郜海燕，吳偉杰，穆宏磊，房祥軍，陳慧芝*，楊海龍，陳杭君，3*

（1 浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院食品科學(xué)研究所 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部果品采后處理重點實驗室浙江省果蔬保鮮與加工技術(shù)研究重點實驗室 中國輕工業(yè)果蔬保鮮與加工重點實驗室 杭州 310021 2 溫州大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)院 浙江溫州 325035 3 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部蔬菜采后保鮮與加工重點實驗室（部省共建） 杭州 310021）

我國是一個農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)業(yè)是國家國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)和支柱產(chǎn)業(yè)。2019年，我國生鮮農(nóng)產(chǎn)品總產(chǎn)量近12 億t，位居世界首位，其中，蔬菜、水果、肉類、水產(chǎn)品等生鮮農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)值占農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值的六成以上[1]。農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈包括原料生產(chǎn)、加工、貯藏、運輸和銷售等各個環(huán)節(jié)。目前，我國生鮮農(nóng)產(chǎn)品從產(chǎn)地到消費者的整個供應(yīng)鏈中，損耗率高達10%～20%[2]。如何降低果蔬等生鮮類產(chǎn)品的損耗，保鮮技術(shù)是關(guān)鍵。綠色供應(yīng)鏈?zhǔn)乾F(xiàn)代全鏈條供應(yīng)模式，具有環(huán)境友好、減損增效、安全優(yōu)質(zhì)等特點[3]，可實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品從“田間到餐桌”的全程質(zhì)量安全控制。本文綜述食品新技術(shù)在生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈綠色保鮮中的應(yīng)用，重點分析生鮮農(nóng)產(chǎn)品的分級、保鮮、包裝、溯源等方面新技術(shù)，為開發(fā)綠色、有效、經(jīng)濟的供應(yīng)鏈綠色保鮮技術(shù)提供參考。

1 生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈

農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈涵蓋從生產(chǎn)、采購，到加工、倉儲、物流，一直到對終端消費者的零售等，從“田間到餐桌”，由上、下游企業(yè)構(gòu)成的一整條產(chǎn)業(yè)鏈。上世紀(jì)50年代初，農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈自發(fā)達國家興起，從80年代資源整合至今，工業(yè)化和標(biāo)準(zhǔn)化程度雖高，但食材數(shù)目較為單一。我國農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈在“十二五”期間處于起步階段，零售餐飲企業(yè)開始自建配送中心，中餐連鎖行業(yè)快速發(fā)展。到“十三五”期間，我國農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈處于發(fā)展階段，農(nóng)產(chǎn)品物流系統(tǒng)和綜合供應(yīng)鏈服務(wù)網(wǎng)絡(luò)逐步完善；凈菜加工、中央廚房等產(chǎn)業(yè)穩(wěn)步發(fā)展；農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈上各類電商平臺不斷涌現(xiàn)，產(chǎn)區(qū)農(nóng)產(chǎn)品保鮮能力亟需提升。

隨著中美兩國戰(zhàn)略博弈的升級，以及新冠肺炎疫情的蔓延，供應(yīng)鏈穩(wěn)定、高效和安全的重要性凸顯。生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈主要集中在供給端、物流端和消費端的發(fā)展。其中，供給端主要包括種養(yǎng)殖端和生產(chǎn)端。種養(yǎng)殖端增強，以家庭農(nóng)場、企業(yè)化經(jīng)營和農(nóng)業(yè)合作社為主體的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)模化和品牌化發(fā)展，實現(xiàn)移動保鮮、初/深加工、分揀分級等附加功能。在生產(chǎn)端，生產(chǎn)方式由初級加工向精深加工轉(zhuǎn)變，高品質(zhì)、標(biāo)準(zhǔn)化、特色化的定制加工或成主流。物流端的加強是基于大數(shù)據(jù)、第5 代移動通信技術(shù)（5G）、區(qū)塊鏈等技術(shù)的應(yīng)用，強化流通端的農(nóng)產(chǎn)品安全監(jiān)管，建立完善的溯源體系，打造高效、安全流通模式和國際/國內(nèi)物流網(wǎng)絡(luò)一體化服務(wù)體系。在消費端，終端消費者對農(nóng)產(chǎn)品認知的進一步深化及消費理念的轉(zhuǎn)變，助推農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈服務(wù)的升級。

2 生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈保鮮存在的問題

隨著食品工業(yè)全球化和可持續(xù)發(fā)展模式的轉(zhuǎn)變，來自食品生產(chǎn)能力、農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈、生態(tài)環(huán)境等的變化和挑戰(zhàn)并存?！班l(xiāng)村振興”國家戰(zhàn)略帶動農(nóng)業(yè)加速邁向現(xiàn)代化和數(shù)字化，并且農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈保鮮技術(shù)也得到不斷發(fā)展，然而，目前仍存在一些問題：

1） 商品化處理水平低，產(chǎn)后損失嚴(yán)重 產(chǎn)后商品化處理是指農(nóng)產(chǎn)品采收后進行的挑選、清洗、修整加工、分級、質(zhì)檢、包裝、冷藏等處理。生鮮農(nóng)產(chǎn)品經(jīng)產(chǎn)后商品化處理，可以顯著提高貯藏能力，實現(xiàn)增值。與發(fā)達國家相比，我國商品化處理水平偏低，影響產(chǎn)品競爭能力。以果蔬為例，我國商品化處理量僅占總產(chǎn)量的10%，而發(fā)達國家高達80%以上。鑒于此，應(yīng)在生鮮農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地就近建設(shè)商品化處理相關(guān)設(shè)備，補齊供應(yīng)鏈“最初一公里”短板，提高商品化處理能力，從而達到減少產(chǎn)后損失、延長產(chǎn)后保鮮期的目的。

2） 冷鏈物流發(fā)展不足，損耗大成本高 目前，我國農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈在供給端、物流端和消費端3 端均存在系列問題，如：上游源頭分散，依然是小農(nóng)戶和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)主體并存的局面，規(guī)范化程度低；流通過程有農(nóng)戶自主經(jīng)營模式、超市主導(dǎo)經(jīng)營模式、專業(yè)批發(fā)市場定向模式，個性化需求高；下游包括零售商超、餐飲企業(yè)、個人商販等，中小客戶居多，菜系繁多，標(biāo)準(zhǔn)化難。其中，物流是打通農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈的基礎(chǔ)。由于供應(yīng)鏈冗長、冷鏈物流體系建設(shè)尚未完備，農(nóng)產(chǎn)品經(jīng)過每層環(huán)節(jié)后損耗較大，且層層加價，限制了農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈的發(fā)展。我國物流尚未達到一體化的程度，無法滿足標(biāo)準(zhǔn)冷鏈物流服務(wù)需求，導(dǎo)致供應(yīng)鏈效率低。鑒于此，發(fā)展全程冷鏈?zhǔn)窃黾愚r(nóng)產(chǎn)品價值，推動一、二、三產(chǎn)業(yè)融合的重要手段。冷鏈物流的推廣重在兩頭，即供給端和消費端，這也是當(dāng)前我國供應(yīng)鏈非常薄弱的地方。

3） 質(zhì)量溯源體系不健全，質(zhì)量安全監(jiān)管難農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈的網(wǎng)鏈結(jié)構(gòu)復(fù)雜，涉及的成員和環(huán)節(jié)眾多，難以從整體上對果蔬的質(zhì)量進行把控。生鮮農(nóng)產(chǎn)品在多級環(huán)節(jié)的流通中，溯源信息難保存，安全存在較高隱患。目前，我國供應(yīng)鏈質(zhì)量溯源體系還不健全，各參與主體產(chǎn)生的數(shù)據(jù)無法通過溯源體系整合，各環(huán)節(jié)的信息無法實現(xiàn)互通共享，最終導(dǎo)致消費端用戶對產(chǎn)品信息無法實現(xiàn)質(zhì)量追溯。

3 食品新技術(shù)助力生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈綠色保鮮

隨著經(jīng)濟全球化不斷推進，全球食品供應(yīng)鏈正經(jīng)歷深度融合，迫切需要依靠食品科技創(chuàng)新，補齊基礎(chǔ)研究、關(guān)鍵核心技術(shù)等短板，更好地深度參與全球競爭。

3.1 分級技術(shù)

對農(nóng)產(chǎn)品進行源頭分級，并覆蓋全產(chǎn)業(yè)鏈，可以大幅提高農(nóng)產(chǎn)品商品價值和貯藏品質(zhì)。農(nóng)產(chǎn)品分級主要依據(jù)外觀、風(fēng)味、理化、營養(yǎng)功能等指標(biāo)。機械分級通常根據(jù)產(chǎn)品直徑、質(zhì)量等進行，是現(xiàn)有市場上應(yīng)用較多的手段，具有分選效率高、分級準(zhǔn)確等優(yōu)點，然而，存在易造成部分機械損傷的缺點。隨著新型檢測技術(shù)，尤其是計算機視覺、光譜、電特性、電子鼻等無損快速檢測技術(shù)的發(fā)展，農(nóng)產(chǎn)品分級自動化程度大大提高。Mohd Ali 等[4]研究表明紅外熱成像技術(shù)能有效識別菠蘿品種的理化性質(zhì)變化，尤其是在10 ℃條件下的果實，整體分類準(zhǔn)確率在97%以上。郝瑞龍等[5]采用的箱式近紅外光譜儀可通過在果品分級線搭載，建立芒果采摘后SSC、pH 值變化和貯放潛力預(yù)判的無損檢測模型，在果品收購、入庫等環(huán)節(jié)高通量實現(xiàn)基于芒果內(nèi)部品質(zhì)的自動分級，預(yù)計設(shè)備投入運行后的在線檢測速度可達5 個/s，顯著提高了分級效率和準(zhǔn)確性，降低了人力成本。Yu 等[6]采用可見-近紅外光譜（Vis-NIR）和近紅外光譜（NIR）兩種波段范圍的高光譜成像系統(tǒng)，結(jié)合數(shù)據(jù)融合和變量選擇方法，用優(yōu)化的模型來實現(xiàn)羅非魚魚片中TVBN 含量的可視化分布，從而實現(xiàn)魚片新鮮度的無損評價。Huang 等[7]針對豬肉部位難區(qū)分的問題，首次提出并構(gòu)建了一種基于人工智能和計算機視覺的豬肉部位識別模型，利用遷移學(xué)習(xí)加快模型的訓(xùn)練，融合多種注意力機制，實現(xiàn)對豬肉部位的精準(zhǔn)分類識別。整體而言，農(nóng)產(chǎn)品分級技術(shù)發(fā)展需求緊迫，采用智能化的新型傳感技術(shù)在無損、品質(zhì)檢測方面具有巨大潛力，而集成多傳感技術(shù)融合的高效、實時、精準(zhǔn)分級系統(tǒng)是提升農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的重要發(fā)展方向。

3.2 保鮮技術(shù)

生鮮農(nóng)產(chǎn)品易腐敗變質(zhì)，經(jīng)分選分級后，貯藏保鮮技術(shù)的應(yīng)用可有效延長其貨架期，提高貯藏品質(zhì)。通常保鮮技術(shù)可分為物理、化學(xué)和生物保鮮三大類，其中，化學(xué)保鮮劑因效果明顯、成本較低而廣泛應(yīng)用，然而，存在易殘留的缺點，要求在允許使用劑量范圍使用。物理保鮮和生物保鮮技術(shù)因具有相對綠色、環(huán)保的優(yōu)點而在農(nóng)產(chǎn)品中的應(yīng)用迅速增加。

3.2.1 物理保鮮技術(shù) 目前市場應(yīng)用普遍的仍是低溫貯藏和氣調(diào)保鮮法，而低劑量輻射、高壓靜電場、低溫等離子保鮮、磁場處理、負離子、超聲波處理、射頻處理等多種物理保鮮技術(shù)也有較多研究[8]。主流新型物理保鮮技術(shù)見表1，對食品的影響見圖1。Hu 等[9]研究得出大氣等離子體（ACP）有利于藍莓果實采后保鮮，短時間ACP 處理（≤15 min）對硬度、pH 值、ORP（氧化還原電位）和花青素濃度影響較小，而長時間（20 min）處理會導(dǎo)致藍莓果實果皮發(fā)生嚴(yán)重氧化，果實軟化，花青素減少，因此適宜短時間處理。高壓靜電場（HVEF）可改善鯰魚片的品質(zhì)和延長貨架期，如延緩其感官質(zhì)量以及脂質(zhì)和蛋白質(zhì)氧化的劣化，延遲肌間細胞破裂并擴大細胞間隙，抑制微生物生長，使鯰魚片4 ℃保鮮期有效延長2 d[10]。Shen 等[11]研究表明等離子體空氣處理的楊梅在貯藏 （20 ℃，90%RH，3 d）結(jié)束時腐爛指數(shù)、真菌種群和細菌種群分別減少19.72%，1.69 lg （CFU/g）和1.15 lg （CFU/g）。Zhang 等[12]發(fā)現(xiàn)負離子（NAI）處理40 min 可降低香菇的褐變指數(shù)，維持硬度，延緩衰老；還可增加香菇貯藏過程中風(fēng)味物質(zhì)含量，如：丙氨酸、甘氨酸、5’-肌苷酸、八碳醇化合物和環(huán)狀硫化物等。未來，在保證保鮮品質(zhì)的前提下，降低物理保鮮成本，提高設(shè)備適用性，加大推廣力度，是新型物理保鮮技術(shù)的重要發(fā)展方向。

表1 物理保鮮技術(shù)及其優(yōu)、缺點Table 1 Physical preservation technologies and their advantages and disadvantages

圖1 不同非熱物理技術(shù)對食品影響的示意圖[8]Fig.1 Schematic representation of the impact of different non-thermal physical technologies on food[8]

3.2.2 生物保鮮技術(shù) 生物保鮮技術(shù)是采用從動、植物或微生物中提取或由生物技術(shù)獲得的保鮮劑作用于農(nóng)產(chǎn)品，作用機制涉及抑制或殺死病原菌；抑制酶的活性，防止發(fā)生褐變；形成保護膜覆蓋于食品表面而達到保鮮目的等。生物保鮮劑的來源包括植物源（多酚、植物精油等）、動物源（殼聚糖、蜂膠、魚精蛋白等）和微生物源（Nisin、納他霉素、曲酸等）。Bag 等[21]使用檸檬汁（LJ）、羅勒葉提取物（BE）、薄荷葉提取物（ME）和檸檬草精油（LGEO）復(fù)合保鮮劑制備甘蔗汁，通過多目標(biāo)遺傳算法優(yōu)化保鮮劑配方，使甘蔗汁的4 ℃保鮮期延長至26 d。Issa 等[22]研究發(fā)現(xiàn)百里香精油對單核細胞增多性李斯特菌有抗菌活性，采用甘薯淀粉和蒙脫石納米粘土作為成膜基材負載百里香精油，用于菠菜葉的保鮮。Ying 等[23]從南美白對蝦中分離得到1 株解淀粉芽孢桿菌（PJ），并純化其抑菌肽（PJAP，分子質(zhì)量為3.3 ku，最小抑制質(zhì)量濃度為62.5～250 μg/mL）；電鏡和流式細胞術(shù)顯示PJAP 導(dǎo)致金黃色葡萄球菌細胞膜通透性增加；PJAP 處理可顯著延緩草莓在低溫貯藏期間的失重率和可滴定酸變化[23]。

基因工程技術(shù)正成為生鮮農(nóng)產(chǎn)品貯藏保鮮的重要手段，尤其是近年蓬勃發(fā)展的遺傳基因編輯技術(shù)。Waltz 等[24]利用CRISPR 技術(shù)刪除導(dǎo)致褐變的多酚氧化酶 （PPO），因組中極少幾個堿基，將PPO 活性降低30%，故獲得具有抗褐變能力的雙孢菇，這是第1 例得到美國政府上市許可的CRISPR 基因組編輯生物，具有里程碑式的意義。Yang 等[25]從5 個健康玉米品種的種子中分離出7個內(nèi)生菌菌株，采用16S rRNA 和gyrA 基因系統(tǒng)發(fā)育分析的多相分類法鑒定為貝雷森芽孢桿菌，對3 種病源菌菌株（真菌鞭毛霉菌4 號、草酸青霉菌5 號和黃曲霉病菌6）拮抗效果良好，具有作為保鮮用生物菌株的潛力。Aghdam 等[26]研究了150 nmol/L 植物磺基因子α（PSKα）延緩西蘭花冷藏期小花變黃的作用機制，結(jié)果表明，PSKα 處理的小花SUMO E3 連接酶（SIZ1）基因表達較高，該小花表現(xiàn)出較高的內(nèi)源性細胞分裂素積累，這可能來自異戊烯基轉(zhuǎn)移酶基因的較高表達，同時伴隨細胞分裂素氧化酶基因的較低表達。隨著生物保鮮技術(shù)研究的深入，相信未來高效生物保鮮劑將在農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈中得到極大地推廣應(yīng)用。

3.2.3 復(fù)合保鮮技術(shù) 單一保鮮技術(shù)不一定能滿足消費者日益升級的高品質(zhì)需求，采用兩種及以上保鮮方式進行復(fù)合保鮮，可達到協(xié)同保鮮效果。王帆等[27]采用天然抑菌劑丁香酚協(xié)同高功率脈沖微波冷殺菌處理，可顯著降低河蟹肉貯藏過程中菌落總數(shù)和揮發(fā)性鹽基氮含量的升高。采用高功率脈沖微波冷殺菌技術(shù)以及天然植物源抑菌劑丁香酚對河蟹肉樣品進行保鮮處理。Shi 等[28]用納米保鮮膜對鮮香菇進行包裝后，進行物理（超聲+γ輻照）聯(lián)合技術(shù)處理，分析貯藏工藝對微生物降解規(guī)律、子實體抗氧化能力的影響，探究香菇子實體中水分損失調(diào)控機制。Zhao 等[29]利用脈沖磁場聯(lián)合冷水沖擊處理可有效延緩黃瓜采后品質(zhì)劣變，抑制呼吸作用，減少失重、腐爛率以及顏色的改變，6 ℃貯藏期達13 d。Wang 等[30]采用超聲輔助檸檬酸和Nisin 清洗鮮切蘆筍，顯著降低了初始微生物數(shù)量，此外，聯(lián)合肉桂精油熏蒸處理抑制貯藏過程中微生物的生長，結(jié)果鮮切蘆筍4 ℃貯藏期可延長至20 d。Zhang 等[31]通過高壓靜電場（HVEF）處理與氣調(diào)包裝（MAP） 相結(jié)合對小白菜進行保鮮，結(jié)果其保鮮期延長至40 d，而單一MAP 組的小白菜保鮮期不超過25 d。Fan 等[32]研究發(fā)現(xiàn)超聲波處理聯(lián)合MAP 抑制了冷藏期間鮮切黃瓜菌落總數(shù)、霉菌和酵母菌生長，延緩失重率、MDA 含量的上升。

3.3 包裝技術(shù)

3.3.1 活性包裝 包裝直接影響食品品質(zhì)和衛(wèi)生安全?；钚园b是指在包裝材料中含有抑菌劑、抗氧化劑、水分吸附劑等活性物質(zhì)，在保護食材基礎(chǔ)上，還具有抑制微生物生長或酶促反應(yīng)等功能，從而有效延長包裝食品貨架期的一種新型包裝。Vieira 等[33]對比了綠茶提取物、迷迭香提取物、肉桂提取物、茴香提取物、丁香提取物、香蜂草提取物和姜黃素等植物提取物的抗菌性、抗氧化性和熱穩(wěn)定性等性質(zhì)，結(jié)果表明綠茶提取物、迷迭香提取物和姜黃素作為天然添加劑摻入低密度聚乙烯中制備的活性包裝薄膜性能最佳。Shi 等[34]以聚乳酸（PLA）和聚己內(nèi)酯（PCL）靜電紡納米纖維為原料，加入牛至油（OEO）負載β-環(huán)糊精（β-CD）作為活性食品包裝材料，延緩了黑莓采后腐爛、變質(zhì)和貯藏品質(zhì)劣變。Zhao 等[35]利用碳點（CDs）增強PVA 薄膜作為活性包裝材料，提升了薄膜的紫外線阻隔性能、抗氧化和抗菌性，如采用0.50%CDs/PVA 膜為活性包裝，香蕉、紅棗和炸肉丸的保質(zhì)期得到顯著延長。殼聚糖、淀粉、纖維素等天然物質(zhì)作為包裝材料基材也有很大優(yōu)勢：來源豐富、安全無毒、可降解等。在生物基材料中添加抗氧化劑、抗菌劑等不同活性物質(zhì)后用于食品保鮮貯藏，可有效延長包裝食品保質(zhì)期，提高包裝食品的品質(zhì)。圖2匯總了用于食品包裝的生物活性劑。Zhou等[36]采用PLLA（聚乳酸）或殼聚糖多孔微球作為蟲膠膜中的氣體“開關(guān)”或“氣孔”，調(diào)節(jié)O2、CO2和H2O 的滲透性和CO2/O2的選擇性，如將單寧酸-殼聚糖多孔微球（TA-CSPMs）嵌入蟲膠基質(zhì)，增加抑菌性，用作水果保鮮的涂層或包裝膜，均顯著延長了具有不同呼吸代謝的5 種水果（橘子、芒果、楊梅、草莓和櫻桃）的保質(zhì)期。

圖2 應(yīng)用于食品包裝的生物活性劑[37]Fig.2 Bioactive agents for food packaging applications[37]

二氧化鈦 （TiO2） 納米管有優(yōu)異的光催化活性、穩(wěn)定性和生物相容性。由于其高的表面能和納米級的粗糙度，在紫外光下表現(xiàn)出優(yōu)異的抗菌性能，減少了細菌在薄膜上的黏附。Ezati 等[38]采用溶膠-凝膠法合成了摻雜Cu 的二氧化鈦（Cu-TiO2），并將其作為納米填料制備羧甲基纖維素（CMC）基活性包裝膜。研究表明，該包裝膜能有效延緩香蕉的褐變，同時，CMC/Cu-TiO2薄膜具有強大的抗菌和可見光下清除乙烯的能力，在食品包裝方面具有很高的應(yīng)用潛力，特別是在延長水果的貨架期方面。其進一步用CuO 對TiO2進行改性，然后將納米顆粒加入卡拉膠膜中，以增加拉伸強度、水蒸氣屏障、UV 阻斷和抗菌功能，結(jié)果表明，在可見光下，改性TiO2-CuO 復(fù)合卡拉膠薄膜的抗菌活性明顯高于添加TiO2的薄膜，該活性包裝膜可將香蕉20 ℃保鮮期延長至12 d[39]。Aytac 等[40]研發(fā)了新型酶和相對濕度響應(yīng)型抗菌纖維包裝，由玉米醇溶蛋白、淀粉和纖維素納米晶為成膜材料，百里香精油、檸檬酸和乳酸鏈球菌素為天然抗菌化合物。當(dāng)包裝暴露于濕度增大或有害菌增多的環(huán)境時，就會釋放天然抗菌化合物，殺死大腸桿菌和李斯特菌等常見有害細菌。此外，在95%相對濕度條件下，包裝釋放的抗菌物質(zhì)比在50%相對濕度條件下的更多，大腸桿菌數(shù)量因此大減。這種纖維食品包裝讓新鮮水果保質(zhì)期延長2～3 d。比如，草莓在普通塑料盒里僅保鮮4 d，而在新材料包裝中可保鮮7 d。研究[41]表明，生物聚合物一般存在熱穩(wěn)定性低、機械性能低、氣體和蒸汽滲透性低等缺點，其與其它材料復(fù)合使用或進行改性可以提高膜性能，因此生物聚合物與納米材料相結(jié)合的創(chuàng)新技術(shù)為開發(fā)具有卓越性能的活性包裝材料提供了新思路。

3.3.2 智能包裝 智能包裝是目前興起的一種新型包裝技術(shù)，帶動了食品包裝技術(shù)的革新，有助于滿足消費者對“安全”食品和高品質(zhì)產(chǎn)品的市場需求。智能包裝能夠自動監(jiān)測、傳感、記錄和溯源生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈物流過程中所經(jīng)歷的內(nèi)、外環(huán)境的變化或包裝物特性的變化[42]。智能包裝不僅能保護產(chǎn)品，還能提供對包裝條件和/或食品品質(zhì)改變的實時響應(yīng)信號。智能包裝主要通過傳感器（Sensors）、指示劑 （Indicators） 和無線射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID） 等技術(shù)實現(xiàn)[43]，如圖3所示。包裝上的傳感器或指示劑能與食品新鮮度相關(guān)的特征物質(zhì)（硫化氫、乙烯、揮發(fā)胺、揮發(fā)性有機化合物等）和包裝泄漏相關(guān)的氣體（二氧化碳、氧氣等）進行反應(yīng)[44]，從而達到無損在線檢測的目的。近年來，通過包裝內(nèi)新鮮度指示劑與食品貯藏過程中釋放的某些特征氣體發(fā)生反應(yīng)，引起智能包裝標(biāo)簽顏色變化來判斷生鮮魚、肉制品新鮮度的報道較多，而智能包裝技術(shù)用于檢測果蔬成熟度和新鮮度的研究報道相對較少，尤其是在蔬菜中的應(yīng)用鮮有報道。Chen 等[45]研發(fā)了基于混合合成指示劑的智能包裝標(biāo)簽對鮮切青椒（呼吸躍變型蔬菜） 新鮮度可視化無損檢測方法，標(biāo)簽顏色范圍為黃綠色（表示可食用）到橙色（表示腐?。ｋS后，還使用納米纖維素纖維增強聚乙烯醇膜負載茜素，制備對酸性氣體敏感的指示膜，在堿性和中性條件下為紫色，當(dāng)暴露于酸性蒸汽時，膜變?yōu)辄S色[46]。Guo 等[47]采用殼聚糖顆粒負載20 多種pH 值敏感性指示劑材料，構(gòu)建了對于揮發(fā)性鹽基氮等敏感的彩色條碼，同時深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí) （超過4 100 張彩色條碼變化圖片），通過手機掃描，實現(xiàn)了對雞肉、魚肉、牛肉等肉制品的品質(zhì)監(jiān)測，準(zhǔn)確率可達98.5%。

圖3 智能包裝系統(tǒng)的三大技術(shù)[55-56]Fig.3 Three major technologies of intelligent packaging system[55-56]

新鮮度指示型智能包裝技術(shù)主要存在以下問題：1）材料的安全隱患。新鮮度指示劑最初主要采用合成色素，可能存在指示劑遷移問題，對食品具有安全隱患。2）指示靈敏度低。現(xiàn)有顏色響應(yīng)材料易受酸堿度、濕度、溫度等環(huán)境因素的影響而造成指示偏差。3）適用范圍窄。當(dāng)前絕大多數(shù)新鮮度指示劑僅對一種特定食品對象有效。鑒于此，新鮮度指示型智能包裝標(biāo)簽材料的研究逐步轉(zhuǎn)向安全性高的天然色素和天然可降解材料。納米材料、聚乙烯醇、聚乳酸作為增強劑在高分子中應(yīng)用，有望改善膜材料的機械性能和阻隔性能等理化性質(zhì)，為智能包裝開發(fā)提供幫助。如姜黃素或花青素-塔拉膠/納米纖維素復(fù)合膜[48-49]、花青素-沙蒿膠基復(fù)合膜[50]和花青素-淀粉/聚乙烯醇基復(fù)合膜[51-52]，這些凝膠膜型指示劑在豬肉、蝦肉、魚肉、牛奶等生鮮農(nóng)產(chǎn)品的新鮮度指示型智能包裝標(biāo)簽中有巨大的應(yīng)用價值。Huang 等[53]以紫草根中提取的天然染料（紫草素和紫珠草脂素，酸性條件中呈紅色，堿性條件中呈紫紅色，屬萘醌類色素） 作pH 值指示劑，以瓊脂為基材制備魚類新鮮度膜型指示劑，其外層采用聚四氟乙烯薄膜以防止膜型指示劑受潮。Chen 等[54]研制了基于花青素/姜黃素混合天然色素的淀粉/聚乙烯醇基膜型指示劑，并成功用于魚肉新鮮度的可視化無損檢測，與單一花青素膜型指示劑相比，混合天然色素膜型指示劑的穩(wěn)定性更佳。

RFID 是一種基于射頻識別標(biāo)簽進行通信的自動識別系統(tǒng)，主要用于產(chǎn)地溯源和供應(yīng)鏈管理等方面，以達到品質(zhì)監(jiān)督的目的[57]。國內(nèi)外已有關(guān)于射頻識別標(biāo)簽用于牛[58]、豬[59]等活體動物從出生到屠宰以及貯藏全鏈條的報道。Gautam 等[60]設(shè)計一種用于獼猴桃供應(yīng)鏈溯源的RFID 標(biāo)簽，可通過在供應(yīng)鏈早期階段追蹤易腐爛水果的交付風(fēng)險，從而降低成本。Alfian 等[61]提出一種利用RFID和物聯(lián)網(wǎng)（IoT）傳感器的可追溯性系統(tǒng)跟蹤和追溯易腐食品。利用物聯(lián)網(wǎng)傳感器測量儲存和運輸過程中的溫度和濕度，同時將機器學(xué)習(xí)模型集成到RFID 標(biāo)簽，有效提高了可追溯性系統(tǒng)的效率。

3.4 溯源技術(shù)

食品安全溯源體系，最早是1997年歐盟為應(yīng)對“瘋牛病”問題而逐步建立并完善起來的食品安全管理制度。隨著消費者對高質(zhì)量和健康食品需求的增加，加快了對食品物流管理與可追溯性系統(tǒng)的研發(fā)。食品工廠生產(chǎn)追溯系統(tǒng)框架如圖4所示。越來越多的傳感技術(shù)被廣泛應(yīng)用在食品和食品成分的摻偽、來源和溯源等方面。Dong 等[62]提出了結(jié)合近紅外高光譜（900～1 700 nm）成像技術(shù)的2D-COS 算法來有效區(qū)分近地緣枸杞的產(chǎn)地來源，使用圖譜融合優(yōu)化數(shù)據(jù)模型獲得良好的預(yù)測準(zhǔn)確度，其中基于iVISSA 特征波長融合紋理數(shù)據(jù)集的CNN 判別模型表現(xiàn)最佳，校正集和預(yù)測集精度分別達100%和97.71%。無機元素的特征組成受到土壤組成和當(dāng)?shù)丨h(huán)境的影響，某些地區(qū)可能有特定的元素指紋，為農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地溯源提供了依據(jù)。Mottese 等[63]采用電感耦合等離子體四級桿質(zhì)譜（ICP-qMS）測定牛肝菌中的常量和微量元素，利用多元素篩選的化學(xué)計量學(xué)和創(chuàng)新多維數(shù)據(jù)分析進行牛肝菌產(chǎn)地溯源，結(jié)果表明：使用少量元素（Mg、Mn 和Fe）數(shù)據(jù)集建立逐步典型判別分析、分類回歸樹和偏最小二乘判別分析分類模型，實現(xiàn)了產(chǎn)地溯源。Nie 等[64]對我國6 個省或主要產(chǎn)區(qū)栽培的大蒜樣品進行穩(wěn)定同位素比率（δ13C、δ2H、δ18O、δ15N 和δ34S）、生物元素（C、N 和S）含量和含硫化合物 （8 種含量硫成分和2 種氨基酸） 的表征，并利用這些特征建立了兩種模式識別模型（PLS-DA 和k-NN），為鑒定我國大蒜的起源識別提供了一種新方法。Xue 等[65]以同時含有外骨骼和肌肉組織的第3 步足為“靶組織”，以礦質(zhì)元素“指紋”作為品質(zhì)評價的重要指標(biāo)，有效掌握了“指紋”在原產(chǎn)蟹中的形成規(guī)律，以及與“實驗洗澡”蟹的動態(tài)差異性。在湖區(qū)養(yǎng)殖了1 個月后“實驗洗澡”蟹的“指紋”雖也會發(fā)生變化，但仍無法形成原產(chǎn)蟹的“指紋”特征。依據(jù)該“指紋”的差異，對兩者可準(zhǔn)確鑒別。

圖4 食品工廠生產(chǎn)追溯系統(tǒng)框架示意圖[59]Fig.4 Schematic diagram of traceability system framework for food factory production[59]

傳統(tǒng)冷鏈物流存在數(shù)據(jù)集中存儲、數(shù)據(jù)可靠性低、數(shù)據(jù)易篡改、責(zé)任人難以定位等問題，導(dǎo)致消費者權(quán)益無法保障。針對這些問題，研究人員提出一種基于區(qū)塊鏈的生鮮農(nóng)產(chǎn)品冷鏈物流可追溯系統(tǒng)。區(qū)塊鏈指按照時間順序，將數(shù)據(jù)組成鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，將農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈中各個節(jié)點的信息按物理流動的順序存儲在其區(qū)塊中，具有安全穩(wěn)定、透明可信、防篡改、可追溯、去中心化特點[66]。同時使用聯(lián)盟鏈和私有鏈，以確保產(chǎn)品溯源系統(tǒng)不僅具有一定的開放性，而且必須包含足夠的隱私和安全性。聯(lián)盟鏈主要用于查詢和共享產(chǎn)品追溯信息[67]。物聯(lián)網(wǎng)（IoT）指將各種信息傳感設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)結(jié)合而形成的一個巨大網(wǎng)絡(luò)，可實現(xiàn)對物體數(shù)字化的可靠映射。通過在供應(yīng)鏈中使用支持物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的傳感器和通信技術(shù)來監(jiān)控溫度、相對濕度（RH）、O2、CO2和振動/沖擊等參數(shù)，有助于優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)量，從而減少產(chǎn)品拒收和損失[68]。物聯(lián)網(wǎng)與云計算技術(shù)、各種傳感技術(shù)的應(yīng)用和組合，正在推動傳統(tǒng)食品工業(yè)向智能食品系統(tǒng)發(fā)展[69]。物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合區(qū)塊鏈技術(shù)可保障數(shù)據(jù)真實，未來的大規(guī)模應(yīng)用有望為供應(yīng)鏈有效溯源提供保障。

4 展望

近年來，農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)后的保鮮研究不再局限于靜態(tài)貯藏，已開始覆蓋供給端、物流端和消費端等供應(yīng)鏈全過程。本文從分級、貯藏保鮮、包裝、溯源等多個環(huán)節(jié)總結(jié)近年來農(nóng)產(chǎn)品新型保鮮技術(shù)。未來，生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈綠色保鮮可從以下方面突破：

1） 注重營養(yǎng)品質(zhì)的保持 生鮮農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)鏈綠色保鮮的重心在于產(chǎn)品源頭及物流各環(huán)節(jié)的品質(zhì)把控，實現(xiàn)倉儲保鮮冷鏈物流，聚焦最初一公里和最后一公里冷鏈物流設(shè)施與裝備短板。

2） 技術(shù)裝備和信息化完美融合 人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算等信息技術(shù)快速融入供應(yīng)鏈綠色保鮮工藝與裝備制造領(lǐng)域，供應(yīng)鏈迎來大變革，未來將是一個包裝功能化、物流自動化、控制智能化、管理網(wǎng)絡(luò)化的時代。

3） 多學(xué)科交叉融合創(chuàng)新提升核心競爭力基因組、轉(zhuǎn)錄組、蛋白組、代謝組等食品組學(xué)將成為引領(lǐng)供應(yīng)鏈綠色保鮮研究的必要工具。基于合成生物學(xué)、基因編輯、細胞工程、生物反應(yīng)工程等的新興食品生物技術(shù)將成為重要技術(shù)手段。利用基因編輯、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈、工業(yè)機器人、智能傳感器、虛擬現(xiàn)實等技術(shù)與食品科學(xué)的交叉融合，使未來農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)綠色、高效、智慧、精準(zhǔn)、多元的新業(yè)態(tài)。