《Food Chemistry: X》：Beyond microbial control: Effects of short-time superheated steam on storage quality and aroma-active volatiles in fresh-cut Fuji apples
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鲜切富士苹果经150–300 °C过热蒸汽（SHS）处理10 s。与饱和蒸汽（SS）相比，SHS更好地维持了鲜切苹果的品质。150 °C、10 s的SHS处理保留了较高浓度的香气活性挥发物。300 °C、10 s的SHS处理实现了最强的微生物和酶控制。
鲜切富士苹果经150–300 °C过热蒸汽（SHS）处理10 s。与饱和蒸汽（SS）相比，SHS更好地维持了鲜切苹果的品质。150 °C、10 s的SHS处理保留了较高浓度的香气活性挥发物。300 °C、10 s的SHS处理实现了最强的微生物和酶控制。
研究背景：鲜切水果因新鲜、健康与便利而日益受到欢迎，其中鲜切苹果因独特风味、脆爽质地和丰富营养而受到重视。然而，清洗、去皮和切割等最少加工步骤会破坏苹果细胞完整性，使内部组织暴露于大气环境，进而造成机械损伤、水分损失以及由多酚氧化酶（polyphenol oxidase, PPO）和过氧化物酶（peroxidase, POD）等内源酶催化的酶促褐变。其结果是鲜切苹果发生快速氧化应激、组织软化以及感官和香气品质劣变；同时，霉菌和酵母等腐败微生物在切面增殖，进一步缩短货架期。现有抗褐变剂和气调包装等保鲜策略仍需替代性加工技术，以同时控制微生物生长、减少氧化反应并最小化贮藏期间品质劣变。过热蒸汽（superheated steam, SHS）通过向蒸汽中额外加热，使其温度高于饱和点；与接触较冷表面会冷凝并增加水分的饱和蒸汽（saturated steam, SS）不同，SHS除非温度降至饱和阈值以下否则不发生冷凝，因而可在相对干燥条件下快速加热并有效灭活微生物，且其近乎无氧的环境有利于抑制氧化反应。已有SHS应用多集中于干燥、微生物灭活、低水分食品或整果蔬表面减菌，但短时SHS温度如何影响鲜切苹果中微生物控制、酶抑制、理化品质和香气保留之间的平衡仍不清楚。因此，研究人员评估高温短时SHS处理对鲜切富士苹果9 d冷藏贮藏期间品质属性的影响，以判断SHS能否作为鲜切苹果潜在加工策略。研究结论表明，SHS处理在150–300 °C、10 s条件下与SS相比未显著改变L*、ΔE、BI或WLR，但9 d后SHS样品硬度低于SS样品；300–10处理获得最低微生物计数和最强POD、PPO抑制，却保留了较少挥发性香气化合物（volatile aroma compounds, VACs）和较低总气味活性值（odor-activity values, OAVs），且在第3天至第9天酯比例最低；150–10处理更好保留总酚（total phenolics, TP）、总VAC和总OAV并有效抑制PPO，但控制总细菌和抑制POD弱于高温SHS；250–10处理提供有效微生物控制、持续POD抑制、相对较低超氧阴离子形成速率，并避免VAC和关键香气化合物过度损失，尽管PPO活性仍较高。该研究意义在于为鲜切富士苹果冷藏贮藏中短时SHS温度条件的选择提供了依据。
技术方法概括：样本为采自中国山东省烟台的富士苹果，共90个苹果，分3个独立制备批次，每批30个。苹果切为厚1.0–1.2 cm、长宽约2 cm的片，经5 g/L NaCl溶液浸泡5 min后处理。SS处理为100 °C、10 s，记为CK；SHS处理为150、200、250、300 °C、10 s，分别记为150–10、200–10、250–10、300–10。处理后样品密封并于4 °C贮藏9 d，在第1、3、5、7、9天取样。测定指标包括微生物计数、PPO和POD活性、色泽、褐变指数（browning index, BI）、失重率（weight loss rate, WLR）、硬度、总可溶性固形物（total soluble solids, TSS）、可滴定酸（titratable acidity, TA）、TP、超氧阴离子、丙二醛（malondialdehyde, MDA），并采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱（headspace solid-phase microextraction coupled with gas chromatography–mass spectrometry, HS-SPME-GC–MS）分析VAC和OAV；统计分析采用ANOVA和Tukey检验。
研究结果：
3.1 Microbial analysis：通过微生物计数发现，所有组总细菌数随贮藏时间增加，而较高SHS处理温度在相同贮藏时间下总细菌数较低。300–10组第9天总细菌数为4.61 ± 0.04 lg CFU/g，较CK降低1.04 lg CFU/g；150–10与CK无显著差异，200–10、250–10和300–10分别降低0.88、0.92和1.04 lg CFU/g。霉菌和酵母计数同样随贮藏增加，150–10、200–10、250–10和300–10组第9天较CK分别降低1.68、1.81、2.82和2.85 lg CFU/g。研究人员据此认为，SHS能有效减少鲜切苹果上的细菌、霉菌和酵母，且温度越高抗菌效果越强，这归因于SHS非冷凝环境、快速传热和表面脱水协同增强微生物灭活。
3.2 Physicochemical properties
3.2.1 Enzyme activities analyses：通过POD和PPO活性测定发现，POD活性在所有组中随时间增加。150–10组仅在第1天显著低于CK，第3至第9天与CK无显著差异；200–10、250–10和300–10组在整个贮藏期显著低于CK，其中300–10组POD活性增加最慢。PPO活性在所有组中先下降后上升，250–10组始终最高并显著超过其他组；150–10和300–10组低于CK，300–10组抑制最强且最持久。研究人员认为，SHS对PPO可能同时具有激活和失活作用，取决于温度强度，因此优化SHS条件对鲜切苹果加工很重要。
3.2.2 Color, Browning index (BI), weight loss rate (WLR), and hardness：通过色泽、BI、WLR和硬度测定发现，所有组L*随贮藏下降，ΔE和BI随时间增加，表明表面褐变逐渐发展。SHS处理组L*数值高于CK、BI低于CK，但差异不显著。WLR在所有组9 d后显著增加，但CK与SHS组间无显著差异，说明短时SHS未明显影响水分损失行为。硬度在整个贮藏期相对稳定，SHS组间无显著差异；但贮藏9 d后CK硬度显著高于SHS处理样品，提示SHS可能引起轻微软化。研究人员指出，短时SHS引起的酶活性变化不足以造成整体色泽属性的显著差异。
3.2.3 TSS, TA, and TP content：通过TSS、TA和TP测定发现，CK组TSS相对稳定，而SHS组总体下降，9 d后所有SHS组TSS显著低于CK；300–10组早期TSS较高，第3天达12.47 ± 0.12%。CK组TA在9 d内显著下降，而300–10组TA相对稳定且在同一贮藏时间持续显著高于CK；9 d后所有SHS组TA高于CK。TP含量在所有组中波动，150–10组在同一贮藏时间持续显著高于CK；9 d后所有SHS组TP高于CK。研究人员认为，低氧加工环境可抑制酚类氧化降解，且高温SHS使PPO更大程度失活，从而限制后续贮藏中酚类的酶促氧化。
3.2.4 Superoxide anion and MDA：通过超氧阴离子形成速率和MDA含量测定发现，所有组超氧阴离子形成速率随贮藏时间显著增加，表明采后贮藏中氧化应激逐渐积累。250–10组在整个贮藏期维持相对较低的超氧阴离子形成速率，但SHS组间无明显趋势。MDA含量在贮藏初期逐渐增加；第1天200–10和250–10组MDA显著低于CK，说明适当温度SHS有助于缓解早期膜脂过氧化。9 d后所有组MDA普遍高于第1天。研究人员指出，PPO激活主要依赖膜区室化破坏和酶-底物相互作用增加，而超氧阴离子生成更与氧化代谢和电子传递反应相关，因此PPO活性升高不一定对应更高超氧阴离子积累。
3.2.5 Volatile aroma compounds (VACs) analysis：通过HS-SPME-GC–MS分析，共鉴定41种VAC，按化学结构分为17种酯、8种醇、8种醛、4种酮、3种酸和DL-limonene六类。酯类在所有组中最为丰富，是苹果果香和甜香的主要贡献成分，主要酯类包括2-methylbutyl acetate、ethyl acetate、ethyl butyrate和ethyl hexanoate。酯、醛和醇合计占总VAC浓度99%以上。所有SHS组均检出全部17种酯、8种醇和8种醛，而CK组任何贮藏时间均未检出2-nonenal。贮藏9 d内，酯浓度先升高后降低，醇和醛浓度呈下降趋势。第1天CK总VAC最低；第9天所有SHS组总VAC高于CK；150–10组在整个贮藏期VAC最高，其酯、醇和醛水平通常高于CK，仅第3天醛例外。研究人员认为，SS处理导致更大的VAC损失，而较低温度SHS有利于VAC保留。酯相对比例总体随贮藏增加，醛和醇相对比例逐渐下降；第9天所有SHS组酯比例高于49.5%，而CK仅40%，醛占最大部分44%。300–10组在第3至第9天酯比例最低、醛比例最高，表明过高SHS温度可能加速部分挥发性化合物的热降解或转化，降低特征苹果香气相关化合物的保留。
3.2.6 Odor activity value (OAV) analysis：通过OAV分析，共鉴定10种OAV > 1的香气化合物，包括8种酯和2种醛。OAV最高的化合物为ethyl 2-methylbutyrate、2-methylbutyl acetate和hexanal，被认为是CK和SHS处理苹果香气活性轮廓的主要贡献者。与CK相比，所有SHS组在整个贮藏期总OAV更高，说明SHS处理有效增强香气活性化合物保留并维持更强整体香气轮廓。150–10组总OAV始终最高，第3天达1217.35，约为CK的2倍。300–10组总OAV高于CK，但除第1天外低于其他SHS组。研究人员指出，SHS尤其是较低温度有助于苹果中香气活性化合物的保留，但香气相关特征仅基于挥发性组成和OAV评价，未来仍需补充感官评价。
讨论总结：该研究显示，短时SHS处理存在明显温度权衡。高温SHS强化微生物控制和POD、PPO抑制，但会减少VAC和总OAV，并降低酯比例；低温SHS更有利于TP、总VAC和总OAV保留以及PPO抑制，但控制总细菌和抑制POD较弱。250–10处理在微生物控制、持续POD抑制、相对较低超氧阴离子形成速率以及避免VAC和关键香气化合物过度损失之间提供最佳平衡，尽管PPO活性仍相对较高。研究人员认为，SHS的非冷凝环境、低氧条件、快速传热和表面脱水是其作用的重要基础。研究局限在于固定10 s暴露时间而仅变化SHS温度，未来应进一步优化SHS温度–时间组合以改善PPO抑制，通过感官和消费者测试验证香气差异，并在中试规模评估处理均匀性、加工容量和能耗。
研究结论翻译：在本研究中，研究人员评估了150–300 °C、10 s的SHS处理对鲜切富士苹果9 d冷藏贮藏的保鲜效果，并以100 °C、10 s的SS处理作为对照。结果表明，与SS相比，短时SHS未导致L*、ΔE、BI或WLR的显著差异，而所有SHS处理样品在9 d后硬度低于SS处理样品。在冷藏贮藏期间，300–10处理实现了最低微生物计数以及对POD和PPO的最强抑制。然而，该高温处理通常比低温SHS处理保留了更少的VAC和更低的总OAV，并且在第3天至第9天在SHS处理组中具有最低的酯比例。相反，150 °C、10 s处理更好地保留了TP、总VAC和总OAV，并有效抑制PPO，但在控制总细菌计数和抑制POD方面弱于更高温度SHS处理。在所测试条件中，250–10处理提供了有效的微生物控制和持续的POD抑制，维持了相对较低的超氧阴离子形成速率，并避免了VAC和关键香气化合物的过度损失，尽管PPO活性仍相对较高。综合考虑这些响应，250 °C、10 s的SHS在当前实验条件下提供了最佳平衡，因此被选为最适处理。由于该工作聚焦于固定暴露时间下的SHS温度，未来研究应进一步优化SHS温度–时间组合以改善PPO抑制，通过感官和消费者测试验证香气相关差异，并在中试规模下评估所选条件的处理均匀性、加工容量和能耗。最终，短时SHS可能成为鲜切富士苹果冷藏贮藏的一种有前景的保鲜策略。
