1、食品加工原理研究专题课程论文题 目： 冰温气调技术在果蔬贮藏中的应用 专 业： 农产品加工与贮藏工程 班 级：_ 食品硕士（1）班 学 号： 2011213012 姓 名： 黄瑞 2012 年 5 月 26 日目 录摘 要： 3关键词： 30 引言 41 冰温技术-41.1 冰温技术及其发展概况-41.2 冰温技术的机理-41.3 冰温技术的难点-52 气调贮藏技术-52.1 气调贮藏技术及其发展概况-52.2 气调贮藏技术的原理和方法-52.2.1 气调贮藏技术的原理-52.2.2 气调贮藏的方法 -62.3 气调贮藏技术的难点 -63 冰温气调技术-73.1 冰温结合气调贮藏的可行性-73
2、.2 冰温气调对果蔬品质的影响-73.2.1 对呼吸代谢的影响-83.2.2 对果蔬化学成分的影响-83.2.3 对果蔬质构的影响-83.2.4 对果蔬酶类的影响-93.3 冰温技术与不同气调方法的结合-93.3.1 冰温技术与不同气体变化方法的结合-93.3.2 冰温技术与不同包装保鲜膜的结合-94 结语-10摘要：本文主要介绍了冰温技术，气调贮藏的概念和发展概况，阐明了冰温气调结合的可行性及其在果蔬中应用。关键字：果蔬；冰温技术；气调贮藏；应用Abstract: This paper mainly introduces the concept of controlled freezing
3、point technology, modifiedatmosphere storage and the development situation, and expounds the gas adjustment on the feasibility of fruit and vegetable with in application.Key word: fruit and vegetable； controlled freezing point technology; modifiedatmosphere storage; application 0 引言我国是果蔬生产大国，据统计，200
4、9 年中国农业总产值为 30611.1 亿元，其中蔬菜、水果生产仅次于粮食作物，居种植业的第 2 和第 3 位，总产值分别为7400 亿元和 3100 亿元。由于果蔬的生长季节性强，鲜嫩易腐，在贮藏期间大量失水导致严重萎蔫、衰老黄化和腐烂等原因给贮藏带来极大的困难，致使我国果蔬采后损失达生产总量的 2030，每年可 800-1 000 亿元人民币 ，因此，研究高质量的果蔬贮藏保鲜技术迫在眉睫。果蔬贮藏保鲜技术有多种，包括冷藏保鲜、涂膜保鲜、气调贮藏、冰温贮藏等 2，其中气调贮藏、冰温贮藏被认为是目前使用效果最好、最先进的果蔬保鲜技术，为了能达到更好的保鲜效果，将冰温技术同气调贮藏相结合，以满足
5、人们对安全、绿色食品保鲜技术要求的日益提高。1 冰温技术1.1 冰温技术及其发展概况冰温是指零度以下、蔬菜冰点以上的温度区间，其温度介于冷藏和微冻之间，冰温保鲜和微冻保鲜被称为中间温度带保鲜。冰温保鲜技术与传统的低温贮藏保鲜技术相比的突出优势在于，它可以避免因冻结而导致的蛋白质变性和干耗等一系列质构劣化现象。冰温贮藏温度只比冷藏低5 ，其货架期却可比冷藏延长40100。冰温保鲜有以下机理：农产品贮藏在冰温时，为阻止体内冰晶的形成，动植物会从体内不断分泌大量的不冻液（主要成分是葡萄糖、氨基酸等）以降低冰点，此外生物细胞内会释放水溶性分子切断蛋白质，使蛋白质以氨基酸形式释放，或是分解淀粉变成糖分
6、1 。无论是细菌、霉菌、酵母菌等微生物引起的食品变质，还是由酶以及其他因素引起的变质，都是因温度而发生变化，如温度每下降10 ，酶的活性就会削弱3350。因此低温环境可以延缓食品劣变 2 。冰温技术的正式提出和研究起始于20世纪70年代的日本山根昭美博士，此后冰温保鲜技术被业内人士认为是继冷藏和气调之后的第三代保鲜技术。在日本，冰温保鲜技术已经覆盖冷藏链的全过程 1 ，在美国和韩国等一些发达国家发展也十分迅速。目前，国外对冰温保鲜技术的研究主要集中在保鲜食品的冷适应过程。近年来，我国对冰温保鲜技术也有了一定程度的研究，主要集中在肉类及水产品保鲜上，对果蔬保鲜的研究相对较少。随着冰温保鲜技术不断
7、进步和发展，出现了超冰温技术和冰膜贮藏技术等一系列飞跃 3。1.2 冰温技术的机理生物细胞中溶解了糖、酸、盐类、多糖、氨基酸、肽类、可溶性蛋白质等许多成分，冰点要低于纯水， 此为冰温贮藏的基础。而细胞中各种天然高分子物质及其复合物以空间网状结构存在， 使水分子的移动和接近受到一定阻碍而产生冻结回避 。所以，食品在 0与冻结点之间的狭小温度带内仍能保持细胞活性，且其呼吸代谢被抑制、衰老速冻也减慢。另外，相对于冷藏， 0以下的冰温能更有效地抑制有害微生物的生长。因此，冰温贮藏的机理包含两个方面的内容：（1）将食品的温度控制在冰温带内，以维持其细胞的活体状态；（2）当食品冰点较高时， 可以人为加入一
8、些有机或无机物质，使其冰点降低，扩大其冰温带。冰温保鲜技术即是在 0以下至组织结冰点以上这个温度范围内贮藏保鲜食品 5。1.3 冰温技术的难点冰温果蔬贮藏的难点主要集中在以下几个方面：1) 蔬菜种类繁多，并且不同果蔬的组织结构差异较大，在测定过程中需要进行大量的比较试验；2) 因果蔬冰温的变温范围很小，不易控制保鲜过程中温度的精确性、稳定性，易造成果蔬冻伤；3) 对包装种类的严密性要求较高，因为包装严密与否对冰温环境的空气湿度有影响，进而对果蔬冰温保鲜效果有直接影响；4) 设备投资较大。2 气调贮藏技术2.1 气调贮藏技术及其发展概况气调贮藏技术是一项应用于食品的仅通过对物理因素进行调节而实现
9、食品保鲜的新技术。指采用不同于大气组成的混合气体置换食品包装内原来的空气，并利用包装材料特有的透气性和阻气性，使果蔬始终处于较适宜的气体环境中，延缓变质和防止腐败发生，达到贮藏保鲜的目的 5 。1819 年，法国的 Berard最先发现，采摘后的水果在低 的环境中贮藏会延迟其成熟并通过该方法贮藏桃，梅、杏等果实可将其贮藏期延长至个月，可将苹果和梨果实的贮藏期延长至 3 个月。该实验是气调贮藏发展史上的重要一步，开创了人工调节水果贮藏环境气体成分的先河，对后来的气调贮藏的研究具有十分重要的借鉴意义。19 世纪后期的研究都只是停留在实验层面，并没有系统的研究贮藏期与不同温度、气体成分等之间的关系。
10、直到 20 世纪，气调贮藏才真正进入系统性研究6 。气调贮藏法于 1918 年由英国科学家 Kidd 和 West 创立,1928 年首次应用于苹果商业贮藏 7 ,之后在美国、日本、英国、法国、意大利等发达国家得到普遍推广,二战之后，气调贮藏开始进入大规模应用阶段。目前气调贮藏已成为工业发达国家果蔬保鲜的重要手段，世界上的气调库在果蔬贮藏中已占到1/3，如美国气调贮藏苹果占冷藏总数的 80%，英国的气调库容量达 22 万，意大利、法国等气调贮藏苹果达冷藏总数的 50%70%以上。我国有关气调贮藏的研究起步较晚，但据资料记载，早在唐代时，我国就有了气调保鲜的例子，即唐代北运鲜荔枝的方法，但当时并
11、没有深究其保鲜机理7 。我国的气调保鲜技术的研究和应用起步于 20 世纪 60 年代初。直至 1978年才建成我国第一座气调库，比美国晚了近 40 年，随后在广州、青岛、大连等地建立了机械气调库。1984 年大连市机电研究所研制成功了我国第一座现代化的 500t 气调冷藏库 8 。近年来, 随着经济实力的提高和社会对保鲜技术的巨大需求,气调贮藏得到了迅速的发展。2.2 气调贮藏技术的原理和方法2.2.1 气调贮藏技术的原理在一定的封闭体系内，通过各种调节方得到不同于正常大气组成或浓度（78.8氮气、20.96氧气、0.03二氧化碳）的调节气体，以此来抑制引起食品品质劣变的生理生化过程(新鲜果蔬
12、的呼吸和蒸发、食品成分的氧化或褐变)或抑制食品中微生物的生长繁殖，从而达到延长食品保鲜或保藏期的目的。根据气体调节原理，气调贮藏可分为CA（Controlled Atmosphere ，控制气体贮藏）和MA（Modified Atmosphere ，改良气体贮藏）。CA指在贮藏期间，气体的浓度一直控制在某一恒定的值或范围内，所采用的包装方式称为CAP；MA指用改良的气体建立气调系统，在以后贮藏期间不再调整，所采用的包装方式称为MAP。2.2.2 气调贮藏的方法 7目前常用的气调方法有四种：塑料薄膜帐气调、硅窗气调、催化燃烧降氧气调和充氮气降氧气调。1) 塑料薄膜帐气调法利用塑料薄膜对氧气和二氧
13、化碳有不同渗透性和对水透过率低的原理来抑制果蔬在贮藏过程中的呼吸作用和水蒸发作用的贮藏法。塑料薄膜一般选用0.2mm厚的无毒聚氯乙烯薄膜或0.0750.12mm厚的聚乙烯塑料薄膜。由于塑料薄膜对气体具有选择性渗透，可使袋内的气体成分自然地形成气调贮藏状态，从而推迟果蔬营养物质的消耗和延缓衰老。2) 硅窗气调法根据不同的果蔬及贮藏的温湿条件，选择面积不同的硅橡胶织物膜热合于用聚乙烯或聚氯乙烯制成的贮藏帐上，作为气体交换的窗口，简称硅窗。硅胶膜对氧气和二氧化碳有良好的透气性和适当的透气比，可以用来调节果蔬贮藏环境的气体成分，达到控制呼吸作用的目的。选用合适的硅窗面积制作的塑料帐，其气体成分可自动衡
14、定在氧气体积浓度为3%5%；二氧化碳体积浓度为3%-5%。3) 催化燃烧降氧气调法用催化燃烧降氧机以汽油、石油液化气等为燃料，与从贮藏环境中（库内）抽出的高氧气体混合进行催化燃烧反应。反应后无氧气体再返回气调库内，如此循环，直到把库内气体含氧量降到要求值。4) 充氮气降氧气调法从气调库内用真空泵抽除富氧的空气，然后充入氮气，这两个抽气、充分过程交替进行，以使库内氧气含量降到要求值，所用氮气的来源一般有两种：一种用液氮钢瓶充氮；另一种用碳分炎筛制氮机充氮，其中第二种方法一般用于大型的气调库。2.3 气调贮藏技术的难点 6虽然我国近年来大力发展气调贮藏技术，气调库得到越多的应用，但由于前些年中国市
15、场需求不旺，技术水平落后，CA 气调贮藏没有形成产业，并逐渐与国外拉开了差距。我国气调库的推广普及程度和果蔬的气调保鲜贮藏量与先进国家比，相差悬殊。我国果实采后的商业贮藏率仅占总产量的 10%，其中采用气调贮藏方式的甚至不足 1%。在意大利，90% 的水果要经贮藏和商业化处理，80%贮藏库为全自动气调库 8 。目前，主要存在的技术问题如下：1) 气调贮藏目前还只能用于部分果蔬产品，相当部分果蔬的采后生理还不清楚2) 在同一库体内的保鲜效果不均一3) 气调库的智能化控制水平还比较差4) 缺乏一个有效的模型来反映诸影响因素和果蔬品质之间的关系3 冰温气调技术3.1 冰温结合气调贮藏的可行性通过冰温
16、技术和气调贮藏两种方法的作用机理以及前人对此的研究，可以发现冰温气调贮藏是进行果蔬保鲜的有效途径。在果蔬冰温气调贮藏技术当中，温度影响着产品中所发生的生物化学变化和微生物变化，也影响着 CO2和 O2在组织内的溶解度和扩散速度。因此在气调贮藏时应结合低温保鲜，而冰温技术恰恰是一种理想的低温贮藏方式，两种方法的结合，将会产生协同作用，而使保鲜效果更好。3.2 冰温气调对果蔬品质的影响采收后的果蔬产品仍然是活着的有机体，还在进行着一系列的生命活动， 其中呼吸作用就是果蔬采后最主要的生命活动之一。一般地，随着温度的降低，周围贮藏环境气体的变化，果蔬呼吸作用减慢，营养成分损失减少，因此，冰温气调贮藏技
17、术可大大降低果蔬采后的呼吸强度， 有效抑制有害微生物的活动，从而延长其保鲜期。3.2.1 对呼吸代谢的影响随着温度地降低，冰温贮藏更显著地抑制了果实的呼吸速率和乙烯释放率， 延缓了果肉营养成分的损失。而气调也降低果蔬呼吸强度，推迟呼吸跃变的启动，延长呼吸跃变的历程，甚至不出现跃变上升。低 02抑制呼吸主要因为减少呼吸过程最后一些电子的氧化，抑制了电子传递链与氧化磷酸化相伴而生的ATP 的产生，从而降低了代谢活性。C0 2则主要影响糖酵解和羧酸循环中的酶。也有人认为 C02对呼吸的影响可能通过对乙烯的调节而产生 9。在郭丽 10等人对油豆角的研究中发现，冰温贮藏要比室温贮藏保质期延长 15 天左
18、右，同时小包装气调贮藏能够更有效地一直油豆角在贮藏过程中糖分和水分的消耗，可更大限度延长油豆角的贮藏时间。3.2.2对果蔬化学成分的影响在冰温条件下贮藏的果蔬，贮藏期内能更好地保存果蔬的营养及风味物质。降低 02提高 C02也能够减少有机酸的下降，其原因可能是由于有机酸可作为呼吸代谢的底物，而气调贮藏降低呼吸强度，因此有机酸的消耗减少；另外 C02固定的增加也是原因之一。冰温气调贮藏过程中，可溶性固形物含量、总酸含量还原糖、可溶性蛋白含量的变化相较单独的冰温贮藏和气调贮藏都要低，很好地保持了果蔬原有的营养和风味。赵猛 11等在研究冰温气调对红富士苹果贮藏效果的影响时发现，在果实贮藏8 个月时（
19、如表 1），与普通气调相比，冰温气调贮藏更有效地减缓了果肉硬度和 TSS 的下降速率，更好地保持了果实的新鲜品质与营养成分，而且，在冰温气调贮藏条件下，红富士苹果能够耐受更低的 O2浓度，对 CO2浓度变化的敏感度降低，延长了保鲜期。申江，齐含飞 12等通过 4 2 d 对草莓贮藏保鲜实验研究表明: 将冰温保鲜技术与气调保鲜技术有机的结合起来低于冰温储藏的草莓的腐烂率，能够更好的保持了草莓的品质, 有效延长草莓的保鲜期。并且随着时间的延长, 草莓的可溶性固形物、有机酸和 V c 含量下降较缓慢，氨基酸总含量、必需氨基酸, 非必需氨基酸都有显著的增加。表 1 普通气调与冰温气调贮藏比较试验结果（
20、贮期：8 个月）3.2.3 对果蔬质构的影响果蔬的质构一般与其水分含量、果胶物质形式和 MDA 含量有关。果蔬含水量高，则细胞膨压，果蔬硬度高，而保鲜过程细胞的失水会使细胞膨压下降，也会使保鲜过程中果蔬的抗压强度不断下降从而导致质构变差；贮藏初期果胶物质以原果胶形式存在，原果胶与细胞壁中的纤维素紧密结合，有利于维持果蔬的质构，随着保鲜过程的进行， 原果胶在果胶酶的作用下， 逐渐形成果胶和果胶酸，使组织软烂，失去食用价值和商品价值； MDA 能破坏维持正常代谢的内膜系统， 导致细胞透性增加，细胞代谢失调，膜结构及其功能被破坏， 果肉组织衰老 5。王志华 13在对丰水梨的研究中发现，丰水梨不宜裸果
21、冰温贮藏，裸果贮藏不利于保持果实的硬度，而且贮藏后期果心褐变较严重，当丰水梨在-1.0 C 采用0.02mm PE膜和0.04mm PVC膜气调包装并结合0.5L/L 1-MCP 处理后，在150 d 左右时能达到良好的防褐保鲜效果而且维持了果实较好的品质和风味（如表2）表2 MAP 结合1-MCP 处理对丰水梨果实硬度和果心褐变指数的影响3.2.4 对果蔬酶类的影响褐变是果蔬采后贮藏过程中的一个普遍现象， 褐变严重影响了果品的外观和食用价值。多酚氧化酶（PPO）和过氧化物酶（POD）是与褐变相关的重要酶类， 目前已经研究过的水果几乎都含有这两种酶，另外，花色素苷酶等酶类对某些果蔬外观有较大影
22、响。随着温度的降低，冰温贮藏能有效降低酶活， 抑制果蔬组织的褐变 5。气调可影响一系列酶系统，如有关有机酸、碳水化合物、脂肪酸或其它贮藏物物质代谢的酶类；调节果实成熟过程，水解细胞壁和促进衰老的酶类等。气调可抑制成熟酶的活性，油梨成熟期间纤维素酶、多聚半乳糖醛酸酶等的活性。高 C02和低 02对多酚氧化酶活性有抑制作用，因此抑制了组织的褐变。在许多果蔬和离体线粒体上均发现高 C02能抑制琥珀酸脱氢酶的活性，引起琥珀酸的积累。另外，长期气调贮藏也抑制与糖酵解和三羧酸循环有关的酶活性 9。当冰温结合气调时，在低温条件下不仅能够降低酶活而且能够抑制一些物质的生成，更好地达到了保鲜贮藏的效果。 张娜
23、14冰温气调贮藏结果验证了其对褐变和酶活的抑制。黄化和褐变是西兰花品质劣变的最明显标志，这与其组织内叶绿素和类胡萝卜素的含量变化密切相关。贮藏过程中西兰花叶绿素和类胡萝卜素含量呈下降趋势，有效抑制叶绿素 a、b 降解 ,抑制了褐变。3.3 冰温技术与不同气调方法的结合3.3.1 冰温技术与不同气体变化方法的结合王珊珊 15 等人研究了樱桃塑料箱式气调+ 冰温保鲜贮藏的效果。樱桃，果实色泽鲜美、质地柔软，具有较高的营养价值。但采收时值高温高湿季节，且采摘后品质和风味下降速度极快，易出现干耗、褐变、软化及真菌侵染所引起的腐烂，常温下仅能存放 3 5d。在此基础上，王珊珊在试验中，采用 3 种不同的
24、气调箱调气嘴，使箱内气体变化不同，并以普通冷库塑料箱式气调贮藏作为对照，比较不同贮藏条件下( 气体含量、冰温/冷藏) 甜樱桃外观品质、生理指标及贮藏环境气体的变化，研究了冰温塑料箱式气调贮藏对甜樱桃的保鲜效果。结果表明: 与普通冷库贮藏( 0. 3 0. 2) 相比，冰温塑料箱式气调贮藏( 0. 5 0. 5) 能显著减慢果实腐烂、果梗干枯及果肉褐变的速度; 抑制果内丙二醛含量的增加及可溶性固形物、可滴定酸和还原糖含量的减少，同时，1、2、3 号调气嘴之间( CO 2含量由高到低的顺序为 2 号气调箱1 号气调箱 3 号气调箱; 相反 O2含量由低到高的顺序为 2 号气调箱 1 号气调箱 3
25、号气调箱) 的横向比较，又以 2 号箱式气调处理效果最为显著，保鲜效果最好。推究原因，这可能与甜樱桃对 CO2浓度具有较强忍耐力，所以高浓度的 CO2可以显著地抑制甜樱桃果实的褐腐病。由于 2 号调气嘴中的 CO2浓度最高，故箱中果实的腐烂率、褐变率、丙二醛含量等皆较小，气调效果最为显著。 3.3.2 冰温技术与不同包装保鲜膜的结合张昆明 16 等人以巨峰葡萄为试材，研究在冰温条件下，3 种不同保鲜膜包装的气体成分变化及对葡萄保鲜效果的影响。巨峰葡萄，作为我国葡萄种植的重要品系，栽植面积可达总面积的 95%。其果肉柔软，肉质细腻，味甜，常温下容易失水、脱粒、腐烂变质，不耐贮藏。将相同种类、数量
26、的葡萄装入无盖包装箱中，分别采用樱桃膜、桃膜、PE 膜进行封口，再置于冰温库(0. 30.3)中贮藏 30 d。贮藏期间，每 5 d 测定 1 次葡萄的可溶性固形物、可滴定酸、还原糖、丙二醛含量，绘制出含量变化曲线图，每 2 d 测试 1 次各膜中的气体成分( O 2、CO 2) 浓度变化。试验结果显示: 3 种膜处理均有效维持了可溶性固形物、可滴定酸、还原糖的含量，有效减缓浆果、果梗丙二醛含量积累和果梗叶绿素含量的降低。就保鲜效果来看，樱桃膜与桃膜的保鲜效果更佳，PE 膜稍欠。此外，3 种膜中气体成分浓度达到平衡的时间也不一致，PE 膜中O2、CO 2气体浓度达到平衡所需时间最短， 10d
27、即可达到平衡;桃膜次之，所需时间为 14 d;樱桃膜中 O2、CO 2气体浓度达到平衡所需时间最长，18d 时才达到平衡，且平衡后 3 种膜中的 O2、CO 2气体浓度差异显著( P0.05)。综合所有指标，冰温条件下三者的保鲜效果为樱桃膜桃膜 PE 膜。 4 结语近年来，冰温技术越来越受到国人的重视，应用也越来越广，而气调贮藏研究与应用中也出现了新内容，如双变气调、超低O 2、处理、短期高CO 2与低O 2处理、高 O 2处理、减压贮藏等。如何将这些气调贮藏方法应用到果蔬贮藏保鲜中来，尚需对其机理和作用作进一步深入研究。由于大型气调库价格昂贵，不适于小量贮藏，而我国农村多实行家庭联产承包制，
28、为了更适应我国农业生产和果蔬贮藏的现状，应发展简易气调贮藏技术，研制开发小型气调设备与设施，以适应我国农村气调贮藏需要。另一方面，冰温技术地不断推广，发展低温气调贮藏是适合我国国情的主要方向， 应加大具有低温、调气、调湿、抑菌等多功能果蔬保鲜膜的研究力度，更好地同气调的新发法结合起来。 参考文献：1 刘志鸣,万金庆,王建民.日本冰温技术发展史略 .制冷与空调 .2005(3): 70-74.2 张洪磊,谢晶,徐姜波.冰温结合充气包装保鲜技术在蔬菜保鲜中的应用.湖北农业科学.2012,51(4):652-659.3 张娟,娄永江.冰温技术及其在食品保鲜中的应用.食品研究与开发 .2006,27(
29、8):150-152.4 石文星,邵双全,李先庭.冰温技术在食品贮藏中的应用 .食品工业科技.2002,23(4):64-665 彭丹,邓洁红,谭兴和,李美群.冰温技术在果蔬贮藏中的应用研究进展.包装与食品机械.2009,27(2)：39-43.6 郭鑫,崔政伟.果蔬气调贮藏研究现状及展望.包装工程.2012,4(7):123-124.7 全拓. 气调贮藏技术的研究进展及发展前景.山东食品发酵.2011.4(163):48-51.8 李莹. 果蔬气调贮藏的优势及发展前景.食品工程.2006,2:8-10.9 关文强,胡云峰,李喜宏.果蔬气调贮藏研究与应用进展 .保鲜与加工.2003,3(6)：
30、3-5.10 郭丽,程建军等. 油豆角冰温贮藏研究.东北农业大学学报.200435(5):568.11 赵猛,王亮等. 冰温气调对红富士苹果贮藏效果的影响.保鲜与加工.2010,5(3):49.12 申江,齐含飞等. 草莓贮藏保鲜技术实验研究.食品与制冷.2011(9) ：47.13 王志华,云斌. 水梨自发气调及近冰温贮藏保鲜试验研究.食品科学.2010,31(43):450-452.14 张娜,文强, 张怡.冰温结合气调保鲜膜对西兰花保鲜效果的影响.食品科技.2012,37(1):44.15 王珊珊,志强, 绍庄等.桃冰温塑料箱式气调保鲜的效果.果树学报.2010,27(5): 843.16 张昆明,朱志强, 农绍庄等.冰温结合气调包装对葡萄贮藏保鲜效果的影响食品研究与开发.2011,32(1) : 126-130.
