《Foods》：Postharvest Management of Fruits: Navigating the Affordability, Efficacy, and Non-Destructive Quality Evaluation of Thermal Versus Non-Thermal Interventions
摘要：采后损失（PHLs）是全球粮食安全的关键瓶颈，新鲜水果因快速生理劣变、机械胁迫和微生物腐烂造成的年损失量达23%-40%。本综述评估了决定水果降解的代谢级联反应，包括呼吸动力学、蒸腾作用和激素介导因子。研究人员从经济性角度评述了热处理与非热处理，前者包括热水处理（HWT）、微波处理和射频处理，后者涵盖可食性涂膜、常压冷等离子体和超声处理等新兴非热保鲜模式。本综述特别关注呼吸跃变型热带水果如芒果、木瓜、香蕉和柑橘类，由于其呼吸跃变性，这些水果的采后损失与保鲜挑战尤为严峻。为应对现代商业链所强调的品质追踪需求，本综述整合了对近红外光谱（NIR spectroscopy）、高光谱成像（HSI）和电子鼻（E-noses）等无损品质评价技术的评估。总体而言，本综述旨在提供一个统一蓝图，论证可持续的采后保鲜可从情境化的障碍技术概念中获益，该概念将可及的采后处理与监测网络相结合。研究人员综合了关于各类热处理、非热处理及传感技术的现有证据，并以此为基础提出潜在的障碍策略及适用于多样化水果供应链的处理-监测配对方案。
4. 水果易腐性的生物学基础
水果易腐性是采收后新鲜农产品的内在特征，指由于持续的生理生化过程而导致的品质持续下降。新鲜水果的高易腐性主要源于其独特的生物学特性。采收后，水果完全依赖内源性的碳水化合物、有机酸及其他代谢物储备来维持细胞活动和代谢功能。随着这些储备逐渐耗尽，细胞内稳态受损，结构完整性被破坏，生理劣变逐渐变得不可逆。因此，理解这些生物学机制为开发有效的采后保鲜技术提供了科学依据。
在这些生理过程中，呼吸速率是首要的决定因素之一，因为它调控着细胞功能所需底物的代谢活性和利用效率。呼吸跃变型果实在成熟期间表现出呼吸作用和乙烯生成的急剧上升，而非呼吸跃变型果实则无此呼吸高峰。呼吸速率较高的果实通常成熟更快，采后货架期更短。这一呼吸过程的潜在动力学受温度影响，更高的贮藏温度会立即加速代谢活性并加快细胞衰老，而运输和仓储操作中冷链合规性不足则会严重增加采后体积损失。热处理（如热水处理）可通过热诱导的生理驯化来调节呼吸活性，而非热技术（包括气调包装、可控气氛贮藏和可食性涂膜）则通过调控氧气和二氧化碳交换来抑制呼吸作用。通过减缓呼吸代谢，这些技术能够延缓品质劣变、保持细胞完整性并延长采后货架期。因此，理解呼吸代谢为选择适当的保鲜策略以维持水果品质和延长贮藏寿命提供了重要的生理学基础。
同样，乙烯敏感性影响着采后果实的货架期。作为主要的成熟激素，乙烯协调着包括果实软化、叶绿素降解、色素发育、香气形成和衰老在内的多种生理变化。虽然这些过程对正常果实成熟至关重要，但过量或不受控制的乙烯生成会加速品质劣变并显著缩短采后货架期。相比之下，非呼吸跃变型果实产生的乙烯水平相对较低，且不会出现呼吸跃变爆发。其采后劣变主要通过蒸腾作用、水分流失和渐进性衰老发生，而非由乙烯驱动的成熟过程主导。乙烯高度扩散，容易在贮藏室、运输容器和零售环境中积累。因此，呼吸跃变型果实产生的乙烯可能刺激邻近乙烯敏感型商品的过早成熟，导致果实成熟度不均、加速软化、增加对微生物腐烂的易感性并降低市场价值。这些效应在混合贮藏系统和长距离出口供应链中尤为显著，因为通风不良或大气管理不善会加剧采后损失。热处理（如热水处理）可通过抑制乙烯生物合成基因（如ACC氧化酶ACO和ACC合酶ACS）来延迟成熟。同样，非热技术（包括气调包装和可控气氛贮藏）通过调节贮藏环境或去除累积的乙烯来降低成熟速率并保持果实品质。总体而言，这些保鲜策略有助于延长采后货架期、减少经济损失并提高新鲜水果供应链的可持续性。
另一个重要决定因素是果实表面的结构完整性。果实角质层是主要的保护屏障，它调控水分流失，同时保护内部组织免受机械损伤、病原菌入侵和环境胁迫的影响。角质层厚度的差异会影响水分流失、硬度保持以及对采后腐烂的易感性。因此，角质层较薄或结构较弱的果实通常比具有更强壮角质结构的果实更容易出现水分流失、机械损伤增加和贮藏潜力下降。为缓解这些限制，研究人员开发了热处理和非热处理采后干预措施来保持角质层完整性并减少表面劣变。温和的热处理（如热水处理HWT）可诱导热激反应，稳定细胞膜并减少角质层损伤，从而提高对水分流失和病原菌感染的抵抗力。同样，非热技术（包括可食性涂膜和气调包装）可作为保护屏障，减少蒸腾作用、最小化机械损伤并维持角质层功能，从而保持果实硬度并延长贮藏寿命。
一般而言，热带水果对低温贮藏温度非常敏感，具体取决于物种、品种、成熟阶段和贮藏时长。低于这些特定商品临界温度的贮藏会诱发冷害，这是限制热带水果采后贮藏的主要生理失调症之一。与温带水果不同，热带水果不适应长期暴露于低温环境，因此极易受到冷害损伤。冷害会加速品质劣变、缩短采后货架期并在整个供应链中造成显著的采后损失。冷害扰乱正常的生理过程，其特征症状包括表面凹陷、果皮变色、内部褐变、水渍状组织、不均匀或不完全成熟以及对微生物腐烂的易感性增加。冷害的严重程度因水果种类和品种而异。例如，香蕉通常在约13-14°C以下出现冷害，而木瓜、芒果和鳄梨则在10-13°C以下易受影响，具体取决于品种和成熟阶段。这些差异凸显了建立特定商品贮藏温度的重要性，以在贮藏和运输期间最大限度地减少生理损伤并保持果实品质。尽管冷藏仍是减缓呼吸、成熟和衰老的有效方法，但由于许多水果（尤其是热带水果）固有的冷敏感性，仅靠冷藏不足以作为独立的保鲜策略。因此，其他采后技术，包括热水处理、间歇升温、气调贮藏、可食性涂膜和基于抗氧化剂的方法，已被越来越多地用于研究以维持果实品质并延长采后货架期。例如，贮藏前进行HWT可通过激活保护性热激反应来稳定细胞膜并减轻冷害，从而提高对后续冷藏的耐受性，从而帮助维持果实品质并延长采后货架期。这些综合保鲜策略对于支持长距离运输和出口市场、减少采后损失并保持新鲜水果的商业价值尤为重要。
酶活性是采后果实劣变的另一个主要决定因素，并且是贮藏期间观察到的许多品质变化的直接生化驱动因素。采收后，果实仍保持代谢活跃，大量内源性酶继续发挥作用，影响质地、外观、营养价值和贮藏性能。其中，细胞壁修饰酶如多聚半乳糖醛酸酶（PG）、果胶甲酯酶（PME）、纤维素酶和β-半乳糖苷酶会逐步降解细胞壁基质中的果胶和结构性多糖，导致组织软化、硬度丧失和对机械损伤的抗性降低。因此，果实软化不仅是成熟的后果，也是细胞壁成分协同酶促解组装的结果。同样，氧化酶包括多酚氧化酶（PPO）和过氧化物酶（POD）通过将酚类化合物氧化成深色色素而显著促进酶促褐变。这些反应不仅对视觉外观和消费者接受度产生负面影响，而且在某些贮藏条件下还会加速品质劣变。此外，叶绿素降解酶如叶绿素酶有助于与成熟和衰老相关的颜色变化，特别是在从绿色向黄色或橙色色素过渡期间。近期研究强调，果实软化、褐变和颜色退化与这些酶介导的通路密切相关，使得酶调控成为采后保鲜技术的重要靶点。因此，在评估水果易腐性的生物学基础时，应将酶机制与呼吸作用、乙烯代谢、结构完整性和冷害一并考虑。
然而，这些内在的生物学特性并非独立发挥作用。它们对采后品质的影响不断受到外部环境条件的调节，包括贮藏温度、相对湿度、大气组成和机械处理方式。这些因素通常会通过增加呼吸作用、水分流失、氧化应激和病原菌易感性来加速内部代谢过程，如果不采取适当的采后管理实践，就会缩短货架期。理解这些相互关联的机制性决定因素为采后保鲜技术提供了科学基础，支撑着选择适当的热处理和非热处理采后干预措施以维持果实品质并减少采后损失。需要注意的是，由于不同水果的生理机能、成熟行为以及对物理和微生物腐烂的敏感性存在差异，导致其采后劣变的因素也各不相同。
微生物腐烂是采后果实损失最突出的原因之一，不应仅仅被视为外部污染问题。尽管真菌和细菌等微生物源自周围环境，但成功的感染和病害进展与寄主生理状态密切相关。近期研究表明，成熟进程与病原菌易感性之间的强烈相互作用是采后病害发展及随后的品质损失的关键决定因素。在成熟和衰老过程中，果实经历结构、生化和代谢变化，削弱了自然防御系统并增加了对病原菌入侵的易感性。细胞壁逐渐降解、组织软化、膜不稳定、水分积累以及组成型抗真菌化合物的减少共同创造了有利于病原菌定殖和生长的条件。此外，微生物感染本身通过产生细胞壁降解酶、毒素和代谢物来加速劣变，这些物质加剧组织破坏、增加呼吸作用、刺激衰老并降低市场品质。因此，微生物腐烂应被视为一种动态的劣变途径，它既受外在和内在生理老化过程的影响，又反过来影响这些过程。
表1总结了影响芒果、香蕉和木瓜的主要采后挑战，这些是世界上最具经济重要性的热带水果。图1提出了一个概念框架，将这些水果采后劣变的生理和环境因素与保鲜干预措施联系起来。
基于这一概念图谱，后续章节将建立一个比较评价框架，将这些通路和干预措施转化为五个面向实施的维度，用于整篇综述，如下所述。
5. 采后保鲜技术的比较评价框架：热与非热
热处理和非热处理采后保鲜技术仍然是减少PHL的最成熟方法之一，因为它们在延迟成熟、抑制微生物生长以及满足国内外市场的植物检疫要求方面具有长期验证的有效性。然而，选择合适的干预技术不仅仅取决于其保持果实品质的能力。在实验室条件下表现良好的保鲜技术未必适合商业化转化，因为其采用潜力受到成本、基础设施可用性、操作复杂性、生产规模、目标市场和法规要求的制约。
现有的综述主要根据生物学性能来评价采后保鲜技术，例如货架期延长、微生物抑制、理化和营养品质保持。虽然这些参数仍是衡量处理效果的基本指标，但它们为负责商业供应链中技术选择的利益相关者提供的指导有限，因为在商业实践中，财务、物流和运营方面的考虑往往决定了实施的可行性。为了促进更全面的评估，本综述采用了一个综合评估框架，系统地比较热处理和非热处理采后保鲜技术在五个重要的实施维度上的表现：（i）保鲜效果，（ii）经济可负担性，（iii）操作实用性，（iv）商业可扩展性，以及（v）生产适用性。总的来说，这些维度为比较各种技术在其生物学效能以及在各种采后情境下成功部署的潜力方面提供了更坚实的基础。
所选定的五维框架是一种结构化的、半定量的证据综合方法，而非正式的预测或优化模型。该框架借鉴了成熟的多准则决策分析方法，该方法通常用于采后技术选择，即针对多个技术、经济和采纳相关标准来评估技术备选方案。对于每个维度，评估基于从综述文献中提取的预定义定性指标。这些标准的选择反映了先前采后MCDA研究中确定的技术选择考量因素。低、中、高的评级是根据这些指标的证据方向和一致性分配的，而不是应用通用的数值性能阈值。这是因为所综述的技术是在不同的实验系统中进行评估的，使用了不同的结果测量指标、水果商品、处理条件和报告单位；因此，一个共同的百分比改进阈值无法在不同技术间直接比较。因此，这些评级代表的是基于证据的综合判断，而非绝对性能的度量。因此，这五个维度没有被赋予通用的数值权重，因为每个标准的相对重要性取决于具体情境。例如，在小农户系统中，可负担性和操作简便性可能是优先考虑的因素，而在面向出口的包装厂，植物检疫性能和可扩展性可能更为重要。相应地，第6节和第7节中呈现的表2和表3应被解释为多维技术概况，而非单一的排名分数，以避免暗示某一技术普遍优于其他技术，而是要识别出在效果、可负担性、操作要求、可扩展性和生产情境之间的权衡取舍。
5.1. 保鲜效果
采后干预措施的主要评价标准之一涉及评估其在减少数量和质量损失方面的效果。有效的保鲜技术应能最大限度地减少生理和生化变化，特别是对正在成熟和衰老的水果，抑制微生物感染，保持营养成分，并维持感官属性。采后保鲜技术的生物学效能取决于其调节导致采后劣变的生理机制的能力。热保鲜方法依赖于热诱导灭活来显著降低微生物种群，并能触发防御性细胞机制，如热激蛋白的表达和提高的抗氧化活性。此外，高温已被证明能降低参与酶促褐变、细胞壁降解、硬度丧失和衰老的酶（如PPO、POD、PG和PME）的活性。因此，酶失活是热处理在贮藏和分销过程中保持色泽、质地和整体果实品质的重要机制。相比之下，非热技术通过在接近常温的条件下保护果实品质并延长货架期。这是通过调节微生物活性、气体交换和氧化途径来实现的，无需将食品基质暴露于降解性的高温水平。
5.2. 经济可负担性
采后技术的采用受到经济可负担性的显著影响，尤其是在发展中国家，因其财政资源和基础设施受限。即使保鲜系统具有良好的生物学效能，如果采购、安装和运营费用超出生产者的财务能力，其商业化整合仍会受到制约。因此，对保鲜技术的评估必须平衡其生物学效能与实际可负担性。一般来说，初始投资和持续投入较低的理想适用于分散的网络和小农户。相反，需要专门设施、持续能源供应或专业人员的选择通常只适用于出口业务和商业包装厂。
在本综述中，经济可行性通过结构化的资本支出和运营支出的视角进行评估，遵循食品加工系统中常见的技经评估实践。因此，我们采用了半定量、基于基准的方法来评估经济可负担性。只有在有足够数据的情况下才报告定量成本值，而在经济数据有限的情况下则使用定性分类。对于可获得的定量经济数据，成本在适当时转换为美元。我们没有对根本不同的技术应用通用的货币阈值，而是分别针对热处理和非热处理方法，对照从我们选定的处理方法中选择的参考基线方法进行评估。对于热处理，我们讨论热水处理、强制热风处理、蒸气热处理、微波加热和射频加热，其中HWT作为参考基线。对于非热方法，我们讨论有机诱导子和化学浸渍、可食性涂膜、紫外-C辐照、臭氧处理、超声和冷等离子体，以有机诱导子和化学浸渍作为参考基线。
为了一致性，技术被分配到四个相对可负担性类别：低、中、高和非常高。低分类表示相对有限的资本和运营需求、最低限度的专用基础设施和简单的实施。中表示需要额外的专用设备或中等程度的资源和技能要求。高表示需要大量的资本投资、能源、基础设施或专业技能要求。非常高表示相对于所选参考基线方法，需要高度专业化的设备、大量基础设施和/或高水平的技术专长。这些分类基于来自报告的经济数据、设备要求、工艺复杂性和实施条件的证据，而非仅基于保鲜效果。在没有直接数值成本信息的情况下，分类是根据报告的技能和基础设施要求分配的，并被视为基于证据的比较性判断。这些评估随后被汇总到表2和表3中的比较可负担性类别中。
对于热处理，选择热水处理作为经济可负担性的定量参考基线。HWT被广泛认为是一种简单、环保且商业成熟的技术，已从小农户供应链实施到工业出口系统。一项关于香蕉分散式HWT设施的研究报告称，在中低收入国家背景下，资本投资约为100,000孟加拉塔卡（约1300美元），处理成本约为每公斤0.55塔卡（约每吨7美元）。这些CAPEX和OPEX指标表明HWT可以用适度的前期投资和低廉的处理成本运行，因此被用作本综述中解释可负担性类别的基线。将替代性热干预措施与HWT进行基准比较显示CAPEX和OPEX大幅增加。例如，一项关于芒果果蝇检疫处理的研究表明，HWT的成本约为VHT成本的10%，反映出大约十倍的溢价。这种差异归因于系统需要高能量输入和更专门的设备。基于此，表2和表3中报告的可负担性类别并非纯粹定性判断，而是锚定于经验量化的HWT基线和可获得的记录比较证据。对于非热处理采后技术，选择有机诱导子和化学浸渍作为参考基线。这是因为它们通常只需要简单的浸泡槽或喷雾系统，依赖低价的商品化学品，化学品补充和用水成本极低。例如，基于氯的杀菌剂或消毒剂浸渍仍然是首选的后处理处理方法，因为它们技术上有效且极具成本效益，使其在评估新技术（如臭氧化水）时成为成本基准的候选对象。
重要的是，本综述中提出的可负担性分类旨在作为实用的比较指南，而非通用的经济排名。此外，我们的分析仅限于本综述所选的技术，并不代表对所有可用采后技术的详尽评估。同一技术也可能因水果商品、处理规模、设备配置、市场能源价格、劳动力成本、基础设施可用性、地理区域和目标市场而表现出截然不同的经济状况。因此，该框架应被解释为用于识别相对经济负担和技术选择考量的决策支持指南，而非替代具体的技经分析。
5.3. 操作实用性
操作实用性是指将选定采后技术集成到标准采后工作流程中的技术可行性。尽管许多技术在受控的实验室环境中显示出令人鼓舞的效果，但其商业化使用的可行性取决于一致的执行、最小的程序复杂性和可管理的资源分配。如果采后技术需要过于精确的操作执行，而现实世界中的包装厂工人无法一致地复制，那么它们就有可能在从实验室转化过程中失败。需要独特工程技能、长时间的系统微调或先进跟踪系统的干预措施可能会遇到巨大的集成障碍，因为复杂的操作实用性很快就会超过理论效率收益。另一方面，使用简单工具且只需少量工人培训的方法可以无缝地融入现有的采后操作中，尤其是在资源有限的环境中。因此，评估操作实用性提供了关于选定采后保鲜技术超越实验室环境的转化可行性的关键细节。
5.4. 商业可扩展性
许多采后保鲜技术在实验中表现出良好的性能，但由于规模化相关的限制，广泛的商业采用仍然很少。因此，商业可扩展性评估了一项技术在转移到工业生产系统时保持实验室验证的保鲜性能的能力。可扩展的技术应能容纳大的处理量，同时保持处理均匀性、操作效率、产品一致性并符合商业食品安全法规。因此，能够无缝集成到现有供应链运营中的采后保鲜技术通常对行业更具吸引力，因为它们最大限度地减少了基础设施改造的需求，同时提高了运营效率。因此，评估商业可扩展性提供了一个重要的衡量标准，即保鲜技术能否满足现代水果供应链日益增长的需求，同时支持高效的商业生产和分销。据此，本综述中的商业可扩展性指的是将保鲜技术整合到现实世界供应链中的实用性。
5.5. 生产适用性
由于不同水果的生物学特性各异，以及经济和基础设施条件的不同，单一的采后保鲜技术无法在所有商品或生产模式中通用实施。因此，选择合适的需要对目标生产环境进行仔细评估，而不是仅仅关注采后保鲜技术的生物学效能。需要精确过程控制的高成本干预措施通常适用于大规模、出口导向型的商业运营，处理高端水果，但对于在本地供应链内运作的小农户农业系统来说通常是不可行的。相反，需要最少基础设施设置的廉价方法可能更具影响力，即使其保鲜能力相对适中。评估生产适用性因此提供了一种技术的实际评估，确保保鲜策略与采后供应链中不同利益相关者的运营能力和市场目标相匹配。
6. 热处理采后技术：基于保鲜效果、经济可负担性、操作复杂性、商业可扩展性及对不同生产系统适用性的比较评价
6.1. 热水处理
热水处理是最成熟和最广泛采用的热处理采后技术之一，因为它结合了有效的病害控制和低实施成本。HWT的保鲜机制是将采收后的果实浸入保持在受控温度和预定时间的水中，使热量通过传导从周围水传递到果实组织中。这种受控的热暴露可直接灭活表面真菌病原体和害虫，同时在果实内诱导有益的生理反应。HWT的保鲜效果已在众多热带水果中得到证实。约45-55°C处理3-10分钟可有效抑制胶孢炭疽菌，从而减少芒果和木瓜的炭疽病发病率，而将香蕉在50-55°C下浸泡可抑制可可毛色二孢菌，这是冠腐病的主要致病菌。除了抑制病害外，HWT通过对适度热胁迫的生理适应来保持硬度和整体果实品质，使其适用于国内贮藏和出口供应链。适度的热胁迫可刺激热激蛋白的产生，增强抗氧化防御系统，稳定细胞膜，从而延迟呼吸作用、减少冷害并减缓贮藏期间的软化。因此，HWT不仅能抑制采后病害，还能提高果实对贮藏相关胁迫的耐受性，在不依赖合成化学处理的情况下延长货架期。HWT还可能降低与酶促褐变和组织劣变相关的酶的活性，特别是PPO和POD。此外，HWT被证明能干扰细胞壁降解酶活性，从而有助于延迟成熟、果实软化和结构完整性的丧失。通过这些作用，HWT有助于在贮藏期间保持果实色泽、维持硬度和减缓生理劣变。
在本综述评估的热处理技术中，HWT代表了最具经济可负担性的选择，因为处理系统只需要基本设备，包括不锈钢水箱、加热元件、水循环泵和温度监测装置。资本支出和运营成本相对较低，因为该过程主要消耗电力或燃料用于加热水，不需要专门的设备或化学投入。在操作上，HWT实施简单，因为处理温度和浸泡时间可以很容易地标准化，只需最少的专业技能，使得常规操作适用于研究实验室和商业设施。
从商业角度来看，HWT高度可扩展，因为处理系统可以从小农户使用的小批量单元适应到商业包装厂运行的大型连续处理系统。其低投资成本、易于操作和无化学残留的特点使其特别适用于资源有限的生产系统，同时与出口市场的商业植物检疫计划兼容。尽管有这些优势，HWT并非普遍适用。处理效果取决于温度和暴露时间的精确优化，因为过度加热可能导致果皮损伤、成熟不均匀或内部组织损伤，而加热不足可能无法消除病原菌或害虫。此外，不同水果种类、品种和成熟阶段的反应各不相同，需要针对特定商品的处理方案来最大化保鲜效果并保持市场品质。尽管HWT仍然是许多热带水果最实用和最具成本效益的热处理技术，但其成功实施最终取决于在处理强度与果实生理耐受性之间取得平衡。
6.2. 强制热风处理
强制热风处理是一种商业上已确立的热处理采后技术，通过将采收后的果实暴露于受控温度和湿度条件下的连续热空气流中来保持果实品质。与HWT不同，FHAT通过强制空气对流传递热量，允许热量逐渐且均匀地渗透到果实组织中，无需直接接触水。这种热暴露可抑制采后病原菌和害虫，同时诱导有益的生理反应，包括激活热激蛋白和抗氧化防御系统，从而延迟成熟、减少氧化应激并有助于在贮藏期间保持果实品质。该技术在木瓜、柿子和柑橘类水果中显示出良好的保鲜效果，可降低病害发生率，同时保持贮藏期间的果实硬度、色泽和整体品质。FHAT还通过热诱导抑制与褐变和质地劣变相关的酶来促进品质保存。据报道，热空气暴露可降低参与细胞壁解体和氧化劣变的酶活性，从而有助于在贮藏期间维持硬度、色泽稳定性和整体果实品质。
与HWT相比，FHAT需要相对较高的资本投资，因为它依赖于隔热处理的腔室、加热单元和带有精确温度控制的自动气流系统。因此，由于能耗增加，运营成本略高。然而，无水浸泡消除了处理后的干燥步骤并减少了水的消耗，使得FHAT成为水资源有限地区的一种实用替代方案。
尽管FHAT比HWT提供更均匀的加热，并且易于在商业包装厂和出口设施中扩展，但其较长的处理时间、较高的设备成本和更大的操作复杂性限制了其对小农户生产系统的适用性。此外，必须仔细优化处理条件，因为过度的热暴露可能导致生理损伤，而加热不足可能降低处理效果。总体而言，FHAT在保鲜性能与商业适用性之间提供了有效的平衡，特别适用于中大型采后操作。
6.3. 蒸气热处理
蒸气热处理是一种商业上已确立的热处理技术，主要用于新鲜水果出口的植物检疫处理。其保鲜机制是将果实暴露于受控温度和高湿度条件下的饱和加热水蒸气中，直至达到所需的果心温度。热量通过湿热空气对流逐渐传递，实现均匀的热穿透，同时最大限度地减少表面脱水。当处理条件得到适当优化时，该过程能有效消灭内部害虫（尤其是果蝇）、抑制采后病原菌并延迟生理劣变，而不损害果实品质。
VHT具有出色的保鲜效果，并被广泛认可为芒果和木瓜等出口商品的批准检疫处理方法，能够在保持果实品质的同时符合国际植物检疫法规。除了检疫杀虫外，VHT可能通过调节与氧化褐变和组织降解相关的酶来促进品质保持。例如，在鲜切石榴籽粒中，短暂的蒸气热暴露增强了苯丙氨酸解氨酶活性，同时限制了贮藏期间PPO和POD的增加，从而在贮藏期间更好地保持了生物活性化合物和色泽。这些发现支持了以下观点：当处理条件得到适当优化时，受控的热能传递到果实组织中可以减缓酶介导的品质损失，同时保持可接受的感官和市场特性。
尽管有其优势，VHT的效果取决于对处理温度、湿度和暴露时间的精确控制。果实大小、成熟度和品种的差异会影响热穿透，而过度的加热可能导致生理失调，如内部组织损伤或成熟不均匀。与HWT和FHAT相比，VHT需要更高的资本投资，因为需要专门的处理的腔室、蒸汽发生系统和连续的果心温度监测。由于维持饱和蒸气条件所需的能量，运营成本也更高。虽然该技术对于拥有成熟基础设施的商业包装厂非常实用，并且为出口操作提供了出色的可扩展性，但其高昂的安装成本和技术要求限制了其对小农户生产系统的适用性。尽管如此，VHT仍然是用于检疫杀虫和面向出口的采后管理最有效的热处理技术之一，尽管其广泛采用主要限于那些较高投资在经济上合理的商业运营。
6.4. 微波加热
微波加热是一种新兴的热处理采后技术，通过介电加热来保持果实品质，即电磁波通过引起极性分子（主要是水）的快速振荡直接在果实组织内产生热量。与传统依赖表面传热的加热方法不同，微波能量产生快速的体积加热，从而实现高效的微生物灭活和降低的酶活性，同时最大限度地缩短处理时间。该技术在鲜切水果、薄皮水果和浆果中显示出有前景的保鲜效果，可减少微生物污染并灭活PPO和POD，从而在贮藏期间保持色泽、质地、风味和营养品质。同样，对阿萨伊浆果进行微波处理显著降低了POD和PPO活性，微波可能破坏了氢键和其他弱键，从而导致蛋白质去折叠和结构变化，可能使酶失活。
尽管保鲜效率高，微波加热需要大量的资本投资，因为安全操作需要专门的设备，包括工业磁控管、传送带式微波系统和电磁屏蔽。由于微波发电过程中的电力消耗，运营成本也相对较高。此外，该技术需要仔细优化微波功率、暴露时间和产品装载量，使其操作比传统热处理更具技术难度。因此，微波加热目前更适合工业食品加工和商业采后设施，而非小农户生产系统。
虽然微波加热提供快速处理和出色的保鲜潜力，但不均匀的微波能量分布仍然是一个主要限制。水果大小、形状、含水量和介电特性的变化可能产生局部热点和冷点，导致组织损伤或不完全的微生物灭活。因此，在微波加热能被更广泛地应用于新鲜水果的商业采后保鲜之前，还需要进一步的优化和设备开发。
6.5. 射频加热
射频加热是一种先进的热处理技术，也利用介电加热，但在比微波系统更低的频率下运行，允许更深、更均匀地穿透到更大的果实组织中。电磁场通过诱导极性分子的分子运动在整个商品中产生热量，能够快速消灭内部害虫、真菌孢子和其他检疫生物，同时保持外部果实品质。这种均匀的体积加热降低了传统热处理常见表面过热的风险，并在猕猴桃、柑橘和其他大型水果中显示出有前景的结果。将真空包装的鲜切桃子置于70°C和80°C的水中进行RF加热仅3-5分钟，与需要30分钟才能达到相似抑制水平的传统加热相比，PPO活性显著降低了约85-94%，表明RF可以在显著更短的暴露时间内明显抑制褐变相关酶。
在本综述评估的热处理技术中，RF加热需要最高的资本投资，因为该系统包含大功率RF发生器、定制电极、自动调谐系统和电磁屏蔽。由于大量的电力消耗以及需要专门的维护和过程校准，运营成本同样很高。因此，RF加热主要在高处理容量和一致的处理性能证明投资合理性的工业加工设施和出口包装厂中实施。其复杂性和基础设施要求使得该技术不适用于大多数小农户耕作系统。
尽管RF在加热均匀性和快速害虫检疫方面具有优势，但成功的RF处理取决于对工艺参数和设备设计的仔细优化，以实现跨不同水果大小和品种的一致能量分布。高昂的安装成本和所需的技术专长继续限制其商业采用。尽管如此，随着设备设计和过程控制的不断改进，RF加热代表了大规模采后保鲜和检疫处理最有前途的下一代热处理技术之一。
6.6. 热处理技术的比较综合
比较评估表明，没有一种热处理技术是普遍优越的，每种技术都根据预期的采后应用和生产规模提供了独特的优势和局限性。热水处理仍然是最具经济可负担性和操作实用性的选择，只需最少的设备和专业技能，同时提供有效的病害抑制和货架期延长。这些特性使HWT特别适合小农户和分散的采后设施。
强制热风处理提供了更好的加热均匀性并消除了水浸泡的需要，使其更适合商业包装厂，在这些地方一致的处理和水资源节约是重要的考量因素，尽管伴随着更高的资本投资和能源需求。蒸气热处理提供了出色的保鲜效果，同时作为出口商品的国际公认植物检疫处理，但其专门的基础设施和运营成本在很大程度上将其应用限制在面向出口的行业。
相比之下，微波和射频加热代表了先进的热处理技术，利用介电加热实现快速的体积传热和高效的微生物或害虫控制。这些技术在加工速度、加热均匀性和品质保持方面具有显著优势，尤其适用于高价值产品。然而，其广泛采用仍受到高昂的设备成本、操作复杂性和对专门技术专长的需求的制约。因此，MW和RF加热目前更适用于工业规模加工，而非小农户生产系统。
总的来说，选择合适的热处理技术不仅要依据保鲜效果，还应考虑经济可负担性、操作实用性、商业可扩展性以及不同生产系统的适用性。平衡这些因素对于最大化采后品质同时确保保鲜技术在各种水果供应链中保持技术可行和经济可持续至关重要。这个比较框架为根据特定的生产目标和商业要求选择热干预措施提供了实用的基础。这些热处理采后技术的比较评估，基于保鲜效果、经济可负担性、操作实用性、商业可扩展性和生产适用性，总结于表2。
7. 非热处理采后保鲜技术：基于保鲜效果、经济可负担性、操作复杂性、商业可扩展性及对不同生产系统适用性的比较评价
非热处理采后保鲜技术在不将商品暴露于高温的情况下延长水果货架期，因此最大限度地减少了热损伤，同时保留了营养价值、感官品质和理化完整性。这些技术通过热以外的机制贡献物理、化学或电磁方法来抑制微生物生长、延迟生理劣变并维持采后品质。由于每种技术在保鲜性能、实施成本和操作要求上各不相同，本节根据比较评估框架对常用非热技术进行评估。
7.1. 有机诱导子和化学浸渍
有机诱导子和化学浸渍通过抑制微生物生长、延迟成熟和增强采收后果实的天然防御反应来保持果实品质。化合物如水杨酸、己醛和1-甲基环丙烯可调节呼吸作用、减少乙烯作用并维持抗氧化活性，延长货架期，同时保持果实硬度和营养品质。这些处理表现出高的保鲜效果，特别是在减少采后病害和延迟生理劣变方面。经济上，有机诱导子和化学浸渍是最实惠的非热技术之一，因为它们需要最少的投资和廉价的处理溶液。操作复杂性低，因为应用仅需常规的喷洒或浸泡系统，且技术专长要求有限。这些优势提供了良好的商业可扩展性，使其能够无缝集成到现有的采后处理设施中。因此，该技术非常适合小农户农场和商业包装厂，尤其是在需要经济高效保鲜方法的地方。然而，处理效果因水果种类、品种和处理浓度而异，需要进行优化以最大化保鲜性能，同时避免不良的生理反应。
7.2. 可食性涂膜
可食性涂膜通过形成半透性屏障来调节气体交换、减少水分流失和抑制微生物生长，从而保持果实品质。涂膜材料如壳聚糖、淀粉和海藻酸钠可延迟衰老、保持硬度并减少采后水分流失，从而延长货架期。这些涂膜提供高的保鲜效果，特别是在保持果实质地和减少生理劣变方面。从经济角度看，可食性涂膜非常实惠，因为涂膜材料廉价且可生物降解，并且可以轻松地从可再生农业资源中生产。操作复杂性低，仅需简单的浸泡或喷涂系统，无需专门设备。它们的直接应用支持商业可扩展性，允许在不同的采后供应链中实施。因此，可食性涂膜既适用于小规模生产者，也适用于大型商业水果包装设施。必须仔细优化涂膜组成和厚度，因为过厚的涂膜可能会限制气体交换并对果实品质产生负面影响。
7.3. 紫外-C辐照
紫外-C辐照通过灭活表面微生物同时刺激水果的天然防御机制来保鲜。受控的UV-C暴露可增强酚类化合物和植物抗毒素的积累，提高对微生物感染的抵抗力并延迟采后劣变。该技术显示出高的保鲜效果，特别是在控制表面病原体方面，且不留化学残留。
经济上，UV-C需要中等的辐照设备资本投资，但运营成本相对较低，因为仅需少量电力且无需化学投入。操作复杂性中等，需要精确控制辐照剂量和暴露时间。该技术表现出高的商业可扩展性，因为它可以轻松集成到商业包装线和自动化处理系统中。因此，UV-C辐照最适合商业包装厂和面向出口的水果产业，而设备成本可能限制小农户的采用。过度的UV-C暴露可能导致表面变色或品质劣变，突出了处理优化的重要性。
7.4. 臭氧处理
臭氧处理通过其强氧化活性来保鲜，破坏微生物细胞膜，损伤细胞内组分，并降低病原菌存活率。臭氧还能降低呼吸作用并调节乙烯代谢，从而延迟果实成熟并延长贮藏寿命。该技术提供高的保鲜效果，特别是在抑制微生物腐败方面，且由于臭氧迅速分解为氧气而不留化学残留。经济可负担性中等，因为专门的臭氧发生器和监测系统增加了初始资本投资，但运营成本相对较低，仅需电能。操作复杂性中等，需要持续监测臭氧浓度以确保处理效果和操作人员安全。该技术提供良好的商业可扩展性，特别是在大型贮藏设施和商业包装厂中。因此，臭氧处理最适合寻求无残留保鲜方法的商业生产者和出口供应链。然而，过高的臭氧浓度可能会在敏感水果品种中诱导氧化损伤。
7.5. 超声处理
超声处理通过声空化作用来保持果实品质，其中微小气泡快速形成并坍塌，产生能够去除微生物生物膜和表面污染物的机械力。该过程可减少微生物种群，同时保持果实质地、色泽和营养价值。超声显示出高的保鲜效果，特别是对于鲜切水果和轻度加工产品。该技术具有中等的经济可负担性，因为专门的超声波设备和更高的能耗增加了资本和运营成本。操作复杂性相对较高，需要仔细优化超声频率、处理持续时间和其他加工条件。尽管有这些要求，超声提供了中等的商业可扩展性，特别是对于工业洗涤和鲜切水果处理系统。因此，它最适合中到大型工业加工商，而小农户生产者的采用仍然有限。过度的处理强度可能损伤娇嫩的果实组织并降低整体品质。
7.6. 冷等离子体
冷等离子体是一种先进的非热技术，可产生活性氧和氮物种、紫外光子和带电粒子，能够在不大幅升高果实温度的情况下灭活微生物。这些活性物种破坏微生物细胞膜和细胞内组分，有效减少采后腐烂，同时保持果实质地、色泽和营养品质。在所综述的技术中，冷等离子体表现出最高的保鲜效果之一，特别是针对微生物污染。然而，经济可负担性相对较低，因为专门的等离子体发生系统和高压电源需要高资本投资。操作复杂性高，必须仔细控制处理参数、气体组成和暴露条件以达到保鲜效果。尽管冷等离子体在工业加工和出口行业中显示出强大的商业可扩展性，但其广泛采用目前受到设备成本和技术要求的限制。因此，该技术最适合高价值水果和大型商业加工设施，而非小农户生产系统。此外，过度的处理可能损伤果实表面组织，强调了仔细优化的必要性。
7.7. 非热技术的比较综合
比较评估表明，非热保鲜技术在保鲜效果、经济可负担性、操作复杂性、商业可扩展性和生产适用性方面差异很大。有机诱导子、化学浸渍和可食性涂膜仍然是最实惠且操作最简单的技术，使其高度适用于小农户和商业生产者。UV-C辐照和臭氧处理提供有效的无残留保鲜，实施成本中等，且对商业包装厂和出口行业具有出色的可扩展性。相比之下，超声和冷等离子体提供卓越的微生物控制和品质保持，但需要更大的资本投资、专门的设备和技术专长，使其更适合工业加工设施。因此，选择适当的非热技术不仅要考虑保鲜效果，还要考虑经济可行性、操作要求、商业可扩展性和预期生产系统。表3总结了主要非热处理采后技术根据保鲜效果、经济可负担性、操作实用性、商业可扩展性和生产适用性的比较评估。
8. 无损品质监测技术
当水果经过热水处理、臭氧暴露和常压冷等离子体净化等干预措施时，在不破坏果实完整性的情况下监测内部品质的能力对于商业采后操作至关重要。这些技术促进了整个采后过程中物理、生理和化学变化的实时监测。
8.1. 监测内部水果化学
近红外光谱是一种非破坏性分析技术，利用780-2500 nm波长范围内的电磁辐射来表征水果的内部化学成分。该技术基于近红外光被O-H、C-H和N-H分子振动的泛频和合频吸收，这些基团在水、糖、有机酸和其他生化成分中含量丰富。漫反射测量值使用公式(1)转换为吸光度。
NIR光谱生成的光谱数据可转化为内部水果品质的定量测量值，特别是可溶性固形物含量和可滴定酸度，而无需破坏果实完整性。该技术对于监测采后处理（如HWT）的效果特别有价值；NIR能够通过检测糖酸平衡和其他内部理化特性的变化来进行评估。结合偏最小二乘回归等化学计量学模型，该技术提供实时的成熟度预测和自动品质分类，以确保贮藏和出口期间的产品一致性。
8.2. 监测结构完整性
高光谱成像集成了数字成像与光学成像和光谱学，是用于采后果实品质评估的最先进的无损技术之一，因为它能够获取果实品质的测量值。用于食品和农产品应用的HSI最常在可见-近红外和短波近红外范围内实施，用于水果和蔬菜的品质评估。超出这些范围，工作在8-14 μm窗口的热红外HSI也已开发用于农业监测，例如作物水分胁迫检测。HSI生成包含空间和光谱信息的三维高光谱数据集。这使得隐藏的瘀伤、内部缺陷和早期组织损伤能够在可见症状出现之前被检测到。在臭氧或常压冷等离子体等采后处理后，HSI可以通过与膜破裂相关的光学散射和吸收的变化来识别组织完整性的变化。使用主成分分析，系统可以在商业包装过程中区分受损组织和健康组织。
8.3. 监测代谢变化
电子鼻集成了非特异性化学传感器阵列，最常见的是金属氧化物半导体传感器，用于检测贮藏期间水果释放的挥发性有机化合物。当VOC与加热的传感器表面（通常在200-400°C）相互作用时，由于氧化还原反应，传感器的电阻相对于基线电阻发生变化。生成的响应模式提供了特征性的挥发物指纹，用于监测整个贮藏期间水果代谢的变化。E-nose可检测发酵衍生的化合物如乙醇和乙醛的增加，这些化合物在气体交换受限导致的缺氧条件下积累。此外，这些系统可检测由真菌病原体（包括炭疽菌属）产生的病原体相关VOC，从而实现疾病的早期检测，支持快速诊断并改善采后品质管理。
8.4. 监测技术与采后处理的配对：应用与局限
在本综述的五维框架内，非破坏性传感工具被视为辅助组件，协助对特定类别的热处理和非热处理进行决策，而非独立技术。NIR光谱主要与监测时间依赖性贮藏期间的内部品质变化相关联；因此，它适用于基于涂膜的系统。它也可用于验证内部品质在热处理（如HWT或冷等离子体）后是否保持在可接受规格范围内。NIR系统相对成熟，可用于在线和便携式测量，但实际部署取决于应用特定的校准以及跨品种和季节的持续模型维护，且高端设备仍可能代表一笔可观的资本投资。相比之下，HSI可以检测胁迫事件发生后立即出现的近表面细胞结构的生理变化。HSI已成功集成到几种表面导向的处理中，包括香蕉上的UV-C表面处理以检测皮肤损伤和品质损失，以及苹果片的HWT后进行干燥以监测颜色和水分变化，以及在冷藏和气调包装下检测冷害和劣变。因此，HSI可能被用于热处理如HWT、FHAT、VHT等，因为这些处理如果温度/时间阈值被超过，则具有诱发热烫伤、果皮褐变和近表面组织塌陷的重大风险。虽然HSI提供丰富的空间-光谱信息并且对细微的表面缺陷高度敏感，但当前的系统仍然资本密集且计算量大，高设备成本、大数据量和复杂的分析管道被认为是常规工业采用的主要障碍。电子鼻正成为适用于热和非热处理采后技术的互补监测工具，因为它们主要提供与成熟、异味和病原菌活动相关的VOC的时间分辨指纹。例如，在冷藏期间，E-nose能够在草莓中检测到灰葡萄孢菌等真菌感染，远早于可见腐烂症状的出现。此外，E-nose被用于区分在冷藏期间储存在空气中与高CO2气调包装中的甜樱桃，这与视觉品质和抗氧化活性监测相一致。与NIR和HSI系统相比，E-nose成本相对较低，便携式传感器阵列提供自动化、高通量的VOC监测，使得每次测量的成本远低于色谱分析，尽管初始设置成本仍然相对较高。然而，E-nose对温度和湿度高度敏感且容易出现交叉敏感性，需要仔细校准和补偿模型以确保跨商品和贮藏环境的稳定性和可转移性，这突显了其操作复杂性。
总体而言，这些“处理+传感器”配对面临重要的实际限制。NIR系统成熟，但校准模型可能是品种、季节和仪器特异性的，因此在多样化的水果供应链中部署时需要仔细标准化和校准。HSI提供空间信息并对细微的表面缺陷高度敏感，但相机和照明单元资本密集度要高得多，生成大量数据，并需要先进的化学计量学或图像分析流水线，这可能限制大规模采用。相比之下，E-nose系统提供低成本且实时的VOC监测，但容易受到温度、湿度和背景气氛的影响。它们还依赖于模式识别模型和适当的校准，以确保跨水果类型和贮藏设施的特异性和可转移性。在本综述中，这些工具因此不被推荐为普遍需要的附加组件，而是作为情境依赖的选项，可以有选择地与实惠的保鲜技术结合，以加强质量保证并减少可避免的采后损失，特别是在出口价值、法规要求或缺陷风险证明增加的复杂性和成本是合理的情况下。
9. 热与非热技术的比较视角
优化新鲜水果供应链需要在热和非热技术之间平衡生理和热力学权衡。然而，采后研究在受控的实验室条件下评估这些处理，未能说明它们在综合供应链系统中的相互作用。一个有效的商业策略可能受益于精心设计的多模态障碍方法，其中互补的低能量干预措施被组合起来以达到所需的保鲜效果，同时避免对采后产品造成损伤。然而，直接将联合干预措施与任何相应的单一处理进行比较的研究数量仍然有限，真正的协同、相加或拮抗相互作用尚未在技术和水果商品之间得到系统量化。热带水果采后管理的主要挑战是理解热与非热保鲜方法之间的权衡。
尽管大多数已发表的研究仍然孤立地评估保鲜技术，但关于组合或序贯干预措施的工作正在增多。这些研究通常报告相对于相应单一处理，在腐烂和品质损失方面有相加或适度协同的减少，但也强调了潜在的权衡，如增加的组织应激或更高的操作复杂性。组合障碍处理表现出非线性相互作用，最初设计用于协同保鲜；当工艺参数未针对特定商品进行优化时，经常会发生不希望出现的拮抗效应。此外，组合处理也被证明可以同时对结构参数如硬度和乙烯抑制产生协同益处，但对生物活性保留和抗氧化能力产生拮抗权衡。因此，建立严格的、多臂的实验方案对于验证和优化组合技术至关重要，以确保它们始终如一地带来额外的保鲜增益，从而证明任何增加的运营成本是合理的。
单独来看，在热处理技术中，HWT提供了一种有效、无化学的解决方案来控制炭疽病和检疫性害虫。然而，其有效性取决于准确的温度和时间，超出此范围可能发生热损伤。在生化水平上，适度的热处理通过抑制乙烯生物合成和刺激热激蛋白来调节采后成熟，从而增强膜稳定性并减少氧化损伤，包括过氧化氢酶和超氧化物歧化酶，这可能导致热损伤、组织崩溃和加速果实软化。与热处理不同，非热技术如臭氧和冷等离子体可保留热敏化合物，包括生物活性分子、抗坏血酸和色素，同时通过产生活性氧和氮物种与病原体反应提供抗菌活性，但对果实组织的长期生理影响仍不清楚。
活性氧和氮物种对果实组织的长期生理影响可能损坏角质层和细胞膜，导致水分流失增加和更快的品质劣变。这些技术的采用在一定程度上受到经济和基础设施限制的制约。采后技术的
