过高造成果实受伤的情况,比如有些苹果品种可以耐受5%的CO2浓度,但随着贮藏时间的延长,耐受CO2的浓度可能降低到4%,而富士、粉红女士、蜜脆等品种对CO2敏感,气调贮藏环境中CO2浓度应控制在3%以下[15-16]。
贮藏环境中较高的湿度可以减少苹果气调贮藏期间水分的散失,减轻果实表面失水现象。研究表明苹果气调贮藏期间适宜的相对湿度在95%左右,如果没有合理控制贮藏环境的相对湿度,苹果贮藏期间水分损失率增加,一旦水分损失率超过5%,苹果表面就会出现明显的失水皱缩现象[17]。在传统气调贮藏过程中,一般通过冷风机底部注水、喷雾加湿、合理构建水槽等方式维持气调库内较高的相对湿度。
乙烯控制也是传统气调贮藏的关键,乙烯与苹果果实成熟衰老密切相关,也可以促进苹果果实贮藏期间香气或异味的形成,因此,气调贮藏期间应减少乙烯的产生和释放、及时清除乙烯,对延长苹果贮藏期具有重要意义。在传统气调过程中,可采用通风换气的方式去除气调库内的乙烯,但要注意控制换气次数[18]。通常,气调库中还会配备专门的乙烯脱除设备,通过氧化、催化等方式降解或吸附乙烯,减轻乙烯的危害。也可以结合使用1-甲基环丙烯(1-methylcyclopropene, 1-MCP)有效避免乙烯的作用[19]。
3 超低氧气调贮藏保鲜新技术
超低氧气调保鲜技术是在衡量苹果耐受低氧阈值(lower oxygen limit, LOL)的基础上,通过降低O2浓度(通常在1%～2%或接近LOL,体积分数,下同),最大限度抑制苹果的呼吸作用和乙烯生成,从而更有效地维持苹果的贮藏品质[8]。与传统气调相比,0.4%的超低氧贮藏能够显著降低“嘎啦”苹果的呼吸速率,同时维持较高的可溶性固形物和维生素C含量,延长保鲜期[20]。但不同苹果品种对低氧胁迫的耐受性存在显著差异。例如,“Elstar”苹果表现出较强的低氧适应能力,其LOL的范围为0.2～0.46 kPa,仍能够维持正常生理功能,但“Nicoter”苹果对低O2胁迫较为敏感,在低O2贮藏条件下表现出果糖和葡萄糖含量的显著增加[21]。比较来看,“Braeburn”苹果的低氧耐受极限也高于“嘎啦”苹果,其LOL范围为0.2～0.3 kPa[22]。此外,如果贮藏环境中O2浓度过低可能导致果实组织水浸状、果皮和内部褐变、异味等低氧伤害症状。因此,明确不同苹果品种的低氧阈值并精准控制低氧条件是超低氧气调贮藏的关键。
目前,在超低氧气调中,精准控制O2浓度的方法主要是通过充入洁净的N2以调控O2浓度,可将O2浓度降至1.0%～1.6%甚至更低,同时维持CO2浓度在0.5%～5%(体积分数,下同)[10]。与传统中空纤维素制氮降氧法相比,用分子筛分离制备N2和O2的方法效率更高,成本也更低[23]。将分子筛分离技术与燃烧洗涤装置和恒温器结合使用,可精准调控O2和CO2浓度,从而实现对贮存环境条件的精确控制,可有效抑制苹果呼吸代谢和微生物生长,从而延长保鲜期。此外,一些研究表明基于80C51单片机和可编程控制器(programmable logic controller,PLC)的自动监控系统,通过数据采集和执行元件控制O2浓度,支持0.1%～20%的O2浓度调节[24]。
4 动态气调贮藏保鲜新技术
DCA主要通过贮藏期间实时监测果实的生理状态,动态调整O2和CO2浓度,以实时优化气调库内气体成分比例,延长果实保鲜期。其核心原理是对果实的呼吸变化、表观生理生化指标变化、产生的代谢物变化等进行实时监测,以及时调整气体浓度。目前,动态气调贮藏技术主要包括动态控制气调-叶绿素荧光(DCA-CF)、动态控制气调-呼吸商(DCA-RQ)、动态控制气调-乙醇(DCA-ET)、动态控制气调-CO2产量(DCA- CO2 production,DCA-CD)和脉冲控制气调保鲜技术(pulsed controlled atmosphere,pCA)[12]。其中,目前研究较多的是动态控制气调-叶绿素荧光技术。
4.1 DCA-CF技术
DCA-CF技术是指在气调贮藏期间,通过实时监测苹果果皮在气调环境下的叶绿素荧光响应,及时调整库内气体浓度的一项技术。通常,当苹果感受到低氧胁迫时,其代谢活动受到影响,特别是苹果光合效率下降,果皮叶绿素荧光信号显著增强,表明果实可能接近低氧生理极限[9]。一般认为荧光参数F0(基础荧光)是检测果实低氧胁迫的最敏感参数,在低氧胁迫下,苹果的F0急剧升高,而Fv/Fm(PSⅡ最大光化学量子产量)则降低。正常苹果的Fv/Fm约为0.7～0.8,若低于0.65则提示受到低氧胁迫,需提高O2浓度[22]。SCHLIE等[25]通过FluorCam荧光成像系统对低氧胁迫条件下的苹果进行测定,发现在2 ℃和18 ℃条件下,荧光信号F0和Fv/Fm均能感受超低氧胁迫(图1),与18 ℃相比,2 ℃贮藏时苹果的F0和Fm(最大荧光)的波动和荧光信号更为明显,能更灵敏地反映果实遭受低氧胁迫的程度,并且,低温环境会减缓Fv/Fm的下降速度,为优化贮藏条件争取了更长的时间。因此,通过实施监测叶绿素荧光参数的变化,操作者可以及时调整贮藏环境的气体成分,确保长期气调贮藏条件下果实不出现低氧伤害。
a-20.9 kPa O2;b-0.5～1 kPa O2;c-<0.02 kPa O2
图1 低氧胁迫条件下‘Elstar’苹果叶绿素荧光成像图[25]
Fig.1 Chlorophyll fluorescence imaging of ‘Elstar’ apple under low oxygen stress[25]
研究也表明,与传统气调或超低氧气调相比,富士、澳洲青苹和嘎啦苹果在DCA-CF条件下的贮藏品质更佳[9,26-27]。此外,DCA-CF的贮藏效果也受苹果品种和果实成熟度影响,研究发现DCA-CF无法完全控制“Cortland”苹果的生理失调和品质下降,可能与其品种及果皮特征有关[28]。此外,苹果果皮中的叶绿素含量会随着果实成熟而降解,不同品种、不同部位叶绿素含量也存在差异,这可能都影响DCA-CF的效果。
4.2 DCA-RQ技术
RQ是指果实呼吸过程中产生的CO2与消耗的O2的比值,反映了果实的呼吸代谢强度,是动态气调贮藏的又一重要参数[10]。DCA-RQ指通过实时监测苹果果实气调贮藏过程中的呼吸商变化,及时动态调整库内O2浓度,以最大限度地降低贮藏损失,延长保鲜期[29]。研究表明,当苹果受到低氧胁迫时,呼吸商会显著增加。目前,在DCA-RQ贮藏中常用的传感器有SafePod和Dynamic Control Respiration(DCR),可灵敏监测苹果呼吸商的变化情况[30-31]。比较来看,“嘎啦”和“Cripps Pink”苹果在呼吸商为1.3条件下的贮藏品质高于传统气调贮藏[11,29]。而富士苹果对O2浓度更为敏感,在呼吸商1.5条件下的贮藏效果最佳[32-33]。此外,贮藏温度、果实成熟度、RQ调整频率等因素都会影响DCA-RQ的贮藏保鲜效果。特别是温度对呼吸商的影响最大,研究发现“嘎啦”苹果在1 ℃条件下的DCA-RQ贮藏品质优于在0.5 ℃下的DCA-RQ贮藏[34],并且,每周调整RQ值1～2次为最佳频率,否则会引起果实无氧呼吸代谢,造成异味的产生[35]。
4.3 DCA-ET技术
低氧条件下,会导致果实无氧呼吸,积累乙醇,因此,乙醇浓度的变化可反映果实的生理状态和贮藏条件的适宜性[8]。DCA-ET技术指通过气体传感器阵列和激光光谱等先进技术,实时监测苹果在贮藏过程中产生的乙醇量,从而判断果实的无氧呼吸强度并及时优化贮藏环境中的气体成分,延长苹果的保鲜期。研究表明,与传统气调(1.2% O2和2.5% CO2)相比,DCA-ET技术不仅减少了“Elstar”和“乔纳金”苹果果皮斑点的形成,而且保持了果实的色泽和硬度,在180 d的贮藏期间乙醇的变化范围为0.1～0.78 μL/L,其变化与O2浓度呈相反趋势[36]。但是传感器类型、灵敏度对乙醇的检测具有显著影响,温度、湿度等环境条件也可能导致传感器的检测误差。此外,苹果品种、成熟度及贮藏条件也可能导致果实乙醇的含量变化,从而影响检测结果的稳定性。
4.4 DCA-CD技术
DCA-CD通过红外二氧化碳分析仪、传感器系统等监测苹果的CO2产量来确定低氧临界值,从而实现更精确的检测[11]。与传统气调相比,DCA-CD能够有效维持“Braeburn”苹果、金冠和蛇果的品质,同时使“Starking Franks”和金冠苹果的腐烂损失分别减少3%～5%和3%～4%[37-38]。此外,DCA-CD还能提高“Shalimar”苹果挥发性化合物的浓度,改善苹果的风味[39],并允许在2.5 ℃条件下贮藏,节能效果显著。然而,品种差异、监测设备灵敏度可能会影响CO2产量的检测结果。例如,富士苹果和金冠苹果对CO2和O2的反应不同,这可能会影响CO2的产量,从而导致结果的不准确[12]。此外,红外气体传感器和电化学气体传感器的选择也会影响监测的灵敏度和精度。
4.5 pCA
pCA是一种半动态控制气调模式,通过间隙性地重置和校准贮藏环境中的气体比例,有效避免传统气调长期贮藏过程中的低O2和高CO2伤害,相比动态气调贮藏更节约成本、降低能耗。此外,pCA技术的实施也更加简便,适合中小型冷库灵活应用。研究表明,在富士苹果的贮藏中,固定O2浓度在2%～3%,采用每7 d精准调整1次CO2浓度的脉冲气调贮藏,可有效减轻富士苹果水心病的发生,以1%CO2处理效果最好,但需注意CO2浓度不宜超过5%,否则可能产生负面影响[40]。但目前,对这方面的研究还比较少。
5 气调贮藏新技术对苹果果实品质的影响
5.1 对苹果糖酸含量的影响
糖酸含量是苹果最重要的品质指标,其中,可溶性固形物含量(soluble solids content,SSC)、总酸(total acid,TA)或可滴定酸含量的高低决定了苹果的甜度和酸度,也是影响苹果风味的重要因素[38]。许多研究表明,相比于低温冷藏,2% O2+3% CO2的气调贮藏能够较好地维持富士、“Sampion”苹果的可溶性固形物、可滴定酸以及维生素C含量[12]。在超低氧气调和动态气调条件下,苹果的糖、酸含量可以更好地得以维持,尤其是在“Dana”、“Bartlett”、蛇果、嘎啦和“Cortland”等品种中表现更为明显[28,41]。例如,“Pinova”苹果经传统气调贮藏后总酸为4.9 mEq/100 mL,而经DCA-CD后可达到6.1 mEq/100 mL,提高了25%[38]。
5.2 对苹果质地的影响
苹果的质地如硬度、脆度、咀嚼性等是衡量其品质的重要指标,不仅影响消费者的口感,还与贮藏品质和保鲜期密切相关[4]。相较于低温冷藏,气调贮藏(2%～4%O2,3%～5%CO2)能够抑制嘎啦、金冠、“Sampion”苹果的果胶半乳糖苷酶活性,提高果实的硬度[32,42-43]。将O2进一步降低至1.0%～1.5%进行超低氧贮藏,可更有效抑制果实软化,维持较好的质地品质和感官品质。最近研究表明,在富士、澳洲青萍、“Braeburn”、“Galaxy”及乔纳金苹果中,DCA贮藏的苹果果实硬度优于传统气调,且同时提高了苹果对真菌感染的耐受性[32,37]。与0.7% O2的超低氧气调相比,DCA也维持了更高的果实硬度和较低的乙烯产生量,可能主要由于DCA贮藏抑制了细胞壁降解相关酶的活性,减轻了果实软化所致[44]。
5.3 对苹果挥发性香气成分的影响
苹果的香气主要由酯类、醛类、醇类和萜烯类等挥发性化合物决定,这些物质通过复杂的生物合成途径产生,并在成熟过程中逐渐积累,赋予苹果独特的香气特征。其中,酯类是苹果香气的重要贡献者,其种类和含量因品种和成熟阶段而异[45]。相比低温冷藏,传统气调通过抑制呼吸作用与乙烯生成,延缓了苹果成熟和香气流失,有效减少酯类(如乙酸乙酯、乙酸丁酯)的降解[46]。超低氧气调进一步抑制了呼吸代谢,可能导致醛类(如乙醛、己醛)或醇类含量升高,如乙醛、(E)-2-己烯醛在传统气调中生成量较少,但在超低氧气调下醛类积累量明显增加,引发风味品质的变化[46]。此外,支链酯(如2-甲基乙酸丁酯)的合成不受低氧影响,而直链酯(如乙酸乙酯、丁酸丁酯)因脂肪酸代谢受限而显著减少[47]。动态气调通过实时监测果实状态,能够避免长期低氧的负面影响。研究表明,DCA-RQ1.5和DCA-RQ2.0能够显著提高“Galaxy”、富士苹果总酯含量(乙酸己酯、丁酸丁酯和乙酸己脂),增强果香特征风味的形成[32]。而DCA-CF能够抑制富士、嘎啦苹果在贮藏期内酯类化合物的释放[9,27],DCA气调结合1-MCP处理也能够提高乙酸丙酯、乙酸丁酯、乙酸己脂等关键香气物质的含量[38]。此外,DCA还能维持支链酯(如2-甲基乙酸丁酯)和直链酯的平衡,减少醛类的不利积累,从而优化香气的组成。
5.4 对苹果生理病害的影响
在苹果贮藏过程中,若贮藏环境不适宜,可能导致多种生理病害的发生,包括虎皮病、苦痘病、果皮或果肉褐变、水心病等。传统气调贮藏通过控制O2和CO2含量,抑制呼吸作用和乙烯合成,能够有效防治因乙醛积累导致的虎皮病[11,48]。超低氧气调进一步抑制呼吸代谢,延缓了钙流失和氮钙比例失调,从而降低苦痘病和水心病的发生[49]。相比之下,DCA更加灵活,能够根据果实的生理状态动态调整气体参数,可以更好地预防虎皮病、苦痘病、水心病的发生[50]。比如在虎皮病的控制方面,传统控制气调条件下,“Cortland”苹果虎皮病的发生率为85%,而DCA-CF条件下发生率仅为35%[28]。在澳洲青苹和“Nicoter”苹果中,DCA-RQ比DCA-CF能更有效控制果实表面气体伤害的发生[51]。但目前,对于动态气调调控果实生理病害的机制还不清晰,需要深入开展研究。
5.5 对苹果微生物病害的影响
在苹果贮藏过程中,微生物病害主要由真菌引起,包括青霉病、绿霉病和炭疽病等[52]。与传统的低温冷藏相比,传统气调贮藏通过调节低温和低氧环境,有效减少了病虫害的发生,降低了果实腐烂率,结合1-MCP或氨基乙氧基乙烯甘氨酸效果更佳[19,53]。超低氧气调进一步降低了O2含量,更有效地抑制微生物的生长。而动态气调贮藏技术能够更好地限制微生物的作用,研究表明,DCA处理能够抑制澳洲青萍、嘎啦、金冠等苹果的腐烂率,并将贮藏期延长至10个月,DCA-RQ能够抑制富士苹果贮藏过程中棒曲霉素的产生[54],DCA技术的应用不仅提高了保鲜效果,还减少了化学药剂的使用,符合绿色环保的贮藏要求。
5.6 对苹果贮藏期和货架期的影响
传统控制气调贮藏技术通过调节环境气体成分,有效延长了苹果的贮藏期。与传统冷藏相比,气调贮藏能够将苹果的贮藏期延长约2倍,而超低氧气调可以比传统气调延长3个月以上的贮藏期[10]。此外,相较于传统CA贮藏,DCA-CF(1.2 kPa CO2)可将“Galaxy”苹果的货架期从14 d延长至21 d[27]。而结合DCA-RQ1.3技术,可使嘎啦苹果的货架期从7 d延长至14 d,同时提高了果实的货架品质[20]。此外,DCA除了能够提高果实的货架期以外,还能够允许某些果实在2～3 ℃条件下贮藏,从而降低制冷能耗[39]。气调贮藏对苹果采后品质的影响见表2。
表2 不同气调贮藏对苹果采后品质的影响
Table 2 Effect of different controlled atmosphere storage on postharvest quality of apples
气调技术分类品种及处理方式推荐气调参数贮藏条件对采后品质的影响参考文献传统气调“富士”,CA3 kPa CO2,2 kPa O2(1±0.5)℃贮藏5个月硬度、TA、磷脂酶D、抗氧化能力↑;丙二醛(malondial-dehyde,MDA)、ATP、细胞色素氧化酶、O2-、H2O2↓[9]“蛇果”,CA3 kPa O2,1 kPa CO22 ℃贮藏5个月果肉总酚、总羟基肉桂酸、黄烷-3-醇总单体、总低聚黄烷-3-醇等含量↑;维生素C、果皮总酚、抗氧化能力↓[42]“Galaxy”,CA1.0 kPa O2,2.5 kPa CO21 ℃贮藏7个月+7 d货架期硬度、TA↑;乙烯产量、呼吸速率、酰基辅酶A氧化酶(acyl-coenzyme A oxidase, ACO)酶活性↓[43]“Cripps Pink”,CA0.8 kPa O2,<0.5 kPa CO2(1.5±0.2)℃贮藏8个月硬度、过氧化氢酶、脂氧合酶、总酚含量↑;多聚半乳糖醛酸酶、H2O2含量、乙烯产量、乙酸丁酯、2-甲基乙酸丁酯、乙酸己脂等含量↓[4]超低氧气调“嘎啦”,ULO0.4 kPa O2,1.2 kPa CO22 ℃贮藏9个月硬度、乙酸丁酯、2-甲基乙酸丁酯和乙酸己酯等酯含量↑;呼吸速率、相对电导率、ACO酶活性、果肉分解率↓[27]“嘎啦”,ULO0.5 kPa O2,1.2 kPa CO20.5 ℃贮藏8个月+7 d货架期(E)2-己烯醛和苯甲醛的含量↑;1-己醇、乙酸丁酯、乙酸己酯、2-乙酸己烯酯等含量↓[8]“嘎啦”ULO0.5 kPa O2,1.2 kPa CO20.5 ℃贮藏8个月硬度、己醛和2(E)-己烯醛↑;呼吸速率、乙烯含量、粉质率、乙酸丁酯、2-甲基乙酸丁酯和乙酸己酯等酯含量↓[45]“Scarlet Spur”,ULO1 kPa O2,3 kPa CO20 ℃贮藏10个月+7 d货架期硬度、TA、SSC、色泽↑;呼吸速率、乙烯含量↓[26]“Galaxy”,ULO0.4 kPa O2,1.2 kPa CO21.0 ℃贮藏9个月+7 d货架期硬度、乙醇含量↑;乙烯含量、ACC氧化酶活性、腐烂率、粉质率↓[10]脉冲控制气调“富士”,pCA2～3 kPa O2,1 kPa CO2(0±0.1) ℃贮藏3个月硬度、细胞骨架完整性、果肉亮度↑;MDA、苯丙氨酸解氨酶、多酚氧化酶活性、膜脂过氧化程度↓[40]“富士”,pCA2.5 kPa CO2,2.5 kPa O2(0±0.1) ℃贮藏4个月硬度、细胞骨架完整性↑;苯丙氨酸解氨酶、多酚氧化酶活性、果肉褐变程度、膜脂过氧化程度↓[50]DCA-CF“嘎啦”,DCA-CF1.2 kPa CO21.0 ℃贮藏9个月+7 d货架期硬度、乙醇含量↑;乙烯含量、ACC氧化酶活性、腐烂率、粉质率↓[10]“嘎啦”,DCA-CF0.08～0.4 kPa O2,1.2 kPa CO2(1±0.1) ℃贮藏9个月+7 d货架期硬度、TA↑;腐烂率和粉质率、呼吸速率、厌氧代谢产物(乙醇、乙醛、乙酸乙酯)↓[15]“Scarlet Spur”,DCA-CF0.5 kPa O2,1 kPa CO20 ℃贮藏10个月+7 d货架期硬度、TA、SSC、色泽↑;呼吸速率、乙烯含量↓[26]“嘎啦”,DCA-CF1.2 kPa CO2(1.5±0.1) ℃贮藏9个月硬度↑;ACC氧化酶活性、呼吸速率、乙烯含量、粉质率、2-甲基乙酸丁酯、乙酸己酯和乙酸丁酯含量↓[41]DCA-RQ“Cripps Pink”,DCA-RQ1.30.6 kPa O2,0.5 kPa CO2(1.5±0.1) ℃贮藏8个月硬度、挥发性酯类化合物、改善了香气↑;乙烯含量、果肉分解率、腐烂率↓[11]“富士”,DCA-RQ1.50.53 kPa O2,0.8 kPa CO2(-0.5±0.1) ℃贮藏9个月硬度、2-甲基丁酸乙酯、丁酸乙酯和己酸乙酯含量↑;呼吸速率、ACC氧化酶活性、腐烂率↓[32]“Galaxy”,DCA-RQ1.50.8 kPa O2,1.2 kPa CO21 ℃贮藏9个月+7 d货架期硬度、挥发性酯类化合物↑;呼吸速率、乙烯含量、腐烂率、生理失调率、ACC氧化酶活性↓[33]“澳洲青苹”,DCA-RQ1.50.30 kPa O2 1.2 kPa CO21.5 ℃贮藏9个月+7 d货架期α-法尼烯、6-甲基-5-庚烯-2-酮、6-甲基-5-庚烯-2-醇、乙醇↑;腐烂率↓[51]DCA-ET“Elstar”,DCA-ETCO2<1 kPa1 ℃贮藏6个月硬度、色泽↑;乙醇、腐烂率↓[36]
续表2
气调技术分类品种及处理方式推荐气调参数贮藏条件对采后品质的影响参考文献DCA-CD“Braeburn”,DCA-CD0.3～0.4 kPa O2,0.7～0.8 kPa CO21 ℃贮藏8个月+7 d货架期硬度、乙醛和乙酸乙酯含量↑;乙烯产量、呼吸速率、腐烂率、内部褐变发生率、2-甲基丁酸甲酯、2-甲基丙酸乙酯和2-甲基丁酸乙酯↓[37]“乔纳金”,DCA-CD1.2 kPa CO21 ℃贮藏8个月+7 d货架期硬度、TA、果色、山梨醇含量、细胞膜完整性、香气↑;乙烯含量、呼吸速率↓[38]“Shalimar”,DCA-CD0.3～0.6 kPa O2,0.6 kPa CO22.5 ℃变温贮藏7个月+7 d货架期硬度、TA、果实绿色、香气挥发性化合物↑;呼吸速率、乙烯产量↓[39]“桑塔纳”,DCA-CD2～3 kPa O2,4 kPa CO21 ℃贮藏6个月厌氧代谢水平安全地、硬度、TA和果色↑;内部褐变率、腐烂率、乙烯含量和呼吸速率↓[12]
注：↑表示增加,↓表示减少。
6 气调贮藏保鲜面临的问题
1)气调贮藏保鲜对温度、湿度、O2和CO2浓度等参数的控制要求极高,所需建库成本、气调设备及维护成本较高,影响了气调库的推广应用。目前还存在配气精度不够、气体稳定性差、检测不精准等方面的问题,需要进一步开发低成本、高安全性、环保节能、快速降氧的气调装备。
2)对气调贮藏过程中温气联控的技术和机理研究欠缺,因为任何细微的温度波动都可能导致气调贮藏的不稳定,进而影响苹果贮藏寿命。深入研究温度、气体、湿度等的交互作用及保鲜效果,也是未来需要关注的方面。
3)缺乏苹果新品种的气调参数,不同品种的苹果对气体成分的要求不同,新品种是否适用于原来的气调参数都需要进一步考证,特别是各类品种对低氧气调和动态气调的适用性及保鲜效果都需要深入研究。
4)气调贮藏虽然可以抑制苹果的衰老过程,但并不能完全防止生理病害和微生物病害的发生,即使在动态气调条件下,低O2、高CO2气体伤害的风险依然存在,需要采取额外的处理措施。
5)气调库管理人员缺乏,专业素质普遍不高,导致气调贮藏管理不够规范或是无法应对突发情况。与发达国家相比,未形成完整的产业体系,无法实现贮藏、流通、销售各环节全程跟踪。
7 气调贮藏保鲜未来发展趋势
随着社会的发展,消费者对苹果安全、营养和口感等方面都提出了更高要求,完善气调保鲜技术和装备,满足人们对高品质苹果的需要成为未来的发展方向。未来,可以从以下几个方面开展研究。
1)借鉴国外先进气调技术并结合我国国情,优化制氮机效率、降低分子筛的成本,开发低能耗降氧设备。针对配气和检测精度不精准的问题,研发智能化气体传感器与自适应调节系统,引入人工智能,实现气体成分的实时监测与精准控制。
2)对果实气调贮藏过程中的温湿气进行系统分析研究,利用大数据信息技术,开发适用于不同温湿度条件的组合动态气调技术方案。基于果实成分分析,建立苹果各类品种的气调参数数据库,根据数据库制定差异化气调保鲜方案。
3)提升从业人员素质,提高产业链条的完整度,以“精准化、低成本、品种适配、管理科学”为核心,构建从科研到产业应用的完整体系,最终实现苹果气调贮藏品质与经济效益的双重提升,助力乡村振兴。
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