一种静电场结合溶液浸泡实现气调果菜长效保鲜的方法

1.本发明属于果蔬保鲜技术领域，具体涉及一种静电场结合溶液浸泡实现气调果菜长效保鲜的方法。


背景技术：

2.蔬菜拥有人体必需的矿质营养、抗氧化活性物和膳食纤维，故经常食用能够预防多种饮食结构不合理导致的人体疾病如高血脂、动脉硬化等，其中果菜更是由于富含维生素、糖而深受人们喜爱。然而其中一些蔬菜例如番茄，储藏时呼吸作用旺盛、果皮软薄易腐烂，不耐储藏；茄子经机械损伤后易褐变，储藏过程中容易霉变。且储藏条件不当时很容易发生冷害造成内部组织腐烂。考虑到人们对反季果菜的需求以及远航舰队船员长时间在海上对必需营养的需求，采用高效节能的保鲜操作来尽可能延长果菜的货架期是很有必要的。
3.高压静电场是能够产生生物效应的新兴保鲜处理技术，绿色无残留，能够对水结构、蛋白质结构产生影响，从而实现对果蔬内各种酶活性调控。有研究推测外加电场会使生物膜电位差发生变化，从而产生生物电流、抑制atp的生成，延缓细胞的新陈代谢；同时一定强度的高压静电会因为尖端放电而产生臭氧，杀灭果蔬表面附着的微生物，并对分解乙烯、乙醇等挥发性物质有效。
4.气调库保鲜技术是一种通过人为调节食品储藏环境的气体成分及温度来干预果菜生命活动的传统保鲜方式。气调库具有设施先进、机械化程度高、储存容量大等优点，在维持果蔬正常生理代谢的前提下，精准调控储存环境的温度、湿度和气体氛围，最大限制果蔬的新陈代谢速率以减缓衰老进程，并防控微生物的增长。尽管气调技术已问世多年，但仍有研究证实了不恰当的气体比例会造成呼吸链有关酶的代谢紊乱，使果蔬抗氧化活性下降从而造成有害自由基的积累，反而加速衰老。常见的气调库采用快速降氧法，将大气抽出并充氮气置换，待氧气浓度达到5％附近时通过果蔬呼吸作用来降氧并产生二氧化碳，以达到抑制果蔬呼吸的目的。但是气调库空间较大，二氧化碳浓度控制不当很容易使果蔬产生异味或腐烂，故仅靠气调库储藏难以较长时间维持采后蔬菜的商业价值。与其他处理联用是目前延长果蔬保质期的新兴趋势。
5.天然保鲜剂因低毒、安全、抗菌活性好等优点，这些年被广泛应用于生鲜食品的保鲜,也被消费者所接受。乳酸链球菌素(nisin)是由乳酸链球菌产生的一种多肽物质,能够引起许多革兰氏阳性细菌营养细胞损伤,造成细胞内物质渗出甚至细胞溶解,达到抑菌效果。曲酸具有广泛的生物活性，是一种天然抗褐变剂，对多酚氧化酶的催化活性有强烈抑制能力。许多学者研究了曲酸对马铃薯片、莲藕片、西兰花、菠萝蜜等蔬果抗褐变作用，研究表明各种曲酸制剂都在一定程度上抑制上述各种蔬果的褐变，可以分别延长它们的保鲜期和保色期。气调包装常与1-甲基环丙烯等处理联合使用，相互弥补各自保鲜过程中的缺陷。但目前，高压静电场处理结合复配溶液浸泡辅助气调对果蔬进行保鲜还未见报道。
6.何建军等(2020)年公开了“一种气调包装结合静电场杀菌保鲜果蔬的方法”(公开
号：cn 111513130a)，该方法将在冷库中预冷5-18小时的新鲜果蔬进行气调包装，后通过高压脉冲静电发生器进行灭菌。该方法的灭菌能力、保鲜能力和防雾性能都较优，但是脉冲电场常用于液体的杀菌，其杀菌率与电场强度成正比，脉冲强度普遍过高，会使蔬菜叶片萎蔫焦化，对于果蔬而言恰当适中的电场强度范围并不易判定。并且该方法只体现了抑菌方面，未将营养组分、抗氧化性能、感官评价等综合因素呈现出来，对蔬菜货架期延长的结论并不完全令人信服。本方法选用高压静电场而非脉冲电场处理，能够防止强度过大造成叶片的萎蔫，且高压静电场除了灭菌外、对呼吸速率也有很好地调控作用，能够保证货架期的延长；选用气调库而非气调包装能够更加精确地调控气体比例，快速降氧至合适浓度以调控果蔬的呼吸速率，而氢气和氦气的充入能够调控气孔开度，防止蒸腾作用加剧。
7.王愈等(公开号：cn 103931757 a)公开了一种提高柑橘储藏保鲜效果的方法，用5％氯化钙水溶液预浸泡后的柑橘被置于平行金属电极板中接受连续高压静电场处理。在储藏60天中柑橘的失重率大大下降，过氧化物酶和果胶酶的活性都有所下降。但该方法只在实验初期进行一次性电场处理，即连续处理2～3天，每次100～120分钟。电场拥有滞后性和阈值性，因此只处理一次对果蔬的保鲜效果仅能维持一段时间，并不能达到长效保鲜的目的。氯化钙水溶液短时间处理并没有很好的杀菌和预防果菜褐变的效果。本方法每五天对蔬菜进行电场处理一次，对酶结构的影响和微生物的杀灭作用都更持久；而复配溶液浸泡加大了对果菜颜色的保护力度，并有更好的杀灭腐败菌的效力。
8.伍丹等公开了“一种鲜切桔橙类水果延长货架期的预处理协同气调的方法”(公开号：cn 111357809 a)中将鲜切橙子加压氩气处理后用复合纳米氧化锌涂膜，再进行气调储藏。好氧菌和酵母的生长都被有效抑制，但抗坏血酸损失量并不低；鲜切果蔬呼吸速率因受到外界损伤往往会极大提高，而该专利并没有表现出呼吸速率的抑制情况，储藏时间只被最多延长了7天。本方法极有利地降低了果菜的呼吸速率，将货架期延长了至少40天。
9.王新兴等(公开号：cn 113598225 a)公开了无花果的保鲜方法。该方法将无花果置于一定浓度的臭氧中杀菌1～2小时后预冷22～24小时，气体置换充入氧气、二氧化碳和氮气，再放在高压静电场中保鲜。1200v～1900v的电压并不十分高，以至于无法自主尖端放电产生臭氧，该方法在最初需要额外引入臭氧杀菌。本方法选用电场强度范围80～120kv/cm，上极板均匀分布芒刺，能够自主使氧气分解聚合为臭氧；而每五天一次电场处理既能够使作用效果最优化，又减少了电场每日运行的成本，在最高效益下达到环保节能；本方法除了二氧化碳、氧气和氮气，还充入了少量氢气与氦气的混合气体，能有效关闭气孔、对果蔬有更好的抗氧化和抗衰老效果。
10.方海田等人公开了“一种利用低压静电场、低温保鲜长枣的方法”(公开号：cn 110915899a)，新鲜采摘的长枣用pe袋包装后置于低温低压静电场中保鲜，场强为100～300mv/m。低压静电场无法自主产生臭氧故对果蔬的杀菌效果并不明显，且对电子传递链的影响效果不如高压静电场处理。本方法经预实验确定场强范围为80～120kv/cm，对延缓生物体内氧化还原反应有较佳的效果。
11.曹丽萍等人公开了“一种利用曲酸保鲜红菇的方法”(cn 107646966a)，将椰壳发酵得来的曲酸与亮氨酸混合，能够很好地抑制红菇褐变与失重率。但是溶液浸泡处理并不能对果蔬的呼吸速率产生影响，且没有评估微生物数量变化。本方法将气调、高压静电场处理与溶液浸泡结合，能够有效调控蔬菜的呼吸速率，并通过对气孔的影响减少蒸腾作用，更
大程度减少失重、维持质构，延长蔬菜的货架期。


技术实现要素：

12.本发明的目的是提供一种静电场结合溶液浸泡实现气调果菜长效保鲜的方法。本发明通过静电场间歇处理与复配溶液浸泡联合气调库来减少储藏过程中果蔬异味的产生及肉质的软化，维持果菜表面色泽，对气孔开度产生影响从而减少失水和蒸腾作用，维持表面光滑和肉质紧实，减少颜色变化和菌落生长，延长蔬菜货架期和维持营养素；能够通过改变铁离子价态来影响电子传递链从而减缓果蔬代谢进程，提高抗氧化能力；影响蛋白质结构和水的构象，叠加酶活的抑制效应；产生臭氧，改变微生物膜通透性，延长储存期。
13.本发明的技术方案：
14.一种静电场结合溶液浸泡实现气调果菜长效保鲜的方法，其步骤为：
15.(1)果菜分选、清洗：对果菜进行分选，挑选出大小均一、颜色均匀、硬度脆度适中、无软蔫、肉质不松软、不单薄，表面光滑、无机械损伤的新鲜果菜；将分选后的果菜表面覆冰层予以充分预冷，用无菌水清洗后在室温沥干；
16.(2)复配溶液的制备：将0.05g/l的曲酸溶液与0.03％的nisin溶液混合；
17.(3)果菜浸泡：将步骤(1)处理后的果菜浸泡于步骤(2)配制好的复配溶液中取出并晾干；
18.(4)气调处理：将步骤(3)浸泡处理后的果菜放置于带有高压静电场设备的气调库中，库中充入预设比例的o2、co2、h2、he和n2，环境温度为4
±
1℃；
19.(5)施加高压静电场：将果菜置于高压静电场设备的极板下的置物架上，平铺无重叠，开启高压静电场设备，输出范围为0～100kv、0～300μa。
20.进一步地，步骤(3)中所述果菜在复配溶液中的浸泡时间为5～11分钟。
21.进一步地，步骤(4)所述气调库中初始预设气体体积比例分别为o2:5％～10％、co2:5％～10％、h2:7％～10％、he:3％～5％、n2:65％～80％。
22.进一步地，所述步骤(5)中高压静电场设备为磁电耦合恒温装置，置物架上方设置均匀布满芒刺的上极板，置物架与上极板的距离可调，最大可移动距离为10cm；下极板光滑，设置于置物架下方；所用场强的范围为80～120kv/cm，单次处理时间1～1.5小时，视场强不同而作对应时长调整；装置内部的温度可调控范围为-20℃～25℃。
23.进一步地，所述高压静电场处理频率为五天一次，一次处理1～1.5小时。
24.进一步地，所述的果菜为青椒、番茄、茄子等常规类果菜。
25.本发明的有益效果：
26.(1)与传统果菜的气调储藏相比，利用曲酸与nisin复配溶液浸泡果菜，能够起到很好地杀菌效果，抑制微生物生长，并抑制多酚氧化酶的活性，使气调储藏的果菜滋生微生物、褐变速率更缓慢。
27.(2)高压静电场处理使铁离子代谢紊乱从而使呼吸链电子传递受阻，直接影响果蔬的呼吸作用；外加能量引起了水与酶结合状态的变化，可能导致有些酶的失活；电场会使α-螺旋、β-折叠等的数量发生变化从而改变蛋白质结构，使酶活性发生改变；高压放电使氧气转变为臭氧，对乙烯、乙醇的清除和微生物细胞膜透性增加有效，能够一定程度杀灭微生物。电场处理具有阈值性和持久性，单次施加电场后效果能够保持一定时间不消失。经初步
试验确定最佳承受间隔时长，即能够在保证抑菌、灭酶效果的同时节省电力能源。
28.(3)在与气调联合时，高压静电场产生的臭氧和负离子有分解乙烯、抑制新陈代谢、延缓果蔬衰老的作用，并且能够氧化乙醇、甲醛、硫化物、苯系物等，减少气调库内异味的产生，最终分解产物为o2、h2o、co2，不会产生二次污染。电场处理能够产生负离子，从而影响气孔开度、缓解失重问题，减缓果蔬表皮皱缩。
29.(4)本方法中气调库充入的气体不仅仅采用传统的氧气、二氧化碳和氮气组合，另加入氢气和氦气的混合气体。氢气作为一种线粒体抗氧化剂，能够缓解果蔬的脂质过氧化损失、减少腐烂率、提高抗氧化酶的活性；而氦气被证明对微生物的抑制作用优于二氧化碳，而氦气与二氧化碳可能有协同作用，能够杀灭嗜冷菌和热死环丝菌，并对被储物的色泽有更好地维持作用。该方法弥补了二氧化碳无法抑制厌氧菌生长的缺点。
30.(4)复配溶液浸泡与气调、电场的低温协同作用既高效率杀菌、影响蛋白质结构从而改变酶活、提高抗氧化能力，保证叶绿素水平及细胞壁强度，又避免了包装内部异味的产生，灭活微生物。该方法弥补了单一气调处理容易形成的呼吸链反应异常、滋生微生物等缺点，弥补了单一生物试剂浸泡处理无法保证营养物质含量、调控呼吸速率的问题，并且对果胶酶、叶绿素降解酶、多酚氧化酶等酶活的抑制效果非常显著。
具体实施方式
31.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
32.通过单一电场连续性和间歇性处理对比，频率高于5天一次时抗菌效果没有太大差异，而处理间隔超过5天时菌落生长明显增加，即5天为电场处理的最高间隔期限。频繁或连续处理对细胞完整性有破坏，且不利于经济效益和绿色节能，由此确定了电场处理频次为5天一次，详见表1。
33.实施例1：高压静电场结合复配溶液浸泡实现气调青椒的长效保鲜
34.调控方法:(1)购买的青椒进行分选，挑选出大小均一、果菜通体绿色均匀、硬度脆度适中，肉质不松软、不单薄，表面光滑、无机械损伤的新鲜青椒；(2)采购后的青椒预冷，运送至实验室，用无菌水清洗后在室温沥干备用；(3)将整棵青椒浸入0.05g/l的曲酸与0.03％的nisin复配溶液中6分钟；(4)晾干后的青椒移入气调库中，水平放置于电极板下相互不重叠；(5)制氮降氧后向气调库内充入氢气和氦气；(6)每隔五天，青椒经高压电场处理1小时20分钟。处理过程中保持黑暗无光，环境为温度4
±
1℃，相对湿度90
±
4％rh；(7)每五天测量一次指标储藏。结果表明，5％o2 5％co2 7％h2 4％he 79％n2的气体比例结合100kv/cm电场处理协同复配溶液预浸泡，相较于对照组显著提高了青椒的叶绿素保留率(66.97％)和抗坏血酸保留率(45.66％)；呼吸速率下降了19.98％，菌落总数下降19.02％；失重在储藏全程未超过1.5％，硬度提升了40.60％，感官评价未低于5分；超氧化物歧化酶活性得到提升(19.63％)，多酚氧化酶活性被抑制(31.68％)；醇、醛、芳香族化合物响应值下降了36.80％，硝酸盐含量有所增加但显著低于未经处理的对照组样品。青椒皱缩失水不明显，表面较为光滑，气调库内并未产生令人不快的异味，储藏期延长至50天以上。不同处理方式的青椒储藏终点测试指标对比见表2和表3。
35.实施例2：高压静电场结合复配溶液浸泡实现气调番茄的长效保鲜
36.调控方法:(1)购买的番茄进行分选，挑选出大小均一、果菜颜色均匀、硬度适中，无软坑，肉质不松软、不单薄，表面光滑、无机械损伤的新鲜番茄；(2)采购后的番茄预冷，运送至实验室，用无菌水清洗后在室温沥干，用厨房纸擦净；(3)整个番茄浸入0.05g/l的曲酸与0.03％的nisin复配溶液中8分钟；(4)晾干后的番茄移入气调库中，水平放置于电极板下相互不重叠；(5)制氮降氧后向气调库内充入氢气和氦气；(6)每隔五天，番茄经高压电场处理1小时30分钟。处理过程中保持黑暗无光，环境为温度4
±
1℃，相对湿度90
±
4％rh；(7)每五天测量一次指标储藏。结果表明，8％o2 10％co2 8％h2 5％he 69％n2的气体比例结合120kv/cm电场处理协同浸泡8分钟复配溶液，相较于对照组显著提高了番茄的番茄红素保留率(18.27％)和抗坏血酸保留率(39.45％)；呼吸速率下降了19.50％，菌落总数下降51.12％；失重在储藏全程未超过2.0％，硬度提升了47.38％，感官评价未低于5分；超氧化物歧化酶活性得到提升(18.41％)，多酚氧化酶活性被抑制(33.06％)；醇、醛、芳香族化合物响应值下降了34.76％，硝酸盐含量有所增加但显著低于未经处理的对照组样品。番茄失水皱缩不显著，气调库内部未产生令人不快的异味，储藏期延长至50天以上。不同处理方式番茄储藏终点测试指标对比见表2和表3。
37.实施例3：高压静电场结合复配溶液浸泡实现气调茄子的长效保鲜
38.调控方法:(1)购买的青茄子进行分选，挑选出大小均一、颜色均匀、硬度适中，肉质不松软、不单薄，表面光滑、无机械损伤的新鲜茄子；(2)采购后的茄子预冷，运送至实验室，采购后用无菌水清洗后在室温沥干，用厨房纸擦净；(3)将整个茄子浸入0.05g/l的曲酸与0.03％的nisin复配溶液中10分钟；(4)晾干后的番茄移入气调库中，水平放置于电极板下相互不重叠；(5)制氮降氧后向气调库内充入氢气和氦气，保持气体配比为10％o2、5％co2、10％h2、4％he、71％n2；(6)每隔五天，番茄经高压电场处理1小时30分钟。处理过程中保持黑暗无光，环境为温度4
±
1℃，相对湿度90
±
4％rh；(7)每五天测量一次指标储藏。结果表明，10％o2 5％co2 10％h2 4％he 71％n2的气体比例结合85kv/cm电场处理协同溶液浸泡11分钟，相较于对照组显著提高了茄子的多酚保留率(33.65％)和抗坏血酸保留率(39.16％)；呼吸速率下降了21.18％，菌落总数下降51.07％；失重在储藏全程未超过2.0％，硬度提升了36.14％，感官评价未低于5分；超氧化物歧化酶活性得到提升(25.09％)，多酚氧化酶活性被抑制(30.57％)；醇、醛、芳香族化合物响应值下降了38.43％，硝酸盐含量有所增加但显著低于未经处理的对照组样品。气调库内并未产生令人不快的异味，储藏期延长至50天以上。不同处理方式茄子储藏终点测试指标对比见表2和表3。
39.表3中对照1、2、3为未做任何处理的青椒、番茄和茄子。
40.(1)电场间歇处理与连续处理的抑菌效果(log cfu/g)对比
41.表1不同电场处理对完整果菜抑菌效果对比
[0042] 青椒番茄茄子测试起点(0天)3.251.593.52连续处理(50天)5.765.886.12间歇处理1天一次(50天)5.795.916.18间歇处理3天一次(50天)5.875.896.49
间歇处理5天一次(50天)5.825.966.18间歇处理7天一次(50天)6.436.146.52间歇处理9天一次(50天)6.756.236.61
[0043]
(2)不同实施例(三种果菜)储藏0天测试指标对比，具体见表2：
[0044]
表2不同实施例(三种果菜)储藏起点测试指标对比
[0045][0046][0047]
(3)储藏时间为50天时进行性能测试，具体见表3：
[0048]
表3不同实施例(三种叶菜)储藏终点测试指标对比
[0049][0050]
(4)高压脉冲电场(一次性处理)与高压静电场(5天一次)对储藏50天果菜(青椒)品质及杀菌效力的对比，具体见表4：
[0051]
表4高压脉冲电场与高压静电场对储藏50天青椒品质及杀菌效力的对比
[0052]
储藏终点测试指标高压脉冲电场处理高压静电场处理丙二醛(nmol/g)30.6724.51菌落总数(logcfu/g)7.217.58保质期(d)2630
[0053]
尽管高压脉冲电场处理后青椒的菌落总数更低，但是与高压静电场处理的差异并不显著，且储藏期末的丙二醛含量，即象征着膜脂过氧化程度的指标更高。高压脉冲电场一次性处理果菜，会破坏细胞膜的完好程度，影响质膜的选择透过性，从而使得货架期变短。
[0054]
发明原理：高压静电场芒刺尖端放电使得气调包装中产生了臭氧成分，有效杀灭微生物，并由于强大的氧化能力分解醇、醛、苯系物、芳香类化合物从而减少包装内异味的产生，弥补了气调本身易水雾凝结从而滋生微生物、产生挥发性风味的缺陷；复配溶液预浸泡能够抑制菌群生长，抑制多酚氧化酶活性，调节气孔开度缓解失水情况；曲酸试剂能够有效降低长期储藏过程中植物硝酸盐含量的积累，降低致癌风险；气调库充入的气体加入氢
气和氦气的混合气体。氢气作为一种线粒体抗氧化剂，能够缓解果蔬的脂质过氧化损失、减少腐烂率、提高抗氧化酶的活性；而氦气被证明对微生物的抑制作用优于二氧化碳，而氦气与二氧化碳可能有协同作用，能够杀灭嗜冷菌和热死环丝菌，并对被储物的色泽有更好地维持作用，该方法弥补了二氧化碳无法抑制厌氧菌生长的缺点。