银离子强烈杀菌,在所有金属中其杀菌活性名列第二(汞名列第一,但有毒、现已不用)。近年来的研究表明,银离子对12种革兰阴性菌、8种革兰阳性菌、6种霉菌均有强烈的杀灭作用。
在食品保鲜领域,江南大学率先制备纳米银及准纳米银并开展食品保鲜及加工品延长货架期的研究,取得了很好的实用效果。
准纳米粒子是指粒径在101-llOrnn的粒子。笔者所率团队(张慜等,2001)率先将准纳米银溶液作为防腐剂或制成复合防腐剂添加到番茄汁、番茄和胡萝卜混合汁等蔬菜汁中,结果表明准纳米银可减弱加工工艺中的杀菌强度,与其他防腐剂混合防腐,效果显著。其最佳组合为准纳米银0.04m&/L、尼泊金乙酯200mg/L;该复合防腐剂处理番茄-胡萝卜混合汁的需要杀菌强度为95——100^、5mino在纳米银涂膜保鲜研究领域,笔者所率团队(An等,2007年)针对芦笋在贮藏过程中失水严重和微生物繁殖的特点,研究纳米银和聚乙烯毗咯烷酮涂膜对绿芦笋贮藏品质的影响。绿芦笋用lOOmg/L的次氯酸钠溶液浸泡15min,凉干,然后在制备好的纳米银溶液(0.06mg/L,符合美国环境保护署推荐二次可控污染物的饮用水银离子的最大剂量为0.10mg/L)中进行涂膜,3min后捞出,常温下沥干。分别放置在2T和10<€、90%-95%相对湿度下贮藏25d。结果表明,纳米银-PVP涂膜的绿芦笋在失重、色泽、质构等方面均好于对照组,纳米银-PVP涂膜具有较好的保鲜效果,微生物控制良好。纳米银涂膜芦笋能在2弋、25d和10^、20d的贮藏条件下能保持较好的品质。
纳米陶瓷纳米陶瓷粉是指经特殊工艺生产的、晶粒尺寸具有纳米量级水平的陶瓷材料。由于其晶粒尺寸为1——100nm(lnm=10-9m),陶瓷本身的性能发生了许多变化。例如:晶粒的细化使晶粒间气孔减小,其力学性能大幅提高;晶粒细化还有助于晶粒间滑移,导致陶瓷具有超塑性;当晶粒细到纳米量级时,它的比表面积增大,活性增强,显示出突出的抑菌作用,并且兼有抗紫外线功能。
纳米陶瓷粉作为一种较为崭新的无机抗菌剂,相对于传统的有机抗菌剂而言,它具有安全性能高、抗菌谱广、效果持久、所需用量少等不可比拟的优点,目前在纺织行业已有应用。据报道,纳米陶瓷粉复合到织物上后,高度透明,长期使用不变色,并兼具抗紫外线功能。
从保鲜包装角度,日本一家公司已研制出一种具有远红外线效果的果蔬保鲜袋,主要在袋的内侧涂上一层极薄的陶瓷物质,于是通过陶瓷所释放出来的红外线就能与果蔬中所含的水分发生强烈的“共振”运动,从而使果蔬得到保鲜。
由于微量纳米陶瓷粉无毒,对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、白色念珠菌、黑曲毒菌、肺炎杆菌、痢疾杆菌有明显的抑制作用,对绿脓杆菌、大小癣菌、石膏样小孢子菌、红毛癣菌、须毛癖菌也具有抑制作用,因此纳米陶瓷粉作为生鲜食品保鲜剂很有前景。
基因工程保鲜技术
转基因技术又称为基因工程技术或DNA重组技术,它是通过一系列的实验手段,把一个生物体中的遗传基因转入另一个生物体内,并使该基因在寄主细胞中正常表达,产生出人类所需要的物质或用以调节、改变生物体的某些生命活动,以满足人类的某种特殊需要。虽然转基因植物的生物安全性一直是令人关注的焦点问题,认识分歧很大,但由于近年来国际上发达国家在转基因产品上市前执行严格的审批程序,并在转基因产品上注明明确的标志,使其管理纳入了健康的轨道。目前转基因技术已经在果蔬采后生理、贮运保鲜方面有了多方面的研究和应用。具体保鲜作用介绍如下。
改善果蔬的贮运性能乙烯是诱导果蔬采后成熟衰老的关键因素,通过转基因技术抑制果蔬采后乙烯的生物合成,或阻止乙烯的作用都可以达到抑制或延缓果蔬采后衰老的目的。有关研究主要集中在ACC合成酶、ACC氧化酶、ACC脱氨基酶、提高抗冷冻能力等几个方面。
ACC合成酶是乙烯生物合成的限速酶。番茄、甜瓜、冬瓜研究表明,ACC合成酶是一个多基因家族,番茄ACC合成酶有9个同工酶,同工酶间的同源性仅为50%-96%,其中只有两个同工酶是在果实中表达,与果实乙烯的生物合成有关,因此,在构建反义基因时,应选择在果实中专一性表达的ACC合成酶的反义核苷酸序列。美国加州大学伯克利分校的Oeller等最早将ACC合成酶的反义基因转人番茄,使果实乙烯生物合成的99.5%受到了抑制,转基因番茄果实的乙烯释放量仅为0.lmI7g,与对照果实相比,叶绿素的分解延迟了10——20d,而番茄红素的合成完全被抑制,在室温下放置90——120d,果实变为橘黄色,但不能软化,既无呼吸髙峰的出现,也没有芳香物质的形成,只有在外源乙烯的作用下方可变红、软化、成熟,其风味质地等与正常果无差异,大大提髙了番茄的贮运性能。继后许多国家进行了此方面的研究,我国中国科学院、北京大学、中国农业大学和山东农业大学等也进行了有关的研究,转基因番茄早已在美国、英国商品化生产,在我国也被获准上市。除番茄外,西瓜、番木瓜等许多植物上也进行了类似的研究。
在大多数植物组织中,ACC氧化酶不是乙烯生物合成的限速酶,但在果实成熟过程中和植物组织培养中,该酶是一种限速酶,抑制ACC氧化酶的合成,将直接抑制乙烯的生物合成。ACC氧化酶也是一个多基因家族,在番茄、甜瓜中有三个同工酶,其中一个同工酶在果实中表达。与ACC合成酶不同,ACC氧化酶的同工酶间同源性很高,核苷酸序列间差异很小。利用反义RNA技术抑制乙烯生物合成的研究始见于1990年,英国诺丁汉大学的Hamliton等人将ACC氧化酶的反义基因转入番茄中,在转基因番茄的自交后代中,纯合子果实乙烯合成的97%被抑制。尽管转基因番茄果实转色的起始时间没有变化,但转色程度却降低,在室温下放置数周后,转基因果的抗过熟、抗皱皮能力明显好于未转基因果。此后,人们将ACC氧化酶的反义基因转人甜瓜,甜瓜乙烯的合成量不及对照果的1%,乙烯生物合成的99%以上被抑制。我国华中农大也进行了该方面的研究,转基因番茄ACC氧化酶活力降低,乙烯的生物合成减少,保鲜性能明显地提高。还有人将ACC氧化酶的反义基因转人花卉康乃馨中,康乃馨的乙烯释放高峰降低,并明显延迟了花瓣的衰老。
ACC脱氨基酶催化ACC脱氨基,基本上抑制了乙烯的生物合成。Klee(1991年、1993年)把一种细菌的ACC脱氨基酶的基因转入番茄,由于该酶在番茄果实中大量表达,显著抑制了乙烯的生物合成。在所得到的转基因番茄后代中,果实乙烯释放量的97%被抑制,室温下保鲜4个月不变软,而正常果只能存放2周。
有人将防冻基因导人草莓,培育出了抗冻草莓;把北极鱼的抗冻基因转人番茄,培育出转基因的番茄可以被冷冻保存,而在解冻后又不会软化。
对果实成熟的调控在果实成熟复杂的生理变化中,最显著的是果肉的软化。
由于多聚半乳糖醛酸酶是果实成熟软化过程中变化最明显的酶,因此,采用基因工程调节控制PG的基因表达来抑制果实硬度的下降,曾引起众多植物分子生物学家的兴趣。该酶曾被认为是对番茄软化起重要作用的酶,而Smith(1990年)的转基因番茄植株中,虽然PG活力得到抑制而降至正常的1%,但这些低PG果实的软化仍以正常方式进行。对果胶甲酯酶的研究也得到类似的结果。这说明果实软化是一个非常复杂的过程,仅单独控制PG或其基因表达不能起到推迟成熟、保持果肉硬度的作用。
目前,日本科学家已找到产生乙烯的基因,如果关闭这种基因,就可减慢乙烯释放的速度,冷库建造从而延缓果实的成熟,达到水果在室温下延长货架期的目的。我国中国科学院、北京大学、华中农业大学和中国农业大学也开展了有关的研究。中国农业大学获得的转基因番茄在绿熟期采收25T下不变色,30d后果实淡黄,只能通过乙烯催熟才能转色,而正常番茄在25T放置4——6d全部转红。转基因番茄在常温能保鲜2——3个月,在我国已经被获准上市。
微生物保鲜技术
这是近年来新发展起来的具有广阔应用前景的保鲜新方法,其中利用生物防治来延长果蔬保鲜贮藏期的成功典型例子也时有报道。生物防治是利用生物方法降低或防治果蔬采后腐烂损失,通常有以下四种策略,即降低病原微生物、预防或消除田间侵染、钝化伤害侵染以及抑制病害的发生和传播。目前,利用生物防治在贮藏保鲜中研究成功的例子有:将病原菌的非致病菌株喷洒到果蔬上,可以降低病害发生所引起的果蔬腐烂。如将菠萝的绳状青霉Penicilliumfunicolodum’)喷到疲萝上,则疲萝青霉腐烂大为降低;草莓米前喷洒木霉菌,则大大降低采后草莓灰霉病的发病率;长途运输的马铃薯腐烂率高,用假单胞菌{Pseudomanasputida)在采后浸渍,则其软腐病降低50%;抗生素类如链霉素、软霉素喷洒在大白菜上,则可以减少细菌病害发生,近年来,国外发现了一株特异的菌株一枯草杆菌的变种,它可以产生效力很强的抗生素,其效力几乎等于现在广泛使用的杀菌剂——苯菌灵;Wilson等(1989年)报道,用枯草杆菌的悬液处理可以防治果蔬链核盘菌引起的褐腐病,效果极佳。美国科学家从酵母和细菌中分离出一种能防止水果和蔬菜腐烂的菌株,对已经产生烂斑的苹果和梨进行试验,未滴菌剂的水果大面积腐烂,而经过处理的水果其斑点则无明显发展,效果十分显著。这一技术已被美国两家公司购买,但在国内,利用微生物技术进行果蔬保鲜的研究报道还比较少。
乙烯具有促进蔬果老化和成熟的作用,所以要使蔬果能达到保鲜目的,就必须要去掉乙烯。利用微生物技术除去乙烯是又一保鲜的新方法。美国的研究者经过筛选研究,分离出一种“NH-10菌株”,这种菌株能够制成除去乙烯的“乙烯去除剂NH-T”物质,可防止葡萄C存中发生的变褐、松散、掉粒,对番茄、辣椒起到防止失水、变色和松软的作用,有明显的保鲜作用。
生鲜食品保鲜测量技术
为成功地保鲜生鲜食品,必须用适当的仪器来测量保鲜库(或包装)内的条件。不完备的测量会使生鲜食品保鲜效果不能确定,从而导致采取措施的不恰当。温度和气体浓度都需测量。许多设备都能做这种测量,最简单的可用手提式仪器,复杂的有全自动计算机控制系统。然而,这里要强调的是如果初始测量方法或精度不适合,那么任何电脑或自动仪器都没有用。
温度测量
小心调节保鲜库内温度是很重要的。如果温度太低,会发生冷害或冻害;如果温度太高,保鲜期又会缩短。对于超市货架期而言,4T保鲜温度尤其重要。
传统的温度测量方法是在保鲜室中悬挂一支可通过窗户观察的水银温度计。这对易保鲜的生鲜食品品种可提供满意的结果。但近来的趋势是通过减少风扇使用来延长保鲜期和减少耗电量。目前发现在每个保鲜室中用若干电子测温探头来准确监控不同库内位置的空气和物料温度是非常重要的,多探头系统已广泛用于现代气调保鲜库。最少的推荐探头数为:在50t或以下的保鲜库中放3个,在100t库中放4个,在更大的库内放5——6个。一个探头用来监控库内自由循环的空气温度,其余探头放在不同位置以测量水果的实际温度。在设计和堆放良好的水果保鲜库内,温差不应大于0.5T。测量的精度应达到±0.2
铂阻温度计(有时称为PT100)能提供精确的温度测量,因此在传统保鲜库中已被广泛使用。标准商业探头(1级)的精度是±0.25T,运用在库内其精度稳定性是不够的,因此每一探头安装后应按要求校正。对连接线也要考虑精度,因为传感器的低电阻会导致明显的误差。这误差可以通过使用三或四线连接系统来降低。使用这些传感器的热温度计发生的另一个问题是由于探头选择开关的电阻变化引起的误差。
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